Radiotaajuinen liukurengas kuljettaa RF-signaaleja,{0}}nopeaa dataa tai herkkiä tietoliikenneyhteyksiä kiinteän rakenteen ja jatkuvasti pyörivän osan välisen rajan yli. Se pitää signaalipolun ehjänä laitteen kääntyessä, joten kaapelit eivät väänny, kela tai väsy. Löydät sen pyörivistä antenneista, gimbaleista, tutka-alustoista, robottiliitoksista, testilaitteista ja laajasta valikoimasta teollisuuslaitteita.
Ero tavalliseentavallinen sähköinen liukurengason työ, joka sen on tehtävä. Teho-ja-ohjausliukurenkaan tarvitsee vain siirtää energiaa ja matalataajuisia-signaaleja. RF-liukurenkaan on suojattava signaalin laatua. Tämä siirtää suunnittelukysymykset pois "kuinka monta johtoa?" kohti taajuusaluetta, impedanssia, kytkentähäviötä, suojausta, maadoitusta, tiedonsiirtonopeutta, kanavamäärää, pyörimisnopeutta ja käyttöympäristöä. Tässä oppaassa kerrotaan, mikä laite on, miten se toimii, mitkä tekniset tiedot todella vaikuttavat valintaan ja kuinka kirjoittaa vaatimus, jota vastaan toimittaja voi lainata.
Mikä on radiotaajuuden liukurengas?
Radiotaajuinen liukurengas on pyörivä signaalinsiirtolaite, joka päästää RF- tai{0}}nopeat signaalit kulkemaan pyörivän liitännän kautta järjestelmän pyöriessä keskeytyksettä. Kiinteä puoli pysyy kytkettynä ohjausjärjestelmään, vastaanottimeen, lähettimeen tai verkkoon; Pyörivä puoli yhdistyy liikkuvaan rakenteeseen kiinnitettyyn asiaan.
Termiä käytetään löyhästi markkinoilla, mikä on syytä tietää ennen sellaisen hankkimista. Joissakin järjestelmissä "RF-liukurengas" tarkoittaa koaksiaalista RF-kiertoniveltä, joka on rakennettu ohjattua -impedanssin siirtoa varten. Toisissa se tarkoittaa kosketuksetonta moduulia, joka käyttää lähetin-vastaanottimia tai kapasitiivista tai induktiivista kytkentää tiedon siirtämiseen raon poikki ilman harjakosketusta. Nämä ovat erilaisia tekniikoita, joilla on erilaiset rajat, joten lainauksessa tulee aina nimetä todellinen siirtomenetelmä yleisen etiketin sijaan. Oikea valinta riippuu signaalin tyypistä, taajuudesta, kaistanleveydestä, dataprotokollasta, mekaanisesta asettelusta ja ympäristöstä.
Miksi RF-signaalit tarvitsevat erityisen pyörivän siirtoratkaisun
Korkeammilla taajuuksilla signaalipolku lakkaa käyttäytymästä kuin yksinkertainen johdin ja alkaa käyttäytyä kuin siirtojohto. Pienet muutokset geometriassa, impedanssissa, suojauksessa, liittimen laadussa tai maadoituksessa voivat aiheuttaa heijastuksia, häviöitä, kohinaa tai epävakautta. Pyörivä käyttöliittymä lisää vaikeimman muuttujan kaikista: näiden ominaisuuksien on pysyttävä vakaina liitoksen kääntyessä, usein tuhansia kertoja päivässä.
Tästä syystä valintalogiikka eroaa yleisestä-liukurenkaasta. Tärkeimmät kysymykset eivät ole johtojen määrä ja virtaluokitus, vaan:
- Mitä taajuusaluetta tai mitä dataprotokollaa ja tiedonsiirtonopeutta on tuettava?
- Onko järjestelmä 50 ohmia vai 75 ohmia?
- Mikä lisäyshäviö on hyväksyttävä kaistan yli?
- Mikä VSWR tai tuottotappiotavoite vaaditaan?
- Pitääkö vaiheen pysyä vakaana nivelen pyöriessä?
- Tarvitaanko ylikuulumisen ohjaamiseen suojausta tai kanavaeristystä?
- Jakavatko virta-, Ethernet-, CAN- tai anturilinjat saman pyörivän verhokäyrän?
Näihin varhainen vastaaminen on halvin vakuutus signaalin heikkenemistä, katkeamista ja ohjelman myöhäisessä vaiheessa tapahtuvaa uudelleensuunnittelua vastaan. Jos toimittaja vahvistaa vain johtojen määrän ja virransyötön, vaatimusta ei ole vielä määritelty riittävän tarkasti RF-suorituskyvyn kannalta.
Kuinka RF-liukurengas toimii
Laite siirtää signaaleja kahden mekaanisesti erillisen puolen välillä. Suunnittelusta riippuen RF-polku kulkee koaksiaalisen pyörivän rakenteen, kontaktittoman kytkentämenetelmän tai hybridikokoonpanon läpi, joka yhdistää RF-siirron sähkötehoon ja matalataajuisiin{1}}piireihin samassa kotelossa.
Hybridijärjestely on yleinen, koska useimmat pyörivät järjestelmät kuljettavat useampaa kuin yhdenlaista signaalia. RF-osio käsittelee herkän reitin, kun taas perinteinen liukurengasosa kuljettaa tasa- tai vaihtovirtaa, ohjausjohdotusta, kooderin takaisinkytkentää, CAN- taiEthernet. Niiden yhdistäminen ratkaisee useita pyöriviä siirtotarpeita yhden kompaktin pakkauksen sisällä ja poistaa muuten kiertyvän kaapeloinnin. Kompromissi- on integraatiokuri: signaalitiet on erotettava ja suojattava, jotta teho- ja digitaalilinjat eivät liitä kohinaa RF-kanavaan.
RF-liukurengas vs. perinteinen liukurengas vs. RF-kiertoliitos
Väärän kategorian valinta on yksi yleisimmistä ja kalleimmista virheistä, koska nimet menevät päällekkäin, vaikka suunnittelutarkoitus ei ole.
Perinteinen sähköinen liukurengas
Siirtää tehoa, ohjaussignaaleja ja matalataajuista{0}}dataa kiinteiden ja pyörivien osien välillä. Se sopii moottoreihin, lämmittimiin, antureihin, valaistukseen ja useimpiin teollisuuden ohjauskaapeleihin. Se ei yleensä ole oikea valinta herkille radiotaajuuksille, ellei sitä ole erityisesti suunniteltu ja testattu tälle signaalille.
RF-liukurengas
Käytetään, kun RF-, nopean{0}}digitaalisen tai herkän tietoliikennesignaalin on ylitettävä pyörivä rajapinta. Se voi perustua erikoistuneeseen kosketinrakenteeseen, koaksiaaliseen polkuun tai kosketuksettomaan malliin, ja se valitaan, kun pyörimisen on oltava jatkuvaa ja signaalin on pysyttävä määritellyn suorituskykyikkunan sisällä.
RF-kiertonivel
Tyypillisesti koaksiaalinen tai aaltoputkilaite RF- ja mikroaaltolähetyksiä varten, yleinen tutka-, antennijalustoissa, satelliittiviestinnässä ja mikroaaltotestijärjestelmissä. Se valitaan taajuusalueen, liitintyypin, tehonkäsittelyn, kytkentähäviön, VSWR:n ja mekaanisen konfiguraation mukaan. Monissa rakennuksissa anRF-kiertonivelon integroitu tavalliseen liukurenkaaseen, joten sama pyörivä kokoonpano siirtää RF-, tasavirta- ja ohjaussignaaleja yhdessä.
Kuituoptinen pyörivä nivel (FORJ)
Siirtää optisia signaaleja liitännän kautta, mikä tekee siitä vahvan erittäin suurille tiedonsiirtonopeuksille, pitkille{0}}linkeille tai ympäristöissä, joissa on voimakkaita sähkömagneettisia häiriöitä. Akuituoptinen pyörivä liitoson järkevää vain, kun järjestelmä toimii jo kuidulla tai se voi perustella tarvitsemansa optiset lähettimet, vastaanottimet ja kuitu{0}}yhteensopivan rakenteen.
| Laite | Ensisijainen käyttö | Tyypillisiä signaaleja | Avainvalintatiedot |
|---|---|---|---|
| Perinteinen sähköinen liukurengas | Tehoa ja hallintaa pyörien yli | DC/AC teho, ohjaus, matalataajuinen{0}}data | Virta, jännite, piirien määrä, RPM |
| RF liukurengas | RF- tai nopea{0}}signaali ympäri kiertoa | RF,{0}}nopea digitaalinen, video, sekahybridi | Taajuus, impedanssi, sisäänkytkentähäviö, eristys |
| RF-kiertonivel | Koaksiaalinen tai aaltoputki RF/mikroaaltosiirto | Yksi- tai monikanavainen{0}}RF, usein plus teho | Taajuus, VSWR, kytkentähäviö, vaihe, tehonkäsittely |
| Kuituoptinen pyörivä liitos (FORJ) | Optinen siirto pyörimisen yli | Nopea{0}}optinen data, EMI-arkaluonteiset linkit | Aallonpituus, kanavien määrä, optinen lisäyshäviö |
Avaimen RF-liukurenkaan tekniset tiedot tarkistettava
Ennen kuin pyydät tarjouksen, määritä sähkö-, RF-, mekaaniset ja ympäristövaatimukset mahdollisimman tarkasti. Selkeiden syötteiden ansiosta valmistaja voi suositella oikeaa suunnittelua ylirakentamisen tai ali-määrittelyn sijaan.
Taajuusalue tai tiedonsiirtonopeus
Jos kyseessä on RF, ilmoita toimintataajuus. Sub-6 GHz:n linkki ja mikroaalto- tai millimetri-aaltojärjestelmä johtavat hyvin erilaisiin sisäisiin rakenteisiin, joten "korkeataajuinen signaali" ei riitä väittämään. Anna digitaalisille linkeille protokolla ja vaadittu nopeus, olipa kyseessä Gigabit Ethernet, CAN, HD- tai SDI-videovirta tai oma signaali.
Impedanssi
Useimmat RF-järjestelmät vaativat ohjatun impedanssin, yleensä 50 ohmia viestintää ja tutkaa varten ja 75 ohmia videota ja lähetystä varten. Jos impedanssia ei pidetä pyörivän liitännän poikki, osa signaalista heijastuu takaisin lähdettä kohti ja suorituskyky laskee.
Lisäyksen menetys
Liitäntähäviö on signaalin teho menetetty, kun signaali kulkee liitoksen läpi. Alempi on parempi, ja sillä on eniten merkitystä heikon-signaalin, pitkän-polun, antennin ja mittaussovelluksissa, joissa on vain vähän marginaalia. Se on määritettävä koko kaistalla, ei yhdessä kohdassa.
VSWR ja palautustappio
Sekä VSWR että paluuhäviö mittaavat impedanssin epäsovituksen aiheuttaman heijastuksen. Käytännössä ne mitataan taajuuskaistalla, yleensä avektori verkkoanalysaattori, lisäyshäviön ohella. Toimintaviitteenä noin 15 dB:n tai paremman paluuhäviön tai VSWR:n lähellä 1,5:1 tai alhaisempaa katsotaan olevan usein merkki kaapeli- ja antennipolkujen hyvästä impedanssisovituksesta. Jos järjestelmäsi on herkkä heijastukselle, laita vaadittu kohde spesifikaatioon sen sijaan, että jätät sen auki.
Vaiheen vakaus
Vaiheen vakaus on helppo jättää huomiotta ja ratkaiseva joissakin järjestelmissä. Vaiheistetussa-ryhmä- ja seurantatutkassa vastaanotin vertaa signaalin vaihetta kulman erottamiseksi ja säteiden muodostamiseksi. Jos pyörivä liitos aiheuttaa arvaamatonta vaihesiirtoa kääntyessään, tämä kulmainformaatio heikkenee, vaikka sisäänkytkentähäviö näyttää erinomaiselta. Tästä syystä tutkan liitoksille määritetään usein vaihevaihtelua pyörimisen yli.
Kanavien määrä
Jotkut järjestelmät tarvitsevat yhden RF-kanavan; toiset tarvitsevat useita RF-kanavia sekä teho-, Ethernet-, CAN-, kooderi- tai anturilinjoja yhdessä yksikössä. Laskun varhainen määrittäminen määrittää, onko vastaus yksi RF-liukurengas, monikanavainen pyörivä liitos vai hybridikokoonpano.
Liittimen tyyppi
Liittimen valinta vaikuttaa suorituskykyyn, asennukseen ja huollettavuuteen. Harkitse impedanssia, taajuusluokitusta, kokoa, lukitusmenetelmää ja ympäristötiivistystä ja sovita liitin sekä signaalin kohteeseen että fyysiseen asetteluun.
Pyörimisnopeus ja käyttöjakso
Hidas alusta ja nopea{0}}kokoonpano vaativat erilaisia laakeri-, tiiviste-, tasapainotus- ja käyttöikää. Määritä suurin kierrosluku, tyypillinen käyttönopeus, käyttöjakso ja odotettu käyttöikä.
Asennustila ja poraus
Mekaaninen kuori on usein vaikein rajoitus. Ilmoita käytettävissä oleva ulkohalkaisija, korkeus, akselin koko, läpimeno-reiän vaatimus, kaapelin ulostulosuunta, asennuskuvio ja kaikki lähellä olevat liikkuvat osat. Teknisesti vahva RF-rakenne on hyödytön, jos se ei sovi.
Ympäristönsuojelu
Ulko-, meri-, puolustus-, kaivos- tai pesukäyttöön suojaus ei ole valinnainen. Ympäristötiivistys luokitellaan IP-luokitusjärjestelmällä, joka on määritelty kohdassaIEC 60529 standardi, jossa ensimmäinen numero kattaa kiintoaineen ja pölyn sisäänpääsyn ja toinen veden. Määritä altistuminen pölylle ja vedelle, tavoite-IP-luokitus, lämpötila-alue, tärinä, isku, kemikaalit, suolasuihku ja puhdistusmenetelmä.
RF-liukurenkaan valinta sovelluksen mukaan
Eri järjestelmät painavat samoja eritelmiä hyvin eri tavalla. Alla olevasta taulukosta näet, mihin huomio kiinnitetään yleensä ensin, mikä on usein hyödyllisempää kuin yleinen tarkistuslista, kun kavennat mallia.
| Sovellus | Tärkein signaalihuoli | Priorisoitavat tiedot | Yhteinen suunnitteluvalinta |
|---|---|---|---|
| Tutka/antennijalusta | Heijastus, menetys, vaihe | Taajuus, VSWR, välityshäviö, vaihevaihtelu | RF-kiertonivel plus sähköinen liukurengas |
| Gimbaalisensorin torni | Kompakti sekoitettu siirto | RF/video/Ethernet plus teho, koko, eristys | Hybridi RF liukurengas |
| Testipenkki / mittaus | Toistettavuus | Kytkentähäviön vakaus, liittimen tyyppi | Tarkka RF-kiertonivel |
| Ulko-/merijärjestelmä | Tiivistys ja korroosio | IP-luokitus, materiaalit, lämpötila, tärinä | Sinetöity mukautettu kokoonpano |
Yleiset RF-liukurengassovellukset
Tutka- ja antennijärjestelmät
Pyörivät antennit tarvitsevat jatkuvaa RF-siirtoa skannauksen tai jäljityksen aikana. RF-liukurenkaat ja pyörivät liitokset estävät kaapelin kiertymisen ja pitävät lähetyksen vakaana pyörivän antennin ja kiinteän elektroniikan välillä, minkä vuoksipyörivät antennijärjestelmätyleensä käsittelevät taajuutta, VSWR:ää, lisäyshäviötä ja vaihetta johtavina rajoitteina.
Valvontakiinnikkeet ja pyörivät anturit
Kameran gimbalien, lämpökameroiden, LiDAR-päiden ja anturitornien on usein siirrettävä teho, ohjaus, video, Ethernet ja RF kerralla pienen pyörivän liitoksen läpi. Tila on tässä rajana, joten hybridirakenne, joka pinoaa useita signaalityyppejä yhdeksi kompaktiksi kirjekuoreksi, on yleinen.
Robotiikka ja automaatio
Robottiliitokset, pyörivät indeksointipöydät, varren -pään-työkalut ja automaattiset tarkastusjärjestelmät tarvitsevat jatkuvaa pyöritystä ja vakaata signaalinsiirtoa. Hybridi-RF-liukurengas voi yhdistää signaali-, teho- ja ohjauspiirit, jotta liitoksesta ei tule johdotuksen pullonkaulaa.
Meri-, puolustus- ja ulkovarusteet
Vaikeissa olosuhteissa tiivistys, korroosionkestävyys, kestävät kotelomateriaalit ja kaapelin suojaus voivat olla yhtä tärkeitä kuin signaalin laatu. Suolasumu, huuhtelu ja lämpötilan vaihtelut lyhentävät ali-suojatun yksikön käyttöikää nopeasti.
Testipenkit ja pyörivät mittausalustat
RF-testijärjestelmät, pyörivät kalusteet ja tuotantotestipenkit riippuvat vakaasta suorituskyvystä toistuvan pyörityksen kautta. Tässä toistettavuus ja mittauksen eheys, ei raakakoko, ovat yleensä ratkaisevia tekijöitä.
Kuinka valita mukautettu RF-liukurengas
Vaihe 1: Määritä signaali
Aloita signaalista. Tunnista, tarvitaanko RF-, Ethernet-, CAN-, video-, anturidataa, matalataajuuksien hallintaa-vai yhdistelmää. Jos se on RF, määritä taajuusalue, impedanssi, tehotaso, hyväksyttävä häviö ja liittimen tyyppi.
Vaihe 2: Määritä mekaaninen kirjekuori
Tarkista käytettävissä oleva tila, reiän koko, asennustapa, kaapelin reititys ja pyörimisnopeus. Lukitse tämä aikaisin, koska se rajoittaa kaikkea seuraavaa.
Vaihe 3: Määritä ympäristö
Luettele käyttölämpötila, kosteus, pöly, tärinä, kemikaalit, pesu ja ulkoaltistus. Tämä määrittää kotelon materiaalin, tiivistyksen, vedonpoiston ja liittimen valinnan.
Vaihe 4: Päätä, tarvitsetko hybridikokoonpanoa
Jos järjestelmä tarvitsee myös virta-, maa-, Ethernet-, CAN-, enkooderi- tai anturipiirejä, kysy, onko hybridi-RF-liukurengas käytännöllisempi kuin erilliset komponentit. Usein se on sekä tilan että kaapelinhallinnan kannalta.
Vaihe 5: Tarkista testausvaatimukset
Yhdistä testaus ohjelman riskitasoon. Sovelluksesta riippuen tämä voi sisältää jatkuvuus- ja eristystestauksen, sisäänvientihäviön, VSWR- ja paluuhäviön, tiedonsiirron varmistuksen, lämpötilatestauksen ja pyörimistestauksen kuormituksen alaisena.
UKK
K: Voiko tavallinen liukurengas lähettää RF-signaaleja?
V: Se saattaa läpäistä matalataajuisia{0}} tai vähemmän herkkiä signaaleja, mutta se ei yleensä sovellu RF:lle, ellei sitä ole erityisesti suunniteltu ja testattu tähän tarkoitukseen. RF-sovellukset tarvitsevat yleensä hallitun impedanssin, suojauksen, pienen välityshäviön ja vakaan suorituskyvyn pyörimisen aikana.
K: Mitä taajuusaluetta RF-liukurengas voi tukea?
V: Se riippuu täysin suunnittelusta. Ratkaisuja on muutamasta MHz:stä aina GHz:iin ja mikroaaltouuniin asti, mutta yhdelle kaistalle optimoitu yksikkö ei välttämättä toimi toisella. Tarjoa aina järjestelmäsi käyttämää todellista kaistaa sen sijaan, että olettaisi, että yksittäinen tuote kattaa kaiken.
K: Mitä eroa on RF-liukurenkaalla ja RF-kiertoliitoksella?
V: RF-kiertonivel on yleensä erikoistunut koaksiaali- tai aaltoputkilaite RF-lähetykseen. "RF-liukurengas" on laajempi termi, joka voi sisältää kontaktittoman tiedonsiirron tai hybriditeho-ja-signaalikokoonpanot. Monissa järjestelmissä paras ratkaisu yhdistää RF-kiertonivelen perinteiseen sähköiseen liukurenkaaseen.
K: Onko RF-liukurengas sama kuin koaksiaalinen pyörivä nivel?
V: Ei aivan. Koaksiaalinen pyörivä nivel on yksi erityinen tapa rakentaa hallitun -impedanssin RF-siirtoa, ja sitä ihmiset tarkoittavat usein "RF-liukurenkaalla" koaksiaalisissa järjestelmissä. Mutta RF-liukurenkaassa voidaan käyttää myös kosketuksetonta kytkentää tai se voidaan integroida hybridiyksikköön, joten termit menevät päällekkäin olematta identtisiä.
K: Voivatko RF-liukurenkaat tukea Ethernet- tai videosignaaleja?
V: Kyllä. Monet hybridikokoonpanot sisältävät Ethernet-, HD- tai SDI-videota ja RF-radiota tehon ja ohjauksen ohella. Suunnittelun on erotettava ja suojattava jokainen polku, jotta{2}}nopeat digitaali- ja voimajohdot eivät heikennä RF-kanavaa.
K: Kuinka lisäyshäviö ja VSWR vaikuttavat RF-liukurenkaan valintaan?
V: Lisäyshäviö määrittää, kuinka paljon signaalitehoa menetät liitoksen kautta, mikä on tärkeintä silloin, kun marginaali on tiukka. VSWR ja paluuhäviö kuvaavat impedanssiepäsopimattomuudesta johtuvaa heijastusta, joka voi korruptoida signaalin, vaikka häviö on pieni. Yhdessä ne määrittelevät, säilyttääkö liitos signaalin eheyden, joten molemmat kuuluvat spesifikaatioon tavoitearvoineen.
K: Milloin minun pitäisi käyttää kuituoptista pyörivää liitosta?
V: Harkitse FORJ:n käyttöä, kun tarvitset erittäin suuria tiedonsiirtonopeuksia, pitkän{0}}optisia linkkejä tai vahvaa häiriönsietoa sähkömagneettisia häiriöitä vastaan. Ongelmana on, että järjestelmän on tuettava optista lähetystä ja sen tarvitsemaa optista muunnoslaitteistoa.
K: Mitä tietoja tarvitaan mukautettuun RF-liukurengastarjoukseen?
V: Ilmoita signaalin tyyppi, taajuusalue tai tiedonsiirtonopeus, impedanssi, hyväksyttävä häviö, VSWR tai paluuhäviön tavoite, kanavien määrä, liitintyyppi, virtapiirit, pyörimisnopeus, käytettävissä oleva tila, porauskoko, IP-luokitus, lämpötila-alue ja käyttöympäristö. Mitä täydellisempi arkki, sitä tarkempi tarjous.
Johtopäätös
Radiotaajuuden liukurengas ei ole vain pyörivä liitin. Se on signaalin eheys-komponentti, joka elää liikkuvan mekaanisen järjestelmän sisällä, ja suunnittelun on täytettävä kolme asiaa kerralla: RF-suorituskykytavoite, mekaaninen verhokäyrä ja käyttöympäristö.
Perinteinen sähköinen liukurengas riittää usein yksinkertaisiin teho- ja matalataajuisiin{0}}piireihin. Herkissä RF-, mikroaalto-, nopea{2}}data- tai hybriditeho-ja-signaalijärjestelmissä RF-liukurengas tai RF-kiertoliitos ansaitsee paljon enemmän huomiota taajuuteen, impedanssiin, häviöihin, vaiheisiin, suojaukseen, pyörimisnopeuteen ja suojaukseen. Määritä signaali-, tila-, ympäristö- ja testaustarpeesi ennen hankintaa, ja määritykset ohjaavat suunnittelutiimejä suurimman osan työstä kohti luotettavaa ratkaisua samalla, kun{6}}myöhäisen vaiheen uudelleensuunnittelu ei oteta huomioon.