信号调理模块、信号处理模组、多路信号传输装置及应用制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种信号调理模块、信号处理模组、多路信号传输装置及应用，信号调理模块包括码分复用单元、高频调制单元、模拟信号调制单元、频分复用单元以及微波调制单元。信号处理模组中包括信号调理模块、发射天线、接收天线以及信号还原模块，多路信号传输装置包括第一通信筒、设置在第一通信筒内的第一信号处理模块、第二通信筒以及设置在第二通信筒内的第二信号处理模块，第一通信筒与第二通信筒同轴设置，并且第二通信筒能够绕第一通信筒的轴线进行转动，多路信号传输装置应用于旋转连通的信号传输。

Signal conditioning module, signal processing module, multi-channel signal transmission device and its application

【技术实现步骤摘要】
信号调理模块、信号处理模组、多路信号传输装置及应用
本专利技术属于旋转连通领域，具体涉及一种信号调理模块、信号处理模组、多路信号传输装置及应用。
技术介绍
旋转连通是一种在两个进行相对旋转的结构之间进行信号传输的方式。随着人类科技的进步，在现代军工、电子、航空、电力、冶金、石油化工、通信、网络监控和智能制造等场所的关键设备中，需要大量使用多种旋转结构，在结构中进行信号和能量传输一直是业界研究的难点和热点。目前，业界采用导电滑环实现在两个相对旋转的结构间的信号传输。导电滑环也称电刷、碳刷、集电环、集流环、汇流环、旋转电气关节，专用于在无限制连续旋转时传输功率和信号。固定一端(定子)与旋转一端(转子)分别通过电刷和电环连接，随之旋转并传输能量和信号。根据其整体机械结构的不同，也可分为帽式滑环，空心轴滑环，分离式滑环、盘式滑环、水银滑环、高频滑环以及定制滑环等。国内已有成熟的设计技术及成熟的制作工厂，主要传输大电流和中、低频段信号，导电滑环是一种有线连接方式，有大量的相关论文和专利，也是目前市场上的主流产品，而这种接触式的导电滑环主要的缺陷在于以下几点：1、因为电刷和电环在两个旋转机械机构相对旋转时，始终处于摩擦状态，导致电刷和电环的使用寿命普遍不高，从而导致了整体产品的使用寿命。此外，这种电刷和电环配合的结构也限制了相关器件和装置的整体尺寸的下限；2、现有的产品改进和优化，主要围绕电刷和电环的加工技术、材质和镀层处理等工作展开。对工艺和设备要求增高，导致成本大幅升高；产品质量不易把控，导致产品一致性不高，成品重复特性较差；更为重要的是导电滑环的寿命并没有因此得到大幅度提升；3、受到电刷结构和材质的影响，导电滑环的信号干扰和误码率问题相对影响较大，其中最典型的是电刷和电环之间相互接触导致的毛刺信号和误码，如电刷震动和火花带来的信号与能量的传输不稳定，因此导电滑环的结构仅能对中、低频的数字信号和/或模拟信号进行传输且传输信号的带宽相对较小。此外当导电滑环高速旋转时，电刷和电环结构还会对信号传输产生信号畸变和串扰等影响，使得导电滑环仅适用于低速旋转体之间的信号和能量传输；4、现有的接触式滑环器件每一路信号都需要单独的电刷和电环结构，因此若传输信号的种类和数量越多，器件或装置的整体尺寸则越大，器件的大小则直接影响到生产工艺和成本，同时器件的尺寸也将限制产品的使用领域和范围；5、电刷和滑环均易受外界信号的干扰，对环境干扰抵抗力弱，如温度、压力、湿度等参数；6、器件通常只能更换，不能维修，使得相关产品的成本居高不下。为了更好地解决现有传统导电滑环的问题，有企业和科研机构提出了光纤滑环、光电滑环、电磁耦合滑环、电容耦合滑环和射频滑环等无线滑环结构，并申请了相关专利，光纤滑环目前已有少数厂家研发出了相关产品，光纤滑环虽然很好地解决寿命问题，且光纤滑环的传输带宽宽，传输速率高、受外界环境干扰小，能耗相对较低，但目前在应用中仍存在一下问题：1、光纤耦合方式具有强抗电磁干扰特性，但对辐射敏感，导致这种器件的加工工艺和装调工艺要求很高，造价不菲，且不易后期维护，对使用场合有一定限制，目前仅用于航天航空等特殊领域；2、光纤无线耦合方式由于光纤结构参数的影响，空间耦合效率较低，尤其当连接不见转动时其耦合效率会进一步降低；因此该耦合方式有效传输效率不高，且对转速响应能力较差；3、光纤无线传输方式对光源有一定要求。同时目前光源模块相对较大，不易集成化，且造价高昂；同时光源模块对温度、辐射、湿度等使用环境具有较为严格的要求；4、信号对光源进行调制时，同样具有较高的要求。高精度高性能的光源通常需要较长的热稳定时间，稳定后方可送入调制信号；同时由于激光器调制特性的影响，对于低频缓慢变化的尤其是模拟信号，对激光器特性要求很高，否则极易造成调制失败；而对于数字信号尤其是高速数字信号又容易导致信号啁啾；5、发射端的光纤与激光器，接收端的光纤与接收器之间的耦合如果采取熔接的方式，则可以降低损耗和前后向散射，但器件的旋转部分和固定部分与下级的信号部分成为固定连接，尤其对于旋转部分而言灵活性差且不易安装。如果采取活动连接器，则一方面光纤连接器尺寸过大，另一方面器件的耦合损耗和前后散射需要很好的抑制，否则会对信号的传输带来影响；如果将光源和光纤、光纤和探测器制成一体，那么对工艺要求高，造价不菲，但器件整体特性好，同样器件尺寸无法做小，减少了器件的通用性；6、在光纤传输中，为了提高光源、探测器与光纤的耦合效率，以及提高旋转器件和固定器件之间的光纤耦合效率，相对理想的手段是采用多模光纤，虽然短距离传输中色散影响较小，但对于高频高速信号，模式色散和波导色散产生脉冲展宽以及信号交叠等问题仍无法忽视；7、目前现有的光纤产品和专利只能传输单一信号。利用光纤阵列同时进行多路数据的并行传输，常使用道威棱镜结构，这种结构虽然可以实现多路传输，但道威棱镜对转速有特殊要求，且道威棱镜的定位、安装都具有很高的工艺要求，且对工作环境要求很高；8、实现全双工通信对光纤滑环的结构和尺寸要求较高。考虑到光纤特性和光电转换效率等因素，光纤滑环更适合传输信号而非传输能量。此外，有相关专利提出了非接触的电磁、电容耦合和射频传输等方式，但是这些方法并没有实际的进入应用，而且这类设计也存在以下弊端和问题：1、电磁耦合与电容耦合多采用磁体和电磁结构，其结构较大，虽然可以实现非接触式传输，但器件由于采用电磁耦合的方式，因此体积受电磁耦合结构的限制相对较大；2、由于耦合方式的限制，电磁耦合和电容耦合器件对传输频率有较大限制，通常适用于低速、低频和窄带信号；射频耦合方式多采用一次调制，而射频频段相对频率不高，因此带宽仍然相对较窄，同时对于高速和高频信号，一次射频调制会存在频移、混频和串扰等问题，因此也不适合高频信号的传输；3、非接触的电磁、电容耦合和射频传输等方式，本身对外界环境干扰较为敏感，因此需要在器件结构设计中，考虑电磁干扰等环境影响，屏蔽结构和措施对成本和工艺制造影响较大；4、很多部件需要定制，器件可集成化度较低，成本和制造工艺不易控制；5、现有专利都未提到全双工通信的可行性。且现有专利基本都无法实现多路信号的同时传输，或对可传输信号的种类与数量有限制。综上，目前市场尚无一种滑环装置或器件，可以在相对旋转的旋转机械结构间进行异频同时全双工的多路数模混合信号的传输，并同时保持传输信号的超低误码率。
技术实现思路
本专利技术是针对上述问题而进行的，目的在于提供一种能够在相对旋转的两个相对旋转的通信筒之间进行异频同时全双工的多路数模混合信号的传输，并同时保持传输信号的超低误码率的信号传输装置。为实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：<方案一>本专利技术提供了一种信号调理模块，具有这样的特征，包括：码分复用单元，用于对能源总线外部数模混合信号的多个数字分信号通过码分复用进行合并，从而分形成一个数字中间信号；高频调制单元本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种信号调理模块，用于根据输入的具有多个数字分信号和模拟分信号的外部数模混合信号生成微波信号，其特征在于，包括：/n码分复用单元，用于对所述外部数模混合信号的多个数字分信号通过码分复用进行合并，从而分形成一个数字中间信号；/n高频调制单元，用于通过高频频段的载波对所述数字中间信号进行调制形成对应的数字调制信号；/n模拟信号调制单元，用于对所述外部数模混合信号的所述模拟分信号进行调制形成模拟调制信号；/n频分复用单元用于将所述数字调制信号和所述模拟调制信号通过频分复用进行合并，从而形成复用混合信号；以及/n微波调制单元用于通过微波频段的载波将所述复用混合信号进行调制形成所述微波信号。/n

【技术特征摘要】
1.一种信号调理模块，用于根据输入的具有多个数字分信号和模拟分信号的外部数模混合信号生成微波信号，其特征在于，包括：
码分复用单元，用于对所述外部数模混合信号的多个数字分信号通过码分复用进行合并，从而分形成一个数字中间信号；
高频调制单元，用于通过高频频段的载波对所述数字中间信号进行调制形成对应的数字调制信号；
模拟信号调制单元，用于对所述外部数模混合信号的所述模拟分信号进行调制形成模拟调制信号；
频分复用单元用于将所述数字调制信号和所述模拟调制信号通过频分复用进行合并，从而形成复用混合信号；以及
微波调制单元用于通过微波频段的载波将所述复用混合信号进行调制形成所述微波信号。


2.根据权利要求1所述的信号调理模块，其特征在于，还包括：
高频载波生成单元，用于生成所述高频频段的载波，
微波载波生成单元，用于生成所述微波频段的载波。


3.根据权利要求1或2所述的信号调理模块，其特征在于，还包括：
第一数据总线，用于将所述外部数模混合信号传送至所述码分复用单元。


4.一种信号处理模组，其特征在于，包括：
信号调理模块，用于生成微波信号；
发射天线，与所述信号调理模块通信连接，用于输出所述微波信号；
接收天线，用于接收其它的所述信号处理模组的所述发射天线输出的所述微波信号；以及
信号还原模块，与所述接收天线通信连接，用于将其它的所述信号处理模组的所述发射天线输出的所述微波信号转化成对应的内部数模混合信号并将该内部数模混合信号向外部进行发送，
其中，所述信号调理模块为权利要求1或2所述的信号调理模块。


5.根据权利要求4所述的信号处理模组，其特征在于：
其中，所述信号还原模块包含微波解调单元、频分解复用单元、模拟信号解调单元、高频解调单元、码分解复用单元以及第二数据总线，
所述微波解调单元用于将所述外部的微波信号解调成还原复用信号，
所述频分解复用单元用于将所述还原复用信号解复用成还原中间数字信号和还原中间模拟信号，
所述模拟信号解调单元用于将所述还原中间模拟信号解调成还原模拟分信号，
所述高频解调单元用于将所述还原中间数字信号解调成对应的...

【专利技术属性】
技术研发人员：安加婷，胡锦浩，陈晟皓，董祥美，李铁栓，隋国荣，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：上海;31