[发明专利]用于数据网络的非接触式传输耦合器

说明书

技术领域

本发明涉及一种在实时要求下的非接触式数据传输技术，特别涉及一种与工业以太网协议有关的数据传输技术。提供了用于有线数据网络的数据的双向传输的用于非接触式传输耦合器的发送器和接收器，以及使用组合的发送和接收装置的用于有线数据网络的数据的双向传输的非接触式传输耦合器。

背景技术

使用非接触式耦合器而不是电缆或插头连接本身是已知的，并且可以克服常规电缆或插头连接所伴随的一些机械和电气问题，例如，缺乏灵活性、差的电气可靠性或对环境影响的保护不足。非接触式耦合器通常由发送器和接收器组成，发送器和接收器在短距离内传输传播最广泛的电磁信号。特别地，这里使用光信号、无线电信号或电感耦合。要传输的数据必须首先以电子数据信号的形式被发送器接收、解码并转换成用于耦合的信号。该信号在接收器处被检测并被转换回原始的电气数据信号。这些处理步骤不可避免地与延迟和带宽的限制相关联。

从印刷文献WO 2013/130486 A1，已知有一种用于有线标准接口(例如通用串行总线，USB)的非接触式电磁替换，其中，第一USB设备的电气信号状态被转换为电磁信号，并且经由非接触式连接传输到第二USB设备的接收器。在那里，电磁信号被转换回电气信号，该电气信号在第二USB设备处再现第一USB设备的原始信号状态。如果遵守由标准规定的电气信号的时间和电气要求，则关于第二USB设备，给出了所述第二USB设备直接连接到第一USB设备的印象。

特别是为了能够遵守要传输的电气信号的时间要求，电磁耦合信号需要适当的带宽。因此，上述用于有线标准接口的非接触式替换使用EHF频带(EHF：极高频率)中的无线电信号，即，在30至300GHz的范围内。这种高频率的使用与相关的结构上的复杂一起具有这样的缺点：耦合信号通过各种材料，特别是水蒸气暴露于强抑制。因此，在工业环境中使用的可靠性可能受到损害。

从印刷文献WO 2009/021025 A2已知一种具有双向转换器的非接触式以太网连接。以太网信号的传输借助于电感耦合器在基带中进行。然而，使用电感耦合在高传输速率方面尤其是有问题的。

在用于无线数据传输的现有技术中也已知无线电网络，例如从IEEE-802.11标准系列而已知的WLAN(无线局域网络)。然而，这样的无线电网络由于缺乏传输安全性和高(和不可预测的)等待时间(latency)而不适合在实时要求下使用。

发明内容

因此，本发明的问题是提供一种用于传输有线数据网络的数据的非接触式传输耦合器，其以低等待时间、高传输速率和改进的可靠性为特征。特别地，本发明的问题是提供一种基于工业以太网协议的用于实时要求的非接触式传输耦合器。

该问题由独立权利要求的特征来解决。优选的发展是从属权利要求的主题。

本发明的特定方法是检测有线数据网络的物理层上传输的位序列，以用该位序列调制传输信号并将其作为无线电信号传输。在接收侧，解调无线电信号，重构所述位序列并且产生用于有线数据网络的对应的数据信号。以这种方式，能够以位宽的大小用极其短的等待时间来非接触式地且有效地传输数据。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于传输有线数据网络的数据的非接触式传输耦合器的发送器。所述发送器包括用于接收数据信号的输入和被配置为将接收到的数据信号变换成位序列的变换器，所述位序列表示在数据网络上采用的网络协议的物理层。所述发送器还包括：调制器，所述调制器配置成利用由所述变换器提供的位序列调制传输信号；高频步骤，所述高频步骤配置成通过将所述传输信号转移到高频带来产生高频信号；以及用于发射所述高频信号的天线。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于发送有线数据网络的数据的非接触传输耦合器的接收器。所述接收器包括：用于接收高频信号的天线；高频步骤，其被配置为通过将高频信号转移到中频带来产生传输信号；以及解调器，其被配置为通过解调传输信号来产生位序列。所述接收器还包括：转换器，其被配置成将位序列变换成数据信号，所述位序列表示在数据网络上采用的网络协议的物理层；以及用于输出所述数据信号的输出。

根据本发明的第三方面，提供了一种用于有线数据网络数据的双向传输的非接触式传输耦合器，所述非接触式传输耦合器具有组合的发送和接收装置，所述组合的发送和接收装置具有上述发送器和接收器中的每一个。

在优选配置中，有线数据网络是根据以太网标准，特别地，100BASE-T，的数据网络。