高周波スリップリング: 種類、動作原理、および選択ガイド

A 高周波スリップリングは、RF 技術に関連する回転伝送デバイスを表す市場用語です。サプライヤーによっては、電磁結合を使用して回転ギャップを介してデジタル データを移動する非接触リンク、または同軸または導波管経路を通じて元の無線周波数またはマイクロ波波形を伝送する RF ロータリー ジョイントを表す場合があります。-

この区別により、選択プロセスが決まります。ギガビット イーサネットを送信する回転カメラ、マイクロ波信号を伝送するレーダー アンテナ、および電力と CAN データを必要とするマシンには、同じ回転インターフェイスは必要ありません。したがって、最初のタスクは、製品またはヘッドライン データ レートを比較する前に、どの信号が回転境界を通過する必要があるかを特定することです。

「高周波スリップリング」とは何を意味しますか?

従来のスリップ リングは、スライドする電気接点を介して、静止構造と回転構造の間で電力または信号を伝達します。

「高周波スリップリング」という表現はあまり正確ではありません。製品資料では、通常、次の 2 つのテクノロジーのいずれかを指します。

• 非接触型 RF- 結合データ インターフェース:電子機器はデジタル情報を調整またはエンコードし、電磁結合を介して小さな回転ギャップを越えて移動させ、反対側でそれを回収します。
• RFロータリージョイント：制御された RF パスは、同軸または導波管の形状を通じて元の無線周波数またはマイクロ波波形を伝送します。{0}

簡単な区別:イーサネット、CAN、シリアル データ、または処理されたビデオについては、データ スリップ リング、非接触データ インターフェイス、または光ロータリー リンクを評価します。オリジナルの RF またはマイクロ波波形の場合は、RFロータリージョイント.

これらのテクノロジーは 1 つのアセンブリに組み合わせることができますが、互換性はありません。製品の名称はさまざまであるため、サプライヤーは「RF スリップ リング」という言葉だけに頼るのではなく、信号の種類、物理的な伝送方法、および合格基準を特定する必要があります。

2 つの RF- 関連のロータリー インターフェースの仕組み

非接触 RF データ リンクはどのように機能しますか?

内部アーキテクチャはメーカーによって異なりますが、データ パスは次の 4 つの段階で理解できます。

1. 入力識別:固定側または回転側は、イーサネット、CAN、シリアル データ、ビデオ、または独自のデジタル インターフェイスを受信します。
2. 信号調整:電子機器は、回転境界を越えて送信するデータをバッファリング、エンコード、イコライズ、変換、またはその他の準備をすることができます。
3. 非接触カップリング:送信要素と受信要素は、データ パス内でスライド電気接点を使用せずに、小さなギャップを介して調整された信号を交換します。
4. 回復と出力:受信機はデータを再構築し、それを宛先機器に提供します。

リンクは、プロトコルで必要な動作を維持する必要があります。接続は短い定常テストに合格しても、モーターのノイズ、回転速度、ケーブルの長さ、温度、または自動リンク回復が発生すると失敗する場合があります。

イーサネット アプリケーションの場合、「イーサネット互換性」は完全な要件ではありません。のIEEE 802.3ワーキンググループは、さまざまな物理層と動作速度を備えた一連のイーサネット標準を開発しています。実際の PHY、データ レート、デュプレックス モード、チャネル数、ケーブル、コネクタ、PoE 要件、およびリアルタイム産業プロトコルを指定します。-あギガビットイーサネットスリップリング対象のネットワーク デバイスと代表的なケーブル長を使用してテストする必要があります。

RF ロータリー ジョイントはどのように機能しますか?

RF ロータリー ジョイントは、片側が回転している間、制御された電磁伝達経路を維持します。同軸設計は、内部導体と外部導体の間で信号を導きます。導波管の設計は、成形された金属経路を通じてエネルギーを導きます。さまざまな周波数、帯域幅、電力、耐用年数の要件に合わせて、接触バージョンと非接触バージョンが用意されています。-

主要な RF パラメータには次のものがあります。

• 周波数範囲:ジョイントが動作する予定のバンド。
• 挿入損失:ジョイントを通じて信号電力が失われます。
• リターンロスまたはVSWR:経路のインピーダンスがどの程度整合されているか、{0}}どのくらいのエネルギーが反射されるか。
• 分離：RF チャネル間の分離。
• 回転変動:ジョイントの回転に伴う損失、位相、振幅、またはマッチングの変化。
• 電力処理:指定された熱条件および環境条件下で伝送される RF 電力。

デジタル RF- 結合データ インターフェースは、システムが最初に元の RF 波形を互換性のあるデジタル ストリームに変換しない限り、このデバイスを置き換えることはできません。

RF、デジタル データ、電源、流体は 1 つのアセンブリを共有できますか?

はい、ただし、各メディアは個別の伝送パスを使用します。回転システムは、AC または DC 電力用の電気接点、低レベル信号用の専用チャネル、RF ロータリー ジョイント、データ リンク、光チャネル、および空気、冷却剤、または作動油用の通路を組み合わせる場合があります。{1}}

ハイブリッドスリップリング個別の回転アセンブリの数を減らすことができます。また、電力-電流の加熱、ブラシのノイズ、接地、シーリング、ケーブルの出口、コネクタへのアクセス、RF またはデータ チャネルの配置など、設計上の相互作用も増加します。-

RF スリップ リングと他の回転伝送技術の比較

A 光ファイバースリップリング電気的絶縁または光インフラストラクチャが設計の大半を占める場合には、この方法が望ましい場合があります。従来の電気データ スリップ リングは、必要な速度、デューティ サイクル、ノイズ マージン、メンテナンス間隔が実証済みの接触設計の範囲内にある場合、よりシンプルで経済的になる可能性があります。

プロトコルと信号の互換性の概要

イーサネット チャネルの構築と選択の詳細については、次のサイトを参照してください。イーサネット スリップ リング ガイド。直接の高周波信号パスについては、-に関する記事をご覧ください。高周波スリップリングの設計に関する考慮事項-より関連性の高いフォローアップです。-

クイック選択決定ツリー

1. 元の RF またはマイクロ波波形が回転界面を横切っていますか?
2. RF ロータリー ジョイントから始めます。周波数、帯域幅、電力、挿入損失、リターンロスまたはVSWR、絶縁、回転変動を定義します。
3. 信号はデジタル イーサネット、CAN、シリアル、ビデオ、またはセンサー データですか?
4. 電気データ スリップ リング、非接触データ リンク、光ファイバー ロータリー ジョイントを、プロトコルの動作、絶縁、デューティ サイクル、および環境に基づいて比較します。
5. システムにも電力が必要ですか?
6. ハイブリッド アセンブリまたは別個の動力伝達デバイスを計画します。{0}}非接触データ チャネルは、有用なマシン電力を自動的に転送しません。
7. シャフト、ケーブル束、または流体ラインは中心を通過する必要がありますか?
8. 最初にボアを設定し、適切なものを検討してくださいスルーホールスリップリング周囲の機械構造が凍結する前に。
9. 寸法、チャンネルの組み合わせ、コネクタ、または環境が標準の制限を超えていませんか?
10. 完全な仕様を準備するカスタマイズされたスリップリングカタログ製品をアプリケーションに強制的に組み込むのではなく、

選択前に定義すべき 7 つのエンジニアリング要件

1. 正確にどのような信号とプロトコルを転送する必要がありますか?

「イーサネット」、「CAN」、「ビデオ」、「高速信号」などの一般的な説明を完全なインターフェース定義に置き換えます。-

• プロトコル、バージョン、物理層。
• 公称データレートとデータ方向。
• 独立したチャンネルの数。
• 二重モード、トポロジー、および終端。
• ケーブルの種類、シールド、インピーダンス、コネクタ。
• PoE またはその他のデータに対するパワー要件。{0}{1}
• リアルタイムのサイクル、同期、回復の要件。-
• テスト用の代表的なコントローラー、スイッチ、カメラ、またはセンサー。

2. パスを定義するパフォーマンスは何ですか?

データ速度ラベルは許容基準ではありません。-実際のシステム要件からメトリクスを選択します。

• パケット-損失またはビットエラー-の制限。
• 最大レイテンシーとジッター。
• リンクの起動と自動回復時間。
• アイ-ダイアグラムまたは信号-品質マージン。
• RF挿入損失、VSWR、アイソレーション、回転安定性。
• 定格電力が通電された状態での最大速度での動作。
• 必要な温度および環境範囲全体でパフォーマンスを発揮します。

別のアプリケーションからコピーしたユニバーサル合否番号を使用しないでください。カメラ ストリーム、同期モーション ネットワーク、マイクロ波受信パスには、障害による影響が異なります。

3. ローテーションとサービス プロファイルとは何ですか?

最低速度と最高速度、方向変更、加速度、連続運転または断続運転、運転時間、始動停止頻度、必要な耐用年数を記載します。{0} 1 時間に 10 回インデックスを作成する機械は、連続的に回転するスキャナとは異なる熱プロファイルと摩耗プロファイルを示します。

非接触データは、特定のデータ パスからの滑り摩耗を除去します。ベアリング、シール、パワー ブラシ、コネクタ、その他のコンポーネントには依然として寿命があるため、コンポーネント-レベルと完全なアセンブリ ライフサイクルの想定を個別に問い合わせてください。-

4. どのようなメカニカルエンベロープが利用可能ですか?

ボア、最大外径、軸方向の長さ、取り付け面、ローターとステーターの拘束、許容トルク、アライメント、振れ、ケーブル出口、曲げ半径、コネクターへのアクセス、および重量制限を提供します。

シャフトをクリアする穴があると、電源回路、シールド、ベアリング、またはダイナミック シールのための半径方向のスペースが不十分になる可能性があります。周囲のシャフトとエンクロージャを最終仕上げする前に、回転インターフェイスを確認します。

5. どのような電力と追加のメディアが軸を横切る必要がありますか?

すべてのメディアとその動作条件をリストします。

• 回路ごとの AC または DC の電圧と電流。
• 保護アースと接地の配置。
• アナログ、エンコーダ、CAN、シリアル、イーサネット、またはビデオ チャネル。
• 光ファイバーチャネル。
• 空気、真空、クーラント、作動油、またはその他の媒体。

高電流回路とスイッチング負荷は、熱とノイズを引き起こす可能性があります。{0}}それらの配置、シールド終端、接地、高速チャネルからの分離も同じ設計で検討する必要があります。-

6. 納品されたアセンブリはどのような環境で耐えなければなりませんか?

温度、湿度、結露、ほこり、水、洗い流す化学物質、腐食、塩害、高度、衝撃、振動、危険区域の要件を指定します。-

ケーブル グランド、嵌合コネクタ、取り付けインターフェイス、ダイナミック シールを含む、納入されたアセンブリに定格が適用されていることを確認します。このサイトのガイドは、スリップリングのIP定格RFQ のこの部分の準備に役立ちます。

7. EMC、接地、ケーブル配線はどのように制御されますか?

モーター ドライブ、スイッチング電源、トランスミッター、ブラシ接点、シールドの不連続点、長いケーブルが高速データに干渉する可能性があります。-プロトタイプのテスト前に、シールドの連続性、シャーシのボンディング、ケーブルの分離、ペアの形状、接地点、および必要なイミュニティまたはエミッション規格を定義します。

送信元デバイスから宛先デバイスまでの完全なチャネルを確認します。サイトの記事では、スリップリング信号用のシールドソリューション追加の設計上の考慮事項を示します。

非接触 RF データ リンクを使用しない場合

非接触データリンクは多くの高デューティ サイクル システムで役立ちますが、それが自動的に最適な選択肢になるわけではありません。{0}次のような状況で再検討してください。

• アプリケーションはオリジナルの RF 波形を伝送します。一般的なデジタル データ リンクではなく、RF ロータリー ジョイントを使用します。
• 実証済みの電気スリップ リングは、プロトコル、速度、寿命、メンテナンスの目標をすでに満たしています。より複雑な非接触アーキテクチャでは、実際の問題を解決せずにコストと検証作業が追加される可能性があります。
• 電気的絶縁が最も重要な要件です。光ファイバーロータリージョイントは、より明確なシステム境界を提供する場合があります。
• エンドデバイスまたはリアルタイム プロトコルは、変換、バッファリング、または不確実な回復動作を許容できません。{0}選択前にプロトコル固有のテスト証拠が必要です。{0}
• プロジェクトは、カスタム電子機器、プロトタイプのテスト、またはライフサイクル認定をサポートできません。互換性が文書化されている成熟した標準インターフェイスを選択してください。

機能した RFQ の例: 回転ギガビット イーサネット検査カメラ

以下は仕様例であり、顧客プロジェクトや製品の測定結果を主張するものではありません。

カメラはデジタル イーサネットを出力するため、マイクロ波 RF ロータリー ジョイントは最初のソリューションではありません。アーキテクチャの候補には、電気ギガビット イーサネット スリップ リング、個別の電源接点を備えた非接触データ リンク、イーサネット変換を備えた光ファイバ ロータリー ジョイントが含まれます。

電気イーサネットの設計が規定の回転、ノイズ、温度、回復のテストに合格した場合、それが最も単純な解決策となる可能性があります。電気的絶縁またはサーボ ドライブの干渉が大部分を占める場合、光パスにより変換ハードウェアを追加することが正当化される可能性があります。-この決定は、「RF スリップ リング」という広範なラベルに基づいてではなく、受け入れテストに基づいて行われます。

これらのロータリー技術はどこで使用されていますか?

CT および回転医用画像処理

CT ガントリーは連続回転しながら検出器データを転送します。医療システムには、管理されたライフサイクル、信頼性、統合、検証も必要です。サイトの概要は、医療機器用スリップリング関連するアプリケーション コンテキストを提供します。

ロボット工学、ROV、UAV、マシンビジョン

ロボット ジョイント、回転検査ヘッド、遠隔車両、ジンバルは、カメラ データ、制御装置、電源、エンコーダ、流体チャネルを組み合わせることができます。重要な問題は、接続しているデータ チャネルが必要なデューティ サイクルを通じてプロトコルを維持できるかどうか、あるいは非接触または光パスが正当であるかどうかです。関連する構成はサイトのロボット、ROV、UAV 用の信号スリップ リング.

レーダーおよびアンテナ システム

多くの場合、アンテナ システムには個別の回転機能が必要です。制御データ、電力、エンコーダ信号には電気スリップリング回路が使用される場合がありますが、元の RF 送信または受信パスでは RF ロータリー ジョイントが使用されます。-サイトのアンテナ用パワースリップリングは、この混合アーキテクチャの電気的側面を示しています。

提案されたスリップ リングまたは RF ロータリー ジョイントを検証する方法

データシートは提案されたコンポーネントを定義します。最終的なマシンでの動作を証明するものではありません。実際のデバイス、ケーブル、動作モード、および障害基準に基づいてテストを構築します。

1. 定常ベースラインを記録する

実際のコントローラー、スイッチ、カメラ、センサー、RF ソース、受信機、ケーブル、コネクタを接続します。ベースラインのトラフィック、タイミング、信号品質、または RF パフォーマンスをローテーションなしで記録します。

2. 最小速度、公称速度、および最大速度をテストします。

加速、反転、停止、および最も要求の厳しいデューティ サイクルが含まれます。 RF ロータリー ジョイントの場合は、該当する場合、全回転を通じて損失、整合、分離、および位相または振幅の変化を記録します。

3. 定格電力とノイズ源を通電する

データまたは RF パフォーマンスの記録中に、電源回路、モーター ドライブ、ヒーター、トランスミッター、スイッチング負荷を実行します。このステップにより、無負荷テスト中に隠れたままになっている結合、接地、および熱の問題が明らかになります。

4. 指定された環境をテストする

設置要件に従って、高温および低温での動作、結露の危険性、振動、衝撃、侵入保護、腐食への曝露、または洗浄条件を検証します。

5. 回復と長時間の動作を確認します-

電源の入れ直し、リンクの中断、自動回復、繰り返しの起動、および延長回転が含まれます。一時的に動作している接続が適格な設計と間違われないように、テスト前に合否基準を記録してください。

サイトのガイドでは、スリップリングをテストする方法便利な開始チェックリストを提供します。最終的な検証計画は、実際のマシンとプロトコルに対して承認される必要があります。

よくある選択の間違い

• 信号を定義せずに「RF スリップ リング」を使用する:最初にデジタル データと元の RF 波形を識別します。
• Gbps のみで選択する場合:データ レートは、レイテンシ、ジッター、パケット損失、起動、回復、ケーブルの互換性、リアルタイム動作を定義するものではありません。-
• 完全な要件として「イーサネット」を記述します。PHY、速度、デュプレックス、PoE、ケーブル配線、コネクタ、トポロジ、および産業プロトコルを指定します。
• 電力-チャンネルのノイズを無視する:大電流回路、スイッチング負荷、加熱、接地により、インストールされているデータのパフォーマンスが変化する可能性があります。{0}}
• 非接触型とはメンテナンスフリーを意味すると仮定します。-:ベアリング、シール、コネクタ、電源接点はライフサイクル項目のままです。
• 定常ベンチテストに依存する:回転、温度、振動、ケーブルの動き、定格荷重、および回復動作は受け入れテストに属します。
• ハウジングの IP 評価を完全なシステム評価として扱う:取り付けられたコネクタ、ケーブル挿入口、取り付けインターフェイス、およびシールは、要求された保護を維持する必要があります。

RF スリップ リングの RFQ チェックリスト

最終選考ガイダンス

信号から始めます。元の RF またはマイクロ波波形が回転インターフェースを通過する必要がある場合は、RF ロータリー ジョイントを使用します。イーサネット、CAN、シリアル データ、ビデオ、またはセンサー データについては、電気、非接触、光学のオプションを、正確なプロトコル、デューティ サイクル、機械的エンベロープ、環境、および EMC 条件と比較します。

次に、回転中の実際の機器、定格電力、代表的なノイズ、および指定された環境を使用して、提案されたアセンブリを評価します。完全な要件シートと合意された受け入れ計画により、技術的なリスクが軽減され、サプライヤーの提案の比較が容易になります。アプリケーション固有のレビューについては、-エンジニアリングチームに連絡してください信号、回転、機械、電力、環境、およびテストの要件に対応します。