CN115483582A - 一种基于波导通信的非接触式连接器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于波导通信的非接触式连接器，包括设在第一车厢处的插头和设在第二车厢处的插座，插头和插座均设有印刷电路板，印刷电路板上集成有通信模块，通信模块包括发送端模块和接收端模块，发送端模块和接收端模块均与印刷电路板电连接，发送端模块接收印刷电路板产生的第一电信号并转换成第一光信号发送，接收端模块接收第二光信号并转换成第二电信号传输给印刷电路板，实现非接触式连接器的非接触式信号传输，具有高可靠性，并且结构简单，无需二次连接组装，避免现有技术中线缆连接困难和不便造成连接误差导致出现信号传输错误的问题。
Description
技术领域
本发明涉及列车传输技术领域，具体涉及一种基于波导通信的非接触式连接器。
背景技术
在轨道交通应用场景中，为满足不同运营任务、灵活调配运力，列车需具备调整车厢数量的能力，在列车之间使用标准化车钩连接，在列车连挂时全自动车钩之间能完全实现机械、电气和气路的自动连挂，其中电气连挂包含硬线安全环路、硬线控制线以及通信网络线路等。常见车钩电气连接器为196芯，其中56个插针为插接式，其余140个插针为点触式，相连的两侧车钩插针布局完全统一，左右两侧完全对称。随着列车通信速率的逐渐提升，在列车运行环境中现有技术基于连接器内铜芯的良好接触传输数据信号的方式存在以下缺陷：
1)由于车间连接器由车辆自动化连接车钩进行拔插，受限于机械结构和无法保证两端连接器在空间上完全对准，对车间连接器的铜针的机械强度有要求，铜针的直径要大于5mm，但是当连接器传输信号的速率提升，较细的铜针才能实现较低阻抗的传输，若继续使用粗针将造成信号质量的劣化；
2)传统接触式连接方式依赖于金属接触面的良好导电性，若存在污迹或异物将造成通信信号的衰减，在检修方面需要定期对车钩连接器进行除尘清洁，检修工作繁琐；
3)在多次拔插后连接处的镀金表面会因磨损镀层消失，使得车钩信号传输损耗加大。
因此，用于轨道交通连接车厢的非接触式连接器应运而生，由于轨道交通车厢之间信号数据传输具有种类多、容量大、传输响应速度快的特点，使用场合以及环境的较为复杂，需满足在高速、高振动以及高磁等苛刻条件下的高效工作，亟需研究具有高传输速率（100Mbp以上）和高可靠性的非接触式传输技术。目前的非接触式信号传输连接器相关技术的研发仍然处于初创探索阶段。
发明内容
针对上述内容，本发明提供了一种基于波导通信的非接触式连接器，包括设在第一车厢处的插头和设在第二车厢处的插座，插头和插座均设有印刷电路板，印刷电路板上集成有通信模块，通信模块包括发送端模块和接收端模块，发送端模块接收印刷电路板产生的第一电信号并转换成第一光信号发送，接收端模块接收第二光信号并转换成第二电信号传输给印刷电路板，实现非接触式连接器的非接触式信号传输，具有高可靠性，并且结构简单，无需二次连接组装，避免现有技术中线缆连接困难和不便造成连接误差导致出现信号传输错误的问题。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于波导通信的非接触式连接器，包括插头和插座，所述插头和所述插座均设有印刷电路板，所述印刷电路板上集成有通信模块，所述通信模块包括发送端模块和接收端模块，所述发送端模块与所述接收端模块之间设有隔膜。本发明提供了一种基于波导通信的非接触式连接器，包括设在第一车厢处的插头和设在第二车厢处的插座，插头和插座的端头处均设有电磁模块，实现插头和插座的非接触式连接；插头和插座均设有印刷电路板，印刷电路板上集成有通信模块，通信模块包括发送端模块和接收端模块，发送端模块和接收端模块均与印刷电路板电连接，插头向插座发送信号时，插头的发送端模块接收印刷电路板产生的第一电信号并转换成第一光信号发送给插座，插座的接收端模块接收第一光信号并转换成第一电信号传输给印刷电路板；插座向插头发送信号时，插座的发送端模块接收印刷电路板产生的第二电信号并转换成第二光信号发送给插头，插头的接收端模块接收第二光信号并转换成第二电信号传输给印刷电路板，实现非接触式连接器的信号传输，具有高可靠性，并且结构简单，无需二次连接组装，避免现有技术中线缆连接困难和不便造成连接误差导致出现信号传输错误的问题；在发送端模块和接收端模块之间设有隔膜，隔膜用于将发送端模块相关联的光信号与接收端模块相关联的光信号隔离，避免干扰。
作为优选，所述印刷电路板上设有第一组装底座和第二组装底座，所述发送端模块嵌装在所述第一组装底座内，所述接收端模块嵌装在所述第二组装底座内，所述印刷电路板分别与所述发送端模块和所述接收端模块电连接，所述发送端模块接收所述印刷电路板产生的第一电信号并转换成第一光信号发送，所述接收端模块接收第二光信号并转换成第二电信号传输给所述印刷电路板。印刷电路板提供电信号并由发送端模块进行接收、转换和传输，插头和插座均可以发送模式或接收模式工作，实现信号互传。
作为优选，所述发送端模块包括第一半导体基板，所述第一半导体基板的第一表面上设有第一膜层，所述第一半导体基板的第二表面上设有第二膜层，所述第一膜层上设有第一电信号传输单元，所述第一电信号传输单元上设有光源单元，所述第一电信号传输单元与所述光源单元电连接，所述第一膜层上还设有与所述第一电信号传输单元电连接的驱动电路；所述第二膜层上设有第一光波导结构。第一半导体基板为单晶硅基板。第一膜层用于提供电绝缘功能，避免光信号于传输过程中受到相关的电磁或电气效应的干扰。第一膜层和第二膜层具有光的高穿透特性，为单一介电质膜层。光源单元由发光二极管、半导体激光器或垂直腔面发射激光器构成，其主要的功能是根据相关的电信号产生或发射出对应转换后的光束或光信号以进行传输。驱动电路接收并传输印刷电路板产生的电信号，并通过电信号传输单元的电连接驱动光源单元接收电信号后，将其转换成对应的光信号。
作为优选，所述第一光波导结构包括第一光波导结构主体，所述第一光波导结构主体的第一端设有第一反射面，所述第一反射面相对所述光源单元的位置设置。第一光波导结构主体用以提供光信号传输媒介，第一反射面用以提供光信号在三维空间下产生非共平面的转折、反射与传输导向，第一反射面设在第一光波导结构主体的第一端处，且与光源单元相对应，使得光源单元产生的光信号能照射至第一反射面上。
作为优选，所述第一电信号传输单元上设有第一穿孔。光源单元发射出光信号的相对位置上，将第一电信号传输单元的部分面积做小范围的穿孔处理，以便光信号穿过。
作为优选，所述驱动电路接收来自所述印刷电路板的第一电信号，并经由所述第一电信号传输单元传输至所述光源单元，所述光源单元根据所述第一电信号产生对应的第一光信号，所述第一光信号依次穿过所述第一穿孔、所述第一膜层、所述第一半导体基板和所述第二膜层进入所述第一光波导结构，并经由所述第一反射面的反射在所述第一光波导结构主体中传输，最后从所述第一光波导结构主体的第二端射出。
作为优选，所述接收端模块包括第二半导体基板，所述第二半导体基板的第三表面上设有第三膜层，所述第二半导体基板的第四表面上设有第四膜层，所述第三膜层上设有第二电信号传输单元，所述第二电信号传输单元上设有光检测单元，所述第二电信号传输单元与所述光检测单元电连接，所述第三膜层上还设有与所述第二电信号传输单元电连接的转阻放大器电路；所述第四膜层上设有第二光波导结构。接收端模块的详细架构、组件材料、产生功能、电连接关系和位置设置等，均与上述的发送端模块相似，其差别仅在于信号传输与转换上的行进方向和顺序，以及将发送端模块中的光源单元替换成接收端模块中的光检测单元，将驱动电路替换成转阻放大器电路。光检测单元由光接收二极管或光学接收器构成，其主要的功能是接收光信号并转换成对应的电信号以进行后续的传输。
作为优选，所述第二光波导结构包括第二光波导结构主体，所述第二光波导结构主体的第三端设有第二反射面，所述第二反射面相对所述光检测单元的位置设置。
作为优选，所述第二电信号传输单元上设有第二穿孔。
作为优选，所述第二光信号从所述第二光波导结构主体的第四端射入，所述第二光信号在所述第二光波导结构主体中以全反射方式传输，并经由所述第二反射面的反射从所述第二光波导结构中射出，依次穿过所述第四膜层、所述第二半导体基板、所述第三膜层和所述第二穿孔后进入所述光检测单元，所述光检测单元接收所述第二光信号并转换成对应的第二电信号，所述第二电信号经由所述第二电信号传输单元传输至所述转阻放大器电路，所述转阻放大器电路接收所述第二电信号并进行放大处理后传输至所述印刷电路板。从第二光波导结构主体的第四端射入的光信号，是以全反射方式在其中传输，并照射在呈现为45度夹角的第二反射面上后反射，而从第二光波导结构主体的第三端穿透第四膜层、第二半导体基板和第三膜层，并通过第二穿孔由光检测单元接收并转换成电信号，再由第二电信号传输单元将电信号传输至转阻放大器电路，经放大处理后由印刷电路板接收。
因此，本发明的优点是：
（1）实现轨道交通非接触式连接器的非接触式信号传输，具有高可靠性；
（2）结构简单，无需二次连接组装，避免现有技术中线缆连接困难和不便造成连接误差导致出现信号传输错误的问题；
（3）膜层的设置避免光信号于传输过程中受到相关的电磁或电气效应的干扰。
附图说明
图1是本发明实施例一中一种基于波导通信的非接触式连接器的结构示意图。
图2是本发明实施例一中印刷电路板的结构示意图。
图3是本发明实施例一中发送端模块的结构示意图。
图4是本发明实施例一中接收端模块的结构示意图。
1、插头 2、插座 3、印刷电路板 4、发送端模块 5、接收端模块 6、隔膜 7、第一组装底座 8、第二组装底座 9、第一半导体基板 10、第一表面 11、第一膜层 12、第二表面13、第二膜层 14、第一电信号传输单元15、光源单元 16、驱动电路 17、第一光波导结构18、第一光波导结构主体 19、第一端 20、第二端 21、第一反射面 22、第一穿孔 23、第二半导体基板，24、第三表面 25、第三膜层 26、第四表面 27、第四膜层 28、第二电信号传输单元 29、光检测单元 30、转阻放大器电路 31、第二光波导结构 32、第二光波导结构主体33、第三端 34、第四端 35、第二反射面 36、第二穿孔。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。
实施例一：
一种基于波导通信的非接触式连接器，如图1所示，包括插头1和插座2，插头1和插座2均设有印刷电路板3，印刷电路板3上集成有通信模块，通信模块包括发送端模块4和接收端模块5，发送端模块4与接收端模块5之间设有隔膜6。本发明提供了一种基于波导通信的非接触式连接器，包括设在第一车厢处的插头1和设在第二车厢处的插座2，插头1和插座2的端头处均设有电磁模块，实现插头1和插座2的非接触式连接；插头1和插座2均设有印刷电路板3，印刷电路板3上集成有通信模块，通信模块包括发送端模块4和接收端模块5，发送端模块4和接收端模块5均与印刷电路板3电连接，插头1向插座2发送信号时，插头1的发送端模块4接收印刷电路板3产生的第一电信号并转换成第一光信号发送给插座2，插座2的接收端模块5接收第一光信号并转换成第一电信号传输给印刷电路板3；插座2向插头1发送信号时，插座2的发送端模块4接收印刷电路板3产生的第二电信号并转换成第二光信号发送给插头1，插头1的接收端模块5接收第二光信号并转换成第二电信号传输给印刷电路板3，实现非接触式连接器的信号传输。
如图2所示，印刷电路板3上设有第一组装底座7和第二组装底座8，发送端模块4嵌装在第一组装底座7内，接收端模块5嵌装在第二组装底座8内，印刷电路板3分别与发送端模块4和接收端模块5电连接，发送端模块4接收印刷电路板3产生的第一电信号并转换成第一光信号发送，接收端模块5接收第二光信号并转换成第二电信号传输给印刷电路板3。印刷电路板3提供电信号并由发送端模块4进行接收、转换和传输，插头1和插座2均可以发送模式或接收模式工作，实现信号互传。
如图3所示，发送端模块4包括第一半导体基板9，第一半导体基板9的第一表面10上设有第一膜层11，第一半导体基板9的第二表面12上设有第二膜层13，第一膜层11上设有第一电信号传输单元14，第一电信号传输单元14上设有光源单元15，第一电信号传输单元14与光源单元15电连接，第一膜层11上还设有与第一电信号传输单元14电连接的驱动电路16；第二膜层13上设有第一光波导结构17。第一半导体基板9为单晶硅基板。第一膜层11用于提供电绝缘功能，避免光信号于传输过程中受到相关的电磁或电气效应的干扰。第一膜层11和第二膜层13具有光的高穿透特性，为单一介电质膜层。光源单元15由发光二极管、半导体激光器或垂直腔面发射激光器构成，其主要的功能是根据相关的电信号产生或发射出对应转换后的光束或光信号以进行传输。驱动电路16接收并传输印刷电路板3产生的电信号，并通过电信号传输单元的电连接驱动光源单元15接收电信号后，将其转换成对应的光信号。
如图3所示，第一光波导结构17包括第一光波导结构主体18，第一光波导结构主体18的第一端19设有第一反射面21，第一反射面21相对光源单元15的位置设置。第一光波导结构主体18用以提供光信号传输媒介，第一反射面21用以提供光信号在三维空间下产生非共平面的转折、反射与传输导向，第一反射面21设在第一光波导结构主体18的第一端19处，且与光源单元15相对应，使得光源单元15产生的光信号能照射至第一反射面21上。
如图3所示，第一电信号传输单元14上设有第一穿孔22。光源单元15发射出光信号的相对位置上，将第一电信号传输单元14的部分面积做小范围的穿孔处理，以便光信号穿过。
如图3所示，驱动电路16接收来自印刷电路板3的第一电信号，并经由第一电信号传输单元14传输至光源单元15，光源单元15根据第一电信号产生对应的第一光信号，第一光信号依次穿过第一穿孔22、第一膜层11、第一半导体基板9和第二膜层13进入第一光波导结构17，并经由第一反射面的反射在第一光波导结构主体18中传输，最后从第一光波导结构主体18的第二端20射出。
如图4所示，接收端模块5包括第二半导体基板23，第二半导体基板23的第三表面24上设有第三膜层25，第二半导体基板23的第四表面26上设有第四膜层27，第三膜层25上设有第二电信号传输单元28，第二电信号传输单元28上设有光检测单元29，第二电信号传输单元28与光检测单元29电连接，第三膜层25上还设有与第二电信号传输单元28电连接的转阻放大器电路30；第四膜层27上设有第二光波导结构31。接收端模块5的详细架构、组件材料、产生功能、电连接关系和位置设置等，均与上述的发送端模块4相似，其差别仅在于信号传输与转换上的行进方向和顺序，以及将发送端模块4中的光源单元15替换成接收端模块5中的光检测单元29，将驱动电路16替换成转阻放大器电路30。光检测单元29由光接收二极管或光学接收器构成，其主要的功能是接收光信号并转换成对应的电信号以进行后续的传输。
如图4所示，第二光波导结构31包括第二光波导结构主体32，第二光波导结构主体32的第三端33设有第二反射面35，第二反射面35相对光检测单元29的位置设置。
如图4所示，第二电信号传输单元28上设有第二穿孔36。
如图4所示，第二光信号从第二光波导结构主体32的第四端34射入，第二光信号在第二光波导结构主体32中以全反射方式传输，并经由第二反射面35的反射从第二光波导结构31中射出，依次穿过第四膜层27、第二半导体基板23、第三膜层25和第二穿孔36后进入光检测单元29，光检测单元29接收第二光信号并转换成对应的第二电信号，第二电信号经由第二电信号传输单元28传输至转阻放大器电路30，转阻放大器电路30接收第二电信号并进行放大处理后传输至印刷电路板3。从第二光波导结构主体32的第四端34射入的光信号，是以全反射方式在其中传输，并照射在呈现为45度夹角的第二反射面35上后反射，而从第二光波导结构主体32的第三端33穿透第四膜层27、第二半导体基板23和第三膜层25，并通过第二穿孔36由光检测单元29接收并转换成电信号，再由第二电信号传输单元28将电信号传输至转阻放大器电路30，经放大处理后由印刷电路板3接收。
以上内容，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种基于波导通信的非接触式连接器，其特征在于，包括插头和插座，所述插头和所述插座均设有印刷电路板，所述印刷电路板上集成有通信模块，所述通信模块包括发送端模块和接收端模块，所述发送端模块与所述接收端模块之间设有隔膜。
2.根据权利要求1所述的一种基于波导通信的非接触式连接器，其特征在于，所述印刷电路板上设有第一组装底座和第二组装底座，所述发送端模块嵌装在所述第一组装底座内，所述接收端模块嵌装在所述第二组装底座内，所述印刷电路板分别与所述发送端模块和所述接收端模块电连接，所述发送端模块接收所述印刷电路板产生的第一电信号并转换成第一光信号发送，所述接收端模块接收第二光信号并转换成第二电信号传输给所述印刷电路板。
3.根据权利要求2所述的一种基于波导通信的非接触式连接器，其特征在于，所述发送端模块包括第一半导体基板，所述第一半导体基板的第一表面上设有第一膜层，所述第一半导体基板的第二表面上设有第二膜层，所述第一膜层上设有第一电信号传输单元，所述第一电信号传输单元上设有光源单元，所述第一电信号传输单元与所述光源单元电连接，所述第一膜层上还设有与所述第一电信号传输单元电连接的驱动电路；所述第二膜层上设有第一光波导结构。
4.根据权利要求3所述的一种基于波导通信的非接触式连接器，其特征在于，所述第一光波导结构包括第一光波导结构主体，所述第一光波导结构主体的第一端设有第一反射面，所述第一发射面相对所述光源单元的位置设置。
5.根据权利要求4所述的一种基于波导通信的非接触式连接器，其特征在于，所述第一电信号传输单元上设有第一穿孔。
6.根据权利要求5所述的一种基于波导通信的非接触式连接器，其特征在于，所述驱动电路接收来自所述印刷电路板的第一电信号，并经由所述第一电信号传输单元传输至所述光源单元，所述光源单元根据所述第一电信号产生对应的第一光信号，所述第一光信号依次穿过所述第一穿孔、所述第一膜层、所述第一半导体基板和所述第二膜层进入所述第一光波导结构，并经由所述第一反射面的反射在所述第一光波导结构主体中传输，最后从所述第一光波导结构主体的第二端射出。
7.根据权利要求2所述的一种基于波导通信的非接触式连接器，其特征在于，所述接收端模块包括第二半导体基板，所述第二半导体基板的第三表面上设有第三膜层，所述第二半导体基板的第四表面上设有第四膜层，所述第三膜层上设有第二电信号传输单元，所述第二电信号传输单元上设有光检测单元，所述第二电信号传输单元与所述光检测单元电连接，所述第三膜层上还设有与所述第二电信号传输单元电连接的转阻放大器电路；所述第四膜层上设有第二光波导结构。
8.根据权利要求7所述的一种基于波导通信的非接触式连接器，其特征在于，所述第二光波导结构包括第二光波导结构主体，所述第二光波导结构主体的第三端设有第二反射面，所述第二发射面相对所述光检测单元的位置设置。
9.根据权利要求8所述的一种基于波导通信的非接触式连接器，其特征在于，所述第二电信号传输单元上设有第二穿孔。
10.根据权利要求9所述的一种基于波导通信的非接触式连接器，其特征在于，所述第二光信号从所述第二光波导结构主体的第四端射入，所述第二光信号在所述第二光波导结构主体中以全反射方式传输，并经由所述第二反射面的反射从所述第二光波导结构中射出，依次穿过所述第四膜层、所述第二半导体基板、所述第三膜层和所述第二穿孔后进入所述光检测单元，所述光检测单元接收所述第二光信号并转换成对应的第二电信号，所述第二电信号经由所述第二电信号传输单元传输至所述转阻放大器电路，所述转阻放大器电路接收所述第二电信号并进行放大处理后传输至所述印刷电路板。
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Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN103048743A (zh) * | 2011-10-13 | 2013-04-17 | 中央大学 | 光学传输系统及其制备方法 |
| CN106353859A (zh) * | 2015-07-24 | 2017-01-25 | 中兴通讯股份有限公司 | 一种光互联交叉背板、传输设备及信号调度方法 |
| CN215120806U (zh) * | 2021-07-20 | 2021-12-10 | 中国铁道科学研究院集团有限公司 | 一种列车间非接触数据传输装置及系统 |
-
2022
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