BR112016009532B1 - Nó emissor de sinal de rádio controlado por potência de emissão - Google Patents

Abstract

NÓ EMISSOR DE SINAL DE RÁDIO CONTROLADO POR POTÊNCIA DE EMISSÃO. Trata-se de um nó emissor de sinal de rádio (25, 38) que é configurado para emitir um sinal de rádio com uma potência de emissão de rádio quando enterrado no solo (10), em que o dito nó (25, 38) compreende uma antena (20, 39), um circuito eletrônico integrado (22) que é conectado eletricamente à antena (20, 39) que usa uma linha de alimentação (15, 17, 18) e pelo menos um sensor (30) para geração de dados de medição (31). O circuito integrado (22) é configurado para operar a antena (20, 39) para emitir o sinal de rádio que contém os ditos dados de medição (31) periodicamente ou mediante o recebimento de uma solicitação sem fio (32). O nó emissor de sinal de rádio (25, 38) é configurado para permitir que um meio circundante do solo (10) influencie o campo próximo da antena (20, 39), quando o dito nó (25, 38) é enterrado no solo (10). O mesmo é configurado adicionalmente para diminuir a potência de emissão de rádio ou para impedir a emissão de sinal de rádio caso a influência do meio circundante sobre o campo próximo seja retirada no momento em que o dito nó (25, 38) é removido do solo.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[0001] A invenção a um nó emissor de sinal de rádio configurado para emitir um sinal de rádio com uma potência de emissão de rádio quando enterrado no solo, em que o dito nó compreende: - uma antena; - um circuito eletrônico integrado que é conectado eletricamente à antena que usa uma linha de alimentação; e - pelo menos um sensor para geração de dados de medição; enquanto o circuito integrado é configurado para operar a antena para emitir o sinal de rádio, que contém os ditos dados de medição, periodicamente ou mediante o recebimento de uma solicitação sem fio. A invenção se refere adicionalmente a um sistema de sensor com pelo menos um dos ditos nós.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[0002] Nós de emissão de sinal de rádio subterrâneos sem fio são empregados para monitorar parâmetros de solo sobre maiores períodos de tempo. Os ditos nós são também comumente referidos como "batedores de solo" e encontram diversas aplicações em aplicações agrícolas. Os nós são empregados para monitorar, por exemplo, umidade ou temperatura através do uso dos sensores correspondentes. Entretanto, uma vez que os mesmos foram enterrados debaixo do solo, principalmente em campos ou outras zonas agrícolas, foi feito muito esforço no passado para se transmitir apropriadamente os dados de medição dos sensores para uma estação de rádio ou uma unidade de rádio que coleta os dados de medição a certos intervalos de tempo ao longo de um maior período de tempo, como meses ou até mesmo anos.

[0003] O foco de pesquisa e desenvolvimento era tipicamente a elevada atenuação causada pelo solo e seus efeitos no projeto das antenas. Uma vez que o nó precisa ser instalado justamente abaixo da profundidade de lavoura ou a uma profundidade que seja suficiente para protegê-lo, uma considerável potência de emissão de rádio precisa ser empregada a fim de transmitir os dados de medição através do solo e também através do ar a fim de atingir a estação de rádio ou qualquer outra unidade de rádio que coleta os dados de medição.

[0004] No trabalho de pesquisa "Validation and results of the soil scout radio-signal attenuation model", Biosystems Engineering 97 (2007) 11/19 por J. Tiusanen, os problemas acima mencionados de monitoramento de subsolo na agricultura foram anteriormente considerados. Foi reconhecido que um nó com uma faixa conveniente de operação precisaria emitir com uma potência que violaria as normas de banda de rádio.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0005] Nessa tecnologia inovadora, o inventor reconheceu que a potência de emissão dos ditos nós, de fato, viola em diversos casos as presentes normas de banda de rádio na maioria dos países. Existe um perigo considerável de que tal nó seja trazido à superfície do solo durante a ação de lavoura, onde o mesmo emitiria sem suficiente atenuação de solo. Apesar de o sinal de rádio que emite nós ser empregado, em geral, apenas por um par de milissegundos para solicitar e enviar os dados de medição desejados, a violação das normas de banda de rádio seria inevitável.

[0006] Um objetivo da invenção consiste no desejo de cumprir com as presentes normas de banda de rádio nos respectivos países onde os ditos nós são implantados.

[0007] Outro objetivo da invenção é identificar rapidamente nós de emissão de sinal de rádio que foram deslocados de sua posição pre- tendida dentro do solo. Tais nós também inevitavelmente entregariam dados de medição incorretos, tanto devido ao sensor executar medição na superfície quanto devido ao sensor ter sido danificado ou des- conectado do nó. Eventualmente, ambos os casos conduziriam à tomada de decisão agrícola inapropriada.

[0008] De acordo com a invenção, um nó emissor de sinal de rádio é configurado para emitir um sinal de rádio com uma potência de emissão de rádio quando enterrado no solo, em que o dito nó compreende: - uma antena; - um circuito eletrônico integrado que é conectado eletricamente à antena que usa uma linha de alimentação; e - pelo menos um sensor para geração de dados de medição; enquanto o circuito integrado é configurado para operar a antena para emitir o sinal de rádio, que contém os ditos dados de medição, periodicamente ou mediante o recebimento de uma solicitação sem fio.

[0009] Os objetivos desejados são atingidos pelo nó emissor de sinal de rádio, que é configurado para permitir que um meio circundante do solo influencie o campo próximo da antena quando o dito nó está enterrado no solo. O nó emissor de sinal de rádio é configurado adicionalmente para diminuir a potência de emissão de rádio ou para impedir a emissão de sinal de rádio caso a influência do meio circundante sobre o campo próximo seja retirada no momento em que o dito nó é removido do solo. Em outras palavras, o nó emissor de sinal de rádio é configurado para acoplar a potência de rádio emitida a partir da antena para o solo no campo eletromagnético próximo, contanto que o dito nó esteja enterrado no solo, porém, o nó é configurado adicionalmente para diminuir a potência de emissão de rádio ou para impedir o campo próximo de se acoplar a um meio circundante do solo.

[0010] Por solo entende-se o piso da maneira mais abrangente. O solo pode compreender ou consistir em pedra, seixos, terra, areia, húmus ou substâncias orgânicas, em particular, o solo pode consistir em uma mistura das ditas substâncias que incluem os microrganismos que vivem no mesmo. Logo, o solo pode também compreender ou consistir em turfa, composto ou similar.

[0011] A potência de emissão de rádio do dito nó deve ser elevada, uma vez que, quando enterrado no solo, o mesmo deve gerar um sinal de rádio mensurável, o qual tem que percorrer através do solo e, após o mesmo, no ar. A potência de emissão é diminuída, uma vez que a remoção do solo ocasionaria no ar um sinal de rádio de potência bastante elevada, o qual, em geral, não cumpre com as normas de banda de rádio.

[0012] Dependendo da profundidade de lavoura, os nós de emissão de sinal de rádio são posicionados a profundidades de solo de, tipicamente, 10 cm, 25 cm ou 40 cm. A posição depende da respectiva aplicação e pode, é claro, diferir das ditas profundidades de solo. De modo correspondente, a potência de emissão de rádio operacional no solo pode também variar em função da profundidade designada.

[0013] O campo próximo da antena e/ou linha de campo se refere à região circundante da antena definida por aproximadamente metade de um comprimento de onda da radiação emitida. O nó passa o campo próximo para fora em direção ao meio circundante que pertence ao solo e que pode levar influência ao campo próximo da antena e/ou linha de campo. O nó permite que o campo próximo sobreponha o meio circundante compreendendo-se o formato correspondente, em particular, um alojamento particular em torno da antena e/ou linha de alimentação.

[0014] O pelo menos um sensor gera dados de medição que permitem que conclusões sejam tomadas com base nas condições de solo na proximidade do nó. O pelo menos um sensor fornece os dados de medição para o nó emissor de sinal de rádio e o dito nó integra os dados de medição no seu sinal de rádio.

[0015] Uma vez que os nodos de emissão de rádio são destinados a permanecer no solo por muitos anos, a ação de lavoura contínua e a erosão podem levar a uma considerável mudança da posição do nodo, o qual pode então ser monitorado, ou, pelo menos, o nodo realiza as etapas necessárias para impedir qualquer violação das normas de rádio.

[0016] Uma modalidade preferencial do nó tem uma potência de alimentação de bateria para o circuito integrado. É vantajoso escolher baterias com um longo tempo de vida a fim de reduzir os esforços de manutenção ou até mesmo para evitar qualquer manutenção além do posicionamento dos nós debaixo do solo e remoção dos mesmos ao fim do tempo de vida da bateria.

[0017] Em uma modalidade preferencial do nó, o nó emissor de sinal de rádio é adaptado para diminuir a potência de emissão de rádio ou para impedir a emissão de sinal de rádio caso a influência do meio circundante sobre o campo próximo seja retirada, no momento em que o dito nó é removido do solo, de uma maneira passiva.

[0018] A ação do nó é realizada sem qualquer detecção ativa do aumento da potência de emissão de rádio ou uma mudança de impe- dância. A simples remoção do meio circundante do solo cria a condição necessária para ocasionar o ajuste da potência de emissão de rádio. Isso é realizado retirando-se a influência do meio circundante sobre a antena, sobre a linha de alimentação ou sobre o circuito integrado ou qualquer outro componente do nó.

[0019] Vantajosamente, o nó é configurado para atenuar a potência de emissão de rádio ou até mesmo encerrar a emissão de sinal de rádio completamente, dependendo da posição indesejada do nó dentro ou acima do solo. Por exemplo, caso o nó tenha sido trazido à superfí- cie do solo por ação da lavoura ou outro, na maioria dos casos, é aconselhável interromper a emissão de rádio completamente. Alternativamente, a emissão de rádio é atenuada até um grau que ainda cumpre com as regulações gerais de banda de rádio. Também, a potência de emissão de rádio pode ser atenuada de acordo com um grau da cobertura de solo restante do nó para satisfazer as regulamentações de rádio no ar.

[0020] Vantajosamente, a adaptação da potência de emissão é implantada, pelo menos parcialmente, utilizando-se a contribuição de permissividade e/ou permeabilidade do solo para a impedância de operação da antena e/ou sua linha de alimentação. Outras qualidades do solo, tal como a permeabilidade ou similar, podem também ser implantadas consequentemente.

[0021] Em uma modalidade preferencial, uma mudança do estado enterrado para um estado desenterrado do nó ocasiona uma mudança de impedância da antena e/ou da sua linha de alimentação, o que torna a impedância operacional uma impedância não correspondente. A impedância operacional da antena e/ou da sua linha de alimentação é otimizada para emissão de rádio quando coberta por uma camada de solo. A camada de solo pode ter diversas influências no nó emissor de sinal de rádio. Uma delas, por exemplo, é a atenuação do sinal de rádio e outra é a possível influência na impedância da antena e/ou de sua linha de alimentação, a qual é particularmente alterada caso o solo atinja a região de campo próxima da antena. Em ambos os casos a antena pode ser otimizada em termos de tamanho e dimensão para emissão de rádio debaixo do solo. O objetivo geral é manter uma resistência de sinal de rádio aceitável no ar circundante acima do solo. Caso a impedância seja não correspondente, o estado de operação padrão do nó é abandonado. Em profundidades pequenas, a impe- dância não correspondente pode indicar uma profundidade incorreta no solo, tanto demasiado profunda quanto demasiado próxima à superfície. Em particular, no momento em que a superfície é atingida, a impedância é não correspondente para indicar o deslocamento. Em profundidas maiores, a impedância será dificilmente ou nem um pouco afetada por um deslocamento do nó de emissão de rádio, entretanto, a atenuação pelo solo é afetada primariamente.

[0022] Em uma modalidade preferencial, devido à impedância não correspondente, a antena é operável com uma baixa potência de emissão, é operável com uma potência de emissão permitida ou é não operável. Dependendo da respectiva aplicação, a medição mais útil poderá ser escolhida. Por exemplo, caso o recolhimento de um nó em impedância não correspondente não seja desejado, é mais conveniente interromper a operação. Entretanto, caso o nó possa ainda conter importantes dados de medição, pode ser aconselhável uma emissão contínua a um nível de potência permitido. Também, caso o nó contenha substâncias contaminantes, o mesmo deverá ser removido do solo ao fim de seu tempo de vida. Portanto, um recolhimento do nó é tornado possível caso a antena seja ainda operável com uma baixa potência de emissão.

[0023] Em uma modalidade preferencial, o nó compreende pelo menos um controlador de profundidade, e o nó emissor de sinal de rádio é adaptado para diminuir a potência de emissão de rádio ou para impedir a emissão de sinal de rádio caso a influência do meio circundante sobre o campo próximo seja retirada, no momento em que o dito nó é removido do solo, de uma maneira ativa em resposta aos dados de medição do dito pelo menos um controlador de profundidade.

[0024] Vantajosamente, dependendo dos dados de posição originados a partir do dito pelo menos um controlador de profundidade, o dito nó é operável com uma baixa potência de emissão, é operável com uma potência de emissão permitida ou é não operável. Razões possíveis para as respectivas medições foram dadas em relação à maneira passiva de detecção. As mesmas se aplicam também à detecção ativa.

[0025] Vantajosamente, o nó, em particular o controlador de profundidade, gera dados de posição que contém informações a respeito da posição atual do nó dentro do solo. A profundidade pode ser deduzida a partir da impedância da antena e/ou da sua linha de alimentação, ou da variação do ciclo de temperatura diário. Dessa maneira é possível identificar o movimento relativo do nó com referência à superfície de solo ao longo de maiores períodos de tempo e atuar de acordo. Portanto, por exemplo, um usuário não tem que aguardar até que o nó seja trazido à superfície completamente pela ação de lavoura. Em vez disso, ele é capaz de decidir sobre a remoção do nó ou uma medida alternativa, tal como simplesmente adicionar mais solo sobre a superfície e corrigir a posição do nó dessa maneira.

[0026] Em uma modalidade preferencial, uma mudança entre um estado coberto e um estado descoberto do nó emissor de sinal de rádio é detectada pelo nó que mede uma mudança de impedância correspondente da antena e/ou da sua linha de alimentação. Quando um limite de impedância definido é ultrapassado, a mudança de estados ocorre, o que acontece tipicamente durante ação de lavoura. Adicionalmente, o nó pode monitorar ou armazenar seus dados de posição do nó.

[0027] Em uma modalidade preferencial, a antena é inoperável no estado descoberto devido à mudança de impedância correspondente da antena e/ou da sua linha de alimentação. Dessa maneira a antena, incluindo sua linha de alimentação, pode ser tornada parte de uma unidade de controle ou formar a própria unidade de controle, que é usada para controlar e/ou ajustar a potência de emissão de rádio. Isso é vantajoso uma vez que a unidade de controle é facilmente realizável dentro do dito circuito integrado.

[0028] Uma possibilidade para corresponder a impedância de operação é ajustar as dimensões da linha de alimentação em conformidade, por meio do qual a linha de alimentação é implantada preferencialmente como uma linha de microtrilha. A potência de rádio é alimentada à antena através da linha de alimentação, cuja impedância de operação é correspondida ajustando-se a largura w da linha de alimentação e a distância h a partir de uma placa aterrada de tal maneira que a impedância de linha de alimentação seja correspondida à antena no momento em que o solo está presente no campo próximo da linha de alimentação. Caso o nó seja erguido para fora do solo, a linha de alimentação sai de sintonia. Logo, uma potência de emissão de rádio excessivamente elevada é impedida de uma maneira passiva.

[0029] Em uma modalidade preferencial, o circuito integrado é adaptado para monitorar a impedância da antena e/ou da sua linha de alimentação e é habilitado para iniciar uma medição alternativa, preferencialmente um sinal acústico mediante solicitação sem fio, caso um limite de impedância seja ultrapassado. Também, outros sinais podem ser usados para indicar que o nó foi deslocado dentro do solo. O circuito integrado pode também ser adaptado para ainda registrar data em um armazenamento integrado do circuito integrado a fim de permitir a leitura em um momento posterior. Uma medição alternativa é também um elemento fluorescente ou uma etiqueta fluorescente, que se torna ativada acima do solo, em que o dito elemento é tanto potenciali-zado pelo nó quanto, alternativamente, pelo sol ou por uma fonte de luz ultravioleta. Logo, a visibilidade do nó na superfície de solo pode ser, substancialmente, otimizada para encontrar o nó deslocado de maneira mais fácil. Uma vez que o próprio nó não tem muita energia elétrica após um maior período de uso, é melhor que o sol carregue o elemento fluorescente, o qual veio à tona a partir do subsolo juntamen- te com o nó, com energia óptica, o que habilita o usuário a reconhecer o nó durante a noite. Um indivíduo pode buscar ativamente o nó etiquetado através do uso da dita fonte de luz ultravioleta, a qual abastece energia ao elemento fluorescente no momento em que o mesmo brilha sobre si. Idealmente, o elemento fluorescente compreende ou consiste em uma fita fluorescente ou um revestimento de superfície fluorescente.

[0030] Vantajosamente, a largura w da linha de alimentação é entre 1 a 2 mm, preferencialmente 1,5 mm. São também levadas em conta aqui as condições de emissão assim como as condições para o abastecimento da corrente alternante. No experimento, as ditas dimensões da linha de alimentação foram consideradas bastante eficazes.

[0031] Em uma modalidade preferencial, a linha de alimentação forma uma linha reta sobre todo ou quase todo seu comprimento L no plano condutor da antena. Preferencialmente, a linha de alimentação pode também ser conectada com outro plano condutor de uma placa de circuito de multicamadas. Em tais placas, os planos condutores são também referidos como camadas.

[0032] Em uma modalidade preferencial, a antena é uma antena de monopolo com um diâmetro e em que a linha de alimentação tem um comprimento de linha de alimentação L de 60% a 80% do diâmetro D, que é 0,6 * D < L < 0,8 * D. Em que a linha de alimentação tem a função de conectar a antena de monopolo a um amplificador e, desse modo, habilitar as oscilações elétricas dentro da antena de monopolo necessárias à transmissão de rádio. O projeto da linha de alimentação também influencia os campos magnéticos e elétricos dentro do campo próximo da antena e, logo, deve ser do comprimento ideal L conforme confirmado no experimento.

[0033] Em uma modalidade preferencial, o pelo menos um sensor é integrado completamente ou parcialmente ao circuito integrado. Além disso, o número de sensores pode variar. Idealmente, o número varia entre um, dois ou três sensores, que podem ser posicionados ou integrados no circuito integrado por diferentes razões. Ter uma multiplicidade de sensores junto ao nó emissor de sinal de rádio evita problemas de manutenção indesejados no caso de um sensor falhar du-rante o período de tempo de vida do nó. Então, simplesmente, um ou dois outros sensores ocuparão o lugar do sensor danificado. Alternativamente, pode ser útil considerar os dados de medição que foram obtidos em diferentes localizações de sensor, como no topo do nó emissor de sinal de rádio e/ou abaixo do mesmo. Por essa razão, poderia ser útil não integrar os, pelo menos um, sensores ao circuito integrado do nó, porém, tê-los conectados através do uso de um cabo a fim de atingir certa distância dentre os sensores, o que leva a uma medição de dados mais confiável. Entretanto, em algumas aplicações, isso pode ser problemático, uma vez que uma conexão de cabo traz sempre um risco de que umidade adentre o alojamento do nó emissor de sinal de rádio e, desse modo, destrua o mesmo ao longo de um maior período de tempo. Logo, a integração do pelo menos um sensor ao circuito integrado do nó emissor de sinal de rádio pode ser uma solução mais segura.

[0034] Em uma modalidade preferencial, o pelo menos um sensor é um sensor de parâmetro de solo, por exemplo, um sensor de umidade, um sensor de condutividade de solo, um sensor de acidez ou um sensor de temperatura. A escolha do tipo de sensor depende da respectiva aplicação ou necessita que o usuário tome decisões no respectivo projeto. O nó emissor de sinal de rádio pode ser usado em dependência do seu pelo menos um sensor. Um nó com um sensor de umidade pode ser usado para monitoramento de umidade de pisos de construção, fundações e/ou campos agrícolas, ou para a detecção de barragens de enchente ou redução de erosão fluvial. Um nó com um sensor de acidez pode ser usado para monitorar zonas industriais de fábricas químicas ou farmacêuticas para monitorar contaminações in- desejadas do solo. São possíveis também aplicações adicionais em outras áreas técnicas ou não técnicas dependendo do tipo do pelo menos um sensor.

[0035] Em uma modalidade preferencial, o nó emissor de sinal de rádio tem um armazenamento para dados de medição que se origina a partir do pelo menos um sensor. De fato, o armazenamento pode ser usado para os dados de medição de outros sensores a fim de habilitar uma análise de falha em um momento posterior. A análise de falha pode ser iniciada por uma solicitação sem fio ou removendo-se o nó emissor de sinal de rádio de sua posição no solo e tendo-o conectado a um sistema analisador. O armazenamento pode também ser usado para dados de posição do nó. Dessa maneira, os dados de medição obtidos podem ser mais bem entendidos relacionando-se os mesmos aos dados de posição do nó.

[0036] Em uma modalidade preferencial, a antena e partes de circuito do circuito integrado são localizados em lados opostos da placa de circuito de multicamadas. A antena e as partes de circuito do circuito integrado são localizadas em diferentes camadas de condução de uma placa de circuito de multicamadas, enquanto as camadas respectivas são paralelas umas às outras. Isso leva a um nó emissor de sinal de rádio que é pequeno em tamanho e pode ser posicionado e manuseado facilmente.

[0037] Em uma modalidade preferencial, o nó compreende um revestimento e/ou uma capa para definir uma distância mínima entre o solo e a antena e/ou a linha de alimentação no estado enterrado, em que o revestimento e/ou capa são preferencialmente uma parte integral de um alojamento do dito nó. Definindo-se a dita distância mínima, a influência do solo sob a impedância operacional pode ser controlada facilmente. Além disso, o campo próximo pode ser passado vantajosamente sobre o meio circundante do solo a fim de proporcionar melhores resultados de acoplamento.

[0038] A modalidade preferencial é um sistema de sensor com pelo menos um nó emissor de sinal de rádio de acordo com a invenção e uma unidade de rádio para solicitar e/ou obter dados de medição a partir do nó. Em particular, uma unidade de rádio móvel é extremamente útil para encontrar e localizar nós de emissão de sinal de rádio e verificar os mesmos para manutenção. Além disso, dados de medição podem ser recuperados por uma unidade de rádio móvel. Do contrário, uma unidade de rádio fixa ou estação de rádio pode ser interessante, uma vez que o processo de recuperação de dados de medição pode ser feito automaticamente sem a interferência de funcionários, o que leva a um procedimento de baixo custo e também mais confiável.

[0039] Outras modalidades favoráveis e implantações vantajosas da invenção são descritas nos desenhos ou nas reivindicações dependentes.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0040] A seguir, a invenção será explicada em maior detalhe com referência ao exemplo mostrado nos desenhos anexos nas figuras 1 a 5, das quais: A figura 1 mostra uma placa de circuito de multicamadas de um nó emissor de sinal de rádio posicionado debaixo do solo, a figura 2 mostra a placa de circuito de multicamadas do nó emissor de sinal de rádio da figura 1, a figura 3 mostra a placa-base não condutora de uma segunda modalidade de um nó emissor de sinal de rádio, a figura 4 mostra o circuito integrado da segunda modalidade da figura 3, a figura 5 mostra a placa-base não condutora de um nó emissor de sinal de rádio com uma linha de alimentação reta na camada condutora da antena, e a figura 6 mostra um nó emissor de sinal de rádio com sensores externos em comunicação com uma unidade de rádio estacionária.

[0041] Os mesmos numerais de referência se referem aos mesmos componentes em todas as figuras.

DESCRIÇÃO DETALHADA DE MODALIDADES PREFERENCIAIS

[0042] A figura 1 mostra o nó emissor de sinal de rádio 25 com quatro camadas condutoras. A camada 14 é a camada aterrada (GND) e a camada condutora exterior hospeda a antena (não mostrada) e sua linha de alimentação 15. A escolha da distância h é crucial para implantar a impedância desejada da linha de alimentação 15 que tem a largura w.

[0043] Na outra camada 22, um circuito integrado é implantado com diversos componentes que tem as funções de dirigir a antena, armazenar a data de medição, ler um sensor ou similar. A placa de circuito de multicamada 11, em particular, a linha de alimentação 15, é posicionada próxima ao solo 10. Isso significa que no campo próximo, indicado pelas linhas de campo magnético 13, o solo 10 influencia na permissividade assim como na suscetibilidade de influenciar a impe- dância da antena e/ou sua linha de alimentação 15. Em outras palavras, a antena e/ou sua linha de alimentação 15, assim como a camada condutora aterrada 14, são projetadas levando-se em conta a in-fluência do solo 10 para uma emissão de sinal de rádio otimizada a uma determinada profundidade de solo.

[0044] A camada condutora 7 pode compreender um sensor integrado, tal como um sensor de umidade ou um sensor de temperatura ou, do contrário, um elemento de detecção, tal como uma resistência dependente de temperatura. A fim de poupar espaço, a camada 7 pode também conter partes ou componentes do circuito integrado 22.

[0045] A figura 2 mostra a placa de circuito de multicamada 11 do nó emissor de sinal de rádio 25 da figura 1 em uma perspectiva tridimensional. A antena de monopolo 20 é localizada na mesma camada condutora assim como a linha de alimentação 15, a qual tem a função de conectar eletricamente a antena 20 a uma das outras camadas condutoras, em particular, à camada no lado oposto do nó 25 que compreende o circuito integrado 22.

[0046] A placa-base não condutora 16, que compreende a antena 20, é feita de fibra de vidro e não tem qualquer relevância de conduti- vidade, assim como as camadas não condutoras 8, 9. Sua espessura pode ser escolhida em função da capacitância e/ou das considerações de estabilidade.

[0047] Na modalidade, a placa-base não condutora 16 e/ou as camadas não condutoras 8,9 são feitas de fibra de vidro FR-4, a qual é um material de resistência elevada a chamas. Alternativamente, a pla- ca-base não condutora 16 e/ou as camadas não condutoras 8,9 são feitas de politetrafluoretileno (PTFE) ou qualquer outro laminado de isolamento, resina, fibra de vidro ou similar.

[0048] A figura 3 mostra a placa-base não condutora 16 que compreende uma antena de monopolo 20 e sua linha de alimentação 18 de outro nó emissor de sinal de rádio que difere no formato de sua linha de alimentação 18. A linha de alimentação 18 e a antena de monopolo 20 são elementos de uma camada condutora, a qual é a camada condutora mais externa da placa de circuito de multicamadas. A posição e a orientação da linha de alimentação 18 em relação à camada condutora aterrada 14 são cruciais para as características de emissão. É vantajoso ter o mínimo de flexões possíveis na linha de alimentação 18. Entretanto, na modalidade da Figura 3, há apenas uma flexão no plano condutor da antena 20 a fim de atingir o ponto de conexão 19, o qual estabelece contato elétrico para o circuito integrado 22. Portanto a linha de alimentação 18 é - até certo ponto - ajustá- vel às necessidades do circuito integrado 22.

[0049] É também vantajoso, caso o circuito integrado 22 esteja localizado em uma camada condutora paralela da placa de circuito de multicamadas, em particular, na camada mais externa oposta em relação à camada condutora da antena 20.

[0050] Na modalidade, a antena 20 tem um diâmetro de D = 32 mm e um comprimento de linha de alimentação de L = 24 mm. A frequência de emissão de sinal de rádio é 870 MHz. Uma vez que a antena 20 se porta quase como uma antena de uma-lambda (onda completa), o campo próximo circunda a antena 20 em uma distância de aproximadamente 100 mm no momento em que o solo está molhado. No solo seco, o campo próximo é menor do que 100 mm. Isso é confirmado experimentalmente pela forte dependência de impedância na profundidade entre 0 e 10 cm. Para maiores profundidades, a impe- dância não se altera muito, uma vez que todo o campo próximo é preenchido com solo.

[0051] Frequências de emissão típicas são de 500 MHz a 2 GHz, de modo que, em torno de 1 GHz, uma eficiência muito boa pode ser atingida. Os nós de emissão de sinal de rádio das Figuras 3 a 5 são configurados para uma frequência portadora de 870 MHz. No ar, os nós de emissão de sinal de rádio podem ter uma potência de emissão de 20 a 25 dBm (100 a 500 mW) ao longo de uma duração de alguns milissegundos, a qual deve ser satisfatória para a banda de frequência de rádio mencionada na maioria dos países, porém a mesma pode ser excessiva para outros considerando-se as normas de banda larga de rádio locais.

[0052] A figura 4 mostra o circuito integrado 22 da modalidade da Figura 3 que indica o ponto de conexão 12, onde a linha de alimentação 18 é conectada ao circuito integrado 22. O ponto de conexão 12 é conectado eletricamente ao ponto de conexão 19 da figura 3. Ademais, há vários componentes elétricos, tais como resistores, capacito- res e elementos indutores, os quais podem ser conectados eletricamente uns aos outros pela placa condutora do circuito integrado 22.

[0053] Os nós emissores de sinal 25, 38 de todas as figuras são mostrados sem uma bateria de abastecimento de potência. Entretanto, são todos conectáveis a uma bateria de abastecimento de potência. O nó emissor de sinal da figura 4, por exemplo, pode ser conectado ao polo positivo de uma bateria em um contato 21. A área 27 tem por objetivo hospedar uma porta de conexão para transferência de dados e programação do nó emissor de sinal de rádio.

[0054] A figura 5 mostra outra modalidade de um nó emissor de sinal de rádio com uma placa-base não condutora 16, assim como a placa-base não condutora 16 dos nós de emissão de sinal de rádio das Figuras 1, 2 e 3, enquanto a linha de alimentação 17 não tem flexões na camada de condução mais externa da placa de circuito de multicamadas. O comprimento L é o comprimento a partir da antena 20, o qual é de formato circular, para o ponto de conexão 23, o qual é usado para transportar o contato elétrico para baixo para uma das camadas paralelas de condução, idealmente a camada do circuito integrado 22. A linha de alimentação 17 é bastante reta e tem, portanto, um efeito positivo nas características de emissão.

[0055] A posição da camada condutora aterrada adjacente 14 é indicada pelas linhas tracejadas e mostra a proximidade da antena 20 em relação à camada aterrada 14, enquanto a maior parte da linha de alimentação 17 é localizada paralela à camada 14. Vantajosamente, o ponto de conexão 19 pode ser movido sem restringir demasiadamente o circuito integrado.

[0056] A figura 6 mostra uma unidade de rádio estacionária 33 que envia uma solicitação ao nó 38 para emissão de um sinal de rádio que contém dados de medição 31 a partir do sensor de umidade 30. O nó 38 solicita os dados a partir do sensor de umidade 30 e obtém os dados de medição 31 que indicam um conteúdo de água do solo 10.

[0057] A antena 39 pode ser usada para receber a solicitação 32 assim como para emitir os dados de medição 31 à unidade de rádio estacionária 33.

[0058] Alternativamente, o nó 38 não é configurado, absolutamente, para uma comunicação de duas vias, porém envia, simplesmente, sem receber qualquer solicitação 32 ou outros sinais de rádio (transmissão monoplex). O nó 38 pode ser configurado para enviar regularmente dados de medição a intervalos temporários razoáveis ou definíveis, tal como uma vez ao dia ou uma vez por hora. Isso permite que o nó 38 tenha um projeto bastante básico e, portanto, bastante robusto.

[0059] O controlador de profundidade 35 recupera dados de posição, por exemplo, medindo-se a temperatura. As flutuações diárias na temperatura permitem concluir quão fundo o nó 38 se encontra ainda enterrado no solo 10. As temperaturas medidas são passadas ao nó 38 como dados de posição 34. O próprio nó 38, tanto analisa as flutuações para enviar uma mensagem de advertência, quanto, simplesmente, transmite as flutuações diárias, as quais são então analisadas externamente na estação de rádio 10 ou em outro lugar.

[0060] Idealmente, o controlador de profundidade 35 e o sensor 30 são integrados ao nó 38, em particular, ao seu circuito integrado. Assim, o nó 38 pode ser projetado como um dispositivo de alojamento único de baixo custo. Além disso, o risco de umidade entrar no alojamento do nó 38 é consideravelmente mais baixo.

[0061] Em síntese, a invenção refere-se a um nó emissor de sinal de rádio 25, 38 que compreende - uma antena, - um circuito eletrônico integrado 22 que é conectado eletri-camente à antena 20 com uso da linha de alimentação 15, 17, 18, - pelo menos um sensor, enquanto o circuito integrado 22 opera a antena 20 mediante solicitação sem fio para emitir um sinal de rádio que contém dados de medição obtidos a partir do pelo menos um sensor.

[0062] A fim de cumprir as atuais normas de banda de rádio, a invenção sugere ajustar, de maneira passiva, a impedância da antena 20 e/ou sua linha de alimentação 15, 17, 18 e, desse modo, controlar a potência de emissão de rádio de acordo com um grau de cobertura de solo do nó 25, 38. NUMERAIS DE REFERÊNCIA USADOS: D diâmetro da antena h distância entre camadas condutoras adjacentes L comprimento de linha de alimentação w largura da linha de alimentação 7 camada condutora 8 camada não condutora 9 camada não condutora 10 solo 11 placa de circuito de multicamadas 12 ponto de conexão 13 linha de campo magnético 14 camada condutora aterrada 15 linha de alimentação 16 placa-base não condutora 17 linha de alimentação 18 linha de alimentação 19 ponto de conexão 20 antena 21 contato 22 circuito integrado 23 ponto de conexão 25 nó emissor de sinal de rádio 27 área de conexão 30 sensor de umidade 31 dados de medição 32 solicitação 33 unidade de rádio estacionária 34 dados de posição 35 controlador de profundidade 38 nó emissor de sinal de rádio 39 antena

Claims (16)

1. Nó emissor de sinal de rádio (25, 38) configurado para emitir um sinal de rádio com uma potência de emissão de rádio quando enterrado no solo (10), em que o dito nó (25, 38) compreende: - uma antena (20, 39); - um circuito eletrônico integrado (22) que é conectado ele-tricamente à antena (20, 39) que usa uma linha de alimentação (15, 17, 18); e - pelo menos um sensor (30) para geração de dados de medição (31); enquanto que o circuito integrado (22) é configurado para operar a antena (20, 39) para emitir o sinal de rádio que contém os ditos dados de medição (31) periodicamente ou mediante o recebimento de uma solicitação sem fio (32), caracterizado pelo fato de que: o nó emissor de sinal de rádio (25, 38) é configurado para permitir que um meio circundante do solo (10) influencie o campo próximo da antena (20, 39) no momento em que o dito nó (25, 38) for enterrado no solo (10), o nó emissor de sinal de rádio (25, 38) é configurado adici-onalmente para diminuir a potência de emissão de rádio ou para impedir a emissão de sinal de rádio caso a influência do meio circundante sobre o campo próximo seja retirada no momento em que o dito nó (25, 38) é removido do solo (10).

2. Nó emissor de sinal de rádio (25, 38), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que: o nó emissor de sinal de rádio (25, 28) é adaptado para diminuir a potência de emissão de rádio ou para impedir a emissão de sinal de rádio, caso a influência do meio circundante sobre o campo próximo seja retirada, no momento em que o dito nó (25, 38) é removido do solo (10) de uma maneira passiva.

3. Nó emissor de sinal de rádio (25, 38), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que: a adaptação foi implantada, pelo menos parcialmente, utilizando-se a contribuição de permissividade e/ou permeabilidade do solo (10) para a impedância de operação da antena (20, 39) e/ou sua linha de alimentação (15, 17, 18).

4. Nó emissor de sinal de rádio (25, 38), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que: uma mudança a partir do estado enterrado para um estado desenterrado do nó (25, 38) causa uma mudança de impedância da antena (20, 39) e/ou da sua linha de alimentação (15, 17, 18) tornando a impedância operacional uma impedância não correspondente.

5. Nó emissor de sinal de rádio (25, 38), de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que: devido à impedância não correspondente, a antena (20, 39) é operável com uma baixa potência de emissão, é operável com uma potência de emissão permitida ou não é operável.

6. Nó do emissor de sinal de rádio (25, 38), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que: o nó (25, 38) compreende pelo menos um controlador de profundidade (35), em que o nó emissor de sinal de rádio (25, 38) é configurado adicionalmente para diminuir a potência de emissão de rádio ou para impedir a emissão de sinal de rádio caso a influência do meio circundante sobre o campo próximo seja retirada no momento em que o dito nó (25, 38) é removido do solo (10) de uma maneira ativa em resposta aos dados de medição (31) a partir do dito pelo menos um controlador de profundidade (35).

7. Nó emissor de sinal de rádio (25, 38), de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que: dependendo dos dados de posição (34) originados a partir do dito pelo menos um controlador de profundidade (35), o dito nó (25, 38) é operável com uma baixa potência de emissão, é operável com uma potência de emissão permitida ou é não operável.

8. Nó emissor de sinal de rádio (25, 38), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que: a largura (w) da linha de alimentação (15, 17, 18) é entre 1 a 2 mm, preferencialmente, 1,5 mm.

9. Nó emissor de sinal de rádio (25, 38), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que: a linha de alimentação (15, 17, 18) forma uma linha reta ao longo de todo ou quase todo seu comprimento (L) no plano condutor da antena (20, 39).

10. Nó emissor de sinal de rádio (25, 38), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que: a antena (20, 39) é uma antena de monopolo (20, 39) com um diâmetro (D) e a linha de alimentação (15, 17, 18) tem um comprimento de linha de alimentação (C) de 60% a 80% do diâmetro (D), 0,6 * D < L < 0,8 * D.

11. Nó emissor de sinal de rádio (25, 38), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que: o pelo menos um sensor (30) é integrado total ou parcialmente ao circuito integrado (22).

12. Nó emissor de sinal de rádio (25, 38), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que: o pelo menos um sensor (30) é um sensor de parâmetro de solo (30), por exemplo, um sensor de umidade (30), um sensor de condutividade de solo, um sensor de acidez ou um sensor de temperatura.

13. Nó emissor de sinal de rádio (25, 38), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que: o dito nó (25, 38) tem um armazenamento para os dados de medição (31) originados a partir do pelo menos um sensor (30).

14. Nó emissor de sinal de rádio (25, 38), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, com uma placa-base não condutora (16) caracterizado pelo fato de que: a antena (20, 39) e as partes de circuito do circuito integrado (22) estão localizadas em lados opostos de uma placa de circuito de multicamadas (11).

15. Nó emissor de sinal de rádio (25, 38), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que: o nó (25, 38) compreende um revestimento e/ou uma capa para definir uma distância mínima entre o solo (10) e a antena (20, 39) e/ou a linha de alimentação (15, 17, 18) no estado enterrado, em que o revestimento e/ou capa são preferencialmente uma parte integral de um alojamento do dito nó (25, 38).

16. Sistema de sensor caracterizado pelo fato de ter pelo menos um nó (25, 38) conforme definido em qualquer uma das reivindicações precedentes, e uma unidade de rádio (33) para solicitar (33) e/ou obter dados de medição (31) a partir do nó (25, 38).

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