CN102007365B - 用于无线网络的无线电设备 - Google Patents
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Abstract
一种用于无线网络的无线电设备，包括：封套电子收发两用电路(4)的外部保护性外套(3)；以及由保护性外套承载并且具有彼此不同朝向的四个放射状元件(5)。外部保护性外套(3)以如此方式被配置：当其设置在平面表面上时，其将自身设置为只有一个放射状元件(5)基本上垂直于该平面表面；无线电设备能够自动确定所认定的朝向并且包括自动选择器(20)，自动选择器用于选择基本上与平面表面垂直设置的放射状元件(5)。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于无线网络的无线电设备。
发明内容
特别地，本发明的目的是提供一种设备，该设备能够充分利用收发两用装置的接收和发射特性，收发两用装置在由多个设备形成的网络的节点处操作。
本发明进一步的目的是提供用于无线网络的无线电设备，该设备：
● 使成本得到抑制；
● 极为耐用；
● 可以简单快速地制造；并且
● 展示低水平消耗并且由此具有很长的寿命。
以上目标通过本发明得以实现，本发明涉及一种用于无线网络的无线电设备，该无线电设备包括：封套电子收发两用电路的外部保护性外套；以及至少一个第一放射状元件和一个第二放射状元件，它们由所述保护性外套承载并且具有彼此不同的朝向，所述用于无线网络的无线电设备的特征在于，其包括用于放射状元件的自动选择装置，该装置展示了相对于闲置表面的预设方向，所述外套设置在闲置表面之上。
特别地，外部保护性外套以如此方式被配置：当其设置在平面闲置表面上时，其将自身设置为，一个放射状元件基本上垂直于该平面表面。所述自动选择装置选择基本上垂直于该平面表面设置的放射状元件。
附图说明
本发明将参照附图被描述，其中：
图1以立体图示出了根据本发明教义获得的用于无线网络的无线电设备；
图2示出了设备1的内部；
图3和图4分别以俯视平面图和立体图示出了设备1的细节；
图5示出了根据本发明的设备的应用实例；以及
图6以立体图示出了根据本发明教义获得的插入球形外套的用于无线网络的无线电设备。
具体实施方式
在图1中由1整体描述的是用于无线网络的无线电设备，包括：
-封套电子收发两用电路4（在图2中描述）的外部保护性外套3；以及
-由保护性外套3承载并且具有彼此不同的几何轴线朝向的四个放射状元件5（在该实例中由螺旋形天线形成）。
正如在接下来的描述中得以清晰的是，外部保护性外套3以如此方式被配置：当其设置在平面闲置表面上时，其将自身设置为，只有一个放射状元件5的几何轴线朝向基本上垂直于该平面闲置表面。
此外，外套3由抗冲击绝缘材料（例如环氧树脂）制成。
特别地，保护性外套3包括球形的中心部分7，以及从球形中心部分7径向伸出的四个臂状的截顶圆锥9。
每个臂状的截顶圆锥9具有带有较大底部9a的端部分以及带有较小底部9b的部分，较小底部9b由与臂状的截顶圆锥9的对称轴13垂直的平面圆形壁12界定。
换句话说，每个臂状的截顶圆锥9从球形中心部分7向其自由端部分（平面圆形壁12）逐渐变细。
臂9具有相同的尺寸，特别是相同的径向长度h（即具有较大底部9a的端部分和具有较小底部9b的部分之间，在平行于对称轴13的方向上测得相同的距离）。
每个臂9与各自的放射状元件5相关，放射状元件5由螺旋缠绕在每个臂9的截顶圆锥9c外表面周围的金属带状物15（例如铜或铝带）获得。这样，每个放射状元件5由具有轴线13的螺旋形天线获得，该轴线13与臂9的对称轴重合。
各轴线13在设置于球形中心部分7的中心的公共点C处汇合，并且彼此间形成相等的角度（120°）。
由此，基于上述物理结构，放射状元件5的对称轴和臂9的对称轴在设置于球形中心部分7的中心的公共点C处汇合，并且彼此间形成相等的角度（120°）。
每个臂9是中空的并且限定了共享轴线13的圆筒形腔，圆筒形腔被设计为封套具有细长圆柱形状（例如1.5V的AAA型碱性电池，图2）的电池17（或可再充电电池，图2），用于电子电路4的供电。
前述圆筒形腔（未示出）还设有连接装置（已知类型的，未示出），设计为与每个电池17相应的极（+和-）连接。进一步的连接装置（已知类型的，未示出）被设计为将电池17彼此连接，以提供用于电子电路4供电的总的供电电压。
每个电池17沿着与轴线13重合的各自的轴线延伸。电池17的不同的轴线由此在设置于球形中心部分7的中心的公共点C处汇合，这样的方式使得它们具有相对于中心部分7的中心C对称的空间排布。
电子收发两用电路4被封套在中心部分7之内并且提供收发器单元，收发器单元由电池17供电并且具有天线终端（未示出），天线终端可以通过自动选择装置20连接至放射状元件5之一，自动选择装置20被设计为在收发两用电路4的输出端与放射状元件5之间提供连接，放射状元件5垂直于安放设备1的平面设置。放射状元件5的自动选择由此形成。
电子电路4执行进一步的功能（除了收发功能之外）并且与一个或多个传感器22（在描述的实例中是四个传感器）协作，每个传感器被设置在与臂9的端部对应的区域中；特别地，被设置在平面圆形壁12之下，平面圆形壁可以设有开口（未示出）。
其它传感器（未示出）可以被设置在设备1的其它区域，例如中心部分7之内。
传感器22可以包括，例如：
● 近程传感器，设计为探测设备1附近的移动物体；
● 振动传感器，设计为探测设备1附近的移动物体和/或车辆的通过；
● 光学传感器，设计为探测设备1附近空间的图像；
● 磁传感器，设计为探测设备1附近的磁场的排布和变化；
● 麦克风；
● 红外（IR）传感器；以及
● MEMS设备。
自动选择装置20包括多个封套于保护性外套3内部的开关24（展示的实例中是四个，每个放射状元件5一个）。每个开关24与各自的轴线13对准，并且被设置在具有臂状的截顶圆锥9的较大底部9a的部分附近，在电子电路4和电池17的一端之间。
正如在接下来的描述中得以清晰的是，每个开关24被配置为用于通过重力，基于其相对于竖直的朝向进行开关。
图3和4示出了开关24可能的实施方案。
所述实施方案能够获得两路开关，也就是说，包括第一开关24a和第二开关24b的开关，第一开关24a和第二开关24b根据开关24相对于竖直的排布，同时以闭合状态（导通（ON））或打开状态（断开（OFF））设置。
开关24关于电路4被连接，其连接方式使得当开关24设置为闭合状态（ON）时，电路4通过第一开关24a连接至其轴线13垂直于设备1安放的平面的放射状元件5，并且传感器22通过第二开关24b连接至电子电路4。
更特别地，开关24包括圆柱外套30，圆柱外套30限定了内部圆筒形腔31，圆筒形腔31在其一个第一端处由在使用中设置为垂直于轴线13的圆形印刷电路32界定。
圆筒形腔31被隔片32分隔，该隔片32在室31内部沿径向方向延伸，以便限定彼此分开的第一室31a和第二室31b。
印刷电路32在其面对腔31的一侧具有第一C形导电路径32a、32b，第一C形导电路径32a、32b沿圆形印刷电路的周界部分延伸，并且分别面对室31a和室31b。
此外，印刷电路32在其面对腔31的一侧具有第二半圆导电路径33a、33b，第二半圆导电路径33a、33b向圆形印刷电路32s的中心部分伸出，并且分别面对室31a和室31b。
此外还提供径向导电元件34、35，径向导电元件34、35非接触地分别从路径32a、32b和路径33a、33b处伸出。
每个室31a、31b封套预定量的导电材料，例如导电液体，例如水银37（图4），当印刷电路32垂直于竖直方向（或者说平行于水平面）设置时，导电液体覆盖路径32a、32a和32b、33b，在它们之间提供连接（开关24a、24b均闭合）。
当印刷电路32关于竖直方向倾斜地设置时，水银37被移位并且阻碍路径32a、33a和32b、33b之间的连接，从而使它们之间的电连接断开（开关24a、24b均打开）。
在使用中，设备1被投掷（例如从直升飞机上——图5）到将被勘察的范围的部分。
设备1与地面S接触，并且经历在其上可能的反弹和滚动之后，将自身设置为以其三个臂状的截顶圆锥9与地面接触。在该位置，不与地面接触的臂必然将自身设置为垂直于经过在臂状截顶圆锥9的端部与地面之间的三个接触点的平面。
换句话说，传感器1认定朝向，例如只留一个放射状元件5在相对于其它臂优选的位置（即基本上竖直的），并且例如将地面视为无限大的地平面。
这样（即存在放射状元件5垂直于地面的情况下），在小尺寸的设备1内获得高效天线。由此不必使用更复杂或更高成本的包装体。
设备1可以由此通过无线电与其它同样被投掷下来的设备1通信，由此产生设备阵列，所述设备阵列在特定范围内延伸，例如对其进行界定的范围。
人和/或车辆向阵列的靠近，可以由此被传感器探测。
高效天线的存在优化设备1的能量管理，从而降低其整体损耗。事实上，获得的天线具有比与地面呈未知角度的天线更靠近目标的辐射图。
设备1由此能够使用取决于所用的放射状元件5的类型，而不是取决于设备1关于地面的朝向的辐射图，辐射自身的信号。该事实使得就天线的方向性而言更有效率和更有效果的辐射。
特别地，在设备必须能够长期（数月或数年）接收非周期性信号，或者所接受信号的功率值很低（例如-50…-100dB）的无线应用中，本发明增强了无线电的接收能力，而并不增大设备1耗散的功率。
上述能量节约在应用中是尤其重要的，在所述应用中，设备1的可用功率是受限的，或者设备的寿命取决于不可再充电的能源，例如电池17。在这样的应用中，可用能量的优化管理对于设备自身寿命是关键的因素。
在接收和发射中的天线方向性优化在目标方向上发射的/接收的功率，防止在不想要的方向上的能量发散，或者防止辐射未能到达需要的方向。
此外，设备1的制造的简单使其尤为可用于无线电应用，在该无线电应用中，最终设备的成本必须是非常低的，或者设想没有任何类型的维护。
最后清楚的是，可以如何对此处描述的设备作出修改和变化，而并不由此背离如权利要求限定的本发明的保护范围。
辐射元件，例如可以由不同类型的天线获得，例如偶极子天线或改造的马可尼偶极子天线。
此外通过电子电路（未示出），装备还能够确定其自身相对于地面的布置，电子电路在输入端接收与四个开关24的闭合/打开逻辑状态相对应的信息。特别地，在设备1将自身设置为与主要是水平的地面区域接触的情况下（图2），三个臂9以其自身的端部分区域（P1、P2和P3）接触接近地面的平坦的闲置表面。
在这种情况下，与接触地面的臂9相关的开关24将提供OFF信号，而与不接触地面（并且基本是竖直的）的臂9相关的开关将提供ON信号。通过分析所述四个信号，可以识别哪些臂与地面接触而哪个臂是竖直的并且基本上与经过P1、P2和P3的表面垂直。
在所有信号都将是OFF的情况下，可以推断没有臂9基本垂直于设备1安放的表面，然而在所有信号都是ON的情况下，可以推断开关24存在故障。
在使用磁性类型的传感器22的情况下，关于设备1相对地面S的朝向的信息使得能够更为正确地理解关于由传感器22测量的磁场的信息。
图6示出了前面图中示出的设备1的变体。
根据所述变体，保护性外套3设定是球形3s并且限定了内部腔，该内部腔封套前面描述的，以关于彼此相同的空间安排设置的相同组件。特别地，外套3s封套：
用于支撑不同组件部分的装置没有显示，以简化图形表示。
不像前面描述的实施方案，保护性外套3s在其结构方面，并不将自身设置于相对于外套1s安放的表面的预设位置。
然而，始终存在的是用于选择放射状元件5的自动选择装置20，自动选择装置20设计为为了发射而选择具有预设排布的放射状元件5（特别地，选择的放射状元件5基本上平行于竖直方向并且/或者基本上垂直于闲置表面）。
Claims (30)
1.一种用于无线网络的无线电设备，包括：
-封套电子收发两用电路（4）的外部保护性外套（3）；
-至少一个第一放射状元件（5）和一个第二放射状元件（5），它们由所述保护性外套承载并且具有彼此不同的朝向，
所述用于无线网络的无线电设备的特征在于，其包括用于以相对于闲置表面（S）预设的朝向设置的放射状元件（5）的自动选择的自动选择装置（20），所述外套设置在所述闲置表面之上。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述外部保护性外套（3）以如此方式被配置：当其设置在平面闲置表面上时，其将自身设置为一个放射状元件（5）基本上垂直于该平面表面；
所述自动选择装置（20）选择设置为基本上垂直于所述平面表面的放射状元件（5）。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述外部保护性外套（3）以如此方式被配置：当其设置在所述平面表面上时，其将自身设置为只有一个放射状元件（5）基本上垂直于该平面表面。
4.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述保护性外套（3）包括中心部分（7），以及从所述中心部分（7）径向伸出的多个臂（9）。
5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，每个放射状元件（5）由各自的臂（9）承载。
6.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，每个放射状元件（5）被设置在所述臂的外表面（9c）上。
7.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，每个放射状元件（5）由缠绕在每个臂（9）的外表面（9c）上的金属带状物（15）制成。
8.根据权利要求4至7中任意一项所述的设备，其特征在于，所述臂具有在径向相对于所述中心部分（7）测得的相同的长度（h）。
9.根据权利要求4至7中任意一项所述的设备，其特征在于，提供四个臂（9），每个臂（9）均与各自的放射状元件（5）相关。
10.根据权利要求4至7中任意一项所述的设备，其特征在于，每个臂（9）沿 各自的轴线（13）延伸；所述轴线（13）在所述中心部分（7）的中心点处汇合。
11.根据权利要求4至7中任意一项所述的设备，其特征在于，所述臂（9）具有截顶圆锥的形状。
12.根据权利要求4至7中任意一项所述的设备，其特征在于，每个臂从中心部分（7）向其自由端部分（12）逐渐变细。
13.根据权利要求4至7中任意一项所述的设备，其特征在于，提供多个电池（17）向所述电子收发两用电路（4）供电；每个电池（17）被封套于各自的臂（9）中。
14.根据权利要求13所述的设备，其特征在于，每个电池（17）具有细长的形状并且沿各自的轴线（13）延伸；电池的轴线在所述中心部分（7）的中心处汇合，使得所述电池（17）具有相对于所述中心部分（7）对称的空间排布。
15.根据权利要求4至7中任意一项所述的设备，其特征在于，提供多个传感器（22），以所述电子收发两用电路操作；每个传感器被封套于各自臂（9）的端部（9b，12）中。
16.根据权利要求4至7中任意一项所述的设备，其特征在于，所述电子收发两用电路（4）被封套于所述中心部分（7）中。
17.根据权利要求4至7中任意一项所述的设备，其特征在于，所述中心部分具有球形的形状。
18.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述自动选择装置包括多个开关（24）。
19.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述自动选择装置包括开关装置，被配置用于通过重力基于其相对于竖直的朝向进行开关。
20.根据权利要求19所述的设备，其特征在于，所述开关装置包括第一开关（24a）和第二开关（24b），它们基于其相对于竖直的排布，同时设置为闭合状态（ON）或打开状态（OFF）；
所述第一开关（24a）在闭合时提供在所述设置为垂直的放射状元件（5）和所述电子收发两用电路（4）之间的连接；
所述第二开关（24b）在闭合时提供在传感器（22）和所述电子收发两用电路（4）之间的连接。
21.根据权利要求19或20所述的设备，其特征在于，提供电子装置，所述电子装置在输入端接收关于所述开关装置（24）的闭合/打开逻辑状态的信息，用于确定设备（1）相对于所述闲置表面（S）的位置。
22.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述保护性外套（3）包括多个沿各自的对称轴线延伸的臂（9），所述对称轴线在公共点（C）处汇合并且彼此间形成相等的角度。
23.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述放射状元件（5）沿各自的几何轴线延伸，所述几何轴线在公共点（C）处汇合并且彼此间形成相等的角度。
24.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，每个放射状元件包括螺旋形结构的天线。
25.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，每个放射状元件包括偶极子天线。
26.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，每个放射状元件包括改造的马可尼偶极子天线。
27.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述外套（3）由抗冲击绝缘材料制成。
28.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述外套（3s）是球形的。
29.根据权利要求28所述的设备，其特征在于，所述球形外套（3s）在其内部封套所述放射状元件（5）和用于向所述收发两用电路（4）供电的装置。
30.根据权利要求28或29所述的设备，其特征在于，其中每个放射状元件（5）沿各自的轴线（13）延伸；所述轴线（13）在所述球形外套（1s）的中心点处汇合。
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