DE10105981A1 - Kommunikationsgerät und Verfahren zum Betrieb eines Anlagefunksystems - Google Patents

Abstract

Bei einer Anordnung mit einem Kommunikationsgerät (1, 2) eines Anlagenfunksystems mit einer Antenne für eine vorgegebene Funkfrequenz und mit einem zugeordneten, als Reflektor (8) dienenden Funksignalelement (7) kann auf Grund einer ungünstigen Platzierung eines Kommunikationsgerätes (1, 2), der Empfang unzureichend sein. Die Erfindung löst das Problem, indem das Funksignalelement (7) auf die Funkfrequenz der Antenne abgestimmt wird und als Reflektor (8) dient, so dass dem Kommunikationsgerät (1, 2) auf einem zweiten Weg ein Funksignal zugeführt wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kommunikationsgerät, auf ein Verfahren zum Betrieb eines Anlagenfunksystems sowie auf das Anlagenfunksystem, gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1, 4 bzw. 5. Ein den Oberbegriffen entsprechender Stand der Technik ist aus der WO 99/26310 bereits bekannt.

Für die drahtlose Kommunikation zwischen Geräten an verschie­ denen Orten, innerhalb von Anlagen, Gebäuden oder Betriebsge­ länden, z. B. im Rahmen einer Gebäudeautomatisierung oder - leittechnik, findet ein derartiges Kommunikationsgerät als Teil der Anordnung des Anlagenfunksystems Anwendung und dient auch zum umsetzten des Verfahrens. Das Kommunikationsgerät kann dabei als Sender oder auch als Empfänger dienen. Ein die Gebäudeautomatisierung betreffender Stand der Technik ist aus der EP 0 901 213 A2 bekannt.

Für den Betrieb des Anlagenfunksystems werden bevorzugt ge­ bührenfreie Frequenzbänder mit Sendeleistungen im mW-Bereich gewählt. Die hierfür genutzten Frequenzen liegen vorzugsweise im GHz-Bereich. Wegen der geringen Sendeleistung unterliegen solche Anlagenfunksysteme in einem erhöhten Maße den allge­ mein bekannten Einflüssen der Funkausbreitung. Diese können unter anderem in Form einer Signalreflexion an Gegenständen und/oder einer Dämpfung an Wänden innerhalb des Anlagenfunk­ systems zum tragen kommen.

Bei Anlagenfunksystemen für den vorab genannten Anwendungsbe­ reich, werden die Installationsorte der Systemkomponenten in aller Regel bereits in der Planungsphase festgelegt und im Rahmen der Installationsphase eingebaut.

Dadurch kann auf Grund einer ungünstigen Platzierung einer oder mehrerer Systemkomponenten, insbesondere eines Kommuni­ kationsgerätes, der Empfang unzureichend sein, wodurch sich diese nur mit einem erheblichen technischen Aufwand in das Anlagenfunksystem funktionsfähig integrieren lassen. Diese Problematik wird oftmals erst bei der Inbetriebsetzung fest­ gestellt.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine einfache, flexible und kostengünstige Lösung für ein Anlagenfunksystems und ein Verfahren zum Betrieb eines Anlagenfunksystems zu entwickeln, die es erlaubt auf übliche Hilfsmittel, wie bei­ spielsweise den Einsatz von Relaisstationen mit Repeaterfunk­ tion, zu verzichten und für zuverlässige Funkverbindungen sorgen soll.

Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung der eingangs genann­ ten Art gelöst, bei der erfindungsgemäß das Funksignalelement auf die Funkfrequenz der Antenne abgestimmt ist und als Re­ flektor für einen indirekten zweiten Signalweg oder zur Er­ gänzung der Antennenfunktion als Direktor für den direkten ersten Signalweg dient, und dass Montagemittel für eine feste Wandinstallation für das Kommunikationsgerät vorgesehen sind.

Dieses Funksignalelement kann durch seinen Einsatz die Emp­ fangsqualität von Funksignalen deutlich verbessern. Insbeson­ dere bei Anlagenfunksystemen mit Empfangsstörungen kann eine Verbesserung der Empfangsqualität durch eine relativ gering­ fügige Veränderung des Funksignalelements erzielt werden. Da das Funksignalelement in seiner Lage, Gestalt und/oder Posi­ tion so veränderbar ist, kann es den örtlichen Sende- und/oder Empfangsbedingungen angepasst werden. Aufwendige Um­ installationen der Systemkomponenten können hierbei nahezu ausgeschlossen werden. Die Erfindung eignet sich deshalb ins­ besondere für den Einsatz in Anlagen und Gebäuden bei fest unter Putz installierten Kommunikationsgeräten.

Unter Kommunikationsgeräten ist ein Sender oder ein Empfänger innerhalb eines Anlagenfunksystems zu verstehen.

Zwar wird in der WO 99/26310 auch bereits ein Funksignal re­ flektiert, jedoch handelt es sich dort - ggf. mit Unterbre­ chungen - um einen direkten Signalweg zwischen Sender und Emp­ fänger. Lösungen mit parallelen oder mehreren Signalwegen sind dort nicht angegeben.

Vorteilhafterweise kann das Funksignalelement mit einem oder mehreren weiteren Funksignalelementen, eine gemeinsame Direk­ tor- oder Reflektoreinheit bildet. Hieraus ergibt sich der Vorteil, dass bereits durch den Einsatz von technisch einfa­ chen Mitteln, beispielsweise von Funksignalelementen, eine deutliche Verbesserung der Empfangsbedingungen geschaffen wird. Dadurch kann von einem aufwendigen Anlagenfunksystem abgesehen werden, welches üblicherweise zur Problembehebung überdimensioniert ausgelegt ist.

Zweckmäßig dient die Antenne als Sende- oder Empfangsantenne. Je nach Zweck ist somit ein universeller Einsatz der Antenne als Teil des Kommunikationsgerätes gegeben.

Vorzugsweise findet diese Anordnung erfindungsgemäß als wei­ tere Lösung Anwendung in einem Anlagenfunksystem mit mindes­ tens einem Sender und einem Empfänger, wobei der Sender und der Empfänger jeweils eine Antenne für eine vorgegebene, ge­ meinsame Funkfrequenz aufweisen, und wobei zwischen dem Sen­ der und dem Empfänger ein direkter erster Signalweg und min­ destens ein als Reflektor dienendes Funksignalelement vorge­ sehen sind. Hierbei ist das Funksignalelement auf die Funk­ frequenz der Antenne abgestimmt und dient als Reflektor für Funksignale auf einem indirekten zweiten Signalweg oder zur Ergänzung der Antennenfunktion als Direktor der Antenne für Funksignale des direkten ersten Signalweges. Zumindest der Empfänger umfasst dabei Montagemittel für eine feste Instal­ lation.

Das Funksignalelement ist dabei flexibel anordbar, wobei die­ se Flexibilität ein Erproben der Empfangsqualität ermöglicht, bis schließlich die geeignetste Position des Funksignalele­ ments ermittelt wird, um dieses dann dauerhaft zu installie­ ren. Aufwendige Uminstallationen lassen sich dadurch weitest­ gehend umgehen. Von Vorteil ist dabei, dass durch die variab­ le Platzierung des Funksignalelements die Empfangsqualität optimiert werden kann.

Gemäß einer weiteren Lösung ist ein Verfahren zum Betrieb ei­ nes Anlagenfunksystems vorgesehen, wobei an einem ersten Ort ein Sendesignal erzeugt wird, an einem zweiten Ort das Sende­ signal unter Bildung eines indirekten zweiten Signalweges re­ flektiert und an einem dritten Ort empfangen wird. Kennzeich­ nend hierbei ist, dass das Sendesignal mit einem auf die Funkfrequenz des Anlagenfunksystems abgestimmten Funksignal­ elements reflektiert wird, und dass das Sendesignal reflexi­ onslos auf einem direkten ersten Signalweg zum zweiten Ort übertragen wird. Dadurch lassen sich selbst bereits instal­ lierte Anlagenfunksysteme nachträglich technisch aufwerten, so dass durch eine verbesserte Empfangsqualität der Funktio­ nalitätsgrad des Anlagenfunksystems erhöht wird.

Weitere Vorteile und Details der Erfindung werden nachfolgend beispielhaft anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisch dargestelltes Anlagenfunksystem,

Fig. 2 ein Kurvendiagramm mit Funksignalen

Im nachfolgenden Text sind gleiche Teile der Figuren mit gleichen Bezugszeichen oder sinngemäß mit ähnlichen Bezugs­ zeichen versehen.

Für die drahtlose Kommunikation zwischen Geräten an verschie­ denen Orten, innerhalb von Anlagen, Gebäuden oder Betriebsgeländen, kann ein Kommunikationsgerät, wie nachstehend be­ schrieben, zur Anwendung kommen.

Nach Fig. 1 ist ein schematisch dargestelltes Anlagenfunksys­ tem mit einem ersten und einem zweiten Kommunikationsgerät 1 und 2 gezeigt, wovon das eine als Sender 3 bzw. das andere als Empfänger 4 dient. Der Sender 3 wie auch der Empfänger 4 weisen eine Sendeantenne 5a bzw. eine Empfangsantenne 5b auf und sind zudem mit Montagemittel 6a bzw. 6b versehen.

Die Montagemittel 6a und 6b dienen zur festen Installation und somit zur Fixierung beider Kommunikationsgeräte 1 und 2 z. B. an einer Wand, in einer Auf- oder Unterputzdose oder auch in Verbindung mit üblichen Installationsmitteln. Die Fi­ xierung kann kraft- oder formschlüssig erfolgen, wobei die Montagemittel 6a und 6b z. B. als - aus der Praxis bekannte - verspannbare Spreizkrallen ausgeführt sein können.

Ausgehend von der Sendeantenne 5a des Senders 3 verläuft bei­ spielhaft ein schematisch dargestelltes Funksignal FS1 über einen direkten ersten Signalweg DSW1 in Richtung des Empfän­ gers 4. Dies entspricht dem Fall, bei dem der Sender 3 und der Empfänger 4 direkt über eines oder mehrere dieser Funk­ signale miteinander korrespondieren.

Weiterhin ist innerhalb des Anlagenfunksystems ein Funksig­ nalelement 7 angeordnet, welches hier als Reflektor 8 dient und ebenfalls Montagemittel 6c aufweist. Die Montagemittel 6c können ähnlich oder baugleich zu den Montagemitteln 6a und 6b oder beispielsweise als Klebefolie ausgeführt sein. Dieses Funksignalelement 7 kann unter erschwerten Betriebsbedingun­ gen zum Einsatz kommen und dient zur Verringerung oder zur Behebung einer Funksignalschwächung bzw. -auslöschung. Zur Verdeutlichung der Funktionsweise erstreckt sich von der Sen­ deantenne 5a des Senders 3 ein zweites Funksignal FS2 in Richtung des Reflektors 8. Das zweite Funksignal F52 wird am Reflektor 8 reflektiert und verläuft über einen indirekten zweiten Signalweg ISW2 als viertes Funksignal FS4 vom Reflek­ tor 8 zum Empfänger 4.

Das hier als Reflektor 8 dienende Funksignalelement 1 kann im einfachsten Fall aus einem geraden Leiter bestehen, der eine Länge von Lamda/2 aufweist. Dies entspricht einer Leiterlän­ ge, gemäß der halben Nutzwellenlänge, wodurch eine Abstimmung des Funksignalelement 1 auf die entsprechende Antenne oder Frequenz gegeben ist. Der Leiter kann vorzugsweise aus einem Stück Draht, einem Stück Blech oder einer Metallfolie ausge­ bildet sein. Ggf. ist auch eine Leiterbahn, die auf einer Fo­ lie oder einer Leiterplatte aufgebracht bzw. gedruckt ist, als Reflektor oder Reflektorstruktur geeignet.

Der Leiter ist in seiner Gestalt, in seinen Abmessungen und in seiner Anordnung variierbar. Die Montage erfolgt isoliert und ohne leitende Verbindung zu einer Antenne. Der Leiter versteht sich als elektrischer Leiter und kann aus verschie­ denen Werkstoffen oder Metalllegierungen bestehen.

Ursache für eine Funksignalschwächung bzw. -auslöschung kann ein nicht zum Anlagenfunksystem gehöriger Gegenstand sein. Auf Grund seiner physikalischer Eigenschaften kann dieser Ge­ genstand Einfluss auf die Funksignale nehmen. Hier ist dieser störende Gegenstand innerhalb des Anlagenfunksystems als me­ tallischer Körper 9 dargestellt. Dieser metallische Körper 9 steht stellvertretend für ein beliebiges Reflexionsteil, z. B. einem metallischen Hinweisschild, einer Metalltür oder einer metallischen Schrankwand.

Beispielhaft ist ein drittes, ausgehend von der Sendeantenne 5a des Senders 3 verlaufendes, schematisch dargestelltes Funksignale FS3 abgebildet. Dieses dritte Funksignal FS3 steht stellvertretend für vom Sender 3 in einem Raum ausge­ strahlte Funksignale, insbesondere Echo- oder Reflexionssig­ nale, die nicht auf direktem Wege zum Empfänger 4 gelangen. Das dritte Funksignal FS3 ist auf den metallischen Körper 9 gerichtet, wobei es dort reflektiert wird und als fünftes Funksignal FS5 vom metallischen Körper 9 zum Empfänger 4 ge­ langt.

Die Funksignale FS1 bis FS5 wirken jeweils mit einer defi­ nierbaren und zugehörigen Feldstärke in einer vorsehbaren Richtung zusammen.

Fig. 2 zeigt beispielhaft drei Funksignale FS1, FS4 und FS5, die kurvenartig dargestellt sind und zur Veranschaulichung dienen.

Da selbst bei einer ausreichenden Nutzfeldstärke innerhalb einer Anlage, eines Gebäudes, oder eines Geländes bei einem Mehrwegeempfang am Kommunikationsgerät ein unzureichendes Funksignal anliegen kann, welches u. U. auch völlig aussetzt, kann dies zu einem Ausfall des Anlagenfunksystems führen.

Zur Behebung der Funkempfangsprobleme ist mit der vorliegen­ den Idee kein Versatz bereits installierter oder montierter Systemkomponenten erforderlich. Der Einsatz von einfachen Mitteln in Form einer oder mehrerer metallischer Funksignal­ elemente ist ausreichend.

Eine wesentliche physikalische Wirkung, die mit dem in die Funkstrecke eingebrachten Funksignalelement 7 genutzt wird, ist die Reflexion des Funksignals FS2 am Funksignalelement 7. So kann aus einem Ort guten Empfangs - also ausreichender Feldstärke und somit ausreichender Energiedichte - durch Re­ flexion am Funksignalelement 7 eine benachbarte Empfangsan­ tenne 5b an einem Ort schlechten Empfangs mit einem Nutzsig­ nal über einen indirekten zweiten Signalweg ISW2 versorgt werden, ohne dass die Empfangsantenne 5b selbst in Bereiche guten Empfangs versetzt werden muss.

Als Funksignalelement 7 eignet sich dazu ein einfaches gera­ des Metallstück. Die Länge des Funksignalelement 7 wird zweckmäßig auf die halbe Wellenlänge dimensioniert. Ein so dimensioniertes und auf die entsprechende Antenne abgestimm­ tes Funksignalelement 7 liegt elektrisch mit der Nutzfrequenz in Resonanz und stellt das einfachste und kleinste noch gut reflektierende Metallteil für die jeweilige Frequenz dar.

Die Funksignalschwächung oder -auslöschung kann nur verein­ zelt, ggf. auch nur punktförmig an einem Ort auftreten. Die Funksignalauslöschung findet durch den gleichzeitigen Empfang zweier in der Amplitude gleichstarker, jedoch um 180 Grad phasenverschobener Funksignale, hier FS1 und FS5 gemäß Fig. 2, am Kommunikationsgerät 2 statt.

Das erste Funksignal FS1 hat wie das fünfte Funksignal FS5 zum Zeitpunkt t = 0 einen Nulldurchgang, ist jedoch zum fünf­ ten Funksignal FS5 um 180 Grad phasenverschoben. Hieraus er­ gibt sich in der Summe der Funksignale FS1 und FS5 der Wert 0. Die Funksignale löschen einander also aus. Einzig das vierte Funksignal FS4 ist durch keine gegenphasigen Funksig­ nale gefährdet, da die Amplitude und die Frequenz unabhängig von den Funksignalen FS1 und FS5 geartet sind. Das Anlagen­ funksystem ist daher betriebsbereit.

Wird das Funksignalelement 7 in unmittelbare Nähe zu einem Dipol respektive Sendeantenne 5a gebracht, so treten zwischen der Sendeantenne 5a und dem Funksignalelement 7 Wechselwir­ kungen auf, die auf andere Weise ebenfalls positive Synergien hervorrufen. Wird das Funksignalelement 7 derart dimensio­ niert, dass es geringfügig länger ist als eine halbe Wellen­ länge und wird es so platziert, dass es im Abstand von einer viertel Wellenlänge, parallel zu einem Halbwellendipol ange­ ordnet ist, so erhält der Dipol eine starke Richtwirkung. Das Funksignalelement 7 wirkt somit als Direktor.

Auf diese Weise kann man bei aus verschiedenen Richtungen eintreffenden, gegenphasigen und gleich großen Funksignalen, hier FS1 und FS5, die sich am Ort der Empfangsantenne abschwächen oder auslöschen, trotzdem ein ausreichend starkes Empfangssignal erhalten, da durch die Richtwirkung, eines der Funksignale bevorzugt wird.

Wesentlicher Gedanke der vorliegenden Idee ist es, die Emp­ fangssituation eines Empfängers in einem Anlagenfunksystem auf einfache Weise zu verbessern. Es kommt dabei ein einfa­ ches Hilfsmittel in Form eines Reflektors oder Direktors zur Anwendung, das nachträglich und kostengünstig an einen belie­ bigen Ort im Raum, in einer Anlage, in einem Gebäude oder in einem Betriebsgelände platziert werden kann. Dies kann z. B. eine Klebefolie unter einer Tapete sein.

Claims (5)

1. Anordnung mit einem Kommunikationsgerät (1, 2) eines Anla­ genfunksystems mit einer Antenne für eine vorgegebene Funk­ frequenz und mit einem zugeordneten, als Reflektor (8) die­ nenden Funksignalelement (7), wobei dem Kommunikationsgerät (1, 2) ein direkter erster Signalweg (DSW1) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Funksignalelement (7) auf die Funkfrequenz der Antenne abgestimmt ist und als Reflektor (8) für einen indirekten zweiten Signalweg (ISW2) oder zur Ergänzung der Antennenfunk­ tion als Direktor für den direkten ersten Signalweg (DSW1) dient, und dass Montagemittel (6a, 6b, 6c) für eine feste Wand­ installation für das Kommunikationsgerät (1, 2) und für das Funksignalelement (7) vorgesehen sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Funksignalelement (7) mit einem oder mehreren weiteren Funksignalelementen (7), eine gemeinsame Direktor- oder Re­ flektoreinheit bildet.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne als Sende- oder Empfangsantenne (5a, 5b) dient.

4. Anlagenfunksystem mit mindestens einem Sender (3) und ei­ nem Empfänger (4), wobei der Sender (3) und der Empfänger (4) jeweils eine Antenne für eine vorgegebene, gemeinsame Funk­ frequenz aufweisen, und wobei zwischen dem Sender (3) und dem Empfänger (4) ein direkter erster Signalweg (DSW1) und min­ destens ein als Reflektor (8) dienendes Funksignalelement (7) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Funksignalelement (7) auf die Funkfrequenz der Antenne abgestimmt ist und als Reflektor (8) für Funksignale auf ei­ nem indirekten zweiten Signalweg (ISW2) oder zur Ergänzung der Antennenfunktion als Direktor der Antenne für Funksignale des direkten ersten Signalweges (DSW1) dient, und dass zumin­ dest der Empfänger (4) Montagemittel (6b) für eine feste In­ stallation umfasst.

5. Verfahren zum Betrieb eines Anlagenfunksystems, wobei an einem ersten Ort ein Sendesignal erzeugt wird, an einem zwei­ ten Ort das Sendesignal unter Bildung eines indirekten zwei­ ten Signalweges (ISW2) reflektiert und an einem dritten Ort empfangen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Sendesignal mit einem auf die Funkfrequenz des Anlagen­ funksystems abgestimmten Funksignalelements (7) reflektiert wird, und dass das Sendesignal reflexionslos auf einem direk­ ten ersten Signalweg (DSW1) zum zweiten Ort übertragen wird.