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Stand der Technik
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Die
Erfindung geht aus von einem Elektrogerät nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 1.
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Es
ist bereits ein Elektrogerät,
insbesondere ein Ortungsgerät,
bekannt mit einer LCR-Antennenvorrichtung,
die eine Antenneneinheit mit einer ersten Polarisationsrichtung
aufweist und die zu einem Aussenden und/oder Empfangen eines Messsignals mit
der ersten Polarisationsrichtung vorgesehen ist.
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Vorteile der Erfindung
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Die
Erfindung geht aus von einem Elektrogerät, insbesondere einem Ortungsgerät, mit einer LCR-Antennenvorrichtung,
die eine Antenneneinheit mit einer ersten Polarisationsrichtung
aufweist und die zu einem Aussenden und/oder Empfangen eines Messsignals
mit der ersten Polarisationsrichtung vorgesehen ist.
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Es
wird vorgeschlagen, dass die Antenneneinheit zumindest eine zweite
Polarisationsrichtung zu einem Aussenden und/oder Empfangen des Messsignals
aufweist. In diesem Zusammenhang soll unter „vorgesehen” insbesondere
speziell ausgestattet und/oder speziell ausgelegt verstanden werden.
Des Weiteren soll unter einer „LCR-Antennenvorrichtung
(Large-Current-Radiator-Antennenvorrichtung)” insbesondere
eine Antennenvorrichtung verstanden werden, die ein Abstrahlelement
aufweist, durch welches im Betrieb ein großer Strom fließt. Vorzugsweise
ist die Antenneneinheit symmetrisch bezüglich einer Symmetrieebene
ausgerichtet, wobei die Symmetrieebene senkrecht zu dem Abstrahlelement
ausgerichtet ist. Die Antenneneinheit ist vorteilhafterweise zumindest
teilweise von einem korrosionsbeständigen Metallblech, insbesondere von
einem gebogenen Metallblech, gebildet, wie beispielsweise einem
Metallblech aus einem Edelstahl und/oder ein verzinktes und/oder
ein vergoldetes Blech usw. Alternativ ist eine Ausbildung der Antenneneinheit
als Kunststoffkörper
denkbar, wobei Flächen
und/oder Teilbereiche, insbesondere zur Leitung von Signalen, zumindest
teilweise metallisiert sind, wobei eine spezifische Dielektrizitätskonstante des
Kunststoffkörpers
bei einer Konstruktion und/oder Berechnung der Antenneneinheit zu
berücksichtigen
ist. Unter einem „Messsignal” soll hierbei
insbesondere ein elektromagnetisches Signal verstanden werden, das
vorzugsweise von einem breitbandigem Signal, insbesondere von einem
Ultrabreitbandsignal (oder Ultra Wide Band Signal oder UWB-Signal)
gebildet ist, wobei das Ultrabreitbandsignal einen Nutzfrequenzbereich
mit einer Mittelfrequenz im Frequenzbereich von 1 GHz bis 15 GHz und
einer Frequenzbandbreite von zumindest 500 MHz aufweist. Das Ultrabreitbandsignal
weist besonders vorteilhaft eine spektrale Leistungsdichte von maximal –41,3 dBm/MHz
auf. Es können
hierbei vorteilhaft Signale bzw. elektromagnetische Wellen zumindest
teilweise unabhängig
von ihrer Polarisationsrichtung empfangen werden. Ferner kann das Aussenden
des Messsignals unabhängig
von einem Empfangen eines Messsignals erfolgen, indem das Aussenden
entlang der ersten Polarisationsrichtung und das Empfangen entlang
der zweiten Polarisationsrichtung erfolgen können.
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Das
Elektrogerät
ist vorzugsweise von einem Ortungsgerät, insbesondere von einem handgeführten Ortungsgerät gebildet,
das zu einer Ortung eines in einem Untersuchungsgegenstand angeordneten Objekts
vorgesehen ist. Vorzugsweise ist das empfangene Messsignal von einem
Reflexionssignal gebildet, das von dem Objekt und/oder dem Untersuchungsgegenstand
reflektiert wird.
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Des
Weiteren wird vorgeschlagen, dass die erste Polarisationsrichtung
im Wesentlichen orthogonal zur zweiten Polarisationsrichtung ausgerichtet
ist. Hierbei soll unter „im
Wesentlichen orthogonal” insbesondere
eine zur ersten Polarisationsrichtung senkrechte Ausrichtung der
zweiten Polarisationsrichtung mit einer maximalen Abweichung von
20°, vorteilhaft
von maximal 10° und
besonders bevorzugt von maximal 1° verstanden
werden. Durch diese Ausgestaltung der Erfindung können Signale
bzw. Wellen mit unterschiedlicher Polarisationsrichtung und/oder
zirkular und/oder elliptisch polarisierte Signale bzw. Wellen abgestrahlt
werden. Zudem können linear
polarisierte Wellen mit einem beliebigen Winkel zu einer der beiden
Polarisationsrichtungen abgestrahlt werden. Besonders vorteilhaft
kann dies bei Ortungsgeräten
eingesetzt werden, da hier elektromagnetische Wellen nur von anisotropen
Objekten reflektiert werden und damit Objekte von einem homogenen
Untersuchungsgegenstand, wie beispielsweise einer isotropen Wandoberfläche, vorteilhaft
unterschieden werden können
bzw. als solche erkannt werden können.
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Ferner
wird vorgeschlagen, dass die LCR-Antennenvorrichtung zumindest zwei
erste Anschlusselemente, die zu einer Einspeisung eines Signals
der ersten Polarisationsrichtung vorgesehen sind, und zumindest
zwei weitere Anschlusselemente aufweist, die zu einer Einspeisung
eines Signals der zweiten Polarisationsrichtung vorgesehen sind. Es
können
hierdurch unterschiedliche Signale für die beiden Polarisationsrichtungen
in die Antenneneinheit eingeleitet werden, wie beispielsweise zueinander
phasenverschobene Signale und/oder Signale mit unterschiedlichen
Amplituden usw. Zudem können
auszusendende Signale und Empfangssignale entlang der beiden unterschiedlichen
Polarisationsrichtungen getrennt voneinander dem Antennenelement
zugeführt
bzw. von diesem abgeführt
werden.
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Es
wird weiterhin vorgeschlagen, dass an einem der Anschlusselemente
einer der Polarisationsrichtungen ein um 180° phasenverschobenes Signal gleicher
Amplitude bezüglich
einem Signal des weiteren Anschlusselements der Polarisationsrichtung
in wenigsten einem Betriebsmodus angelegt ist. Hierbei kann vorteilhaft
ein Potential gleich null an einer Symmetrieebene zwischen den beiden
Anschlussstellen erzielt werden, wobei in der Symmetrieebene die
beiden weiteren Anschlusselemente der zweiten Polarisationsrichtung
angeordnet sind und so die beiden Polarisationsrichtungen bzw. Signale
der beiden Polarisationsrichtungen linear unabhängig voneinander ausgebildet
sein können.
Zudem können
durch eine simultane Einleitung von Signalen in beide Polarisationsrichtungen
hierbei vorteilhaft zirkulare oder elliptische polarisierte Wellen
mittels der Antenneneinheit abgestrahlt werden. Vorteilhafterweise
sind hierfür die
beiden Polarisationsrichtungen phasenverschoben bzw. diese weisen
unterschiedliche Amplituden auf.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird ein Elektrogerät, insbesondere
ein Ortungsgerät,
vorgeschlagen mit einer LCR-Antennenvorrichtung, die ein Massenflächenelement
und eine Antenneneinheit aufweist, die eine erste Polarisationsrichtung
und zwei untere Leiterelemente umfasst und die zu einem Aussenden
und/oder Empfangen eines Messsignals mit der ersten Polarisationsrichtung
vorgesehen ist, wobei ein Abstand der beiden Leiterelemente zu dem
Massenflächenelement
entlang einer Richtung von einem jeweiligen Anschlusselement der
Leiterelemente zu einem den Anschlusselementen abgewandten Bereich
der Leiterelemente kontinuierlich zunimmt. Hierbei soll unter einem „unteren
Leiterelement” insbesondere
ein Leiterelement der Antennenein heit verstanden werden, das insbesondere
einen kürzesten
Abstand zu dem Massenflächenelement,
der kleiner ist als ein kürzester Abstand
weiterer Bauteile der Antenneneinheit, und das insbesondere ein
Anschlusselement zu einer Zuleitung eines Signals aufweist. Des
Weiteren soll unter einem „Massenflächenelement” insbesondere
ein Element verstanden werden, das im Wesentlichen parallel zu einem
Abstrahlelement der Antenneneinheit angeordnet ist und vorzugsweise
in einem Bereich neben der Antenneneinheit zu einer Abschirmung
von Signalen und/oder Wellen und/oder besonders vorteilhaft zu einer
Reflexion von Signalen und/oder Wellen in eine gewünschte Abstrahlrichtung,
die von der Antenneneinheit in eine unerwünschte Richtung, insbesondere
in Richtung des Massenflächenelements,
abgestrahlt werden. Es kann hierbei vorteilhaft zumindest teilweise
ein kontinuierlicher Übergang
von einem niedrigen Wellenwiderstand, wie beispielsweise ein Wellenwiderstand von
50 Ω bei
Bauteilen und Leitungen von Hochfrequenzschaltungen, in einen hohen
Wellenwiderstand, wie beispielsweise ein Wellenwiderstand von 377 Ω für einen
Abstrahlraum der Antenneneinheit, erfolgen. Zudem können hierbei
abrupte Stufen in den unteren Leitern vermieden werden und damit einhergehend
Reflexionen einer elektromagnetischen Welle in der Antenneneinheit
zumindest reduziert bzw. unterbunden werden.
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Vorzugsweise
werden über
das untere Leiterelement Signale bzw. Wellen von den Anschlusselementen
auf seitliche Leiterelemente der Antenneneinheit und von diesen
auf das Abstrahlelement der Antenneneinheit im Betrieb des Elektrogeräts geleitet.
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Ein
besonders vorteilhafter kontinuierlicher Übergang von dem niedrigen Wellenwiderstand
in den hohen Wellenwiderstand kann erreicht werden, wenn die beiden
unteren Leiterelemente eine Breite aufweisen, die entlang der Richtung
zunimmt. Vorzugsweise sind hierbei die unteren Leiterelemente symmetrisch,
insbesondere trapezförmig,
ausgebildet.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird ein Elektrogerät, insbesondere
ein Ortungsgerät,
mit einer LCR-Antennenvorrichtung, die eine Antenneneinheit mit
einer ersten Polarisationsrichtung aufweist und die zu einem Aussenden und/oder
Empfangen eines Messsignals mit der ersten Polarisationsrichtung
vorgesehen ist, vorgeschlagen, wobei die LCR-Antennenvorrichtung eine die Antenneneinheit
in zumindest eine Richtung umgebende Umhüllung aufweist, die einen Hohlraum
um die Antenneneinheit bildet. Vorzugsweise umgibt die Umhüllung die
Antenneneinheit entlang einer Umfangsrichtung eines Abstrahlelements,
wobei die Umhüllung
vorzugsweise mit einem Abstand zur Antenneneinheit um diese angeordnet
ist, so dass zwischen der Antenneneinheit und der Umhüllung der Hohlraum
bzw. ein Freiraum gebildet ist, in dem ins besondere Signale und/oder
Wellen vorteilhaft in eine gewünschte
Richtung umgelenkt werden können.
Es kann eine Abstrahlung in unerwünschte Richtungen zumindest
teilweise verhindert werden und eine Abstrahlung, insbesondere senkrecht
zu einer Messfläche
bzw. einem Abstrahlelement, und damit einhergehend eine Effizienz
der LCR-Antennenvorrichtung aufgrund einer Umlenkung der Wellen
in eine gewünschte
Richtung vorteilhaft erhöht
werden. Besonders vorteilhaft kann dies erreicht werden, wenn die
Umhüllung
zumindest teilweise aus einem leitfähigen Material gebildet ist.
Die Umhüllung
kann hierbei aus einem Metall gebildet sein und/oder aus einem Kunststoffkörper mit
einer metallischen Beschichtung gebildet sein und/oder aus einem
leitfähigen
Kunststoffmaterial, das beispielsweise metallähnliche Eigenschaften aufweist,
gebildet sein.
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Des
Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Umhüllung zumindest eine Induktionsspule
aufweist, wodurch zusätzliche
metallische und/oder leitfähige Bauteile
und/oder Elemente der Umhüllung
eingespart werden können.
Zusätzlich
kann die Induktionsspule als Induktivsensor Verwendung finden, so
dass zusätzlich
zu einer Detektion mittels der Antenneneinheit eine Erfassung von
Objekten, insbesondere metallischen Objekten, in dem Untersuchungsgegenstand
vorteilhaft erreicht werden kann.
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Es
wird ferner vorgeschlagen, dass die Umhüllung eine Form aufweist, die
symmetrisch zu zumindest einer Symmetrieebene der Antenneneinheit ausgerichtet
ist, wodurch eine negative Beeinflussung einer Signalabstrahlung
und/oder eines Empfangens eines Signals entlang der Polarisationsrichtung
der Antenneneinheit vorteilhaft verhindert werden kann. Vorzugsweise
weist die Antenneneinheit zwei Symmetrieebenen auf, wobei die Umhüllung insbesondere
rotationssymmetrisch bezüglich
der beiden Symmetrieebenen angeordnet ist. Beispielsweise kann die
Umhüllung
bei einer Antenneneinheit mit zwei orthogonal zueinander ausgerichteten
Polarisationsrichtungen einen achteckigen Querschnitt aufweisen,
so dass eine besonders Platz sparende Montage der LCR-Antennenvorrichtung
erreicht werden kann.
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In
einer weiteren Ausbildung der Erfindung wird ein Elektrogerät, insbesondere
ein Ortungsgerät,
mit einer LCR-Antennenvorrichtung, die eine Antenneneinheit mit
einer ersten Polarisationsrichtung aufweist und die zu einem Aussenden
und/oder Empfangen eines Messsignals mit der ersten Polarisationsrichtung
vorgesehen ist, vorgeschlagen, wobei die LCR-Antennenvorrichtung
ein Halteelement aufweist, das zu einer Fixierung der Antenneneinheit, insbesondere
in dem Elektrogerät,
vorgesehen ist. Es kann hierbei eine Positionierung der Antenneneinheit
unverändert
beibehalten werden, wobei eine Position bzw. ein Positionsparameter
der Antenneneinheit für
eine Kalibrierung und/oder eine Isolation zwischen insbesondere
zwei Polarisationsrichtungen genutzt werden kann. Vorzugsweise ist
das Haltelement aus einem Kunststoff gebildet, so dass eine Polarisationsrichtung
der Antenneneinheit durch das Halteelement im Wesentlichen unbeeinflusst
bleibt. Vorteilhafterweise ist das Halteelement mit einem Gehäuse des
Elektrogeräts
verschraubt und mit der Antenneneinheit mittels Kunststoffzapfen
befestigt. Alternativ kann das Halteelement mit der Antenneneinheit
verklebt, verklemmt, usw. sein. Eine Befestigung des Halteelements
mit der Antenneneinheit erfolgt vorzugsweise in einem Bereich und/oder
an einer Position der Antenneneinheit, die eine vorzugsweise in
einem geringen Maße
zu einer insbesondere hochfrequenten Abstrahlung beitragen, wie
beispielsweise in Bereichen mit einem geringen Stromfluss.
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Des
Weiteren wird vorgeschlagen, dass das Elektrogerät eine Führungseinheit mit einer Verfahrrichtung
aufweist, wobei das Halteelement die Antenneneinheit mit einem Winkel
einer Symmetrieebene der Antenneneinheit zu der Verfahrrichtung
von ca. 45° anordnet.
In diesem Zusammenhang soll unter einer „Führungseinheit” insbesondere
eine Einheit verstanden werden, die zu einem Führen des Ortungsgeräts auf einer
Oberfläche
des Untersuchungsobjekts bzw. beabstandet zu der Oberfläche des
Untersuchungsobjekts vorgesehen ist. Vorzugsweise erfolgt eine Führung des
Ortungsgeräts
in einer Ebene parallel zu der Oberfläche des Untersuchungsobjekts.
Des Weiteren soll unter einer „Verfahrrichtung” insbesondere
eine Richtung verstanden werden, entlang welcher das Ortungsgerät bevorzugt auf
oder parallel zu einer Oberfläche
des Untersuchungsobjekts bewegt wird, insbesondere von einem Bediener
des Ortungsgeräts.
Die Verfahrrichtung kann hierbei abhängig von einer Rollrichtung
von Rollkörpern
der Führungseinheit
und/oder von einer bevorzugten, insbesondere einer horizontalen
Handbewegungsrichtung sein, die vorzugsweise senkrecht zu einer
Schwerkraft und/oder parallel zu einer Bodenfläche ausgerichtet ist. Es kann
durch diese Ausgestaltung vorteilhaft eine Ausrichtung von ca. 45° einer oder
mehreren Symmetrieebenen und/oder Polarisationsrichtungen zu einem
zu detektierenden Objekt erreicht und hierdurch eine vorteilhafte
Trennung von Sendesignal und Empfangssignal erreicht werden. Das
Sendesignal kann hierbei entlang einer ersten Polarisationsrichtung
abgestrahlt werden und eine zur ersten Polarisationsrichtung orthogonal
ausgerichtete Polarisationsrichtung zu einem Empfangen eines von
dem Objekt reflektierten Signals herangezogen werden, wobei hierbei
das ausgesandte Signal bei der Reflexion eine Polarisationsdrehung erfahrt.
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Es
können
besonders vorteilhaft weitere Bauteile und Montageaufwand eingespart
werden, wenn das Halteelement zu einer Aufnahme einer Umhüllung der
Antenneneinheit vorgesehen ist.
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Ferner
wird vorgeschlagen, dass das Halteelement Ausnehmungen aufweist,
die zu einer Führung
von Anschlusselementen der Antenneneinheit vorgesehen sind. Es kann
hierbei eine konstruktiv einfache Montage der LCR-Antennnenvorrichtung erreicht
werden, und zwar indem die Anschlusselemente durch die Ausnehmungen
geführt
werden können
und anschließend
auf einer Platine angelötet werden
können.
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Zeichnung
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele
der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die
Ansprüche
enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird
die Merkmale zweckmäßigerweise auch
einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Es
zeigen:
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1 ein
erfindungsgemäßes Ortungsgerät mit einer
LCR-Antennenvorrichtung in einer schematischen Darstellung,
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2 das
Ortungsgerät
zusammen mit einem Untersuchungsobjekt in einer schematischen Ansicht,
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3 die
LCR-Antennenvorrichtung mit einer Antenneneinheit in einer schematischen
Darstellung,
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4 eine
Seitenansicht der Antenneneinheit aus 3,
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5 eine
Ansicht der Antenneneinheit von unten,
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6 die
LCR-Antennenvorrichtung mit einer Umhüllung der Antenneneinheit in
einer schematischen Darstellung,
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7 die
LCR-Antennenvorrichtung mit einem Halteelement in einer schematischen
Darstellung,
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8 die
LCR-Antennenvorrichtung mit dem Halteelement in einer Ansicht von
unten und
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9 eine
alternative Ausgestaltung der Umhüllung der Antenneneinheit.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In 1 ist
ein von einem handgeführten
Ortungsgerät 12 gebildetes
Elektrogerät 10 dargestellt. Das
Ortungsgerät 12 ist
zu einer Ortung bzw. Erfassung von Objekten 74, wie beispielsweise
Leitungen usw., in einem Untersuchungsgegenstand 76, wie beispielsweise
einer Wand, vorgesehen (2). Das Ortungsgerät 12 ist
hierzu von einem Bediener über eine
Oberfläche 78 des
Untersuchungsgegenstands 76, wie beispielsweise eine Wandoberfläche, entlang einer
bevorzugten Verfahrrichtung 68 bewegbar. Hierzu weist das
Ortungsgerät 12 eine
Führungseinheit 66 auf,
mittels der das Ortungsgerät 12 von
einem Bediener auf der Oberfläche 78 bewegt
werden kann. Die bevorzugte Verfahrrichtung 68 ist im Wesentlichen
senkrecht zu einer auf das Ortungsgerät 12 wirkenden Gewichtskraft
ausgerichtet und entspricht im Wesentlichen einer Schwenkbewegung
eines Arms des Bedieners. Das Ortungsgerät 12 weist eine Ortungseinheit 80 auf,
die zu einem Aussenden und einem Empfangen eines Messsignals 48 vorgesehen
ist. Das Messsignal 48 ist hierbei von einem Ultrabreitbandsignal
gebildet. Das Ultrabreitbandsignal wird von der Ortungseinheit 80 generiert,
die hierfür
eine nicht näher
dargestellte Signalerzeugungseinheit aufweist, und über eine
LCR-Antennenvorrichtung 14 des Ortungsgeräts 12 abgestrahlt.
Die LCR-Antennenvorrichtung 14 ist neben einem Abstrahlen
des Messsignals 48 bzw. des Ultrabreitbandsignals zu einem
Empfangen des von dem Untersuchungsgegenstand und/oder von dem Objekt 74 reflektierten
Ultrabreitbandsignals vorgesehen. Die LCR-Antennenvorrichtung 14 weist
hierfür
eine Antenneneinheit 16 auf mit einer ersten Polarisationsrichtung 18 zu
einem Aussenden und/oder Empfangen eines Messsignals 48.
Zudem weist die Antenneneinheit 16 eine zweite Polarisationsrichtung 20 zu einem
Aussenden und/oder Empfangen des Messsignals 48 auf.
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Die
Antenneneinheit 16 ist einteilig ausgebildet und von einem
gebogenen Blechbauteil 82 gebildet (3). Vorzugsweise
ist eine Dicke des Blechbauteils 82 derart ausgebildet,
dass ein unerwünschter
Skin-Effekt, der eine Abstrahleigenschaft der Antenneneinheit 16 reduziert,
verhindert ist. Ferner weist die Antenneneinheit 16 ein
Abstrahlelement 84, vier seitliche Leiterelemente 86, 88, 90, 92 und
vier untere Leiterelemente 32, 34, 36, 38 mit
jeweils einem Anschlusselement 22, 24, 26, 28 auf.
Das Abstrahlelement 84 ist quadratisch mit vier gleich
großen
Seiten 94 ausgebildet und symmetrisch bezüglich zwei
Symmetrieebenen 58, 60, die senkrecht zum Abstrahlelement 84 und
senkrecht zueinander ausgerichtet sind. An den vier gleich großen Seiten 94 schließt sich
jeweils symmetrisch eines der vier seitlichen Leiterelemente 86, 88, 90, 92 an,
die jeweils ein erstes Teilflächenelement 96 aufweisen, das
trapezförmig
ausgebildet ist und bezüglich
des Abstrahlelements 84 geneigt angeordnet ist. Die trapezförmigen ersten
Teilflächenelemente 96 erstrecken
sich verjüngt
von dem Abstrahlelement 84 weg, wobei eine Seitenlänge 100 des
Abstrahlelements einer großen
Grundlinienlänge 98 der
trapezförmigen ersten
Teilflächenelemente 96 entspricht.
Die seitlichen Leiterelemente 86, 88, 90, 92 weisen
zudem ein zweites, rechteckiges Teilflächenelement 102 auf, das
sich an dem ersten trapezförmigen
Teilflächenelement 96 der
seitlichen Leiterelemente 86, 88, 90, 92 anschließt. Eine
Breite 104 der zweiten rechteckigen Teilflächenelemente 102 entspricht
dabei einer kleinen Grundlinienlänge 106 der
trapezförmigen ersten
Teilflächenelemente 96.
Die zweiten, rechteckigen Teilflächenelemente 102 sind
an einer dem Abstrahlelement 84 abgewandten Seite der ersten trapezförmigen Teilflächenelemente 96 angeordnet. Zudem
ist ein Flächennormalenvektor 108 der
zweiten rechteckigen Teilflächenelemente 102 im
Wesentlichen senkrecht zu einem Flächennormalenvektor 110 des
Abstrahlelements 84 ausgerichtet.
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An
die vier seitlichen Leiterelemente 86, 88, 90, 92 schließen sich
jeweils die vier unteren Leiterelemente 32, 34, 36, 38 an,
die ebenfalls trapezförmig ausgebildet
sind (3 und 5). Die vier unteren Leiterelemente 32, 34, 36, 38 erstrecken
sich jeweils entlang einer Richtung 112 von dem sich direkt
an dem jeweiligen unteren Leiterelement 32, 34, 36, 38 anschließenden seitlichen
Leiterelement 86, 88, 90, 92 zu
dem gegenüberliegenden
seitlichen Leiterelement 86, 88, 90, 92,
so dass die vier unteren Leiterelemente 32, 34, 36, 38 kreuzförmig aufeinander
zulaufend angeordnet sind. Die vier unteren Leiterelemente 32, 34, 36, 38 sind
jeweils beabstandet zueinander entlang der Richtung 112 von
dem gegenüberliegenden
unteren Leiterelement 32, 34, 36, 38 angeordnet,
so dass in einem mittleren Bereich 114 zwischen Endbereichen 116 der
unteren Leiterelemente 32, 34, 36, 38,
die den vier seitlichen Leiterelementen 86, 88, 90, 92 abgewandt
sind, ein Freiraum 118 vorhanden ist. Zudem nimmt eine
Breite 46 der unteren Leiterelemente 32, 34, 36, 38 entlang
der Richtung 112 stetig ab. Die vier unteren Leiterelemente 32, 34, 36, 38 weisen
zudem bezüglich
des Abstrahlelements 84 eine Neigung auf, wobei ein kürzester
Abstand 120 der unteren Leiterelemente 32, 34, 36, 38 bezüglich einer
Erstreckungsebene des Abstrahlelements 84 entlang der Richtung 112 zunimmt
(4).
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Die
vier unteren Leiterelemente 32, 34, 36, 38 umfassen
die vier Anschlusselemente 22, 24, 26, 28,
die jeweils von einem Anschlusspin gebildet sind. Die vier Anschlusspins
erstrecken sich entlang einer Richtung 122, die im Wesentlichen
parallel zu dem Flächennormalenvektor 110 des
Abstrahlelements 84 und zudem von dem Abstrahlelement 84 zu
den unteren Leiterelementen 32, 34, 36, 38 ausgerichtet ist.
Des Weiteren weist die LCR-Antennenvorrichtung 14 ein Massenflächenelement 30 auf,
das parallel zu dem Abstrahlelement 84 ausgerichtet ist
(3 und 4). Das Massenflächenelement 30 ist
dazu vorgesehen, von der Antenneneinheit 16 abgestrahlte Signale bzw.
Wellen in Richtung des Massenflächenelements 30 zu
reflektieren und damit in eine gewünschte Abstrahlrichtung umzuleiten.
Ferner weist das Massenflächenelement
vier Ausnehmungen 124 auf, durch die die vier Anschlusselemente 22, 24, 26, 28 geführt sind.
Ein Abstand 40 der unteren Leiterelemente 32, 34, 36, 38 zu
dem Massenflächenelement 30 entlang
einer Richtung 42 von einem jeweiligen Anschlusselement 22, 24, 26, 28 des
unteren Leiterelements 32, 34, 36, 38 zu
einer dem jeweiligen Anschlusselement 22, 24, 26, 28 abgewandten
Bereich 44 der Leiterelemente 32, 34, 36, 38 nimmt
stetig zu. Die vier Anschlusselemente 22, 24, 26, 28 sind zu
einer Zuführung
eines Signals vorgesehen, wobei zwei erste Anschlusselemente 22, 26 der
ersten Polarisationsrichtung 18 zugeordnet und die zwei
weiteren Anschlusselemente 24, 28 der zweiten
Polarisationsrichtung 20 zugeordnet sind. Die einer Polarisationsrichtung 18, 20 zugeordneten
Anschlusselemente 22, 24, 26, 28 sind
an sich gegenüberliegenden
unteren Leiterelementen 32, 34, 36, 38 angeordnet.
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In
einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist es zudem denkbar,
dass das Antennenelement 16 auch von einem stufenlosen,
kontinuierlich gebogenen Blechbauteil gebildet sein kann, so dass die
einzelnen Leiterelemente 32, 34, 36, 38, 86, 88, 90, 92 stufenlos
ineinander übergehen
können.
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Im
Betrieb der LCR-Antennenvorrichtung 14 wird im Wesentlichen über das
Abstrahlelement 84 eine elektromagnetische Welle abgestrahlt,
wobei eine Signalzuführung über die
Anschlusselemente 22, 24, 26, 28,
die unteren Leiterelemente 32, 34, 36, 38 und
die seitlichen Leiterelemente 86, 88, 90, 92 zu dem
Abstrahlelement 84 erfolgt. Des Weiteren wird im Betrieb
der LCR-Antennenvorrichtung 14 bzw.
in einem Betriebsmodus der LCR-Antennenvorrichtung 14 an
jeweils den Anschlusselementen 22, 24, 26, 28 einer
Polarisationsrichtung 18, 20 ein differentielles Signal
angelegt. Die beiden Polarisationsrichtungen 18, 20 erstrecken
sich jeweils zwischen zwei gegenüberliegenden
Seiten 94 des Abstrahlelements 84 und sind senkrecht
zueinander ausgerichtet. Zur Erzeugung des differentiellen Signals
wird an einem der beiden Anschlusselemente 22, 24, 26, 28 für eine Polarisationsrichtung 18, 20 ein
Signal zugeführt,
das eine gleiche Amplitude aufweist wie ein an dem weiteren Anschlusselement 22, 24, 26, 28 für die gleiche Polarisationsrichtung 18, 20 zugeführtes Signal.
Die beiden Signale sind zudem zueinander um 180° phasenverschoben. Dies hat
zur Folge, dass zwischen den beiden Anschlusselementen 22, 24, 26, 28 ein Potential
von gleich null an einer der Symmetrieebenen 58, 60 anliegt,
wobei die beiden weiteren Anschlusselemente 22, 24, 26, 28 der
zweiten Polarisationsrichtung 18, 20 in dieser
Symmetrieebene 58, 60 angeordnet sind. Es sind
hierdurch die Signale der ersten Polarisationsrichtung 18, 20 linear
unabhängig
zu den Signalen der zweiten Polarisationsrichtung 18, 20.
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Aufgrund
einer linearen Unabhängigkeit
der Signale der beiden Polarisationsrichtungen 18, 20 werden
im Betrieb des Ortungsgeräts 12 entlang
einer der beiden Polarisationsrichtungen 18, 20 Messsignale 48 ausgesendet
und entlang der anderen Polarisationsrichtung 18, 20 von
dem Objekt 74 bzw. dem Untersuchungsgegenstand 76 reflektierte
Messsignale 48 empfangen. Des Weiteren ist es denkbar, dass
im Betrieb mittels einer simultanen Signalzuführung für die beiden Polarisationsrichtungen 18, 20 zirkular
oder elliptisch polarisierte elektromagnetische Wellen abgestrahlt
werden können,
wobei hierfür
die Signale der beiden Polarisationsrichtungen 18, 20 phasenverschoben
zueinander sein müssen
bzw. eine unterschiedliche Amplitude aufweisen. Zudem können mittels
der Antenneneinheit 16 linear polarisierte elektromagnetische
Wellen abgestrahlt werden, deren Polarisationsebene einen beliebigen
Winkel zu den beiden Symmetrieebenen 58, 60 einnehmen
können.
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Aufgrund
des sich ändernden
Abstands 40 der unteren Leiterelemente 32, 34, 36, 38 zu
dem Massenflächenelement 30 und
der trapezförmigen Ausbildung
der unteren Leiterelemente 32, 34, 36, 38 wird
im Betrieb ein Wellenwiderstand kontinuierlich geändert, wie
beispielsweise von 50 Ω für Bauteile von
Hochfrequenzschaltungen auf 377 Ω für einen Freiraum,
in dem die Antenneneinheit 16 abstrahlt. Zudem werden von
den unteren Leiterelementen 32, 34, 36, 38 abgestrahlte
Wellen vorteilhaft zwischen dem Massenflächenelement 30 und
den dem unteren Leiterelementen 32, 34, 36, 38 nach
außen
geleitet und anschließend
in eine Abstrahlrichtung umgelenkt.
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Die
LCR-Antennenvorrichtung 14 weist zudem eine die Antenneneinheit 16 umgebende
Umhüllung 52 auf,
die einen Hohlraum 54 um die Antenneneinheit 16 bildet
und die dazu vorgesehen ist, eine unerwünschte seitliche Abstrahlung,
die senkrecht zu dem Flächennormalenvektor 110 des
Abstrahlelements 84 erfolgt, der Antenneneinheit 16 zu reduzieren
oder zu verhindern. Die Umhüllung 52 umgibt
dabei die Antenneneinheit 16 entlang einer von einer Umfangsrichtung
gebildeten Richtung 50, die senkrecht zu dem Flächennormalenvektor 110 des
Abstrahlelements 84 und um diesen ausgerichtet ist, so
dass eine Effizienz einer Abstrahlung von Wellen bzw. Signalen entlang
des Flächennormalenvektors 110 des
Abstrahlelements 84 erhöht
wird, wobei die Umhüllung 52 seitlich
abgestrahlte Signale und/oder Wellen vorteilhaft in die gewünschte Abstrahlrichtung
umlenkt bzw. reflektiert. Zudem ist die Umhüllung 52 beabstandet
zur Antenneneinheit 16 um diese angeordnet. Die Umhüllung 52 weist
eine Form 56 bzw. Anordnung auf, die symmetrisch zu den
beiden Symmetrieebenen 58, 60 der Antenneneinheit 16 ausgerichtet
ist. Die Umhüllung 52 weist
einen Kunststoffgrundkörper 126 mit
einem achteckigen Querschnitt auf, der mit der Antenneneinheit 16 verbunden
ist. Zudem ist die Umhüllung 52 teilweise aus
einem leitfähigen
Material gebil det und weist hierfür drei Induktionsspulen 62 auf,
die um den Kunststoffgrundkörper 126 angeordnet
sind, wobei der Kunststoffgrundkörper 126 als
Trägerelement
der Induktionsspulen 62 dient, die somit ebenfalls einen achteckigen
Querschnitt aufweisen. Die Umhüllung 52 weist
eine Höhe
auf, die im Wesentlichen einem Abstand des Abstrahlelements 84 zu
dem Massenflächenelement 30 entspricht
(6).
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Mittels
der Induktionsspulen 62 werden im Betrieb zusätzlich zu
der Antenneneinheit 16 Objekte 74 in dem Untersuchungsgegenstand 76 erfasst,
indem diese insbesondere metallische Objekte 74 als solche
erkennen.
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Der
Kunststoffgrundkörper 126 der
Umhüllung 52 ist
zusätzlich
als Halteelement 64 ausgebildet, das zu einer Fixierung
der LCR-Antennenvorrichtung 14 in dem Ortungsgerät 12 vorgesehen
ist (6 bis 8). Mittels des Halteelements 64 ist die
Antenneneinheit 16 mit einem Winkel 70 von 45° einer Symmetrieebene 58, 60 der
Antenneneinheit 16 zu der Verfahrrichtung 68 der
Führungseinheit 66 bzw.
zu einer Längsachse 128 des
Ortungsgeräts 12 angeordnet
(1). Hierdurch können im Betrieb des Ortungsgeräts 12 vorteilhaft
ausgesandte Signale bzw. Wellen von einem Objekt 74, das
vorzugsweise einen Winkel von im Wesentlichen 45° zu einer der Symmetrieebenen 58, 60 aufweist,
reflektiert werden, wobei sich hierbei eine Polarisation des reflektierten
Signals dreht, so dass entlang einer ersten Polarisationsrichtung 18, 20 des
Abstrahlelements 84 Signale bzw. Wellen abgestrahlt werden
und entlang der zweiten Polarisationsrichtung 18, 20 des
Abstrahlelements 84 Signale bzw. Wellen empfangen werden.
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Das
Halteelement 64 weist vier Haltestreben 130 auf,
wobei zwei Haltestreben 130 entlang einer Richtung 142 von
der Umhüllung 52 nach
innen aufeinander zulaufend angeordnet und orthogonal zu den beiden
weiteren Haltestreben 130 ausgerichtet sind. Die Haltestreben 130 weisen
eine Höhe
auf, die einem Abstand einer dem Massenflächenelement 30 zugewandten
Oberfläche
des Abstrahlelements 84 zu einer dem Abstrahlelement 84 zugewandten
Seite des Massenflächenelements 30 entspricht.
Jede der Haltestreben 130 weist einen Zapfen 132 auf,
der zu einer Fixierung des Abstrahlelements 84 mit den
Haltestreben 130 vorgesehen ist (7 und 8). Hierzu
weist das Abstrahlelement 84 an einer dem Massenflächenelement 30 abgewandten
Oberfläche 144 vier
topfförmige
Vertiefungen 134 auf mit jeweils einer mittig angeordneten
Ausnehmung 136, wobei die Ausnehmung 136 einen
kleineren Querschnitt aufweist wie ein Querschnitt der Vertiefung 134 (3, 5 bis 7).
Die Vertiefungen 134 sind jeweils in einem Bereich 138 des
Abstrahlelements 84 angeordnet, in dem kleine Ströme fließen und
damit eine Beeinträchtigung
einer Abstrahlung minimiert werden kann. Diese Bereiche 138 können mittels
einer Simulationsrechnung bestimmt werden. Diese Bereiche 138 sind
jeweils in einem Randbereich bzw. einem Eckbereich entlang von Diagonalen des
Abstrahlelements 84 angeordnet. Bei einer Montage werden
die Zapfen 132 der Haltestreben 130 zu einer Fixierung
der Antenneneinheit 16 durch die Ausnehmungen 136 des
Abstrahlelements 84 geführt
und anschließend
mit dem Abstrahlelement 84 verstemmt bzw. breit gedrückt.
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Zudem
weist das Halteelement 64 zu einer Führung der Anschlusselemente 22, 24, 26, 28 ein Ringelement 146 auf,
das vier Ausnehmungen 72 aufweist. Das Ringelement 146 ist
scheibenförmig ausgebildet
und einteilig mit den vier Haltestreben 130 ausgebildet,
so dass eine vorteilhafte Stabilität der Haltestreben 130 bzw.
eine Fixierung der Anschlusselemente 22, 24, 26, 28 erreicht
wird. Das Ringelement 146 weist einen mittleren Radius 148 auf,
der einen halben Abstand von einander gegenüberliegenden Anschlusselementen 22, 24, 26, 28 entspricht.
Das Ringelement 146 ermöglicht
zudem ein einfaches Befestigen, wie beispielsweise ein Löten, der
Anschlusselemente 22, 24, 26, 28 mit
einem weiteren Bauteil, wie beispielsweise einer Platine (8).
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Zu
einem Befestigen des Halteelements 64 weist dieses an einer
der Antenneneinheit 16 abgewandten Seite 150 Fortsätze 152 auf,
die senkrecht zu einer Oberfläche
der Umhüllung 52 ausgerichtet sind.
Die Fortsätze 152 weisen
Ausnehmungen 154 auf, mittels denen eine Befestigung, wie
beispielsweise ein Verschrauben, mit weiteren Bauteilen des Ortungsgeräts 12 erreicht
wird (6 bis 8).
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Alternativ
könnte
die Umhüllung 52 vollständig aus
einem leitfähigen
Material gebildet sein, wie dies in 9, einer
alternativen Ausbildung der LCR-Antennenvorrichtung 14,
dargestellt ist. Hier ist die Umhüllung 52 vollständig von
einem metallischen Material gebildet und weist einen quadratischen Querschnitt
auf. Die Ausbildung der Antenneneinheit 16 entspricht hierbei
einer Ausbildung in den 1 bis 8.
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In
einer alternativen Ausgestaltung kann zu einer Änderung eines Abstrahlverhaltens,
insbesondere eines Öffnungswinkels,
der Antenneneinheit 16 diese mit einem speziell geformten
Dielektrikum, wie beispielsweise einer Linse, versehen werden. Zudem kann
die Antenneneinheit 16 zu einer Erniedrigung eines Frequenzbereichs
an verschiedenen Stellen mit einem Dielektrikum versehen werden.
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Alternativ
kann ferner eine Bandbreite der Antenneneinheit 16 erhöht bzw.
eine Eingangsanpassung der Antenneneinheit 16 verbessert
werden, indem beispielsweise Widerstände an die Antenneneinheit 16 angebracht
werden und/oder eine verlustbehaftete Beschichtung aufgebracht wird
usw., so dass unerwünschte
Ströme
und/oder Wellen absorbiert werden können.