DE102018114889B4 - Field device for process automation with a metal housing and a radio module with an antenna - Google Patents

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Abstract

Feldgerät (1) der Prozessautomatisierung mit einem Metallgehäuse (3) und einem Funkmodul (5),dadurch gekennzeichnet, dass eine Gehäusewand (3) eine flächige Struktur (7) zum Abstrahlen und Empfangen elektromagnetischer Strahlung aufweist, wobei die flächige Struktur (7) wenigstens abschnittsweise mit der Gehäusewand (3) elektrisch verbunden ist,die flächige Struktur (7) als Teil der Gehäusewand (3) ausgebildet ist, der wenigstens an 80% seines Umfangs von dem Gehäuse (3) durch einen mit einem Isolator (9) gefüllten Schlitz (11) isoliert ist, oderdie flächige Struktur (7) ein flächiges Sendeelement (13) aufweist, das fest mit dem Gehäuse (3) verbunden und über seine gesamte Fläche über einen Isolator (9) von dem Gehäuse (3) beanstandet und isoliert ist,wobei die flächige Struktur (7) an einer E-Feld-freien Stelle (15) mit dem Gehäuse (3) oder Masse verbunden ist.Field device (1) for process automation with a metal housing (3) and a radio module (5), characterized in that a housing wall (3) has a flat structure (7) for emitting and receiving electromagnetic radiation, the flat structure (7) at least is electrically connected in sections to the housing wall (3), the flat structure (7) is formed as part of the housing wall (3), which is at least 80% of its circumference from the housing (3) through a slot filled with an insulator (9) (11) is insulated, or the planar structure (7) has a planar transmission element (13) which is fixedly connected to the housing (3) and is obstructed and insulated from the housing (3) over its entire area by an insulator (9) , wherein the flat structure (7) is connected to the housing (3) or ground at an e-field-free location (15).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Feldgerät der Prozessautomatisierung mit einem Metallgehäuse und einem Funkmodul mit einer Antenne gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The present invention relates to a field device for process automation with a metal housing and a radio module with an antenna according to the preamble of patent claim 1.

In der Prozessautomatisierungstechnik werden vielfach Feldgeräte eingesetzt, die zur Erfassung und/oder Beeinflussung von Prozessvariablen dienen. Beispiele für derartige Feldgeräte sind Füllstandmessgeräte, Grenzstandmessgeräte und Druckmessgeräte mit Sensoren, die die entsprechenden Prozessvariablen Füllstand, Grenzstand oder Druck erfassen. Häufig sind solche Feldgeräte mit übergeordneten Einheiten, zum Beispiel Leitsystemen oder Steuereinheiten, verbunden. Diese übergeordneten Einheiten dienen zur Prozesssteuerung, Prozessvisualisierung und/oder Prozessüberwachung.In process automation technology, field devices are often used to record and / or influence process variables. Examples of such field devices are fill level measuring devices, point level measuring devices and pressure measuring devices with sensors which detect the corresponding process variables fill level, point level or pressure. Such field devices are often connected to higher-level units, for example control systems or control units. These higher-level units are used for process control, process visualization and / or process monitoring.

Häufig werden Feldgeräte mit metallischen Gehäusen aufgrund ihrer mechanischen Stabilität und Resistenz gegenüber Umwelteinflüssen eingesetzt. Bei einem Einsatz von Feldgeräten in explosionsgefährdeten Umgebungen müssen diese bestimmte Anforderungen erfüllen, die den Einsatz von metallischen Gehäusen ebenfalls erfordern. Beispielsweise darf bei der Explosionsschutzart druckfeste Kapselung (Ex-d) das Gehäuse eines Feldgerätes bei einem Explosionsdruck innerhalb des Gehäuses nicht bersten, was üblicherweise durch Gehäuse in Metallausführung erreicht wird. Bei der Zündschutzart druckfeste Kapselung sind die Komponenten, die eine Zündung, bspw. eines entflammbaren Gases, auslösen können, in ein Gehäuse eingebaut, das dem Explosionsdruck standhält. Die Öffnungen des Gehäuses sind so beschaffen, dass eine Übertragung der Explosion nach außen verhindert wird. Sämtliche Verschlüsse und Durchführungen des Gehäuses sind entsprechend dieser Zündschutzart auszuführen und sind daher teilweise sehr aufwändig zu gestalten.Field devices with metallic housings are often used due to their mechanical stability and resistance to environmental influences. When using field devices in potentially explosive environments, they must meet certain requirements that also require the use of metallic housings. For example, in explosion-proof encapsulation (Ex-d), the housing of a field device must not burst when there is an explosion pressure inside the housing, which is usually achieved by metal housings. In the explosion-proof encapsulation type of protection, the components that can trigger an ignition, for example an inflammable gas, are built into a housing that withstands the explosion pressure. The openings in the housing are designed to prevent the explosion from being transmitted to the outside. All closures and bushings of the housing must be designed in accordance with this type of protection and are therefore sometimes very complex to design.

Aus dem Stand der Technik ist es bspw. bekannt, Funkmodule zur leichteren Bedienung und Parametrierung von Feldgeräten zu verwenden. Eine Bedienung und Parametrierung über Funkmodule erleichtert dem Bedienpersonal die Arbeit vor Ort, da das Feldgerät bspw. zur Parametrierung nicht geöffnet und dafür in explosionsgefährdeten Umgebungen ggf. vollständig außer Betrieb genommen werden muss.For example, it is known from the prior art to use radio modules for easier operation and parameterization of field devices. Operation and parameterization via radio modules make the work on site easier for the operating personnel, since the field device, for example, does not have to be opened for parameterization and therefore may have to be completely decommissioned in potentially explosive environments.

Eine Verwendung von Funkmodulen steht aber im Widerspruch zu Gehäusen aus Metall. Befindet sich ein Funk-Sender/Empfänger zusammen mit der übrigen Sensorelektronik eines Feldgerätes, beispielsweise eines Füllstandsensors, innerhalb des Sensorgehäuses, so verhindern metallische Gehäusewände die Ausbreitung elektromagnetischer Wellen und damit die gewünschte Funkverbindung.The use of radio modules is, however, contrary to metal housings. If a radio transmitter / receiver is located together with the other sensor electronics of a field device, for example a level sensor, within the sensor housing, then metallic housing walls prevent the propagation of electromagnetic waves and thus the desired radio connection.

Aus dem Stand der Technik ist es daher bekannt, Metallgehäuse mit einem Glasfenster auszustatten, welches für die Ablesbarkeit eines eingebauten Displays verwendet wird und gleichzeitig auch eine Funkverbindung durch das Glasfenster hindurch erlaubt. Es wird allerdings als nachteilig empfunden, dass eine solche Funkverbindung einer starken Richtwirkung unterliegt und damit nur eingeschränkt nutzbar ist.It is therefore known from the prior art to equip metal housings with a glass window which is used for the readability of a built-in display and at the same time also permits a radio connection through the glass window. However, it is perceived as a disadvantage that such a radio connection is subject to a strong directivity and can therefore only be used to a limited extent.

Ferner ist es bekannt, ein Kommunikationssignal über eine Koaxialleitung durch eine separate Kabeldurchführung durch das Gehäuse zu führen und eine dort angebrachte Außenantenne mit diesem Signal zu speisen. Hieran wird es als Nachteil empfunden, dass eine zusätzliche Kabeldurchführung benötigt wird und entsprechend explosionssicher ausgestaltet werden muss. Furthermore, it is known to route a communication signal via a coaxial line through a separate cable bushing through the housing and to feed an external antenna mounted there with this signal. Here it is perceived as a disadvantage that an additional cable duct is required and must be designed to be explosion-proof.

Weiterer Stand der Technik ist aus der DE 10 2011 087 588 A1 , EP 2 041 701 B1 , DE 10 2009 038 150 A1 und DE 20 2016 002 294 U1 bekannt.Another state of the art is from DE 10 2011 087 588 A1 , EP 2 041 701 B1 , DE 10 2009 038 150 A1 and DE 20 2016 002 294 U1 known.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Feldgerät mit einem Metallgehäuse und einem Funkmodul weiterzubilden und die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu überwinden.It is the object of the present invention to develop a field device with a metal housing and a radio module and to overcome the disadvantages known from the prior art.

Diese Aufgabe wird durch ein Feldgerät mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a field device with the features of claim 1.

Ein erfindungsgemäßes Feldgerät der Prozessautomatisierung mit einem Metallgehäuse und einem Funkmodul zeichnet sich dadurch aus, dass das Gehäuse wenigstens eine als Antenne wirkende flächige Struktur zum Abstrahlen und Empfangen elektromagnetischer Strahlung aufweist, wobei die flächige Struktur wenigstens abschnittsweise von dem Gehäuse isoliert ist.A field device according to the invention for process automation with a metal housing and a radio module is characterized in that the housing has at least one flat structure acting as an antenna for emitting and receiving electromagnetic radiation, the flat structure being isolated from the housing at least in sections.

Erfindungsgemäß weist das Gehäuse des Feldgeräts damit eine flächige Struktur, beispielsweise eine Planarantenne auf. Es ist damit nicht mehr notwendig, dass die Elektromagnetische Strahlung durch eine Öffnung des Gehäuses abgestrahlt wird. Die Starke Richtwirkung bei der Abstrahlung durch eine Gehäuseöffnung wird damit vermieden.According to the invention, the housing of the field device thus has a flat structure, for example a planar antenna. It is therefore no longer necessary for the electromagnetic radiation to be emitted through an opening in the housing. The strong directivity in the radiation through a housing opening is avoided.

Eine Planarantenne im Sinne der vorliegenden Anmeldung ist eine Antenne mit einem flächig ausgebildeten Abstrahl- nachfolgend auch als Sendeelement bezeichnet. Das Abstrahlelement weist dabei eine Fläche auf, die sowohl eine Breite als auch eine Länge aufweist, die ein Vielfaches einer Dicke des Abstrahlelements beträgt. Die Bezeichnung als Abstrahl- oder Sendeelement schränkt die Funktion des so bezeichneten Elements explizit nicht auf das Abstrahlen oder Senden elektromagnetischer Strahlung ein sondern schließt das Empfangen elektromagnetischer Strahlung genauso mit ein. Abstrahlelement ist in diesem Sinne eine verkürzte Bezeichnung für ein Sende- und/oder Empfangselement. Die flächige Struktur kann beispielsweise in die Gehäusewand integriert sein, beispielsweise in einer Ebene mit der Gehäusewand liegen. Alternativ kann die flächige Struktur auf die Gehäusewand aufgebracht und von dieser isoliert sein.A planar antenna in the sense of the present application is an antenna with a flat radiation beam - hereinafter also referred to as a transmitting element. The radiation element has a surface that has both a width and a length that is a multiple of a thickness of the radiation element. The designation as a radiation or transmission element limits the function of the element designated in this way does not explicitly include the emission or transmission of electromagnetic radiation, but also includes the reception of electromagnetic radiation. In this sense, emitting element is a shortened name for a transmitting and / or receiving element. The flat structure can for example be integrated in the housing wall, for example lie in one plane with the housing wall. Alternatively, the flat structure can be applied to the housing wall and isolated from it.

Eine weitere Verbesserung kann dadurch erreicht werden, dass das Gehäuse mehrere flächige Strukturen, beispielsweise Planarantennen aufweist, die in unterschiedliche Richtungen abstrahlen. Beispielsweise können bei einem kreiszylindrischen Gehäuse über einen Umfang einer Mantelfläche des Gehäuses gleichverteilt mehrere, bspw. drei oder vier, flächige Strukturen, beispielsweise Planarantennen angeordnet sein. Damit wird vermieden, dass das Gehäuse selbst die ausgesendeten Signale abschattet.A further improvement can be achieved in that the housing has a plurality of flat structures, for example planar antennas, which emit radiation in different directions. For example, in the case of a circular-cylindrical housing, a plurality of, for example three or four, flat structures, for example planar antennas, can be arranged uniformly distributed over a circumference of a lateral surface of the housing. This prevents the housing itself from shadowing the emitted signals.

Die flächige Struktur, z. B. eine Planarantenne kann in einer Variante der Erfindung als Teil des Gehäuses ausgebildet sein. Dazu wird ein Teil des Gehäuses durch einen Schlitz von dem restlichen Gehäuse annähernd vollständig oder vollständig getrennt. Der Schlitz wird mit einem Isolator, der gleichzeitig als Dielektrikum wirkt gefüllt, sodass die Antenne vom restlichen Gehäuse elektrisch isoliert ist. Abhängig von einer Form und von der verwendeten Sendefrequenz entstehen im Betrieb der Antenne Gebiete, die frei von einem elektrischen Feld sind. An einer solchen Stelle kann die Antenne mit dem restlichen Gehäuse verbunden bleiben, was die Stabilität verbessert und die Herstellung vereinfacht.The flat structure, e.g. B. a planar antenna can be formed in a variant of the invention as part of the housing. For this purpose, part of the housing is separated completely or completely from the rest of the housing by a slot. The slot is filled with an insulator, which also acts as a dielectric, so that the antenna is electrically isolated from the rest of the housing. Depending on a shape and the transmission frequency used, areas are created during operation of the antenna that are free of an electrical field. At such a point, the antenna can remain connected to the rest of the housing, which improves stability and simplifies manufacture.

Der Schlitz sollte aber wenigstens 80% eines Umfangs der Planarantenne betragen.However, the slot should be at least 80% of the circumference of the planar antenna.

Der Isolator kann beispielsweise ein in dem Schlitz angeordnetes Keramikmaterial das bspw. eingeklebt oder mit Glaslot gelötet sein kann, ein in den Schlitz eingeschmolzenes Glas, ein zweikomponentiger Kleber oder ein eingespritzter Kunststoff sein. Auf diese Weise kann eine druckdichte Kapselung zur Herstellung eines explosionssicheren Gehäuses erreicht werden. The insulator can be, for example, a ceramic material arranged in the slot, which can be glued or soldered with glass solder, for example, a glass melted into the slot, a two-component adhesive or an injected plastic. In this way, pressure-tight encapsulation for producing an explosion-proof housing can be achieved.

Eine solche Antenne kann über einen Speisepunkt aus dem Inneren des Gehäuses gespeist werden. Auf diese Weise ist keine zusätzliche Öffnung in dem Gehäuse notwendig.Such an antenna can be fed from the inside of the housing via a feed point. In this way, no additional opening in the housing is necessary.

In einer zweiten Ausführungsform der Erfindung kann die Antenne ein flächiges Sendeelement aufweisen, das fest mit dem Gehäuse verbunden und über seine gesamte Fläche über einen Isolator von dem Gehäuse beanstandet und isoliert ist. Das Sendeelement kann bspw. über eine isolierende Klebeschicht mechanisch mit dem Gehäuse verbunden und gleichzeitig von diesem beabstandet sein. Eine Speisung der Antenne kann durch eine durch eine Bohrung des Gehäuses geführte Leitung erfolgen. Die Bohrung kann mit einem geeigneten Material, beispielsweise einem Isolator, druckdicht verschlossen sein.In a second embodiment of the invention, the antenna can have a planar transmission element which is fixedly connected to the housing and is obstructed and insulated from the housing over its entire surface by an insulator. The transmitting element can, for example, be mechanically connected to the housing via an insulating adhesive layer and at the same time be spaced apart from it. The antenna can be fed through a line which is led through a bore in the housing. The bore can be closed pressure-tight with a suitable material, for example an insulator.

Die Antenne ist erfindungsgemäß an einer E-Feld-freien Stelle mit dem Gehäuse oder Masse verbunden. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass der Flächenstrahler kein Potential aufbaut, sodass ein Betrieb in explosionsgefährdeten Umgebungen möglich ist.According to the invention, the antenna is connected to the housing or ground at an E-field-free location. In this way, it can be ensured that the surface emitter does not develop any potential, so that operation in potentially explosive environments is possible.

Alternativ kann die Antenne über eine frequenzselektive Schaltung mit dem Gehäuse oder Masse verbunden sein. Durch eine frequenzselektive Schaltung kann erreicht werden, dass nur Signale bestimmter Frequenzen in Richtung Gehäuse oder Masse abgeleitet werden, Signale anderer Frequenzen aber für den Funkbetrieb zur Verfügung stehen.Alternatively, the antenna can be connected to the housing or ground via a frequency-selective circuit. A frequency-selective circuit can ensure that only signals of certain frequencies are derived in the direction of the housing or ground, but signals of other frequencies are available for radio operation.

Die frequenzselektive Schaltung kann dazu bspw. als Sperrfilter ausgebildet sein, der bei einer Sende- und Empfangsfrequenz des Funkmoduls hochohmig ist, für andere Frequenzen aber in Richtung Masse oder Gehäuse durchlässig ist, sodass beispielsweise elektromagnetische Störungen abgeleitet werden.For this purpose, the frequency-selective circuit can be designed, for example, as a blocking filter which is high-resistance at a transmission and reception frequency of the radio module, but is permeable to other frequencies in the direction of the ground or housing, so that, for example, electromagnetic interference is derived.

In einer besonders eleganten Ausgestaltung ist das Sendeelement als metallisches Typenschild des Feldgeräts ausgebildet. Auf diese Weise kann eine Antenne unauffällig außen am Gehäuse angebracht werden und wird nicht als störend empfunden. Eine Isolation des Sendeelements gegenüber dem Gehäuse kann beispielsweise durch eine geeignete Klebeschicht aus isolierendem Material erreicht werden.In a particularly elegant embodiment, the transmission element is designed as a metal nameplate of the field device. In this way, an antenna can be attached inconspicuously on the outside of the housing and is not perceived as disturbing. Isolation of the transmission element from the housing can be achieved, for example, by means of a suitable adhesive layer made of insulating material.

Wenn das Feldgerät in explosionsgefährdeten Bereichen eingesetzt werden soll, ist zur Einhaltung der Anforderungen für explosionsgeschützte Gehäuse das Gehäuse geerdet ausgeführt.If the field device is to be used in potentially explosive areas, the housing must be grounded to comply with the requirements for explosion-proof housings.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren eingehend erläutert.The present invention is explained in detail below on the basis of exemplary embodiments with reference to the attached figures.

Es zeigen:

  • 1 einen Ausschnitt eines Metallgehäuses mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer Antenne gemäß der vorliegenden Anmeldung,
  • 2 einen Ausschnitt eines Metallgehäuses mit einem zweiten Ausführungsbeispiel einer Antenne gemäß der vorliegenden Anmeldung in perspektivischer Darstellung,
  • 3 die Antenne aus 2 in einer Schnittansicht von der Seite,
  • 4 ein Metallgehäuse eines Feldgerätes mit einer Primärantenne und einem Schlitzresonator,
  • 5 a) und b) verschiedene Ausgestaltungen für Schlitzresonatoren und
  • 6 einen Einsatz für ein Gehäuse eines Feldgerätes mit einem integrierten Schlitzresonator.
Show it:
  • 1 a section of a metal housing with a first embodiment of an antenna according to the present application,
  • 2nd a section of a metal housing with a second embodiment of a Antenna according to the present application in perspective view,
  • 3rd the antenna off 2nd in a sectional view from the side,
  • 4th a metal housing of a field device with a primary antenna and a slot resonator,
  • 5 a) and b) different configurations for slot resonators and
  • 6 an insert for a housing of a field device with an integrated slot resonator.

1 zeigt einen Ausschnitt eines Metallgehäuses 3 eines Feldgeräts 1 mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer flächigen Struktur 7, die vorliegend als Planarantenne ausgestaltet ist gemäß der vorliegenden Anmeldung. 1 shows a section of a metal housing 3rd of a field device 1 with a first embodiment of a flat structure 7 , which is designed as a planar antenna in accordance with the present application.

Die Planarantenne 7 ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel durch ein im Wesentlichen rechteckiges Sendeelement 13 gebildet, das durch einen umlaufenden Schlitz 11, der mit einem Isolator 9 gefüllt ist, vom Rest des Metallgehäuses 3 isoliert ist. Der Schlitz 11 umschließt das Sendeelement 13 an etwa 90 % seines Umfangs, sodass das Sendeelement 13 über einen Steg 12 elektrisch leitend mit dem restlichen Metallgehäuse 3 verbunden ist. Der Steg 12 ist an einer im Betrieb der Planarantenne 7 E-Feld-freien Stelle 15 des Sendeelements 13 angeordnet.The planar antenna 7 is in the present embodiment by a substantially rectangular transmission element 13 formed by a circumferential slot 11 with an isolator 9 is filled from the rest of the metal case 3rd is isolated. The slot 11 encloses the transmission element 13 around 90% of its circumference, so that the transmitting element 13 over a footbridge 12th electrically conductive with the rest of the metal housing 3rd connected is. The jetty 12th is on one in the operation of the planar antenna 7 E-field vacancy 15 of the sending element 13 arranged.

Das Sendeelement 13 kann im vorliegenden Ausführungsbeispiel damit zunächst einstückig mit dem restlichen Metallgehäuse 3 hergestellt und anschließend der Schlitz 11 beispielsweise durch Laserschneiden oder Wasserstrahlschneiden erzeugt werden. Anschließend kann der Schlitz 11 mit dem Isolator 9, beispielsweise Glas, Keramik oder einem Kunststoff aufgefüllt und damit wieder abgedichtet werden. Beispielsweise kann Glas in den Schlitz 11 eingeschmolzen werden, wodurch die Anforderungen an eine explosionssichere Ausgestaltung des Metallgehäuses 3 wieder erfüllt werden können.The sending element 13 can thus in the present embodiment initially in one piece with the rest of the metal housing 3rd made and then the slot 11 for example by laser cutting or water jet cutting. Then the slot 11 with the isolator 9 , for example glass, ceramic or a plastic are filled and thus sealed again. For example, glass can be in the slot 11 are melted down, which means the requirements for an explosion-proof design of the metal housing 3rd can be fulfilled again.

Das Sendeelement 13 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel über einen Speisepunkt 17 von einer Innenseite des Metallgehäuses 3 her mit einem HF-Signal eines Funkmoduls 5 gespeist.The sending element 13 is in the present embodiment on a feed point 17th from an inside of the metal case 3rd forth with an RF signal from a radio module 5 fed.

Bei der Auslegung der Planarantenne 7 respektive des Sendeelements 13 kann abhängig von einer Frequenz des abzustrahlenden HF-Signals die Position des Speisepunkts 17 sowie die Position des E-Feld-freien Punkts 15 bestimmt werden. Alternativ zu einer leitenden Verbindung des Sendeelements 13 mit dem Metallgehäuse 3 kann das Sendeelement 13 auch über eine frequenzselektive Schaltung, die beispielsweise als Sperrfilter ausgebildet sein kann, mit dem Metallgehäuse 3 verbunden sein. Ein solches Sperrfilter ist dann so auszulegen, dass das Filter bei einer Sende - und Empfangsfrequenz des Funkmoduls 5 hochohmig ist und Signale anderer Frequenzen auf das geerdete Metallgehäuse 3 abgeleitet werden.When designing the planar antenna 7 or the transmission element 13 The position of the feed point can be dependent on a frequency of the RF signal to be radiated 17th as well as the position of the E-field-free point 15 be determined. As an alternative to a conductive connection of the transmission element 13 with the metal case 3rd can the sending element 13 also via a frequency-selective circuit, which can be designed, for example, as a notch filter, with the metal housing 3rd be connected. Such a blocking filter is then to be designed in such a way that the filter at a transmission and reception frequency of the radio module 5 is high impedance and signals of other frequencies on the grounded metal housing 3rd be derived.

2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Planarantenne 7 gemäß der vorliegenden Anmeldung. 2nd shows a second embodiment of a planar antenna 7 according to the present application.

Die Planarantenne 7 ist in dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel als sogenannte PIF-Antenne (PIF = Planar Inverted F-Shaped) ausgebildet, bei der das Sendeelement 13 vollflächig durch einen Isolator 9 von dem Metallgehäuse 3 beabstandet und isoliert ausgebildet ist. In der in 2 gezeigten schematischen Darstellung ist Luft als Isolator 9 vorgesehen, wobei in einer regulären Ausgestaltung ein Feststoff als Isolator 9 zum Einsatz kommt.The planar antenna 7 is in the in 2nd The embodiment shown is designed as a so-called PIF antenna (PIF = Planar Inverted F-Shaped), in which the transmitting element 13 full surface by an isolator 9 from the metal case 3rd spaced and isolated. In the in 2nd The schematic representation shown is air as an insulator 9 provided, in a regular embodiment a solid as an insulator 9 is used.

Auch im Ausführungsbeispiel der 2 ist das Sendeelement 13 an einer E-Feld-freien Stelle 15 über einen Steg 12 mit dem Metallgehäuse 3 verbunden und an einem Speisepunkt 17 über eine Speiseleitung 19 mit einem HF-Signal eines Funkmoduls 5 gespeist.Also in the embodiment of 2nd is the sending element 13 at an E-field-free location 15 over a footbridge 12th with the metal case 3rd connected and at a feeding point 17th via a feed line 19th with an RF signal from a radio module 5 fed.

Das Funkmodul 5 kann beispielsweise als WLAN, Bluetooth, Zigbee, Wireless HART, LoRa, Mobilfunk oder NFC-Funkmodul ausgebildet sein. Abhängig von der Frequenz des verwendeten Funkstandards ist das Sendeelement 13 zu dimensionieren, wobei eine Länge des Sendeelements λ/4 oder ein Vielfaches davon beträgt.The radio module 5 can for example be designed as WLAN, Bluetooth, Zigbee, Wireless HART, LoRa, mobile radio or NFC radio module. The transmission element is dependent on the frequency of the radio standard used 13 dimension, with a length of the transmission element λ / 4 or a multiple thereof.

In der in 2 dargestellten Ausführungsform der Planarantenne 7 kann der Isolator 9 beispielsweise eine isolierende Klebeschicht und das Sendeelement 13 ein metallisches Typenschild oder ein metallisch beschichtetes Typenschild des Feldgeräts 1 sein. Auf diese Weise kann eine Antenne für das Funkmodul 5 sehr unauffällig an dem Feldgerät 1 angebracht werden.In the in 2nd illustrated embodiment of the planar antenna 7 can the isolator 9 for example an insulating adhesive layer and the transmitting element 13 a metal nameplate or a metal-coated nameplate of the field device 1 be. In this way, an antenna for the radio module 5 very inconspicuous on the field device 1 be attached.

In 3 ist eine Schnittdarstellung der Planarantenne 7 gemäß 2 dargestellt. Das Sendeelement 13 ist über eine Speiseleitung 19 die von dem Funkmodul 5 zu dem Speisepunkt 17 führt mit einem HF-Signal gespeist. Eine Durchführung durch das Metallgehäuse 3 kann über eine druckdichte koaxial Durchführung, die beispielsweise durch einen in einer Bohrung angeordneten und mit Glas umschmolzenen Metallstift realisiert sein kann, erfolgen.In 3rd is a sectional view of the planar antenna 7 according to 2nd shown. The sending element 13 is via a feed line 19th that of the radio module 5 to the dining point 17th leads fed with an RF signal. A passage through the metal housing 3rd can take place via a pressure-tight coaxial feedthrough, which can be realized, for example, by a metal pin arranged in a bore and melted with glass.

In 4 ist eine weitere Möglichkeit zur Herstellung einer Funkverbindung aus einem Metallgehäuse 3 gezeigt.In 4th is another way to make a radio connection from a metal case 3rd shown.

In dem Metallgehäuse 3 ist ein Elektronikboard 92 mit einer Primärantenne 90, die bspw. als Dipolantenne auf dem Elektronikboard, als Stabantenne, als SMD- bestückte Antenne oder als sonstige Antenne ausgebildet sein kann, angeordnet, die einen durch einen Schlitz 11 der mit einem Isolator 9 gefüllt ist gebildeten Schlitzresonator anregt. Eine Länge des Schlitzes 11 beträgt dabei vorzugsweise λ/2 einer Sende- und Empfangsfrequenz des Funkmoduls 5, sodass der Schlitz 11 wieder als Antenne wirkt.In the metal case 3rd is an electronic board 92 with a primary antenna 90 , which can be designed, for example, as a dipole antenna on the electronics board, as a rod antenna, as an SMD-equipped antenna or as another antenna, which is arranged through a slot 11 the one with an isolator 9 filled slot resonator is excited. A length of the slot 11 is preferably λ / 2 of a transmission and reception frequency of the radio module 5 so that the slit 11 again acts as an antenna.

Ein solcher Schlitzresonator kann besonders unauffällig angebracht werden, wenn der Schlitz bspw. hinter einem HFdurchlässigen Typenschild, bspw. aus einer Kunststofffolie angeordnet wird. Ein solches Typenschild kann den Schlitzresonator mechanisch schützen, sodass Beschädigungen weitestgehend ausgeschlossen werden können.Such a slot resonator can be attached particularly inconspicuously if the slot is arranged, for example, behind an HF-permeable nameplate, for example made of a plastic film. Such a type plate can mechanically protect the slot resonator so that damage can be largely excluded.

In den 5a und 5b sind Ausgestaltungsformen für Schlitzresonatoren, wie sie in einer Anordnung gemäß 4 zum Einsatz kommen können, gezeigt. In 5a ist der Schlitzresonator aus 4 vergrößert dargestellt. Der Schlitzresonator ist im Wesentlichen aus einem rechteckig ausgeformten Schlitz gebildet, der mit dem Isolator 9 druckdicht ausgefüllt ist. Bei dem Schlitzresonator der 5b weist der Schlitz 11 endseitig Verbreiterungen in Form von Entlastungsbohrungen auf, durch die mechanische Spannungen in der Anordnung reduziert und eine Gefahr des Einreißens des Gehäuses an den Enden des Schlitzes 11 verringert werden kann. Außerdem wird durch die Verbreiterungen eine Bandbreite des Schlitzresonators vergrößert.In the 5a and 5b are embodiments for slot resonators, as in an arrangement according to 4th can be used, shown. In 5a the slot resonator is off 4th shown enlarged. The slot resonator is essentially formed from a rectangular slot that is connected to the insulator 9 is filled pressure-tight. In the slot resonator 5b points the slot 11 widenings in the form of relief bores at the ends, through which mechanical stresses in the arrangement are reduced and there is a risk of the housing tearing at the ends of the slot 11 can be reduced. In addition, the bandwidth increases the bandwidth of the slot resonator.

In 6 ist ein Metalleinsatz 94 gezeigt, der in das Metallgehäuse 3 gemäß 4 an der Stelle des dort gezeigten Schlitzresonators eingesetzt werden kann. Der Metalleinsatz 94 weist einen Schlitzresonator gemäß 5b auf, und kann in das Metallgehäuse 3 beispielsweise eingeschraubt oder eingeschweißt werden. Auf diese Weise ist es möglich, dass Schlitzresonatoren außerhalb einer Gehäuseproduktion vorgefertigt und bei Bedarf in entsprechende Gehäuse eingesetzt werden können.In 6 is a metal insert 94 shown in the metal case 3rd according to 4th can be used at the location of the slot resonator shown there. The metal insert 94 has a slot resonator according 5b on, and can in the metal case 3rd for example screwed or welded. In this way, it is possible for slot resonators to be prefabricated outside of a housing production and, if necessary, to be used in corresponding housings.

BezugszeichenlisteReference list

11
FeldgerätField device
33rd
MetallgehäuseMetal case
55
FunkmodelRadio model
77
Flächige Struktur, AntenneFlat structure, antenna
99
Isolator insulator
1111
Schlitzslot
1212th
Stegweb
1313
SendeelementSending element
1515
E-Feld-freier StelleE-field vacancy
1717th
SpeisepunktFeeding point
1919th
Speiseleitung Feed line
9090
PrimärantennePrimary antenna
9292
ElektronikboardElectronics board
9494
MetalleinsatzMetal insert

Claims (5)

Feldgerät (1) der Prozessautomatisierung mit einem Metallgehäuse (3) und einem Funkmodul (5), dadurch gekennzeichnet, dass eine Gehäusewand (3) eine flächige Struktur (7) zum Abstrahlen und Empfangen elektromagnetischer Strahlung aufweist, wobei die flächige Struktur (7) wenigstens abschnittsweise mit der Gehäusewand (3) elektrisch verbunden ist, die flächige Struktur (7) als Teil der Gehäusewand (3) ausgebildet ist, der wenigstens an 80% seines Umfangs von dem Gehäuse (3) durch einen mit einem Isolator (9) gefüllten Schlitz (11) isoliert ist, oder die flächige Struktur (7) ein flächiges Sendeelement (13) aufweist, das fest mit dem Gehäuse (3) verbunden und über seine gesamte Fläche über einen Isolator (9) von dem Gehäuse (3) beanstandet und isoliert ist, wobei die flächige Struktur (7) an einer E-Feld-freien Stelle (15) mit dem Gehäuse (3) oder Masse verbunden ist.Field device (1) for process automation with a metal housing (3) and a radio module (5), characterized in that a housing wall (3) has a flat structure (7) for emitting and receiving electromagnetic radiation, the flat structure (7) at least is electrically connected in sections to the housing wall (3), the flat structure (7) is formed as part of the housing wall (3), which is at least 80% of its circumference from the housing (3) through a slot filled with an insulator (9) (11) is insulated, or the planar structure (7) has a planar transmission element (13) which is fixedly connected to the housing (3) and objected and insulated from the housing (3) over its entire area via an insulator (9) The flat structure (7) is connected to the housing (3) or ground at an E-field-free location (15). Feldgerät (1) gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die flächige Struktur (7) über eine frequenszselektive Schaltung mit dem Gehäuse (3) oder Masse verbunden ist.Field device (1) according to Claim 1 characterized in that the flat structure (7) is connected to the housing (3) or ground via a frequency-selective circuit. Feldgerät (1) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die frequenzselektive Schaltung als Sperrfilter ausgebildet ist, der bei einer Sende- und Empfangsfrequenz des Funkmoduls (5) hochohmig ist.Field device (1) according to Claim 2 , characterized in that the frequency-selective circuit is designed as a notch filter, which is high-impedance at a transmission and reception frequency of the radio module (5). Feldgerät (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Sendeelement (13) als elektrisch leitfähiges Typenschild des Feldgeräts (1) ausgebildet ist.Field device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the transmitting element (13) is designed as an electrically conductive nameplate of the field device (1). Feldgerät (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (3) geerdet ist.Field device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the housing (3) is grounded.
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