DE102020108104A1

DE102020108104A1 - Device for transmitting signals from an at least partially metallic housing

Info

Publication number: DE102020108104A1
Application number: DE102020108104.9A
Authority: DE
Inventors: Harald Schäuble; Julian Bockstaller; Thomas Blödt; Simon Gerwig
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 2020-03-24
Filing date: 2020-03-24
Publication date: 2021-09-30

Abstract

Vorrichtung zur Übertragung von Signalen aus einem zumindest teilweise metallischen Gehäuse (2) mit Hilfe elektromagnetischer Wellen (3) einer bestimmten Wellenlänge (λ), umfassend:- das Gehäuse (2),- eine in dem Gehäuse (2) angeordnete Sende-/Empfangseinheit (11) zum Erzeugen und Empfangen der elektromagnetischen Wellen (3),- mindestens eine in dem Gehäuse (2) angeordnete und in einer Ebene (E) ausgebildete Primärantenne (4) zum Aus- und Einkoppeln der elektromagnetischen Wellen (3) der Sende-/Empfangseinheit (11),- genau eine schlitzförmige Gehäuseöffnung (5) die derartig ausgebildet ist, dass für eine Länge bzw. eine Bogenlänge der schlitzförmigen Gehäuseöffnung LSchlitz= λ/2 ± λ/25 gilt und die schlitzförmige Gehäuseöffnung (5) und die Primärantenne (4) derartig zueinander angeordnet sind, dass die schlitzförmige Gehäuseöffnung (5) in einer Längsrichtung um einen Winkel α ≥ 30° zur Ebene (E) in der die Primärantenne (4) ausgebildet ist gedreht ist.Device for the transmission of signals from an at least partially metallic housing (2) with the aid of electromagnetic waves (3) of a certain wavelength (λ), comprising: - the housing (2), - a transmitter / receiver unit arranged in the housing (2) (11) for generating and receiving the electromagnetic waves (3), - at least one primary antenna (4) arranged in the housing (2) and configured in a plane (E) for coupling and coupling the electromagnetic waves (3) of the transmission / Receiving unit (11), - exactly one slot-shaped housing opening (5) which is designed in such a way that for a length or an arc length of the slot-shaped housing opening Lslit = λ / 2 ± λ / 25 and the slot-shaped housing opening (5) and the primary antenna (4) are arranged with respect to one another in such a way that the slot-shaped housing opening (5) is rotated in a longitudinal direction by an angle α ≥ 30 ° to the plane (E) in which the primary antenna (4) is formed.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Übertragung von Signalen aus einem zumindest teilweise metallischen Gehäuse mit Hilfe elektromagnetischer Wellen einer bestimmten Wellenlänge, ein Feldgeräteadapter zur drahtlosen Datenübertragung und einem Feldgerät der Automatisierungstechnik.The invention relates to a device for transmitting signals from an at least partially metallic housing with the aid of electromagnetic waves of a specific wavelength, a field device adapter for wireless data transmission and a field device in automation technology.

In der Automatisierungstechnik, insbesondere in der Prozessautomatisierungstechnik, werden vielfach Feldgeräte eingesetzt, die zur Bestimmung, Optimierung und/oder Beeinflussung von Prozessvariablen dienen. Zur Erfassung von Prozessvariablen dienen Sensoren, wie beispielsweise Füllstandsmessgeräte, Durchflussmessgeräte, Druck- und Temperaturmessgeräte, Leitfähigkeitsmessgeräte, usw., welche die entsprechenden Prozessvariablen Füllstand, Durchfluss, Druck, Temperatur bzw. Leitfähigkeit erfassen. Zur Beeinflussung von Prozessvariablen dienen Aktoren, wie zum Beispiel Ventile oder Pumpen, über die der Durchfluss einer Flüssigkeit in einem Rohrleitungsabschnitt bzw. der Füllstand in einem Behälter geändert werden kann. Als Feldgeräte werden im Prinzip alle Geräte bezeichnet, die prozessnah eingesetzt werden und die prozessrelevante Informationen liefern oder verarbeiten. Im Zusammenhang mit der Erfindung werden unter Feldgeräten also auch Remote I/Os bzw. allgemein Geräte verstanden, die auf der Feldebene angeordnet sind. Eine Vielzahl solcher Feldgeräte wird von der Firma Endress + Hauser hergestellt und vertrieben.In automation technology, in particular in process automation technology, field devices are often used that are used to determine, optimize and / or influence process variables. Sensors, such as level measuring devices, flow measuring devices, pressure and temperature measuring devices, conductivity measuring devices, etc., which detect the corresponding process variables level, flow rate, pressure, temperature or conductivity, are used to record process variables. Actuators such as valves or pumps, via which the flow of a liquid in a pipe section or the level in a container can be changed, are used to influence process variables. In principle, all devices that are used close to the process and that supply or process process-relevant information are referred to as field devices. In connection with the invention, field devices are also understood to mean remote I / Os or, in general, devices that are arranged on the field level. A large number of such field devices are manufactured and sold by Endress + Hauser.

Gegenwärtig sind in einer Vielzahl der bestehenden Automatisierungsanlagen noch Zweileiterfeldgeräte, die über eine Zweidrahtleitung zu einer übergeordneten Einheit, bspw. eine Steuereinheit SPS, verbunden sind, gängig. Die Zweileiterfeldgeräte sind derartig ausgebildet, dass die Mess- bzw. Stellwerte als Haupt-Prozessvariable über die Zweidrahtleitung bzw. das Zweileiterkabel analog in Form eines 4-20 mA Signals kommuniziert, d.h. übertragen, werden. Zur Übertragung aller anderen Daten hat sich insbesondere das HART Protokoll bewährt, bei welchem dem analogen Stromsignal von 4-20 mA ein Frequenzsignal als digitales Zweileitersignal zur Datenübertragung überlagert wird. Gemäß dem HART Protokoll wird zwischen 1200 Hz und 2400 Hz zur Datenübertragung umgeschaltet, wobei die niedrigere Frequenz für eine logische „0“ und die höhere Frequenz für eine logische „1“ steht. Auf diese Weise bleibt das sich nur langsam veränderliche analoge Stromsignal von der Frequenzüberlagerung unberührt, sodass mittels HART analoge und digitale Kommunikation vereint wird.At present, two-wire field devices that are connected to a superordinate unit, for example a control unit PLC, via a two-wire line are still common in a large number of existing automation systems. The two-wire field devices are designed in such a way that the measured or control values are communicated, i.e. transmitted, as the main process variable via the two-wire line or the two-wire cable in analog form in the form of a 4-20 mA signal. For the transmission of all other data, the HART protocol has proven itself in particular, in which the analog current signal of 4-20 mA is superimposed on a frequency signal as a digital two-wire signal for data transmission. According to the HART protocol, data transmission is switched between 1200 Hz and 2400 Hz, with the lower frequency standing for a logical "0" and the higher frequency for a logical "1". In this way, the slowly changing analog current signal remains unaffected by the frequency superposition, so that analog and digital communication is combined using HART.

Im Zuge der zunehmenden Digitalisierung ist es jedoch wünschenswert, dass die Daten nicht nur über die Zweidrahtleitung, also rein drahtgebunden, übertragen werden können, sondern dass die Daten auch drahtlos mit Hilfe von elektromagnetischen Wellen kommuniziert werden. Sei es um die Daten drahtlos zu einer Datenbank, bspw. einer Cloud-Datenbank, zu übertragen und dort verfügbar zu machen oder um Daten zwischen dem Feldgerät und einer mobilen Bedieneinheit drahtlos zu übertragen, um bspw. das Feldgerät über das mobile Bediengerät drahtlos zu parametrieren bzw. konfigurieren.In the course of increasing digitalization, however, it is desirable that the data can not only be transmitted via the two-wire line, i.e. purely wired, but that the data can also be communicated wirelessly with the aid of electromagnetic waves. Be it to wirelessly transfer the data to a database, e.g. a cloud database, and make it available there, or to wirelessly transfer data between the field device and a mobile control unit, e.g. to wirelessly parameterize the field device via the mobile control device or configure.

Hierfür werden immer häufiger sogenannte Feldgeräteadapter zur drahtlosen Datenübertragung eingesetzt, mit deren Hilfe es möglich ist, die bestehenden Feldgeräte für die drahtlose Datenübertragung nachzurüsten. Derartige Feldgeräteadapter können dabei direkt in die Zweidrahtleitung eingebunden werden. D.h. der Feldgeräteadapter wird quasi als selbstständige Einheit zwischen die übergeordnete Einheit und dem Feldgerät geschaltet. Alternativ kann der Feldgeräteadapter mechanisch auch direkt an das Feldgerät, bspw. über eine Kabelverschraubung angeschlossen und elektrisch mit einer Feldgeräteelektronik verbunden werden.For this purpose, so-called field device adapters are used more and more for wireless data transmission, with the help of which it is possible to retrofit the existing field devices for wireless data transmission. Such field device adapters can be integrated directly into the two-wire line. This means that the field device adapter is switched as an independent unit between the higher-level unit and the field device. Alternatively, the field device adapter can also be mechanically connected directly to the field device, for example via a screwed cable connection, and electrically connected to field device electronics.

Um die Feldgeräteadapter bzw. die Feldgeräte in Bereichen einzusetzen, in denen potentiell Explosionsgefahr besteht, ist ein metallisches Gehäuse bzw. Metallgehäuse vorgeschrieben. Diese lassen jedoch im Allgemeinen keine Wellenabstrahlung für die drahtlose Datenübertragung zu. Eventuelle Anbauten an den Feldgeräteadaptern bzw. den Feldgeräten, wie beispielsweise externe Stabantennen, stellen mechanische Schwachstellen für das Gehäuse dar, sodass diese vermieden werden. Weiterhin sollen beim Abreißen einer Antenne hohe Feldstärken am Fußpunkt, welche insbesondere die zulässige Energiedichte in explosionsgefährdeten Bereichen überschreiten könnten, vermieden werden.In order to use the field device adapter or the field devices in areas where there is a potential risk of explosion, a metallic housing or metal housing is required. However, these generally do not allow any wave radiation for wireless data transmission. Any attachments to the field device adapters or the field devices, such as external rod antennas, represent mechanical weak points for the housing, so that these are avoided. Furthermore, when an antenna is torn off, high field strengths at the base point, which in particular could exceed the permissible energy density in potentially explosive areas, should be avoided.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung vorzuschlagen, bei der die Übertragung von Signalen mit Hilfe von elektromagnetischen Wellen auch bei metallischen Gehäusen möglich ist.The invention is therefore based on the object of proposing a device in which the transmission of signals with the aid of electromagnetic waves is possible even with metallic housings.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1, den Feldgeräteadapter gemäß Patentanspruch 15 und dem Feldgerät gemäß Patentanspruch 16.The object is achieved according to the invention by the device according to claim 1, the field device adapter according to claim 15 and the field device according to claim 16.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Übertragung von Signalen aus einem zumindest teilweise metallischen Gehäuse mit Hilfe elektromagnetischer Wellen einer bestimmten Wellenlänge λ, umfassend:

- das Gehäuse, welches im Wesentlichen eine rotationssymmetrische, vorzugsweise zylindrische Außenkontur aufweist,
- eine in dem Gehäuse angeordnete Sende-/Empfangseinheit zum Erzeugen und Empfangen der elektromagnetischen Wellen,
- mindestens eine in dem Gehäuse angeordnete und in einer Ebene ausgebildete Primärantenne zum Auskoppeln der erzeugten elektromagnetischen Wellen der Sende-/Empfangseinheit und zum Einkoppeln und Übertragen von empfangenen elektromagnetischen Wellen an die Sende-/Empfangseinheit,
- genau eine schlitzförmige Gehäuseöffnung die derartig ausgebildet ist, dass für eine Länge bzw. eine Bogenlänge der schlitzförmigen Gehäuseöffnung L_Schlitz = λ/2 ± λ/25 gilt und die schlitzförmige Gehäuseöffnung und die Primärantenne derartig zueinander angeordnet sind, dass die schlitzförmige Gehäuseöffnung in einer Längsrichtung um einen Winkel α ≥ 30°, bevorzugt um einen Winkel α ≥ 60°, besonders bevorzugt um einen Winkel von ca. 90° zur Ebene in der die Primärantenne ausgebildet ist gedreht ist, sodass die schlitzförmige Gehäuseöffnung im Zusammenspiel mit der Primärantenne die Signale mit Hilfe der elektromagnetischen Wellen in bzw. aus dem Gehäuse überträgt.

The device according to the invention for the transmission of signals from an at least partially metallic housing with the aid of electromagnetic waves of a specific wavelength λ , full:

- the housing, which essentially has a rotationally symmetrical, preferably cylindrical outer contour,
- a transmitter / receiver unit arranged in the housing for generating and receiving the electromagnetic waves,
- At least one primary antenna arranged in the housing and designed in one plane for decoupling the electromagnetic waves generated by the transmitting / receiving unit and for coupling and transmitting received electromagnetic waves to the transmitting / receiving unit,
- Exactly one slot-shaped housing opening which is designed in such a way that for a length or an arc length of the slot-shaped housing opening L _slot = λ / 2 ± λ / 25 applies and the slot-shaped housing opening and the primary antenna are arranged to one another in such a way that the slot-shaped housing opening in a longitudinal direction by an angle α ≥ 30 °, preferably an angle α ≥ 60 °, particularly preferably an angle is rotated from about 90 ° to the plane in which the primary antenna is formed, so that the slot-shaped housing opening in interaction with the primary antenna transmits the signals into and out of the housing with the aid of the electromagnetic waves.

Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zur Übertragung von Signalen aus einem zumindest teilweise, vorzugsweise einem im Wesentlichen vollständigen metallischen Gehäuse vorgeschlagen, welches im Wesentlichen eine rotationssymmetrische Außenkontur aufweist. Um eine Rundum-Abstrahlung der elektromagnetischen Wellen zu erreichen wird ein einziger Schlitz als Gehäuseöffnung vorgeschlagen. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass der Schlitz in seiner Längsrichtung gegenüber einer Ebene, in der die in dem Gehäuse angeordnete Primärantenne ausgebildet ist, verdreht ist. Beispielsweise kann sich der Schlitz in seiner Längsrichtung in azimutaler Richtung in dem Gehäuse erstrecken, wenn die Primärantenne sich in axialer Richtung in dem Gehäuse erstreckt. In diesem Fall würde die schlitzförmige Gehäuseöffnung in Längsrichtung um 90° gegenüber der Ebene, in der die Primärantenne liegt, verdreht sein. Alternativ kann der Schlitz aber auch in axialer Richtung in dem Gehäuse ausgebildet sein und die Primärantenne gegenüber der axialen Richtung in dem Gehäuse verdreht angeordnet sein. Erfindungsgemäß wird ferner vorgeschlagen, die schlitzförmige Gehäuseöffnung in dem Gehäuse so auszubilden, dass für eine Länge bzw. in dem Fall, dass der Schlitz sich nicht in axialer Richtung des Gehäuses erstreckt, eine Bogenlänge der schlitzförmigen Gehäuseöffnung L_Schlitz = λ/2 ± λ/25 gilt.According to the invention, a device for transmitting signals from an at least partially, preferably an essentially complete, metallic housing is proposed which essentially has a rotationally symmetrical outer contour. In order to achieve all-round radiation of the electromagnetic waves, a single slot is proposed as the housing opening. According to the invention, it is proposed that the slot is rotated in its longitudinal direction with respect to a plane in which the primary antenna arranged in the housing is formed. For example, the slot can extend in its longitudinal direction in the azimuthal direction in the housing when the primary antenna extends in the axial direction in the housing. In this case, the slot-shaped housing opening would be rotated in the longitudinal direction by 90 ° with respect to the plane in which the primary antenna lies. Alternatively, however, the slot can also be formed in the housing in the axial direction and the primary antenna can be arranged in the housing in a rotated manner with respect to the axial direction. According to the invention it is further proposed to design the slot-shaped housing opening in the housing so that for a length or, in the event that the slot does not extend in the axial direction of the housing, an arc length of the slot-shaped housing opening L _slot = λ / 2 ± λ / 25 applies.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht ferner ein aus einem Material mit einer relativen Dielektrizitätszahl echt größer eins (ε_r> 1) gefertigtes Formteil, welches einen an die schlitzförmige Gehäuseöffnung angepassten hervorstehenden schlitzförmigen Bereich aufweist, mit dem das Formteil bis zu einer spezifizierten Tiefe maximal in die Gehäuseöffnung eingreift, wobei für Länge bzw. die Bogenlänge der schlitzförmigen Gehäuseöffnung $L_{Schlitz} = λ' / 2 \pm λ' / 25 mit λ' = \frac{λ}{\sqrt{μ_{T} \cdot ε_{r}}}$

gilt, wobei µ_T die magnetische Permeabilität des Materials des Formteils ist. Durch das Einbringen des Formteils wird die Wellenlänge λ der elektromagnetischen Welle in Abhängigkeit der Dielektrizitätszahl (ε_r) bzw. Permeabilitätszahl des durchstrahlten Materialies verändert. Im Wesentlichen wird die Wellenlänge hierbei durch die Dielektrizitätszahl um den Faktor 1/√ε_r verkürzt.An advantageous embodiment of the device according to the invention also provides a molded part made from a material with a relative dielectric constant really greater than one (ε _r > 1), which has a protruding slot-shaped area adapted to the slot-shaped housing opening, with which the molded part can be maximally up to a specified depth engages in the housing opening, for the length or the arc length of the slot-shaped housing opening

{L.}_{slot} = λ' / 2 \pm λ' / 25th with λ' = \frac{λ}{\sqrt{μ_{T} \cdot ε_{r}}}

applies, where µ _{T is} the magnetic permeability of the material of the molded part. By introducing the molded part, the wavelength λ of the electromagnetic wave as a function of the relative permittivity (ε _r ) or permeability of the irradiated material. Essentially, the wavelength is shortened by the relative permittivity by a factor of 1 / √ε _r.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass für eine Breite (B_Schlitz ) der schlitzförmigen Gehäuseöffnung (5) B_Schlitz < 25mm, bevorzugt B_Schlitz ≤ 10mm, besonders bevorzugt B_Schlitz ≤ 6mm, ganz besonders bevorzugt B_Schlitz ≅ 4mm gilt.Another advantageous embodiment of the device according to the invention provides that for a width ( B _slot ) the slot-shaped housing opening (5) B _slot <25mm, preferred B _slot ≤ 10mm, particularly preferred B _slot ≤ 6mm, very particularly preferred B _slot ≅ 4mm applies.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass die schlitzförmige Gehäuseöffnung eine Kerbe aufweist, die vorzugsweise in Längsrichtung gesehen im mittleren Bereich der schlitzförmigen Gehäuseöffnung angeordnet ist.A further advantageous embodiment of the device according to the invention provides that the slot-shaped housing opening has a notch, which, viewed in the longitudinal direction, is preferably arranged in the central region of the slot-shaped housing opening.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass das Gehäuse an einer ersten Stirnseite eine erste Kabeldurchführung zum Durchführen eines Kabels oder ein Gewinde zum Anschrauben des Gehäuses an ein Feldgerät aufweist.A further advantageous embodiment of the device according to the invention provides that the housing has a first cable bushing on a first end face for passing a cable or a thread for screwing the housing onto a field device.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass das Gehäuse zumindest an einer zweiten Stirnseite eine zweite Kabeldurchführung zum Durchführen eines Kabels aufweist.A further advantageous embodiment of the device according to the invention provides that the housing has, at least on a second end face, a second cable bushing for passing a cable through.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass für die Breite der schlitzförmigen Gehäuseöffnung ferner B_Schlitz ≥ 1/100·λ gilt.Another advantageous embodiment of the device according to the invention provides that for the width of the slot-shaped housing opening B _slot ≥ 1/100 · λ applies.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass für eine Materialstärke des Gehäuses zumindest im Bereich der schlitzförmigen Gehäuseöffnung D_Gehäuse≤ 1/30·λ gilt.A further advantageous embodiment of the device according to the invention provides that for a material thickness of the housing at least in the area of the slot-shaped housing opening D _housing 1/30 · λ applies.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass ferner eine innerhalb des Gehäuses angeordnete Leiterplatte die derartig als Primärantenne zum Aus- und/oder Einkoppeln der elektromagnetischen Wellen ausgebildet ist, dass die elektromagnetischen Wellen seitlich an einer Leiterplattenkante aus- bzw. eingekoppelt werden und wobei die Leiterplatte so in dem Gehäuse angeordnet ist, dass die Leiterplattenkante zu der schlitzförmigen Gehäuseöffnung hin gerichtet ist und vorzugsweise unmittelbar daran angrenzt. Insbesondere kann die Ausgestaltung vorsehen, dass die Primarantenne in Form einer planaren Struktur, insbesondere in Form einer Leiterbahn auf der Leiterplatte in der Ebene ausgebildet ist und in einem Randbereich der Leiterplatte angeordnet ist und/oder dass die Leiterbahn aus zwei im Wesentlichen parallelen Teilabschnitten besteht, die über einen 180° Bogenabschnitt miteinander verbunden sind.A further advantageous embodiment of the device according to the invention provides that a printed circuit board arranged within the housing is also designed as a primary antenna for coupling out and / or coupling the electromagnetic waves in such a way that the electromagnetic waves are coupled out or in laterally at a circuit board edge and wherein the circuit board is arranged in the housing that the circuit board edge is directed towards the slot-shaped housing opening and preferably directly adjoins it. In particular, the embodiment can provide that the primary antenna is designed in the form of a planar structure, in particular in the form of a conductor track on the circuit board in the plane and is arranged in an edge region of the circuit board and / or that the conductor track consists of two essentially parallel subsections, which are connected to one another via a 180 ° bend section.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass die Leiterplatte ferner ein HF-Schirmzaun umfasst, welcher vorzugsweise aus zumindest einer Reihe von Metalleinbringungen, insbesondere Vias ausgebildet ist, wobei der HF-Schirmzaun zumindest auf derselben Seite der Leiterplatte wie die Primärantenne ausgebildet ist und vorzugsweise einen auf der ersten Seite der Leiterplatte an die Leiterplattenkante angrenzenden rechteckige Bereich ausbildet, in dem die Primärantenne angeordnet ist.A further advantageous embodiment of the device according to the invention provides that the circuit board further comprises an RF shield fence, which is preferably formed from at least one row of metal insertions, in particular vias, the RF shield fence being formed at least on the same side of the circuit board as the primary antenna and preferably forms a rectangular area adjoining the edge of the circuit board on the first side of the circuit board, in which the primary antenna is arranged.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass die Leiterplatte ferner ein Metall aufweisendes HF-reflektierendes Element umfasst, welches vorzugsweise ein elektrisches Bauteil, wie beispielsweise eine Spule, ein Kondensator, ein Übertrager, eine Klemme o.ä. aufweist, und wobei das HF-reflektierende Element auf der anderen Seite der Leiterplatte wie die Primärantenne ausgebildet ist.A further advantageous embodiment of the device according to the invention provides that the circuit board further comprises a metal-containing RF-reflective element, which preferably has an electrical component, such as a coil, a capacitor, a transformer, a terminal or the like, and wherein the RF reflective element is formed on the other side of the circuit board like the primary antenna.

Der HF-Schirmzaun und/oder das HF-reflektierende Element ist vorzugsweise derartig auf der Leiterplatte angeordnet, dass Wellenanteile daran zur schlitzförmigen Gehäuseöffnung hin reflektiert werden.The RF shield fence and / or the RF reflective element is preferably arranged on the circuit board in such a way that wave components are reflected on it towards the slot-shaped housing opening.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass das HF-reflektierende Element und/oder der HF-Schirmzaun so auf der Leiterplatte angeordnet sind, dass die Primärantenne zwischen dem HF-reflektierenden Element bzw. dem HF-Schirmzaun und der Leiterplattenkante angeordnet ist.A further advantageous embodiment of the device according to the invention provides that the HF-reflective element and / or the HF-shield fence are arranged on the circuit board in such a way that the primary antenna is arranged between the HF-reflective element or the HF-shield fence and the edge of the circuit board .

Die Erfindung betrifft weiterhin einen Feldgeräteadapter zur drahtlosen Datenübertragung umfassend eine Vorrichtung nach einer der zuvor beschriebenen Ausgestaltungen gelöst.The invention further relates to a field device adapter for wireless data transmission, comprising a device according to one of the embodiments described above.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Feldgerät der Automatisierungstechnik umfassend einen Feldgeräteadapter nach der zuvor beschriebenen Ausgestaltung gelöst, wobei das Gehäuse an einer zweiten Stirnseite ein mechanisches Anschlusselement zum Anschließen des Feldgeräteadapters an eine Kabeldurchführung des Feldgerätes aufweist.The invention further relates to a field device of automation technology comprising a field device adapter solved according to the embodiment described above, the housing having a mechanical connection element on a second end face for connecting the field device adapter to a cable bushing of the field device.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

1: eine schematische Darstellung einer ersten Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
2: eine schematische Darstellung einer zweiten Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
3a: einen Querschnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
3b: eine Detailskizze zur Verdeutlichung der Anordnung der Ebene, in der die Primärantenne ausgebildet ist, zu der schlitzförmigen Gehäuseöffnung,
4: eine schematische Darstellung der schlitzförmigen Gehäuseöffnung und der Leiterplatte auf der die Primärantenne ausgebildet ist,
5: eine Schnittdarstellung A-A durch die Vorrichtung an der in 2 durch A-A angedeuteten Position.

The invention is explained in more detail with reference to the following drawings. It shows:

1 : a schematic representation of a first embodiment of a device according to the invention,
2 : a schematic representation of a second embodiment of a device according to the invention,
3a : a cross section of the device according to the invention,
3b : a detailed sketch to illustrate the arrangement of the plane in which the primary antenna is formed, to the slot-shaped housing opening,
4th : a schematic representation of the slot-shaped housing opening and the circuit board on which the primary antenna is formed,
5 : a sectional view AA through the device at the in 2 position indicated by AA.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in Form eines Funkadapters. Die Vorrichtung umfasst ein Gehäuse 2, welches im Wesentlichen aus einem Metall, vorzugsweise einem Edelstahl gefertigt ist. Das Gehäuse 2 kann alternativ aber auch aus einem Kunststoff gefertigt sein und mit einer, vorzugsweise an seiner Innenfläche metallischen Schicht verkleidet sein. Das Gehäuse 2 ist dabei geometrisch derartig ausgebildet, dass es äußerlich eine im Wesentlichen rotationssymmetrische in sich geschlossene Form aufweist. Beispielsweise kann das Gehäuse wie in 1 dargestellt eine mit Ausnahme von möglichen Kabeldurchführungen 13, 14 sowie der erfindungsgemäß ausgestaltete Gehäuseöffnung 5 im Wesentlichen zylindrische Außenkontur aufweisen. 1 shows a schematic representation of an embodiment of a device according to the invention in the form of a radio adapter. The device comprises a housing 2 , which is essentially made of a metal, preferably a stainless steel. The case 2 but can alternatively also be made of a plastic and clad with a metallic layer, preferably on its inner surface. The case 2 is geometrically designed in such a way that it externally has a substantially rotationally symmetrical, self-contained shape. For example, as in 1 shown one with the exception of possible cable entries 13th , 14th as well as the housing opening designed according to the invention 5 have a substantially cylindrical outer contour.

An der ersten und/oder zweiten Stirnfläche 21, 22 des zylindrischen Gehäuses 2 kann jeweils eine Kabeldurchführung 13, 14 vorgesehen sein, über die ein Kabel 1a, 1b mit zumindest einer Signalleitung in das Gehäuse bzw. aus dem Gehäuse 2 geführt wird. Das Kabel 1a, 1b kann beispielsweise eine in der Prozess- und/oder Fabrikautomatisierung übliche Zweidrahtleitung umfassen. Alternativ kann an einer der beiden Stirnseiten ein mechanisches Anschlusselement zum Anschließen, insbesondere Anschrauben der Vorrichtung an eine Kabeldurchführung des Feldgerätes aufweist. Alternativ zu der Kabeldurchführung kann, wie es in 1 dargestellt ist, eine der beiden Stirnflächen auch ein Gewinde 13 zum Anschrauben des Funkadapters an ein Feldgerät 7 aufweisen.On the first and / or second end face 21 , 22nd of the cylindrical housing 2 can each have a cable bushing 13th , 14th be provided over which a cable 1a , 1b with at least one signal line into or out of the housing 2 to be led. The cable 1a , 1b can, for example, be one that is customary in process and / or factory automation Include two-wire line. Alternatively, one of the two end faces can have a mechanical connection element for connecting, in particular screwing, the device to a cable bushing of the field device. As an alternative to the cable bushing, as shown in 1 is shown, one of the two end faces also has a thread 13th for screwing the radio adapter to a field device 7th exhibit.

In dem Gehäuse 2 ist eine Leiterplatte 6 angeordnet, zu der bzw. von der das Kabel 1a, 1b mit der Signalleitung führt bzw. abgeht. Die Leiterplatte 6 umfasst eine Sende-/Empfangseinheit 11 zum Erzeugen und Empfangen von elektromagnetischen Wellen. Die Sende-/Empfangseinheit 11 kann bspw. ein in Form eines Chips ausgebildetes HF-Modem sein. Die Leiterplatte 6 umfasst ferner eine Primärantenne 4 zum Auskoppeln der erzeugten elektromagnetischen Wellen und zum Einkoppeln und Übertragen der empfangenen elektromagnetischen Wellen und ferner eine Anpassstruktur 15. Die Anpassstruktur 15 kann als ein Teil der Sende-/Empfangseinheit und/oder ein Teil der Primärantenne ausgebildet sein. Alternativ kann die Anpassstruktur 15 auch als eigenständiges Bauteil auf der Leiterplatte 6 ausgebildet sein.In the case 2 is a printed circuit board 6th arranged to and from which the cable 1a , 1b leads or exits with the signal line. The circuit board 6th includes a transmitter / receiver unit 11 for generating and receiving electromagnetic waves. The sender / receiver unit 11 can, for example, be an HF modem in the form of a chip. The circuit board 6th further comprises a primary antenna 4th for coupling out the generated electromagnetic waves and for coupling in and transmitting the received electromagnetic waves and also an adapter structure 15th . The adaptation structure 15th can be designed as part of the transmitter / receiver unit and / or part of the primary antenna. Alternatively, the fitting structure 15th also as an independent component on the circuit board 6th be trained.

Die Sende-/Empfangseinheit 11 ist dazu eingerichtet, elektromagnetische Wellen mit einem Frequenzband von 2,4 GHz zu erzeugen bzw. zu empfangen, sodass die Signale, die über das Kabel bzw. die Zweidrahtleitung übertragen werden, durch die Vorrichtung auch drahtlos mittels Bluetooth (ggfl. auch Bluetooth Low Energy) oder einer der zuvor genannten Varianten übertragen werden können.The sender / receiver unit 11 is set up to generate or receive electromagnetic waves with a frequency band of 2.4 GHz, so that the signals that are transmitted via the cable or the two-wire line can also be transmitted wirelessly by the device using Bluetooth (possibly also Bluetooth Low Energy ) or one of the aforementioned variants can be transferred.

Das Gehäuse weist erfindungsgemäß eine einzige, sich in azimutaler Richtung des Gehäuses erstreckende, schlitzförmige Öffnung 5 auf, die eine Länge im Bereich von ca. λ/2 ± λ/25 aufweist. Da das Gehäuse des in 1 dargestellten Ausführungsbeispiels eine zylindrische Außenkontur aufweist, ist unter der Länge das Bogenmaß zu verstehen, welches im Bereich von ca. λ/2 ± λ/25 liegt. Eine Breite der schlitzförmigen Öffnung 5 kann so gewählt sein, dass für die Breite B_Schlitz < 25mm, bevorzugt B_Schlitz ≤ 10mm, besonders bevorzugt B_Schlitz ≤ 6mm, ganz besonders bevorzugt B_Schlitz ≅4mm gilt.According to the invention, the housing has a single slot-shaped opening extending in the azimuthal direction of the housing 5 which have a length in the range of approx. λ / 2 ± λ / 25. Since the housing of the in 1 The illustrated embodiment has a cylindrical outer contour, the length is to be understood as the radian dimension, which is in the range of approx. λ / 2 ± λ / 25 lies. A width of the slit-shaped opening 5 can be chosen so that for the width B _slot <25mm, preferred B _slot ≤ 10mm, particularly preferred B _slot ≤ 6mm, very particularly preferred B _slot ≅4mm applies.

Die schlitzförmige Öffnung 5 hat keine elektrische Verbindung zu der Leiterplatte 6 und wird von der innerhalb des Gehäuse 2 liegenden Primärantenne 4 angestrahlt. Ferner kann die Gehäuselänge L_Gehäuse so gewählt werden, dass sie kleiner als eine Wellenlänge 1·λ ist. Bevorzugt gilt für die Gehäuselänge L_Gehäuse < 0,95·λ, besonders bevorzugt L_Gehäuse < 0,90·λ. Auf diese Weise tritt einerseits das Gehäuse nicht als Resonator bei einer Betriebsfrequenz auf, und andererseits ist keine Ausbreitung als Hohlleiter innerhalb des zylindrischen Gehäuses 2 möglich.The slit-shaped opening 5 has no electrical connection to the circuit board 6th and is used by the inside of the enclosure 2 lying primary antenna 4th illuminated. Furthermore, the housing length L _housing be chosen so that it is smaller than a wavelength 1 · λ. Preferably applies to the housing length L _housing <0.95 · λ, particularly preferred L _housing <0.90 x λ. In this way, on the one hand, the housing does not appear as a resonator at an operating frequency and, on the other hand, there is no propagation as a waveguide within the cylindrical housing 2 possible.

2 zeigt einen Querschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Im Gegensatz zu dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung an beiden Stirnflächen 21, 22 jeweils eine Kabeldurchführung 13, 14 auf. In 2 ist eine Seitenansicht der Leiterplatte 6 dargestellt, die in dem Gehäuse 2 angeordnet ist. Das Gehäuse 2 umfasst zwei Stirnflächen 21, 22, in welche jeweils eine Kabeldurchführung 13, 14 (mitsamt Kabel und Klemme) angebracht ist. Weiterhin ist in 2 die Primärantenne 4, welche auch als Abstrahlstruktur bzw. Primärstrahler bezeichnet wird, dargestellt. Die Primärantenne 4 ist insbesondere dazu eingerichtet, ein Nahfeld zu erzeugen und bildet zusammen mit der schlitzförmigen Gehäuseöffnung 5 und dem Gehäuse 2 eine Antenne. Um die Leiterplatte 6 vor dem Einbau prüfen zu können, kann die Primärantenne 4 ferner derartig ausgebildet sein, dass diese auch ohne Gehäuse 2 zumindest im Nahfeld 8 mindestens eine leichte Antennenwirkung aufweist. Die Primärantenne 6 ist in einer Ebene, in der auch eine erste Seite 63 der Leiterplatte 6 liegt, ausgebildet. Die Ebene erstreckt sich, in dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel, also orthogonal aus der Zeichenfläche heraus. Erfindungsgemäß ist die schlitzförmige Gehäuseöffnung 5 in Längsrichtung um einen Winkel α ≥ 30°, bevorzugt um einen Winkel α ≥ 60° zur Ebene, in der die Primärantenne ausgebildet ist, gedreht. In dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die schlitzförmige Gehäuseöffnung 5 beispielsweise um 90° gedreht. 2 shows a cross section through a further embodiment of the device according to the invention. In contrast to the in 1 The illustrated embodiment has the device on both end faces 21 , 22nd one cable entry each 13th , 14th on. In 2 Fig. 3 is a side view of the circuit board 6th shown in the housing 2 is arranged. The case 2 includes two end faces 21 , 22nd , in each of which a cable bushing 13th , 14th (including cable and clamp) is attached. Furthermore, in 2 the primary antenna 4th , which is also referred to as a radiation structure or primary radiator, shown. The primary antenna 4th is set up in particular to generate a near field and forms together with the slot-shaped housing opening 5 and the case 2 an antenna. To the circuit board 6th The primary antenna can be checked before installation 4th also be designed in such a way that it can also be used without a housing 2 at least in the near field 8th has at least a slight antenna effect. The primary antenna 6th is on a level that also has a first page 63 the circuit board 6th lies, trained. The plane extends in which in 2 illustrated embodiment, so orthogonally out of the drawing area. The slot-shaped housing opening is according to the invention 5 lengthways at an angle α ≥ 30 °, preferably at an angle α ≥ 60 ° to the plane in which the primary antenna is formed, rotated. In the in 2 The embodiment shown is the slot-shaped housing opening 5 for example rotated by 90 °.

3a zeigt einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung bei der die Leiterplatte 6 vorzugsweise so ausgebildet ist, dass für eine Leiterplattendicke DPCB > BSchlitz/2 gilt, sodass die Leiterplatte 6 zumindest teilweise, insbesondere hälftig die schlitzförmigen Gehäuseöffnung 5 überdeckt, wenn die Leiterplatte 6 mit einer Leiterplattenkante 61 an der die Primärantenne angrenzt auf einen Mittelpunkt MP des Durchmessers des zylindrischen Gehäuses 2 ausgerichtet wird. 3a shows a cross section through the device according to the invention in which the circuit board 6th is preferably designed so that for a printed circuit board thickness DPCB> B slot / 2 applies, so that the printed circuit board 6th at least partially, in particular half of the slot-shaped housing opening 5 covered when the circuit board 6th with a printed circuit board edge 61 at which the primary antenna is adjacent to a center point MP the diameter of the cylindrical housing 2 is aligned.

Ferner ist in 3b eine Detailskizze der Anordnung der Ebene, in der die Primärantenne ausgebildet ist, zu der schlitzförmigen Gehäuseöffnung 5 dargestellt. Auch hier ist exemplarisch die schlitzförmige Gehäuseöffnung um einen Winkel von α = 90° zu der Ebene, in der die Primärantenne ausgebildet ist, gedreht. Die Ebene E erstreckt sich in dem in 3b dargestellten Ausführungsbeispiel orthogonal aus der Zeichenfläche heraus.Furthermore, in 3b a detailed sketch of the arrangement of the plane in which the primary antenna is formed to the slot-shaped housing opening 5 shown. Here, too, the slot-shaped housing opening is exemplary at an angle of α = 90 ° to the plane in which the primary antenna is formed, rotated. The level E. extends in the in 3b illustrated embodiment orthogonally out of the drawing area.

Die auf der Leiterplatte 6 ausgebildete Primärantenne 4 ist dazu ausgebildet, als ein- bzw. auskoppelendes Element zu dienen. Hierdurch wird von der Primärantenne 4 ein elektrisches Nahfeld 8 erzeugt, welches in einem mittleren Bereich der schlitzförmigen Gehäuseöffnung 5 ein magnetisches Nahfeld erzeugt. Die Primärantenne 4 kann ferner derartig dimensioniert sein, dass das Nahfeld ein elektrisches Fernfeld 9 erzeugt, dessen Feldlinien vom Gehäuse 2 nicht mehr berührt werden bzw. die sich von diesem komplett ablösen. Dies bietet den Vorteil, dass eine derartige Leiterplatte beispielsweise auch in einem Kunststoffgehäuse eingesetzt werden kann.The one on the circuit board 6th trained primary antenna 4th is designed to serve as an input or output element. This means that the primary antenna 4th an electric near field 8th generated, which in a central area of the slot-shaped housing opening 5 a magnetic near field is generated. The primary antenna 4th can also be dimensioned such that the near field is an electrical far field 9 generated whose field lines from the housing 2 are no longer touched or are completely detached from it. This offers the advantage that such a printed circuit board can also be used, for example, in a plastic housing.

Um diese Eigenschaft zu begünstigen, kann die schlitzförmige Gehäuseöffnung optional eine Kerbe bzw. eine kerbenförmige Ausnehmung aufweisen. Die Kerbe ist in Längsrichtung gesehen vorzugsweise in einem mittleren Bereich der schlitzförmigen Gehäuseöffnung angeordnet. Die Kerbe dient dazu, eine Wellenimpedanz anzupassen.In order to promote this property, the slot-shaped housing opening can optionally have a notch or a notch-shaped recess. Viewed in the longitudinal direction, the notch is preferably arranged in a central region of the slot-shaped housing opening. The notch is used to match a wave impedance.

4 zeigt ebenfalls eine schematische Darstellung der schlitzförmigen Gehäuseöffnung 5 und der Leiterplatte 6 auf der die Primärantenne ausgebildet ist. Die Leiterplatte 6 kann ferner einen HF-Schirmzaun 16, welcher aus Vias (Durchkontaktierungen) 17 ausgebildet ist, umfassen. Die Vias 17 können hierbei so ausgestaltet sein, dass diese von einer ersten Seite der Leiterplatte (Oberseite) 63 zu einer zweiten Seite der Leiterplatte (Unterseite) 64 ragen. Dies bedeutet, dass die Vias 17 durch alle Lagen der Leiterplatte 6 hindurchgehen können. Alternativ können die Vias 17 auch so ausgebildet sein, dass diese nur von der ersten Seite der Leiterplatte 63 zu einer mittleren Leiterkartenlage führen. Der HF-Schirmzaun 16 kann vorzugsweise mindestens zweireihig, besonders bevorzugt in versetzter Anordnung zueinander ausgeführt sein, um eine maximale Zaunwirkung auch bei kleinen kostengünstig zu fertigenden Durchkontaktierungen zu erreichen und bewirkt eine sehr starke Reduktion des Einflusses weitere Elemente im Gehäuse, wie beispielsweise eingeschraubter Kabel. Durch den HF-Schirmzaun 16 kann ein im Wesentlich rechteckiger Bereich 65 auf der ersten Seite der Leiterplatte 63 aufgespannt werden, welcher an einer Seite von der Leiterplattenkante 61 begrenzt wird. 4th also shows a schematic representation of the slot-shaped housing opening 5 and the circuit board 6th on which the primary antenna is formed. The circuit board 6th can also have an HF shield fence 16 , which consists of vias (plated-through holes) 17th is formed include. The vias 17th can be designed in such a way that they can be viewed from a first side of the circuit board (top side) 63 to a second side of the circuit board (underside) 64 protrude. This means that the vias 17th through all layers of the circuit board 6th can go through. Alternatively, the vias 17th also be designed so that this only from the first side of the circuit board 63 lead to a middle layer of printed circuit boards. The HF shield fence 16 can preferably be designed in at least two rows, particularly preferably in a staggered arrangement, in order to achieve a maximum fence effect even with small, inexpensive vias and causes a very strong reduction in the influence of other elements in the housing, such as screwed-in cables. Through the HF shield fence 16 can be a substantially rectangular area 65 on the first side of the circuit board 63 be clamped, which on one side of the board edge 61 is limited.

Der HF-Schirmzaun 16 kann ferner durch ein HF-Schirmblech 18, welches auf der zweiten Seite der Leiterplatte (Rückseite) 64 angeordnet ist, ergänzt werden. In 4 ist die Anordnung des HF-Schirmblechs auf der Rückseite der Leiterplatte durch die gestrichelte Linie angedeutet. Das HF-Schirmblech 18 kann neben der Schirmung der HF-Wellen auch eine andere Funktion auf der Leiterplatte 6 erfüllen. Beispielsweise kann das HF-Schirmblech 18 ein, ein Metall aufweisendes elektrisches Bauteil, wie beispielsweise eine Spule, ein Kondensator, ein Übertrager, eine Klemme o.ä. umfassen, wobei das HF-Schirmblech 18 vorzugsweise mit dem HF-Schirmzaun 16 elektrisch verbunden ist. Alternativ können auch sonstige Metallteile, Bauteile mit hohem Metallgehalt wie Spulen oder Bauteile aus Materialien mit einer hohen Dielektrizitätskonstante (DK) wie flache SMD-Kondensatoren auf der Leiterplatte 6 als HF-Schirmblech 18 dienen.The HF shield fence 16 can also be through an HF shroud 18th which is on the second side of the printed circuit board (rear) 64 is arranged to be supplemented. In 4th the arrangement of the HF shroud on the back of the circuit board is indicated by the dashed line. The RF shield plate 18th can also have another function on the circuit board in addition to shielding the HF waves 6th fulfill. For example, the RF shield plate 18th an electrical component comprising a metal, such as a coil, a capacitor, a transformer, a clamp or the like, wherein the HF shroud 18th preferably with the HF shield fence 16 is electrically connected. Alternatively, other metal parts, components with a high metal content such as coils or components made of materials with a high dielectric constant (DC) such as flat SMD capacitors can be placed on the circuit board 6th as HF shroud 18th to serve.

Weiterhin umfasst die in 4 dargestellte Leiterplatte 6 die Sende- und/oder Empfangseinheit 11, die Primärantenne 4, und die Anpassstruktur 15 zur Impedanzanpassung und/oder Reflexionsverminderung zwischen der Sende- und/oder Empfangseinheit 11.The in 4th illustrated circuit board 6th the transmitter and / or receiver unit 11 , the primary antenna 4th , and the fitting structure 15th for impedance matching and / or reflection reduction between the transmitter and / or receiver unit 11 .

Wie aus 4 ersichtlich, ist die Primärantenne 4 in dem rechteckigen Bereich 65 angeordnet. Die Primärantenne 4 ist vorzugsweise in Form einer Leiterbahn 41, 42, 43, 44 ausgebildet, die einen aktiven Teilbereich 42 und einen inaktiven Teilbereich 41 aufweist. Der aktive und inaktive Teilbereich 41, 42 ist über einen 180° Bogenabschnitt 43 miteinander verbunden, sodass die Leiterbahn eine spezifische Gesamtlänge aufweist, um einen Resonator bei einer Betriebsmittenfrequenz darzustellen. Am Ende dieser Länge befindet sich ein abgerundeter Bereich 44, um die Güte des Resonators zu verringern, und zwar gerade in dem Maße, um ein Nachklingeln unterhalb einer Pfadlänge des Viterbi-Algorithmus der verwendeten Sende- und/oder Empfangseinheit zu halten.How out 4th visible is the primary antenna 4th in the rectangular area 65 arranged. The primary antenna 4th is preferably in the form of a conductor track 41 , 42 , 43 , 44 formed, which has an active sub-area 42 and an inactive part 41 having. The active and inactive part 41 , 42 is over a 180 ° arc section 43 connected to one another, so that the conductor track has a specific overall length in order to represent a resonator at an operating center frequency. At the end of this length there is a rounded area 44 in order to reduce the quality of the resonator, precisely to the extent to keep ringing below a path length of the Viterbi algorithm of the transmitting and / or receiving unit used.

Der aktive Teilbereich 42 dient hierbei als eigentlicher „Abstrahier“, wobei die Energie von dem inaktiven Teilbereich 41 über eine aus dem HF-Schirmzaun 16 herausragende Massefläche 181 des HF-Schirmblechs 18 auf der Leiterkartenunterseite 64 zurückgeleitet wird, um nicht als „Abstrahier“ zu wirken. Das Zusammenspiel aus dem aktiven und inaktiven Teilbereich 41 und 42 ermöglicht die Ausbildung eines Strahlers, welcher eigentlich über eine gesamte Breite der schlitzförmigen Gehäuseöffnung 5 gehen würde, auf eine Breite zu reduzieren, die etwas schmäler als die der schlitzförmigen Gehäuseöffnung 5 ist. Auf diese Weise können Beugungseffekte an den äußeren Kanten der schlitzförmigen Gehäuseöffnung den Strahler nur teilweise und definiert beeinflussen und dennoch ist eine Abstrahlung durch die schlitzförmige Gehäuseöffnung möglich. Die Massefläche 181 weist im Seitenprofil insbesondere eine L-förmige Struktur auf. Um den Wirkungsgrad der Ableitung zu erhöhen, kann auf der Unterseite der Leiterplatte 64 ferner eine Struktur angebracht sein. Die Struktur kann beispielsweise auch ein HF-Schirmblech oder ein anderes Metallteil umfassen. Hierdurch wird die Restleistung umgelenkt und zu der schlitzförmigen Gehäuseöffnung 5 abgestrahlt. Dies führt zusätzlich zu einer besseren Anpassung der Antenne (-20...30 dB im Bereich +-5% um die Mittenfrequenz) und ferner zu einer zusätzlichen Stabilität gegenüber Fertigungstoleranzen. Die Abstrahlung des notwendigen 180°Bogenabschnitts 43 wird mit einer Struktur 20, die ebenfalls in dem rechteckigen Bereich der Leiterplatte 65 angeordnet ist, auf einen Impedanzwert nahe über Null Ohm und vorzugsweise auch möglichst gleich einer Impedanz der Vias angepasst, um anschließend im HF-Schirmzaun 16 kurzgeschlossen zu werden. Die Struktur kann beispielsweise in einer Draufsicht der Leiterplatte ein Sägezahnprofil aufweisen.The active part 42 serves here as the actual "abstractor", whereby the energy comes from the inactive sub-area 41 via one from the HF shield fence 16 outstanding ground plane 181 of the HF shield plate 18th on the underside of the circuit board 64 is returned so as not to act as an "abstracter". The interaction of the active and inactive sub-area 41 and 42 enables the formation of a radiator which actually extends over an entire width of the slot-shaped housing opening 5 would go to reduce to a width that is slightly narrower than that of the slot-shaped housing opening 5 is. In this way, diffraction effects at the outer edges of the slot-shaped housing opening can only partially and defined influence the radiator, and radiation through the slot-shaped housing opening is still possible. The ground plane 181 has in particular an L-shaped structure in the side profile. In order to increase the efficiency of the discharge, it can be done on the underside of the circuit board 64 a structure must also be attached. The structure can, for example, also comprise an HF shield plate or another metal part. As a result, the remaining power is diverted and to the slot-shaped housing opening 5 radiated. This also leads to better adaptation of the antenna (-20 ... 30 dB in the range + -5% around the center frequency) and also to additional stability with regard to manufacturing tolerances. The radiation of the necessary 180 ° arc section 43 is made with a structure 20th , which are also in the rectangular area of the circuit board 65 is arranged, adapted to an impedance value close to zero ohms and preferably also as equal as possible to an impedance of the vias, in order then to be in the HF shield fence 16 to be shorted out. The structure can, for example, have a sawtooth profile in a plan view of the printed circuit board.

Die Leiterplatte 6 ist derart im Gehäuse 2 ausgerichtet, dass die äußeren sich bis an der Leiterplattenkante 61 fortsetzenden Vias an der Schlitzbreite in Längsrichtung jeweils ca. 1 mm Abstand zu den Kanten der schlitzförmigen Gehäuseöffnung aufweisen.The circuit board 6th is like this in the housing 2 aligned so that the outer one extends up to the edge of the circuit board 61 Continuing vias at the slot width in the longitudinal direction each have a distance of approx. 1 mm from the edges of the slot-shaped housing opening.

5 zeigt eine Schnittdarstellung A-A durch die Vorrichtung an der in 2 angedeuteten Position. Um die Vorrichtung auch in einem explosionsgefährdeten Bereich, insbesondere einem gasexplosionsgefährdeten Bereich, einsetzen zu können, kann die Vorrichtung derartig ausgeführt sein, dass das Gehäuse der Zündschutzart „Druckfeste Kapselung“, (Kennzeichnung Ex-d) gemäß der internationalen Norm IEC 600798-1 (Ausgabe 27.Juni 2014) genügt. Bei der Zündschutzart „Druckfeste Kapselung“ wird die Ausbreitung einer Explosion verhindert. Hierbei beruht die Schutzart im Wesentlichen auf konstruktiven Maßnahmen, so dass ein Eindringen von Gasen zwar nicht verhindert wird, aber in dem Fall, dass zu einer Zündung im Inneren des Gehäuses kommt, das Gehäuse dem Explosionsdruck standhält und die Zündung nicht nach außen übertragen wird. Um den Anforderungen der Zündschutzart „Druckfeste Kapselung“ zu genügen weist das metallische Gehäuse 2 im einfachsten Fall eine entsprechende Mindestdicke / Materialstärke von bspw. D_Gehäuse = 3 mm auf. Für die Ausgestaltung der schlitzförmigen Gehäuseöffnung 5 stellt die Anforderung an die Zündschutzart „Druckfeste Kapselung“ jedoch eine erhöhte konstruktive Herausforderung dar, da sichergestellt werden muss, dass eine mögliche Explosion, die im Inneren des Gehäuses stattfindet, nicht über die schlitzförmige Gehäuseöffnung nach außen dringen kann. 5 FIG. 11 shows a sectional view AA through the device at the FIG 2 indicated position. In order to be able to use the device in an area at risk of explosion, in particular an area with a risk of gas explosion, the device can be designed in such a way that the housing has the "Flameproof Enclosure" type of protection (marking Ex-d) in accordance with the international standard IEC 600798-1 ( Edition June 27, 2014) is sufficient. With the "flameproof enclosure" type of protection, the spread of an explosion is prevented. The degree of protection is essentially based on structural measures, so that the penetration of gases is not prevented, but in the event that an ignition occurs inside the housing, the housing can withstand the explosion pressure and the ignition is not transmitted to the outside. In order to meet the requirements of the "flameproof enclosure" type of protection, the metallic housing 2 in the simplest case, a corresponding minimum thickness / material thickness of, for example. D _housing = 3 mm. For the design of the slot-shaped housing opening 5 However, the requirement for the "Flameproof Enclosure" type of protection represents an increased structural challenge, as it must be ensured that a possible explosion that takes place inside the housing cannot penetrate to the outside via the slot-shaped housing opening.

Ergänzend oder alternativ kann die schlitzförmige Öffnung 5 mit einem aus einem Material mit einer relativen Dielektrizitätszahl (einheits- bzw. dimensionslose Einheit) echt größer eins (ε_r > 1), insbesondere einer Dielektrizitätszahl zwischen 2 und 4 gefertigten Formteil ausgefüllt sein. Das Formteil ist insbesondere für elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Bereich transparent und wird somit im Folgenden auch als Leiter 230 bezeichnet. Beispielsweise kann der Leiter 230 aus einem Kunststoff, insbesondere Polyethylen (PE) gefertigt sein. Alternativ kann der Leiter 230 auch aus einem Glas gefertigt sein. Durch die Wahl der relativen Dielektrizitätszahl ε_r echt größer eins wird eine Verkürzung der Wellenlänge λ bewirkt. Der Leiter 230 ist derartig ausgeführt, dass dieser einen umlaufenden Bereich und einen hervorstehenden schlitzförmigen Bereich 231 aufweist. Der umlaufende 232 und der schlitzförmige Bereich 231 sind derartig ausgeführt, dass, wenn der Leiter 230 in die schlitzförmige Gehäuseöffnung eingesetzt ist, sich der umlaufende Bereich an eine Innenwandung des Gehäuses 2 um den schlitzförmigen Bereich 231 herum anlegt und der schlitzförmige Bereich 231 bis zu einer spezifizierten Tiefe T_Leiter in das Gehäuse eingreift.In addition or as an alternative, the slot-shaped opening can 5 be filled with a molded part made from a material with a relative dielectric constant (unit or dimensionless unit) genuinely greater than one (ε _r > 1), in particular a dielectric constant between 2 and 4. The molded part is transparent in particular for electromagnetic radiation in the visible range and is therefore also used as a conductor in the following 230 designated. For example, the head 230 be made of a plastic, in particular polyethylene (PE). Alternatively, the head 230 also be made of a glass. By choosing the relative permittivity ε _r real greater than one, the wavelength is shortened λ causes. The head 230 is designed in such a way that it has a circumferential area and a protruding slot-shaped area 231 having. The circumferential 232 and the slot-shaped area 231 are designed in such a way that when the head 230 is inserted into the slot-shaped housing opening, the circumferential area on an inner wall of the housing 2 around the slit-shaped area 231 around and the slit-shaped area 231 engages the housing up to a specified depth T _conductor.

Die maximal spezifizierte Tiefe T_Leiter kann derartig gewählt sein, dass eine Kugel bzw. Halbkugel MK, beim Herabfallen auf die schlitzförmige Gehäuseöffnung gerade nicht den in der schlitzförmigen Gehäuseöffnung 5 eingeführten schlitzförmigen Bereich berührt. In 5 ist die Kugel schematisch angedeutet und mit dem Bezugszeichen MK versehen. Als Kugel bzw. Halbkugel kommt insbesondere eine gehärtete Stahlkugel mit einem Durchmesser von 25 mm in Betracht. Die Schlagfestigkeitsprüfung wird insbesondere gemäß den Angaben in der internationalen Norm IEC 60079-0 (Ausgabe 13.12.2017) durchgeführt.The maximum specified depth T _conductor can be selected such that a ball or hemisphere MK, when falling onto the slot-shaped housing opening, does not fall into the slot-shaped housing opening 5 introduced slot-shaped area touches. In 5 the ball is indicated schematically and provided with the reference symbol MK. A hardened steel ball with a diameter of 25 mm is particularly suitable as a ball or hemisphere. The impact resistance test is carried out in accordance with the information in the international standard IEC 60079-0 (edition 13.12.2017).

Zum Betrieb der Vorrichtung bei einer Frequenz von 2,4 GHz und einer Wellenlänge von ca. λ = 122,36 mm kann die mit dem Formteil bestückte/ausgefüllte schlitzförmige Ausgestaltung beispielsweise eine Bogenlänge bzw. eine Länge im Bereich von L_Schlitz ≅ 61,18 ± 4,89 mm und eine Breite von ca. B_Schlitz ≅ 4 mm aufweisen.To operate the device at a frequency of 2.4 GHz and a wavelength of approx. λ = 122.36 mm, the slot-shaped configuration equipped / filled with the molded part can, for example, have an arc length or a length in the range of L _slot ≅ 61.18 ± 4.89 mm and a width of approx. B _slot ≅ 4 mm.

Um eine mechanische sichere Anbindung des Leiters 230 an das Gehäuse 2 bzw. dessen Innenseite zu gewährleisten kann ein Federstahlbügel (nicht dargestellt) vorgesehen sein, die dazu dient, den Leiter 230 mit dem umlaufenden Bereich 232 an die Innenseite des Gehäuses 2 zu pressen.A secure mechanical connection of the conductor 230 to the housing 2 or to ensure its inside, a spring steel clip (not shown) can be provided, which serves to hold the conductor 230 with the surrounding area 232 to the inside of the housing 2 to press.

Zur exakten Positionierung der Leiterplattenkante 61 kann der Leiter 230 einen oder mehrere Stege 237 aufweisen, die die Leiterplatte 6 halten und/oder positionieren. Der Steg 237 kann beispielsweise in Form einer länglichen im Querschnitt U-förmigen Ausnehmung ausgestaltet sein, in die die Leiterplatte 6 eingesteckt werden kann.For exact positioning of the PCB edge 61 can the head 230 one or more bars 237 have that the circuit board 6th hold and / or position. The bridge 237 can for example be designed in the form of an elongated recess with a U-shaped cross section, into which the circuit board 6th can be plugged in.

Um ein Eindringen von Staub und/oder Wasser zu verhindern, kann der hervorstehende umlaufende Bereich 231 des Leiters 230 an den in dem eingebauten Zustand zur Gehäusewand gerichteten Seitenfläche eine Aufnahme 235 für eine Dichtung 26 aufweisen. Als Dichtung kann beispielsweise ein allseitig umlaufender ovaler Ring vorgesehen sein, der im eingebauten Zustand in die Aufnahme 235 eingebracht ist.In order to prevent the ingress of dust and / or water, the protruding surrounding area 231 of the head 230 a receptacle on the side face directed towards the housing wall in the installed state 235 for a seal 26. As a seal, for example, a circumferential oval ring on all sides can be provided, which in the installed state in the receptacle 235 is introduced.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1a, 1b1a, 1b: Kabelcable
22: Gehäusecasing
2121: Erste Stirnseite des GehäusesFirst face of the housing
2222nd: Zweite Stirnseite des GehäusesSecond face of the housing
230230: Formteil bzw. LeiterMolded part or ladder
231231: Hervorstehender schlitzförmiger Bereich des LeitersProtruding slot-shaped area of the conductor
232232: Umlaufender Bereich des LeitersCircumferential area of the conductor
235235: Seitliche Aufnahme für DichtungSide mount for seal
237237: Steg zur Halterung und/oder Positionierung der LeiterplatteBar for holding and / or positioning the circuit board
33rd: Elektromagnetische WellenElectromagnetic waves
44th: PrimärantennePrimary antenna
4141: Inaktiver Teilbereich der LeiterbahnInactive part of the conductor track
4242: Aktiver Teilbereich der LeiterbahnActive part of the conductor track
4343: 180° Bogenabschnitt der Leiterbahn180 ° arc section of the conductor track
4444: Abgerundeter Bereich der LeiterbahnRounded area of the conductor track
55: Schlitzförmige GehäuseöffnungSlot-shaped housing opening
5151: Kerbe bzw. kerbenförmige AusnehmungNotch or notch-shaped recess
66th: LeiterplatteCircuit board
6161: LeiterplattenkantePCB edge
6363: Erste Seite der LeiterplatteFirst side of the circuit board
6464: Zweite Seite der LeiterplatteSecond side of the circuit board
6565: Rechteckiger BereichRectangular area
77th: FeldgerätField device
7171: FeldgeräteelektronikField device electronics
88th: NahfeldNear field
99: FernfeldFar field
1111: Sende-/EmpfangseinheitTransmitter / receiver unit
1313th: Kabeldurchführung oder Gewinde zum Anschrauben an ein FeldgerätCable entry or thread for screwing onto a field device
1414th: Kabeldurchführung für KabelabführungCable entry for cable outlet
1515th: Anpassnetzwerk bzw. AnpassstrukturAdaptation network or adaptation structure
1616: HF-SchirmzaunHF shield fence
1717th: Metalleinbringungen, insbesondere Vias bzw. DurchkontaktierungenMetal insertions, in particular vias or plated-through holes
1818th: HF-reflektierendes Element bzw. HF-SchirmblechHF reflective element or HF shield plate
181181: Aus dem Schirmblech herausragende MasseflächeGround plane protruding from the shield plate
2020th: Struktur zur ImpedanzanpassungStructure for impedance matching
DGehäuseD housing: Materialstärke des GehäusesMaterial thickness of the housing
LGehäuseL housing: Länge GehäuseHousing length
LSchlitzL slot: Länge schlitzförmige GehäuseöffnungLength of slot-shaped housing opening
BSchlitzBSlot: Breite schlitzförmige GehäuseöffnungWide slot-shaped housing opening
DPCBDPCB: Leiterkartendicke bzw. -stärkePCB thickness or thickness
λλ: Wellenlänge der elektromagnetischen WellenWavelength of electromagnetic waves
MPMP: Mittelpunkt des Durchmessers des GehäusesCenter of the diameter of the housing
EE.: Ebene in der die Primärantenne ausgebildet istThe plane in which the primary antenna is formed
αα: Winkelangle

Claims

Device for the transmission of signals from an at least partially metallic housing (2) with the aid of electromagnetic waves (3) of a certain wavelength (λ), comprising: - the housing (2), which essentially has a rotationally symmetrical, preferably cylindrical outer contour, - a Transmitter / receiver unit (11) arranged in the housing (2) for generating and receiving the electromagnetic waves (3), - at least one primary antenna (4) arranged in the housing (2) and formed in a plane (E) for decoupling the generated electromagnetic waves (3) of the transmitter / receiver unit (11) and for coupling and transmission of received electromagnetic waves (3) to the transmitter / receiver unit (11), - exactly one slot-shaped housing opening (5) which is designed in such a way that for a length or an arc length of the slot-shaped housing opening L _slot = λ / 2 ± λ / 25 applies and the slot-shaped housing opening (5) and the primary antenna (4) in this way are arranged to each other that the slot-shaped housing opening (5) in a longitudinal direction at an angle α ≥ 30 °, preferably at an angle α ≥ 60 °, particularly preferably at an angle of about 90 ° to the plane (E) in which the primary antenna (4) is rotated so that the slot-shaped housing opening (5) in interaction with the primary antenna (4) transmits the signals with the aid of the electromagnetic waves (3) in and out of the housing.

Device according to Claim 1 , further comprising a molded part (230, 231, 232, 235, 237) made of a material with a relative dielectric constant (ε _r ) genuinely greater than one (ε _r > 1), which has a protruding slot-shaped part adapted to the slot-shaped housing opening (5) Area (231) with which the molded part _{engages maximally into the housing opening up to a specified depth (T conductor} ), for the length or the arc length of the slot-shaped housing opening

{L.}_{slot} = λ' / 2 \pm λ' / 25th with λ' = \frac{λ}{\sqrt{μ_{T} \cdot ε_{r}}}

applies, where µ _{T is} the magnetic permeability of the material of the molded part.

Device according to one or more of the preceding claims, wherein for a width (B _slot ) of the slot-shaped housing opening (5) B _slot <25mm, preferably B _slot ≤ 10mm, particularly preferably B _slot ≤ 6mm, very particularly preferably B _slot ≅ 4mm.

Device according to one or more of the preceding claims, wherein the slot-shaped housing opening (5) has a notch (51) which, viewed preferably in the longitudinal direction, is arranged in the central region of the slot-shaped housing opening (5).

Device according to one or more of the preceding claims, the housing (2) on a first end face (21) having a first cable bushing (13) for passing a cable or a thread (13) for screwing the housing (2) to a field device.

Device according to one or more of the preceding claims, wherein the housing (2) has a second cable bushing (14) for passing a cable (1a, 1b) through at least on a second end face (22).

Device according to one of the preceding claims, wherein B _slot ≥ 1/100 · λ also applies to the width of the slot-shaped housing opening.

Device according to one of the preceding claims, wherein for a material thickness of the housing (D _housing ) at least in the region of the slot-shaped housing opening D _housing 1/30 · λ applies.

Device according to one of the preceding claims, further comprising a printed circuit board (6) arranged within the housing (2) which is designed as a primary antenna (4) for coupling out and / or coupling the electromagnetic waves (3) in such a way that the electromagnetic waves (3 ) are coupled out or in at the side of a circuit board edge (61) and the circuit board is arranged in the housing (2) in such a way that the circuit board edge (61) is directed towards the slot-shaped housing opening (5) and preferably directly adjoins it.

Device according to the preceding claim, wherein the primary antenna (4) is designed in the form of a planar structure, in particular in the form of a conductor track on the circuit board in the plane (E) and is arranged in an edge region (62) of the circuit board (6).

Device according to the preceding claim, wherein the conductor track consists of two essentially parallel subsections (41, 42) which are connected to one another via a 180 ° arcuate section (43).

Device according to at least one of the Claims 9 until 11 , wherein the circuit board (6) further comprises an HF shield fence (16), which is preferably formed from at least one row of metal insertions, in particular vias (17), the HF shield fence (16) at least on the same side of the circuit board (63 ) How the primary antenna (4) is designed and preferably forms a rectangular area (65) adjoining the circuit board edge (61) on the first side of the circuit board (63), in which the primary antenna (4) is arranged.

Device according to at least one of the Claims 9 until 12th , wherein the circuit board (6) further comprises a metal having RF-reflective element (18), which preferably has an electrical component, such as a coil, a capacitor, a transformer, a terminal or the like, and wherein the RF- reflective element (18) is formed on the other side of the circuit board (64) like the primary antenna (4).

Device according to one of the Claims 12 and / or 13, wherein the RF-reflective element (18) and / or the RF shield fence (16) are arranged on the circuit board (6) that the primary antenna (4) between the RF-reflective element (18) or . HF shield fence (16) and the printed circuit board edge (61) is arranged.

Field device adapter for wireless data transmission comprising a device according to one of the preceding claims.

Field device of automation technology (7) comprising a field device adapter according to the preceding claim, wherein the housing (2) has a mechanical connection element on a second end face (22) for connecting the field device adapter to a cable bushing of the field device.