EP0777292B1

EP0777292B1 - Antenneneinheit

Info

Publication number: EP0777292B1
Application number: EP96117893A
Authority: EP
Inventors: Horst Ziegler; Horst Behlen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-12-06
Filing date: 1996-11-08
Publication date: 1998-06-10
Anticipated expiration: 2016-11-08
Also published as: PL181957B1; HU221219B1; EP0777292A1; DE19545394A1; SI0777292T1; ATE167333T1; PL317306A1; DE59600272D1; DK0777292T3; SK155396A3; ES2119540T3; CZ357396A3; CZ288642B6; HUP9603314A2; HUP9603314A3; HU9603314D0

Description

Die Erfindung betrifft eine Antenneneinheit, insbesondere zur Verwendung bei der drahtlosen Fernablesung von Verbrauchsmessern, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine derartige Antenneneinheit ist in der EP-A-0 312 792 beschreiben. Bei ihr bildet ein geschlitzter Ring eine Induktivität, die durch eine Windung gebildet ist. Die Induktivität ist über einen kapazitiven Spannungsteiler mit den beiden Ausgangsklemmen eines Sendekreises verbunden, wobei die Kapazitäten des Spannungsteilers durch Streukapazitäten gebildet sind, welche zwischen dem geschlitzten Ring und einem diesen umgebenden Gehäuse gebildet werden.

In der US-A-3 852 758 ist eine Funkboje zum Wiederauffinden von Kühen gegeben. Diese umfaßt eine Antenneneinheit, die zugleich als Halsband zum Anbringen der Funkboje am Hals einer Kuh dient. Die Antenneneinheit umfaßt zwei Antennenarme, die sich in ihren Endbereichen überlappen. Die beiden Antennenarme bilden die Sekundärseite eines Strom-Transformators, der ferner eine bei den Fußpunkten der Antennenarme vorgesehene Primärspule umfaßt.

In der EP-A-0 619 620 ist eine weitere Antenneneinheit beschrieben, die einen einzigen gebogenen Antennenarm aufweist, der an seinem einen Ende mit dem Ausgang eines UHF-Sendekreises verbunden ist.

Es wurde nun herausgefunden, daß bei derartigen Antenneneinheiten das Arbeitsverhalten stark von der jeweiligen Umgebung abhängt, z. B. durch an der Antenneneinheit vorbeilaufende Personen oder vor die Antenneneinheit gestellte Gegenstände (z. B. im Falle von an Heizkörpern angebrachten Wärmeverbrauchsmessern Sessel, Vorhänge und dergleichen).

Durch die vorliegende Erfindung soll eine Antenneneinheit gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 dahingehend verbessert werden, daß sie in ihrem Arbeitsverhalten weniger empfindlich auf in ihrer Nachbarschaft befindliche Hindernisse reagiert.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine Antenneneinheit mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.

Die Erfindung macht davon Gebrauch, daß die meisten der in Haushalten in der Nachbarschaft von Verbrauchsmessern von Fall zu Fall unterschiedlich aufgestellten Hindernisse und auch der sonstigen in der Nachbarschaft von Sende- und/oder Empfangsantennen angetroffenen Hindernisse Dielektrika darstellen. Diese haben einen stärkeren Einfluß auf das Arbeitsverhalten einer solchen Antenne, welche in unmittelbarer Nachbarschaft der Antenne ein überwiegend elektrische Anteile aufweisendes Wechselfeld aufweist. Die erfindungsgemäße Antenneneinheit erzeugt dagegen in ihrer unmittelbaren Nachbarschaft ein elektromagnetisches Wechselfeld mit überwiegend magnetischem Anteil, und aus diesem Grunde wird das Arbeitsverhalten der erfindungsgemäßen Antenneneinheit nur wenig durch die üblicherweise in der Nähe von in Verbrauchsmessern oder anderen eine Antenneneinheit enthaltenden Geräten angefundenen Hindernisse beeinträchtigt.

Auch arbeitet die erfindungsgemäße Antenneneinheit auch gut in der Nachbarschaft großer Metallflächen, wie sie häufig in unmittelbarer Nachbarschaft von Verbrauchsmessern angefunden werden (Zählergehäuse bei Gas-/Stromzählern, Heizkörper und Wasserleitungen in der Nachbarschaft von Wärmemengenzählern).

Eine erfindungsgemäße Antenneneinheit kann auch deutlich kleiner als ein Viertel der Wellenlänge der zur Datenübertragung verwendeten Frequenzbänder (200 bis 1 000 MHz, in Europa überwiegend 433,92 MHz) gebaut werden, wobei sie trotzdem einen guten Abstrahlwirkungsgrad hat, was ermöglicht, daß der Strombedarf des drahtlos ablesbaren Verbrauchsmessers klein gehalten werden kann. Letzteres ist im Hinblick darauf, daß die zum Betreiben der Verbrauchsmesser verwendeten Mehrjahres-Batterien für die gesamte Eichdauer, also etwa fünf bis zwölf Jahre, ausreichen soll, von Vorteil.

Eine erfindungsgemäße Antenneneinheit läßt sich mit Vorteil auch in einem Empfänger einsetzen, z.B. in einer zentralen Erfassungseinheit, die mit durch Funk auslesbaren Verbrauchsmessern zusammenarbeitet. Sie gewährleistet bei dieser Anwendung durch ihre hohe Güte eine starke Unterdrückung von Fremdsendern ohne Verstärkerübersteuerung und eine gute Unterdrückung von durch Nichtlinearitäten des Senders bedingten Oberwellen, ohne daß hierzu gesonderte Filtermaßnahmen erforderlich wären.

Eine erfindungsgemäße Antenneneinheit eignet sich auf Grund der oben geschilderten Eigenschaften auch gut als Sende/Empfangsantenne in bidirektionalen Datenübertragungsanwendungen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 2 erhält man eine induktive Ankopplung an einen UHF-Sendekreis (oder Empfänger). Auf diese Weise ist die Antenneneinheit gleichstrommäßig vom Sender/Empfänger getrennt (Vermeidung von Potential- und Sicherheitsproblemen), und man kann durch entsprechende Bemessung der Speiseinduktivität auch gleichzeitig eine Impedanzanpassung an den angeschlossenen Sender/Empfänger vornehmen, denn typische Strahlungswiderstände von hier interessierenden Antennen liegen im Bereich von 30 bis 200 mOhm, die typischen Impedanzen von Sendern und Empfängern im Bereich von 50 Ohm.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 3 gestattet es, den Phasenwinkel zwischen dem Strom in der Speiseinduktivität und dem Strom in den Antennenarmen auf einen gewünschten Phasenwinkel einzustellen, insbesondere den Phasenwinkel 0.

Auch die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 4 dient der Optimierung der Anpassung von Antenneneinheit und Sender bzw. Empfänger und zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen.

Eine Antenneneinheit, wie sie im Anspruch 5 angegeben ist, läßt sich sehr einfach aus elektrisch gut leitendem Rohrmaterial durch Abschneiden und Schlitzen einzelner Ringe herstellen.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 6 ist im Hinblick auf eine möglichst gute Führung der Feldlinien im Spalt zwischen den Enden der Antennenarme und im Hinblick auf geringen ohmschen Widerstand der Antenneneinheit von Vorteil. Das Zusammenhalten der Feldlinien ist im Hinblick auf das Kleinhalten von Rückwirkungen von Hindernissen auf das Arbeitsverhalten der Antenneneinheit von Vorteil. Aus Gründen langer Haltbarkeit der Betriebsbatterie des Verbrauchsmessers sind geringe ohmsche Verluste wünschenswert: Diese können für erfindungsgemäße Antenneneinheiten bei einigen mOhm oder Bruchteilen hiervon liegen, sind also viel kleiner als der Strahlungswiderstand von typischerweise 30 bis 200 mOhm. Man hat somit in den erfindungsgemäßen Antenneneinheiten eine hohe Kreisgüte von 100 bis 1000. Letzteres ist auch im Hinblick auf die Unterdrückung von durch einen nichtliniearen Sendekreis erzeugten Neben- und Oberwellen durch die Antenneneinheit von Vorteil.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 7 erlaubt ein sehr einfaches Herstellen der Antennenarme unter Verwendung der bekannten und preisgünstig durchzuführenden Technologie gedruckter Leiterbahnen. Die Dicke mit konventionellen Techniken erzeugter gedruckter Leiterbahnen ist im Hinblick auf die Antennenwirkung ausreichend, da das Feld bei den hier in Frage stehenden Frequenzen zwischen 200 bis 1 000 MHz in der Praxis in Deutschland von 433,92 MHz nur wenige µm in die Leiterbahn eindringt. Durch entsprechende Bemessung der Breite der Leiterbahn erhält man einen ausreichend kleinen Widerstand der Antennenarme im Bereich von einigen mOhm. Über die Geometrie der Leiterbahn läßt sich auf sehr einfache Weise das Abstrahlverhalten der Antenneneinheit vorgeben. Typischerweise sind für die Funkfernauslesung von Verbrauchszählern lichte Abmessungen der Antennenarm-Leiterbahn im Bereich von 50 x 50 mm ausreichend.

Ein weiterer Vorteil der Ausbildung der Antenneneinheit gemäß Anspruch 7 ist der, daß man auf der die Leiterbahn tragenden Leiterplatte auch zusätzliche weitere elektronische Komponenten anordnen und zusammenschalten, die zum UHF-Sender gehören oder zur Ankopplung der Antenneneinheit an den UHF-Sender (bzw. Empfänger) gehören.

Gemäß Anspruch 8 kann man auch die potentialfreie Ankopplung und impendanzmäßig Anpassung der Antennenarme an den Sender bzw. Empfänger auf einfache Weise realisieren, wobei die Zuordnungsgeometrie zwischen Speiseinduktivität und Antennenarmen fest vorgegeben ist, so daß hier keine Montagefehler auftreten können.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 9 ist im Hinblick auf eine gute magnetische Kopplung zwischen Speiseinduktivität und Antennenarmen von Vorteil.

Die Weiterbildungen der Erfindung gemäß den Ansprüchen 10 und 11 ermöglichen ein einfaches Anpassen der Größe der Speiseinduktivität noch durch den Benutzer.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 12 gestattet es auf einfache Weise, auch den die Enden der Antennenarme verbindenden Kondensator auf der die Antennenarme tragenden Leiterplatte auszubilden. Bezüglich der durch die hohe Dielektrizitätskonstante und den niederen dielektrischen Verlustfaktor des Abschlußkondensators erhaltenen Vorteile der Antenneneinheit wird auf die obigen Ausführungen zum Anspruch 6 Bezug genommen.

Dabei kann man gemäß Anspruch 13 auf besonders einfache Weise und ohne zusätzlich Montagearbeiten und ohne Bohren der Leiterplatte diesen Abschlußkondensator anbringen, während die Variante gemäß Anspruch 14 im Hinblick auf eine besonders sparsame Verwendung des verhältnismäßig teueren Kondensator-Dielektrikums von Vorteil ist. Das Anbringen des im Anspruch 12 näher angegebenen Abschlußkondensators kann auf einfache Weise ähnlich wie bei surface-mounted-Komponenten erfolgen.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 15 gestattet es, über die Lage der Unterbrechungen in der eine Kondensatorplatte bildenden Leiterbahn die Kapazität des Abschluß-Kondensators einfach auch an der fertiggestellten Antenneneinheit einzustellen, z.B. durch mechanisches Ritzen oder Unterbrechen der Leiterbahn unter Verwendung eines Lasers.

Eine Antenneneinheit, wie sie im Anspruch 16 angegeben ist, eignet sich gut in Verbindung mit Geräten, wie z.B. Verbrauchsmessern, die von Hause aus ein zylindrisches Gehäuse haben, z.B. Wasseruhren und dergleichen, und kann sogar selbst eine Umfangswand des Gehäuses des Gerätes bilden.

Bei einer Antenneneinheit gemäß Anspruch 17 hat man eine besonders gute Unabhängigkeit des Sendevermögens bzw. Empfangsvermögens von der Gegenwart oder nicht Gegenwart ausgedehnter metallischer Objekte in der Nachbarschaft der Antenneneinheit.

Durch die gemäß Anspruch 18 vorgesehene metallische Abschirmplatte werden in dem hinter den Antennenarmen liegenden Halbraum definierte Feldverhältnisse geschaffen, die dann durch die Gegenwart weiterer Hindernisse nicht mehr nennenswert modifiziert werden; die Eigenschaften der Abschirmplatte lassen sich schon bei der Auslegung der Antenneneinheit mit berücksichtigen.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 19 ist im Hinblick auf eine nochmals verbesserte Unempfindlichkeit der Antenneneinheit gegenüber Gegenwart oder Nichtgegenwart von dielektrischen Hindernissen von Vorteil.

Das Vorsehen einer solchen weiteren Schirmung kann fertigungstechnisch besonders einfach und besonders preisgünstig gemäß Anspruch 20 erfolgen.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

Figur 1:: ein Blockschaltbild eines Wärmeverbrauchsmeßgerätes mit Funkauslesung des Zählerstandes;
Figur 2:: ein erstes Ausführungsbeispiel für eine Antenneneinheit des Verbrauchsmessers nach Figur 1;
Figur 3:: eine Aufsicht auf die eine Seite einer abgewandelten Antenneneinheit für das Verbrauchsmeßgerät nach Figur 1;
Figur 4:: eine Aufsicht auf die Rückseite der in Figur 3 gezeigten Antenneneinheit;
Figur 5:: eine Teilansicht einer Antenneneinheit, die durch Abwandlung der in Figur 3 gezeigten Antenneneinheit erhalten ist;
Figur 6:: eine teilweise weggebrochene vergrößerte Ansicht eines durch Leiterbahnen gebildeten flachen Abschlußkondensators der Antenneneinheit nach Figur 5;
Figur 7:: eine ähnliche Ansicht wie Figur 5, in welcher eine weiter abgewandelte Antenneneinheit wiedergegeben ist;
Figur 8:: ein erstes Ausführungsbeispiel für eine hülsenförmige Antenneneinheit;
Figur 9:: eine ähnliche Ansicht wie Figur 8, in welcher eine abgewandelte Antenneneinheit gezeigt ist; und
Figur 10:: ein Blockschaltbild eines Verbauchsmessers mit drahtlos umschaltbarer Arbeitscharakteristik.

Bei dem in Figur 1 wiedergegebenen Wärmeverbrauchsmeßgerät mit Funkauslesung des Zählerstandes ist ein Temperaturfühler 10 thermisch an einen Wärmreverbraucher z.B. einen Heizkörper angekoppelt. Das Ausgangssignal des Temperaturfühlers 10 wird über einen Analog-/Digitalwandler 12 auf den einen Eingang eines digitalen Multiplizierkreises 14 gegeben. Der zweite Eingang des Multiplizierkreises 14 erhält das Ausgangssignal eines Festwertspeichers 16, der über eine Buchse 18 mit einer für die Wärmeabgabeleistung des Heizkörpers charakeristischen Zahl beschrieben werden kann. Bei einem Warmwasserzähler kann der zweite Eingang des Muliplizierkreises 14 mit dem Ausgang eines Durchflußmessers 20 verbunden sein, wie gestrichelt angedeutet.

Das Ausgangssignal des Multiplizierkreises 14 gelangt auf einen Integrierkreis 22.

Dessen Ausgang ist mit einer am Gehäuse des Verbrauchsmessers angebrachten Anzeige 24, an welcher der Benutzer den jeweiligen Verbrauch ablesen kann, sowie mit dem einen Eingang eines Zeichenverkettungskreises 26 verbunden. Letzterer setzt den momentan vorliegenden Zählerstand mit in einem Festwertspeicher 28 abgelegten Zeichenketten zusammen, welche die Identifikation der Meßstelle und charakterisische Größen des Wärmeverbrauchsmessers beinhalten. Die zusammengesetzte Zeichenkette, welche, wie gesagt, den aktuellen Zählerstand beinhaltet, wird auf einen Parallel-/Seriell-Umsetzer 30 gegeben.

Durch die an dessen Ausgang erhaltene Zeichenfolge wird ein Modulator 32 gesteuert, dessen Arbeitsfrequenz dem Baudratentakt (in der Praxis 300-19200 Baud) entspricht. Das Ausgangssignal des Modulators 32 steuert die Modulation (AM oder FM) eines UHF-Sendekreis 34, dessen Grundarbeitsfrequenz im Bereich zwischen 200 und 1 000 MHz gewählt ist, in Europa in der Regel bei 433,92 MHz. Dessen Ausgang ist mit der einen Anschlußklemme einer insgesamt mit 36 bezeichneten Antenneneinheit verbunden. Die zweite Anschlußklemme der Antenneneinheit 36 ist mit der bei 38 angedeuteten Masseleitung des Sendekreises 34 verbunden.

Die Antenneneinheit 36 umfaßt eine Speiseinduktivität 40 sowie eine hierzu in Reihe geschaltete vorzugsweise einstellbare Kapazität 42. Der hierdurch gebildete LC-Kreis verbindet die beiden Anschlußklemmen der Antenneneinheit 36. An den auf Massepotential liegenden Anschluß der Antenneneinheit 36 kann ferner der Mittelpunkt zweier in Reihe geschalteter Arminduktivitäten 44, 45 angeschlossen sein, wie gestrichelt angedeutet; vorzugsweise werden die Arminduktivitäten aber gleichspannungsmäßig potentialfrei gehalten. Diese bilden räumlich zwei Antennenarme, welche zusammen einen im wesentlichen geschlossenen Ring bilden.

Unter Ring soll im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung jede in sich geschlossene geometrische Struktur verstanden werden, nicht nur Kreisringe. Ring beinhaltet somit auch geschlossene Polygone wie Rechtecke. Wichtig für die vorliegende Erfindung ist, daß der Antennenarm-Ring nicht vollständig geschlossen ist, vielmehr an einer Stelle, die dem Mittelpunkt der Verbindungsleitung zwischen den Arminduktivitäten 44 gegenüberliegt, eine Unterbrechung vorliegt, die durch eine Abschlußkapazität 46 überbrückt ist.

Auf diese Weise arbeitet die Antenneneinheit 36 als kompakte induktive Antenne, wobei deren Abmessungen erheblich kleiner sind als die Wellenlänge der abgestrahlten elekromagnetischen Wellen (diese liegt bei 433 MHz bei etwa 70 cm). In der Praxis lassen sich mit guten Wirkungsgrad (20 bis 70%) gemäß der vorliegenden Erfindung Antenneneinheiten realisieren, deren Abmessungen im Bereich von einem Zwanzigstel der Wellenlänge oder darunter liegt. Einzelheiten praktischer Ausführungsformen der Antenneneinheit 36 werden weiter unter Bezugnahme auf die Figuren 2 bis 9 beschrieben.

Der Verbrauchsmesser gemäß Figur 1 sendet nur während ausgewählter sehr kurzer Zeitspannen innerhalb eines Tages, um die Belastung der für das Betreiben der logischen Komponenten und Leistungskomponenten benötigten Batterien, die schematisch bei 48 bzw. 50 angedeutet sind, über die Eichdauer des Verbrauchsmessers hinweg aufrechtzuerhalten, was in der Praxis Funktionsfähigkeit über fünf bis zwölf Jahre bedeutet.

Ein statistisch arbeitender Sendezeitgenerator 52 bestimmt stochastisch über den Tag verteilt einige wenige, z.B. vier Sendefenster, deren Dauer in der Praxis etwa 10 ms betragen kann. Einzelheiten eines solchen Sendezeitgenerators sind in der DE 42 25 042 A1 beschrieben, auf welche diesbezüglich in vollem Umfange verwiesen wird.

Zu Beginn eines der stochastisch verteilten Sendefenster aktiviert der Sendezeitgenerator 52 zunächst den Zeichenverkettungskreis, und nach Ablauf einer kurzen Zeitspanne, die für das Zusammensetzen des Zählerstandes und des Inhaltes des Festwertspeichers 28 ausreicht, wird dieses erste, auf einer Steuerleitung 54 bereitgestellte Signal beendet. Anschließend werden der Umsetzer 30, der Modulator 32 und der Sendekreis 34 durch ein auf einer zweiten Steuerleitung 56 abgegebenes Aktivierungssignal für die zum Senden der Gesamtzeichenkette erforderliche Zeit aktiviert (typischerweise 10 ms).

Figur 2 zeigt ein erstes praktisches Ausführungsbeispiel für eine Antenneneinheit 36.

Auf einer Leiterplatte ist eine Kupferhülse 60 angeordnet, die am in der Zeichnung oben liegenden Punkt einen schmalen durchgehenden Schlitz 62 aufweist. Dieser hat in der Praxis eine Breite von Bruchteilen eines Millimeters, z.B. 0,2 mm. In den Schlitz 62 ist ein Isolierstück 64 aus einem Material eingesetzt, welches hohe Dieelektrizitätskonstante bei niederem dielektrischem Verlustfaktor und geringen Temperaturgang seiner dielektrischen Eigenschaften aufweist. In der Praxis kann das Isolierstück z.B. aus einer dünnen Isolierglasscheibe bestehen.

Die Kupferhülse 60 kann in der Praxis einen Durchmesser von 30 mm eine Dicke von 3mm und eine axiale Abmessung von 7 mm haben. Eine solche Kupferhülse kann einfach durch Ablängen eines entsprechenden Kupferrohres hergestellt werden. Der Schlitz 62 kann vor dem Ablängen im Kupferrohr oder nach dem Ablängen in der Kupferhülse angebracht werden. Das aus Glas bestehende Isolierstück 64 ist im Preßsitz zwischen die Wände des Schlitzes 62 eingefügt.

Auf diese Weise bilden die Wände des Schlitzes 62 die Platten, das Isolierstück 64 das Dielektrikum der Abschlußkapazität 46, welche die freien Ende von zwei Antennenarmen 66, 68 überbrückt, wobei die Antennenarme 66, 68 durch die beiden Hälften der Kupferhülse 60 gebildet sind, die sich zu den beiden Seiten des durch den Schlitz 62 verlaufenden Ringdurchmessers befinden.

Der in Figur 2 unterste Punkt der Kupferhülse 60 ist über einen Leiter 70 mit flächenhaften Leiterbahn 72 verbunden, die auf der Rückseite der Leiterplatte 58 vorgesehen ist und geerdet sein kann, aber nicht muß.

Von der flächenhaften Leiterbahn 72 gehen symmetrisch zu beiden Seiten der Ringmittelinie liegend zwei abgeknickte Schirmleiterbahnen 74, 76 sowie eine auf der Mittellinie der Antenneneinheit liegende Schirmleiterbahn 78 aus.

Im in Figur 2 links unten gelegenen Bereich der Leiterplatte 58 ist auf der in Figur 2 hinten liegenden Seite eine gedruckte Kondensatorplatte 80 vorgesehen. Über dieser liegt durch die Leiterplatte 58 getrennt eine weitere Kondensatorplatte 82. Die beiden gedruckten Kondensatorplatten 80, 82 bilden zusammen mit dem zwischen ihnen liegenden Abschnitt der Leiterplatte 58 als Dielektrikum die Kapazität 42.

Die gedruckte Kondensatorplatte 80 steht mit dem einen Ende einer streifenförmigen Leiterbahn 84 in Verbindung, deren zweites Ende mit der Masse-Leiterbahn 72 verbunden ist. Auf diese Weise bildet die Leiterbahn 84 die Speiseinduktivität 40.

Der Anschluß der Antenneneinheit 36 gemäß Figur 2 an den Sendekreis 34 erfolgt somit an der Kondensatorplatte 82 und der Masse-Leiterbahn 72.

Um die Abschlußkapazität 46 noch zusätzlich elektrostatisch zu schirmen, ist am Ende der Schirmleiterbahn 78 ein vergrößerter Kopfabschnitt 86 vorgesehen, welcher die Enden der Antennenarme 66, 68 noch überdeckt.

Zur zusätzlichen kapazitiven Schirmung ist über der Kupferhülse 60 eine weitere Leiterplatte 88 angeordnet, die gleiche Geometrie aufweist wie die Leiterplatte 58, wobei aber die Kondensatorplatte 82 dieser Leiterplatte unverbunden bleibt.

Die so gebildete Sandwichstruktur aus den Leiterplatten 58, der Kupferhülse 60 und der Leiterplatte 88 ist über Distanzhülsen 90 mit einer allseitig überstehenden metallischen Abschirmplatte 72 verbunden. Diese gibt für den rückwärtigen Halbraum der Antenneneinheit 36 definierte Leitfähigkeitsverhältnisse vor, so daß die Sendecharakteristik der Antenneneinheit 36 weitgehend unabhängig davon ist, ob sich im Rückraum der Antenneneinheit 36 metallische Gegenstände befinden, bzw. welche spezielle Geometrie derartige metallische Hindernisse haben.

Bei einer Antenneinheit, wie sie soeben beschrieben wurde beträgt die Änderung der Antennencharakteristik durch einen in einer Entfernung von 10 cm aufgestellten Gegenstand nur weniger als 15%.

Bei der in den Figuren 3 und 4 Antenneneinheit besteht eine Leiterplatte 94 aus einem Material, welches hohe Dielektrizitätskonstante und geringe dielektrische Verluste aufweist. Ein derartiges Plattenmaterial ist z.B. ein Glasfasergewebe, welches in eine entsprechende dielektrische Eigenschaften aufweisende Kunstharzmatrix eingebettet ist. Derartige Spezial-Leiterplattenmaterialien sind im Handel erhältlich.

Die Arminduktivitäten 44 sind durch eine Rechteckkontur aufweisende gedruckte Leiterbahn 96 gebildet, welche dem Rand der Leiterplatte 94 unter kleinem Abstand folgt und in ihrem oberen horizontalen Bahnabschnitt eine Unterbrechung 98 aufweist. Die Mitte des unteren horizontalen Leiterbahnabschnittes ist mit einem Masseanschluß 100 verbunden. Auf diese Weise gibt die Leiterbahn 96 zwei C-förmige Antennenarme 102, 104 vor.

Auf der Rückseite der Leiterplatte 94 ist eine gedruckte streifenförmige Kondensatorplatte 106 vorgesehen, welche mit den oberen freien Schenkeln der Antennenarme 102, 104 fluchtet. Die Kondensatorplatte 106 bildet so zusammen mit den Endabschnitten der Antennenarme 102, 104 und dem dazwischenliegenden Abschnitt der Leiterplatte 94 als Dielektrikum die Abschlußkapazität 46.

Die Größe der Abschlußkapazität 46 kann dadurch eingestellt werden, daß man in der Kondensatorplatte 106 Unterbrechungen 108 vornimmt, z. B durch mechanisches Durchritzen oder lokales Verdampfen unter Einsatz eines Lasers. Vorzugsweise erfolgt das Abstimmen der Abschlußkapazität 46 so, daß die Symmetrie der Abschlußkapazität 46 bezüglich der Mittellinie der Antenneneinheit 36 gewahrt bleibt.

Auf der Rückseite der Leiterplatte 94 ist ferner eine schleifenförmige Leiterbahn 110 vorgesehen, welche die Speiseinduktivität 40 bildet.

Die beiden Anschlußfahnen der Leiterbahn 110 sind unterbrochen und durch einen im Surface Mounting angebrachten Kondensator 112 bzw. einen durch Surface Mounting angebrachten Abgleichwiderstand 114 überbrückt. Der Kondensator 112 entspricht der in Figur 1 mit 42 bezeichneten Kapazität.

Man erkennt, daß eine Antenneneinheit 36, wie sie in den Figuren 3 und 4 gezeigt ist, in großen Stückzahlen preisgünstig hergestellt werden kann.

Durch die Größenrelation zwischen der Leiterbahn 96 und der Leiterbahn 110 läßt sich das Übertragungsverhältnis des durch diese beiden Leiterbahnen gebildeten Transformators auf einfache Weise vorgeben, damit auch die impedanzmäßige Anpassung der durch die Leiterbahnen 96 gebildeten Arminduktivitäten 44 an den Ausgangswiderstand des Sendekreises 34.

Bei dem abgewandelten Ausführungsbeispiel nach Figur 5 ist die Leiterplatte 94 aus normalem Leiterplattenmaterial hergestellt. Auf die Oberseite der freien Endabschnitte der Antennenarme 102, 104 ist ein spezieller flacher Abschlußkondensator 116 aufgelötet, der ebenfalls in Leiterplattentechnik hergestellt ist.

Wie aus Figur 6 ersichtlich, umfaßt der Abschlußkondensator 116 eine Substratplatte 118, die aus einem Material mit hoher Dielektrizitätskonstanten, geringem dielektrischem Verlustfaktor und hoher Temperaturkonstanz der vorgenannten dielektrischen Eigenschaften hergestellt ist. Ein derartiges Material ist unter der Typbezeichnung RO3000 von der Rogers Corp. zu beziehen.

Die Substratplatte 118 trägt auf ihrer Oberseite eine Kondensatorplatte 120, deren Rand allseitig vom Rand der Substratplatte 118 beabstandet ist, um zu vermeiden, daß beim Auflöten des Abschlußkondensators 116 auf die Antennenarme 102, 104 durch überschüssiges Lötzinn ein unbeabsichtigter Kontakt zur Kondensatorplatte 120 entsteht.

Auf der Unterseite ist die Substratplatte 118 mit zwei gedruckten Kondensatorplattensegmenten 122, 124 versehen, wobei der zwischen diesen liegende freie Raum 126 mindestens so groß ist wie die Unterbrechung 98, so daß die magnetischen Eigenschaften der Arminduktivitäten nach wie vor durch die Geometrie der Antennenarme 102, 104 vorgegeben ist.

In Abwandlung des gezeigten Ausführungsbeispieles kann man aber die Kondensatorplattensegmente 122, 124 auch näher aufeinanderzu fortsetzen, so daß dann der freie Raum 126 zugleich auch den effektiven Abstand zwischen den Enden der Antennenarme 102, 104 vorgibt.

Schließlich kann man den Abschlußkondensator 116 auch etwas asymmetrisch auf die Enden der Antennenarme 102, 104 auflöten, so daß der elektrisch wirksame Abstand zwischen den Antennenarmen 102, 104 durch eines der Armenden und eines der Kondensatorplattensegmente vorgegeben ist.

Zum Abgleich des Abschlußkondensators 116 kann man in diesem wieder (vorzugsweise symmetrisch) Unterbrechungen 128 z.B. durch Laserschnitt erzeugen.

Die Ausführungsform der Antenneneinheit 36 gemäß den Figuren 5 und 6 hat den Vorteil, daß man bei weiterhin kompakter Struktur und unter Verwendung der Leiterplattentechnik eine Abschlußkapazität erhält, wobei aber gemäß den Figuren 5 und 6 nur eine geringe Menge des teueren Materiales mit guten dielektrischen Eigenschaften benötigt wird.

Bei der weiter abgewandelten Ausführungsform gemäß Figur 7 ist mit den Enden der Antennenarme 102, 104 ein verlustarmer herkömmlicher Abschlußkondensator 130 verbunden, der z.B. ein Metallpapierkondensator sein kann.

Figur 8 zeigt eine hülsenförmige Antenneneinheit, die von der Grundidee des Aufbaus der Antenneneinheit nach den Figuren 3 und 4 nahekommt. Auf eine Leiterplattenhülse 132, welche aus einem Material mit den schon oben angesprochenen guten dielektrischen Eigenschaften besteht, ist eine außenliegende Leiterbahn 134 mit einer Unterbrechung 136 sowie einen innenliegende Leiterbahn 138 aufgebracht.

Die Leiterbahn 134 wird an dem der Unterbrechung 136 gegenüberliegenden Ende mit einer Masseleitung verbunden und stellt wieder Antennenarme 140, 142 bereit, während die innenliegende Leiterbahn 138 zusammen mit den Antennenarmen 140, 142 eine Abschlußkapazität bildet, deren Umfangserstreckung durch Unterbrechungen 144 vorgegeben sind, deren Lage je nach Bedarf gewählt wird.

Das in Figur 9 gezeigte Ausführungsbeispiel für eine hülsenförmige Antenneneinheit erhält man ausgehend vom Ausführungsbeispiel nach Figur 8 dadurch, daß man die innenliegende Leiterbahn 138 wegläßt und über den Enden der Antennenarme 140, 142 einen Abschlußkondensator 116 auflötet, wie er unter Bezugnahme auf Figur 6 oben stehend im einzelnen beschrieben wurde.

In Abwandlung des Ausführungsbeispieles nach Figur 9 kann man die Leiterbahn 134 und den Abschlußkondensator 116 auch auf der Innenseite der Leiterplattenhülse 132 vorsehen, sodaß die Außenseite der letzteren von elektrischen elementen frei ist. Eine solche Antenneneinheit kann dann zugleich die mechanischen einer Umfangswand eines zylindrischen Gehäuses übernehme, z.B. einer Wasseruhr.

Schließlich kann man bei den Antenneneinheiten nach den Figuren 8 und 9 auch eine gedruckte Speiseinduktivität auf der Leiterplattenhülse vorsehen, wie oben für ebene Leiterplatten unter Bezugnahme auf die Figuren 3 und 4 beschrieben.

Figur 10 zeigt einen durch Funk auslesbaren Verbrauchsmesser mit ferneinstellbarer Arbeitscharakteristik, z.B. einen Stromzähler mit umschaltbaren Tarifen.

Ein Fühler 146 gibt ein der momentan vom Verbraucher aufgenommenen Leistung entsprechendes Zählsignal auf einen Verbrauchskosten-Rechenkreis 148. Das Zählsignal kann z.B. eine Impulsfolge sein, die man durch Auslesen von Marken erhält, die auf der Wirbelstrom-Meßscheibe des Leistungsmessers vorgesehen sind.

Beim betrachteten Ausführungsbeispiel arbeitet der Rechenkreis z.B. so, daß er für jeden erhaltenen Zählimpuls eine in einem Festwertspeicher 150 abgelegte Zahl, welche den einem Zählimpuls entsprechenden Strom-Elementarverbrauch angibt (charakteristische Eichgröße des digital arbeitenden Fühlers 146), mit einem dem Preis des Elementarverbrauches zugeordneten Kostensignal multipliziert, welches ihm auf einer Leitung 152 überstellt wird.

Das so erhaltenene Produktsignal wird zum Inhalt eines Kostenspeichers 154 hinzuaddiert. Das in diesem stehende Kostensignal wird in stochastischen Abständen drahtlos an eine zentrale Abrechnungseinheit übermittelt, ähnlich wie obenstehend schon unter Bezugnahme auf die Figur 1 beschrieben. Die Signalumsetzung, die in Figur 10 nicht im einzelnen dargestellt ist, erfolgt durch einen Umsetzkreis 156, der einen UHF-Sendekreis 158 steuert, der über eine Sende/Empfangsweiche 160 mit einer Antenneneinheit 36 verbunden ist, die der nach den Figuren 3 und 4 ähnelt.

Bei der Antenneinheit nach Figur 10 ist die Leiterbahn 110 ähnlich einer Sprossenleiter ausgebildet und hat Holmbahnen 162, 164 und diese verbindende Sprossenbahnen 166. Letztere können mit vorbereiteten Unterbrechungsstellen 168 versehen sein, in Abwandlung stattdessen oder zusätzlich die Holmbahnen.

Dadurch, daß man eine oder mehrere der Unterbrechungsstellen 168 durchkratzt, kann man die effektive Fläche der durch die Leiterbahn 110 gebildeten Speiseinduktivität abändern.

Bleiben hierbei mehrere Sprossenbahnen 166 stehen, so entspricht die effektive Fläche der Speiseinduktivität der gemittelten Sprossenlage. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist nur die oberste der Sprossenbahnen unterbrochen, sodaß die effektive Fläche der Speiseinduktivität der entspricht, die man mit einer Sprossenbahn erhielte, die zwischen der mittleren und der unteren Sprossenbahn liegt.

Ein Empfangsausgang der Sende/Empfangsweiche 160 ist mit dem Eingang eines Demodulators 170 verbunden. Der von diesem abgegeben Bitstrom wird von einem Umsetzer 172 wieder in Parallel-Format zurückgebracht. Das so erhaltene digitale Signal, das im vorliegenden Falle dem momentan geltenden Tarif (Preis pro Elementarverbrauch) entspricht, wird auf der Leitung 152 bereitgestellt.

Momentan geltender Tarif und aufgelaufene Verbrauchskosten werden auf einer Anzeige 174 dem Benutzer mitgeteilt.

Bei dem oben beschriebenen Verbrauchsmesser, werden der zentralen Ablese- und Abrechnungseinheit nur die vom Verbraucher zu entrichtenden Kosten übermittelt. Diese sind auch dem Verbraucher bekannt, sodaß im Prinzip die Übersendung einer Rechnung an den Verbraucher entfallen kann.

In Abwandlung des Ausführungsbeispieles nach Figur 10 kann man an den Verbrauchsmesser drahtlos Zählwerk-Umsteuer-Befehle übermitteln, die den Rechenkreis 148 veranlassen, je nach drahtlos erhaltenem Befehl die Verbrauchszählung in einem bestimmten einer Mehrzahl von Verbrauchsspeichern fortzuschreiben, die anstelle des Kostenspeichers 154 vorgesehen sind. Zur Abrechnung werden dann die Zählerstände der verschiedenen Verbrauchsspeicher an die zentrale Ablese- und Abrechnungseinheit übermittelt.

Man erkennt, daß ein durch Funk ausgelesener und durch Funk gesteuerter Verbrauchsmesser eine sehr variable Verbrauchsabrechung auch unter Anwendung einer größeren Anzahl von Tarifen ermöglicht.

Gemäß dem an Hand von Figur 10 beschriebenen Prinzip lassen sich auch andere Aufgaben lösen, z.B. das Betreiben einer Vielzahl von Meßstellen mit ferneinstellbarer Empfindlichkeit, das Fernbetätigen von Aktoren in Abhängigkeit von Ausgangssignale von diesen räumlich benachbarten Sensoren usw..

In all den genannten Fällen sind das gute, von zufälligen Hindernissen unabhängige Arbeitsverhalten und die geringen Verluste einer Antenneneinheit von Vorteil, wie sie oben beschrieben wurde.

Claims

Antenneneinheit, insbesondere zur Verwendung bei der Funkfernauslesung von Verbrauchsmessern, mit einem Antennenelement in Form eines geschlitzten Ringes aus Nichteisenmetall, der elektrisch leitend mit einer der Anschlußklemmen der Antenneneinheit verbunden ist, während ein zweiter Punkt des geschlitzten Ringes wechselstrommäßig mit der zweiten Anschlußklemme der Antenneneinheit verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Punkt des geschlitzten Ringes bei der Ringmitte liegt, so daß durch ihn zwei Antennenarme (44, 45; 66, 68; 102, 104; 140, 142) gebildet werden, deren Fußabschnitte mit der einen Anschlußklemme der Antenneneinheit verbunden sind; und daß die freien Enden der Antennenarme (44, 45; 66, 68; 102, 104; 140, 142) über eine Abschlußkapazität (46) mit niederen dielektrischen Verlusten gekoppelt sind, derart, daß die Güte des durch die Antennenarme und die Abschlußkapazität gebildeten Resonanzkreises über 100 liegt.
Antenneneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Anschlußklemme über eine magnetisch mit den Antennenarmen gekoppelte Speiseinduktivität (40) mit der ersten Anschlußklemme verbunden ist.
Antenneneinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe zur Speiseinduktivität (40) eine Kapazität (42) geschaltet ist.
Antenneneinheit nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe zur Speiseinduktivität (40) ein ohmschen Abgleichwiderstand (114) geschaltet ist.
Antenneneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenarme (66, 68) durch einen geschlitzen Ring (60) gebildet sind und die einander unter kleinem Abstand gegenüberliegenden Schlitzflächen die Platten der Abschlußkapazität (46) bilden.
Antenneneinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz (62) eine Dicke von größenordnungsmäßig 0,1 bis 1,0 mm, vorzugsweise 0,2 bis 0,5 mm aufweist und der Zwischenraum zwischen den Schlitzwänden durch ein Materialvolumen ausgefüllt ist, dessen Dielektrizitätskonstante zwischen etwa 2 und etwa 10 liegt und dessen dielektrischer Verlustfaktor kleiner ist als 0,002, wobei die vorgenannten dielektrischen Eigenschaften vorzugsweise nur kleinen Temperaturgang aufweisen.
Antenneneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenarme durch gedruckte Leiterbahnen (102, 104; 140, 142) gebildet sind.
Antenneneinheit nach Anspruch 7 in Verbindung mit Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Speiseinduktivität (40) durch eine gedruckte Leiterbahn (84; 110) gebildet ist.
Antenneneinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die die Speiseinduktivität (40) bildende Leiterbahn (84; 110) im Inneren derjenigen Fläche liegt, welche durch die die Antennenarme bildende Leiterbahn (102, 104; 140, 142) begrenzt ist.
Antenneneinheit nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbahn (110) eine Mehrzahl von Schleifen (162, 164, 166) aufweist, die wahlweise aktivierbar sind.
Antenneneinheit nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet daß die Leiterbahn (110) ähnlich einer Sprossenleiter ausgebildet ist und zwei beabstandete Holmbahnen (162, 164) und diese verbindende Sprossenbahnen (166) aufweist.
Antenneneinheit nach einem der Ansprüche 7 bis 11, gekennzeichnet durch eine gedruckte Kondensatorplatte (106; 120; 138), welche die freien Endabschnitte der Antennenarme (102, 104; 140, 142) unter Zwischenschaltung einer Isolierschicht (94; 118). überdeckt, deren Dicke zwischen 0,1 und 1 mm liegt, vorzugsweise etwa 0,3 mm beträgt, deren Dielektrizitätskonstante zwischen etwa 2 und etwa 10 liegt und deren dielektrischer Verlustfaktor kleiner als 0,002 ist, wobei die letztgenannten dielektrischen Eigenschaften vorzugsweise geringen Temperaturgang aufweisen.
Antenneneinheit nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht durch eine Leiterplatte (94) gebildet ist, auf welcher die die Antennenarme bildenden Leiterbahnen (102, 104) angebracht sind, und daß die Kondensatorplatte (106) eine weitere gedruckte Leiterbahn ist, welche auf der Leiterplatte (94) auf der den Antennenarmen (102, 104) gegenüberliegenden Seite angeordnet ist.
Antenneneinheit nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht eine gesonderte Substratplatte (118) ist und auf der den Antennenarmen (102, 104) zugewandten Seite liegend beabstandete Kondensatorplattensegmente (122, 124) aufweist, welche die Endabschnitte der Antennenarme (102, 104) zumindest teilweise überdecken, und daß auf der von den Antennenarmen abliegenden Seite der Substratplatte (118) die gedruckte Kondensatorplatte (120) vorgesehen ist, welche beide Kondensatorplattensegmente (122, 124) überdeckt.
Antenneneinheit nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die gedruckte Kondensatorplatte (106; 120) mindestens eine, vorzugsweise zwei zu ihrer Mitte symmetrische Unterbrechungen (108; 128) aufweist.
Antenneneinheit nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte (132) ein hülsenförmiges Teil ist und die Antennenarme (140, 142) durch eine auf einer Umfangsfläche der Hülse aufgebrachte eine Unterbrechung (136) aufweisende Leiterbahn (134) gebildet sind.
Antenneneinheit nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die gedruckte Kondensatorplatte (120) allseitig von Rändern der Isolierschicht (118) beabstandet ist.
Antenneneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß unter Abstand hinter den Antennenarmen (66, 68; 102, 104; 140, 142) eine metallische Abschirmplatte (92) vorgesehen ist, welche größer ist als die lichte Kontur der Antennenarme, wobei der genannte Abstand vorzugsweise zwischen 5 und 20 mm, wiederum vorzugsweise etwa 10 mm beträgt.
Antenneneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 18, gekennzeichnet durch eine Schirmung (74 bis 78) für die Abschlußkapazität (46).
Antenneneinheit nach Anspruch 19 in Verbindung mit Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schirmung für die Abschlußkapazität (46) durch weitere gedruckte Leiterbahnen (74, 76, 78, 86) gebildet ist.