EP2165386A1 - Anlage - Google Patents

Anlage

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Publication number
EP2165386A1
EP2165386A1 EP08758751A EP08758751A EP2165386A1 EP 2165386 A1 EP2165386 A1 EP 2165386A1 EP 08758751 A EP08758751 A EP 08758751A EP 08758751 A EP08758751 A EP 08758751A EP 2165386 A1 EP2165386 A1 EP 2165386A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
antenna part
near field
leaky waveguide
antenna
characteristic impedance
Prior art date
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Granted
Application number
EP08758751A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2165386B1 (de
Inventor
Claus SCHÖPFER
Kurt Blau
Ulrich Stockenberger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Original Assignee
SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SEW Eurodrive GmbH and Co KG filed Critical SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Publication of EP2165386A1 publication Critical patent/EP2165386A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2165386B1 publication Critical patent/EP2165386B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/27—Adaptation for use in or on movable bodies
    • H01Q1/32—Adaptation for use in or on road or rail vehicles
    • H01Q1/3208—Adaptation for use in or on road or rail vehicles characterised by the application wherein the antenna is used
    • H01Q1/3225—Cooperation with the rails or the road
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/20—Non-resonant leaky-waveguide or transmission-line antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/203—Leaky coaxial lines

Definitions

  • the invention relates to a system.
  • the invention is therefore based on the object to form a system with improved data exchange.
  • controller and the carriage are provided for data exchange
  • the antenna part is provided in the near field of the electromagnetic radiation emerging from the leaky waveguide and, in particular together with a matching network connected to the antenna part, is adapted to a corresponding characteristic impedance.
  • other devices in this way can be arranged in the near field and connected to the data exchange. They are not necessarily movable, as the aforementioned car. Preferably, they are executed as clients of a master client system.
  • the advantage here is that electromagnetic radio waves that are emitted by other transmitters and arrive as a far field in the region of the antenna part generate such a large signal level that the reception of the leaking from the leaky waveguide radiation caused signal level is disturbed.
  • the signals of these far-field transmitters are suppressed by the adaptation of the antenna to the near field and thus after passing through the matching network with antenna part and in particular additional filter much smaller than the signal which is associated with emerging from the leaky waveguide in the near field radiation. Jammers are so toned down.
  • the leaky waveguide generates a weak field in relation to a radio frequency antenna. Only by mismatching the far field of a jammer and adapting it to the near field of the leaky waveguide does the desired signal have a higher level than the jamming signal. Of course, there are also positions of the truck where the jammers are so far away that their signal level due to the distance is less than the signal level immediately at the leaky wave.
  • the invention allows in any case very small distances to the jammer and jammer with high transmission power, as long as the antenna part is in the far field of this jammer. The closer the antenna part on the leaky waveguide and the more the associated characteristic impedance deviates from the characteristic impedance of the electromagnetic waves propagating in the surrounding medium, the greater the signal-level separation, and thus the better the signals can be correspondingly suppressed.
  • Near field is understood to mean a distance between transmitter and receiver of approximately one wavelength. For larger distances far field exists.
  • the advantage here is that even at more than 2% or even 10% a significant attenuation of the jammer radiation can be achieved.
  • the surrounding medium is air and / or the natural characteristic impedance is substantially 377 ohms.
  • this characteristic impedance for the propagation of waves in air has a fixed value and thus the antenna part is tuned such that the corresponding tuned value deviates as much as possible from this natural value.
  • the antenna part with matching network continues to be adjusted with its resonance frequency essentially to the frequency of the radiation emerging from the leaky waveguide.
  • the characteristic impedance is less than 350 ohms, in particular less than 320 ohms, or more than 400 ohms, in particular more than 420 ohms.
  • the advantage here is that in this dimensioning good results of the suppression can be achieved.
  • the indicated values indicate the range of values which is advantageous for the invention and for achieving a good signal-to-noise ratio, air at atmospheric pressure being provided as the ambient medium.
  • the corresponding distances to the natural characteristic impedance of the far field should be provided.
  • the matching network is connected to a filter for suppressing signals which are transmitted by interfering transmitters as the far field and are received in addition to the useful signal.
  • the corresponding characteristic impedance is selected in such a way and the filter is designed in such a way that the output of the antenna part, the matching network and the circuit part comprising the filter projects the useful signal originating from the leaky waveguide as the only signal over the noise.
  • the carriage in particular comprising its drive and an electronic circuit, comprises a secondary coil which is inductively coupled to a laid in the system primary conductor system in which a medium-frequency current, in particular with a frequency between 10 and 100 kHz, impressed wherein the secondary coil is connected in parallel or in series with a capacitor such that the associated resonant frequency substantially corresponds to the frequency of the medium-frequency current.
  • a medium-frequency current in particular with a frequency between 10 and 100 kHz
  • the secondary coil is connected in parallel or in series with a capacitor such that the associated resonant frequency substantially corresponds to the frequency of the medium-frequency current.
  • the frequency of the data transmission is chosen much higher than the middle frequency of the Primary current.
  • the resonant transmission of an enormous power for example, of 300 watts, 1 kW and more transferable.
  • even higher-frequency current components can be modulated onto the primary current, which can be used by means of the secondary coil as a receiving means for data transmission. In this case, however, advantageously only frequencies below 1 or 10 MHz are used, which is too low
  • Data transfer rates leads.
  • the modulated data can be used, for example, for security-related information.
  • a redundant data transmission system can be produced. If, therefore, the leaky-waveguide-caused data transmission becomes faulty, data transmission for safety-related functions can be executed by modulation in an emergency.
  • even a constant transmission of check digits or check bits by modulating is executable.
  • the electromagnetic radiation used for data exchange has a higher, in particular at least ten times or a hundred times higher, frequency than the center frequency.
  • the advantage here is that the mutual influence is reduced.
  • the antenna part with associated matching network is adapted to the characteristic impedance of the near field of the radiating leaky waveguide, in particular coaxial with recesses in the conductor direction, and / or a mismatch is provided to the far field of the jammer.
  • the advantage here is that an increase in the signal level difference between the near field and the far field is possible.
  • the carriage comprises transmitting and receiving means for data exchange with stationary provided transmitters, in particular jammers.
  • the advantage here is that a data exchange at entry or stay in predefinable areas of the system is executable.
  • the antenna part with connected matching network is better adapted to the emerging from the leaky waveguide near field as to the emerging from the transmitting means near field.
  • the antenna part with associated matching network is better adapted to the characteristic impedance of the near field of the radiating leaky waveguide than to the emerging from the transmitters near field, ie in particular the resistance of the antenna part including matching network a smaller difference to the characteristic impedance of emerging from the leaky waveguide near field as to that from the Sending means has exiting near field.
  • the antenna part has an antenna rod which is laid parallel to a metal surface, in particular metal foil or sheet metal, in particular just laid metal foil or flat sheet metal of the antenna part,
  • the metal surface has a greater length extension than the antenna rod, in particular in the bar direction.
  • the antenna part is arranged such that the antenna rod is arranged between the metal surface and the leaky waveguide.
  • the wavelength to which the antenna part is tuned is greater than
  • a part of the electronic circuit is shown, which is provided on a carriage.
  • an antenna part 1 is mounted on the car, which is moved along a stationarily laid in the plant leaking waveguide.
  • Radio waves used in information transmission are provided in such a frequency range and the antenna part has such a small distance from the leaky waveguide that the wave field propagation between the leaky waveguide and the antenna part substantially outweighs the near field region.
  • a coaxial cable which has recesses provided in the cable direction, so that a part of the electromagnetic radiation provided in the coaxial cable emerges into the environment of the cable.
  • the reverse case so the radiation of radiation into the cable interior is provided.
  • the recesses are provided as a slot in the cable direction or as a cable direction regularly or irregularly arranged small slots or openings.
  • the antenna member 1 comprises the antenna and optionally associated components.
  • a capacitor connected to an antenna wire or components for forming an active antenna 2 is included in the antenna part.
  • the output signal of the antenna part 1 is fed to a matching element 2.
  • the internal resistances of the antenna member are adaptable to the subsequent circuit parts.
  • the adjusting element is designed such that it adapts the antenna-side characteristic impedance to a coaxial cable, for example, 50 ohms assigned to its output side.
  • an attenuator 3 is provided, which is provided for damping the signals originating from sources of interference.
  • the useful signal is attenuated.
  • the associated level is higher and also exceeds the attenuation of the noise level in which the jammer levels are pressed.
  • the subsequent signal electronics 4 an undisturbed and thus error-free or at least little error-prone signal can be fed.
  • Antenna part and adapter are inventively designed and dimensioned such that the signal transmission is adjusted and adapted to near field transmission.
  • the antenna part with matching element would have been adapted to a characteristic impedance of 377 ohms. In the invention, the value deviates greatly.
  • the antenna part with adapter is adapted to the near field and thus adapted to a characteristic impedance, which deviates more than 10 ohms from the value of 377 ohms.
  • the signals of the interfering transmitter are even suppressed such that they fall into the noise.
  • the only useful signal that can be detected is the signal leaving the leaky waveguide. The better the adaptation of the antenna to the near field of the electromagnetic radiation emerging from the leaky waveguide, the better the signal-to-noise ratio can be predicted.
  • WLAN transmitters or other transmitting devices which transmit in the same frequency band or in nearby frequency bands as the electromagnetic radiation emerging from the leaky waveguide occur as jamming transmitters.
  • the jammers are also useful in further embodiments of the present invention to transmit data to a receiver in a local area around the respective jammer.
  • receivers devices which are stationary in the machine or system
  • receivers Also devices usable which are mitbewegbar on the car.
  • an additional data stream is exchangeable and thus the data transmission rate can be increased or data exchange between components executable, which is necessary only in this area.
  • data is exchanged which contains travel commands for the carriage in the data stream transmitted by the leaky waveguide and position information of the carriage in the data flow received by the leaky waveguide.
  • a traveling controller is then supplied with a large data stream from the jammer to control or regulate a complex movement of axes in real time or to load new software for maintenance, for example.
  • ambient media other than air are used.
  • the corresponding value for the respective medium is used. Accordingly, then the adaptation of the antenna part 1 is carried out with a correspondingly large distance to this value.
  • fitting member, attenuator and optionally components of the antenna part is not arranged one behind the other according to Figure 1 but in a different order and / or mixed.
  • the carriage belongs to a rail-mounted driverless floor transport system or a monorail conveyor. But other rail-bound or railless system are providable by means of the invention.
  • the carriage carries more transmitting means, but which are provided for data exchange with stationary receiving means.
  • the antenna part with associated matching network is better adapted to the characteristic impedance of the near field of the radiating leaky waveguide as to the emerging from the transmitting means near field, in particular so the resistance of the antenna part including matching network has a smaller difference to the characteristic impedance of the emerging from the leaky waveguide near field as emerging from the transmitting means near field.
  • the data transmission by means of a leaky waveguide can be carried out with wavelengths between 1 and 100 cm, preferably in the range of 10 cm, in particular between 2 and 4 GHz.
  • FIG. 2 a shows a specific exemplary embodiment of a near field antenna part according to the invention, wherein a housing bottom part 20 is made of an electrically insulating material, such as plastic, with fastening tabs 21 and can be closed with a cover 25, as shown in FIG.
  • a housing bottom part 20 is made of an electrically insulating material, such as plastic, with fastening tabs 21 and can be closed with a cover 25, as shown in FIG.
  • an antenna rod 23 which is aligned parallel to the plane of the housing bottom, wherein on the housing bottom a metal foil 22 is arranged.
  • the leaky waveguide 24 is arranged substantially parallel to the antenna rod.
  • an electrical terminal 26 is attached to which a coaxial cable is connectable, in particular with the coaxial connector part is screwed, whose center conductor is electrically connected to the antenna rod 23 and whose outer conductor is electrically connected to the metal foil 22.
  • the geometric dimensioning of the antenna rod 23 and the metal foil 22 is designed such that the antenna is tuned to the near field.

Landscapes

  • Near-Field Transmission Systems (AREA)
  • Waveguide Aerials (AREA)

Abstract

Anlage, umfassend einen Fahrwagen und eine stationär angeordnete Steuerung, wobei die Steuerung und der Fahrwagen zum Datenaustausch verbunden sind, wobei der Fahrwagen mit einem von ihm umfassten Antennenteil (1) entlang eines in der Anlage verlegten Leckwellenleiter bewegbar ist, wobei das Antennenteil (1) im Nahfeld der aus dem Leckwellenleiter austretenden elektromagnetischen Strahlung vorgesehen ist und, insbesondere samt eines mit dem Antennenteil verbundenen Anpassnetzwerks (2), auf einen entsprechenden Wellenwiderstand angepasst ist.

Description

Anlage
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft eine Anlage.
Aus der DE 44 46 779 ist eine Anlage zur berührungslosen Energieübertragung bekannt, bei der ein Leckwellenleiter entlang der Primärleiter verlegt ist und auf diese Weise eine hochfrequenter Datenaustausch ermöglicht ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anlage mit verbessertem Datenaustausch auszubilden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei der Anlage nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
Wichtige Merkmale der Erfindung bei der Anlage sind, dass sie einen Fahrwagen und eine stationär angeordnete Steuerung umfasst,
wobei die Steuerung und der Fahrwagen zum Datenaustausch vorgesehen sind,
wobei der Fahrwagen mit einem von ihm umfassten Antennenteil entlang eines in der Anlage verlegten Leckwellenleiter bewegbar ist,
wobei das Antennenteil im Nahfeld der aus dem Leckwellenleiter austretenden elektromagnetischen Strahlung vorgesehen ist und, insbesondere samt eines mit dem Antennenteil verbundenen Anpassnetzwerks, auf einen entsprechenden Wellenwiderstand angepasst ist.
Statt des Fahrwagens oder zusätzlich sind auch andere Vorrichtungen in dieser Weise im Nahfeld anordenbar und zum Datenaustausch verbindbar. Dabei sind sie nicht notwendigerweise verfahrbar, wie der vorgenannte Wagen. Vorzugsweise sind sie als Client eines Master-Client-Systems ausgeführt. Von Vorteil ist dabei, dass elektromagnetische Funkwellen, die von anderen Sendern ausgesendet werden und als Fernfeld im Bereich des Antennenteils ankommen derart große Signalpegel erzeugen, dass der Empfang von der der aus dem Leckwellenleiter austretenden Strahlung bewirkten Signalpegel gestört ist. Die Signale dieser Fernfeld-Sender sind allerdings durch die Anpassung der Antenne auf das Nahfeld unterdrückt und somit nach Durchlauf des Anpassnetzwerks mit Antennenteil und insbesondere zusätzlichem Filter viel kleiner als das Signal, welches von der aus dem Leckwellenleiter im Nahfeld austretenden Strahlung zugeordnet ist. Störsender sind also abgeschwächt. Der Leckwellenleiter erzeugt in Relation zu einer Freifunkantenne ein schwaches Feld. Nur durch Fehlanpassung an das Fernfeld eines Störsenders und durch Anpassung an das Nahfeld des Leckwellenleiters hat das gewünschte Signal einen höheren Pegel als das Störsignal. Selbstverständlich gibt es auch Positionen des Fahrwagens, wo die Störsender so weit weg sind, dass ihr Signalpegel aufgrund der Entfernung geringer ist als der Signalpegel unmittelbar an der Leckwelle. Die Erfindung erlaubt aber auf jeden fall sehr geringe Entfernungen zum Störsender und Störsender mit hoher Sendeleistung, solange sich das Antennenteil im Fernfeld dieser Störsender befindet. Je näher das Antennenteil am Leckwellenleiter und je mehr der zugehörige Wellenwiderstand abweicht vom Wellenwiderstand der sich im Umgebungsmedium ausbreitenden elektromagnetischen Wellen desto größer ist der Signalpegelabstand und somit desto besser sind die Signale entsprechend unterdrückbar.
Unter Nahfeld wird ein Abstand zwischen Sender und Empfänger von etwa einer Wellenlänge verstanden. Bei größeren Abständen liegt Fernfeld vor.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung unterscheidet sich der entsprechende
Wellenwiderstand um mehr als 2 %, insbesondere mehr als 10 %, von demjenigen naturgemäßen Wellenwiderstand, welcher zur Ausbreitung der elektromagnetischen Wellen in dem den Leckwellenleiter umgebenden Medium im Fernfeld gehört. Von Vorteil ist dabei, dass schon bei mehr als 2% oder auch 10% eine deutliche Abschwächung der Störsender- Strahlung erreichbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das umgebende Medium Luft ist und/oder beträgt der naturgemäße Wellenwiderstand im Wesentlichen 377 Ohm. Von Vorteil ist dabei, dass dieser Wellenwiderstand für die Ausbreitung von Wellen in Luft einen festen Wert hat und somit das Antennenteil derart abzustimmen ist, dass der entsprechende abgestimmte Wert von diesem naturgemäßen Wert möglichst stark abweicht. Selbstverständlich bleibt das Antennenteil mit Anpassnetzwerk weiterhin mit seiner Resonanzfrequenz im Wesentlichen auf die Frequenz der aus dem Leckwellenleiter austretenden Strahlung angepasst.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung beträgt der Wellenwiderstand weniger als 350 Ohm, insbesondere weniger als 320 Ohm, oder mehr als 400 Ohm, insbesondere mehr als 420 Ohm. Von Vorteil ist dabei, dass bei dieser Dimensionierung gute Ergebnisse der Unterdrückung erzielbar sind. Dabei zeigen die angegebenen Werte den für die Erfindung und Erzielung eines guten Störabstandes vorteilhaften Bereich an Werten an, wobei als Umgebungsmedium Luft mit Normaldruck vorgesehen ist. Bei Verwendung anderer Umgebungsmedien für die Ausbreitung der elektromagnetischen Strahlung sind die entsprechenden Abstände zum naturgemäßen Wellenwiderstand des Fernfeldes vorzusehen.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Anpassnetzwerk mit einem Filter zur Unterdrückung von Signalen verbunden, welche von störenden Sendern als Fernfeld gesendet werden und zusätzlich zum Nutzsignal empfangen werden. Insbesondere ist der entsprechende Wellenwiderstand derart gewählt und das Filter ist derart ausgelegt, dass am Ausgang das Antennenteil, das Anpassnetzwerk und das Filter umfassenden Schaltungsteils das vom Leckwellenleiter stammende Nutzsignal als einziges Signal das Rauschen überragt. Von Vorteil ist dabei, dass in einfacher Weise nur das Nutzsignal herausfilterbar ist. Denn die Störsendesignale liegen auf diese Weise im Bereich des Rauschens und sind somit zusammen mit diesem mittels des Filters unterdrückbar.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der Fahrwagen, insbesondere umfassend seinem Antrieb und einer elektronischen Schaltung, eine Sekundärspule, die induktiv gekoppelt ist an ein in der Anlage verlegtes Primärleitersystem, in das ein mittelfrequenter Strom, insbesondere mit einer Frequenz zwischen 10 und 100 kHz, eingeprägt ist, wobei die Sekundärspule mit einem Kondensator derart parallel oder in Reihe beschaltet ist, dass die zugehörige Resonanzfrequenz im Wesentlichen der Frequenz des mittelfrequenten Stromes entspricht. Von Vorteil ist dabei, dass zwar große Ströme als Primärstrom erlaubt sind, beispielsweise mehr als 1 , 10 oder 100 Ampere, und nur ein geringer Abstand eingehalten werden muss vom Leckwellenleiter und Antennenteil. Aber trotzdem ist keine wesentliche Störung der Datenübertragung des Leckwellenleiters zum Antennenteil vorhanden. Denn die Frequenz der Datenübertragung ist viel höher gewählt als die Mittelfrequenz des Primärstromes. Außerdem ist durch die resonante Übertragung eine enorme Leistung, beispielsweise von 300 Watt, 1 kW und mehr übertragbar. In Weiterbildung lassen sich sogar auf den Primärstrom höher frequente Stromanteile aufmodulieren, die mittels der Sekundärspule als Empfangsmittel zur Datenübertragung nutzbar ist. Hierbei werden aber vorteiligerweise nur Frequenzen unter 1 oder 10 MHz verwendet, was zu geringen
Datenübertragungsraten führt. Wenn also die Datenübertragung mittels Leckwellenleiter in den Bereich von Mikrowellen oder Zentimeterwellen mit einer Wellenlänge zwischen 1 und 100 cm gelegt wird, ist auch hierbei keine Störung der Leistungsübertragung oder Datenübertragung vorhanden. Die aufmodulierten Daten lassen sich beispielsweise für Sicherheitsbezogene Informationen verwenden. Somit ist ein redundantes Datenübertragungssystem herstellbar. Wenn also die Leckwellenleiter bewirkte Datenübertragung fehlerhaft wird, wird im Notfall eine Datenübertragung für sicherheitsgerichtete Funktionen per Aufmodulation ausführbar. In Weiterbildung ist sogar ein ständiges Übertragen von Prüfziffern oder Prüfbits per Aufmodulation ausführbar. Somit ist eine kontinuierliche Kontrolle des Datenstromes des Leckwellenleiters ausführbar und eine zusammenbrechen oder eine Fehlfunktion der vom Leckwelleleiter bewirkten Datenübertragung feststellbar.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die zum Datenaustausch verwendete elektromagnetische Strahlung eine höhere, insbesondere mindestens zehnmal oder hundertmal höhere, Frequenz auf als die Mittelfrequenz. Von Vorteil ist dabei, dass die gegenseitige Beeinflussung verringert ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Antennenteil mit zugehörigem Anpassnetzwerk an den Wellenwiderstand des Nahfeldes des strahlenden Leckwellenleiters, insbesondere Koaxialleiter mit Ausnehmungen in Leiterrichtung, angepasst und/oder es ist eine Fehlanpassung an das Fernfeld der Störsender vorgesehen. Von Vorteil ist dabei, dass eine Erhöhung der Signalpegeldifferenz zwischen dem Nahfeld und dem Fernfeld ermöglicht ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der Fahrwagen Sende- und Empfangsmittel zum Datenaustausch mit stationär vorgesehenen Sendern, insbesondere Störsendern. Von Vorteil ist dabei, dass ein Datenaustausch bei Eintritt oder Aufenthalt in vorgebbaren Bereichen der Anlage ausführbar ist. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Antennenteil im Nahfeld, also im Abstand einer Wellenlänge entfernt, von den Sende- und Empfangsmittel angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass trotz der nahen Anordnung keine störende Beeinflussung auftritt.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Antennenteil mit verbundenem Anpassnetzwerk besser angepasst an das aus dem Leckwellenleiter austretende Nahfeld als an das aus den Sendemitteln austretende Nahfeld. Insbesondere ist das Antennenteil mit zugehörigem Anpassnetzwerk an den Wellenwiderstand des Nahfeldes des strahlenden Leckwellenleiters besser angepasst als an das aus den Sendemitteln austretende Nahfeld, insbesondere also der Widerstandswert des Antennenteils samt Anpassnetzwerk eine kleinere Differenz zum Wellenwiderstand des aus dem Leckwellenleiter austretenden Nahfeldes als zu dem aus den Sendemitteln austretenden Nahfeld aufweist. Von Vorteil ist dabei, dass eine Signalpegeltrennung in einfacher Weise durch Dimensionierung der elektronischen Bauteile und Festlegen geometrischer Daten des Antennenteils ermöglicht ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Antennenteil einen Antennenstab auf, der parallel zu einer Metallfläche, insbesondere Metallfolie oder Blech, insbesondere eben verlegte Metallfolie oder ebenes Blech, des Antennenteils verlegt ist,
insbesondere wobei die Metallfläche eine größere Längenausdehnung aufweist als der Antennenstab, insbesondere in Stabrichtung. Von Vorteil ist dabei, dass eine besonders optimale Feldlinienkonstellation erreichbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Antennenteil derart angeordnet, dass der Antennenstab zwischen der Metallfläche und dem Leckwellenleiter angeordnet ist. Von Vorteil ist dabei, dass äußere Felder besser abschirmbar sind.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Wellenlänge, auf die das Antennenteil abgestimmt, größer ist als
(i) der Antennenstab, (ii) der Abstand zwischen Antennenstab und Metallfläche und/oder
(iii) jede Längenausdehnung der Metallfläche. Von Vorteil ist dabei, dass
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Bezugszeichenliste
1 Antennenteil 5 2 Anpassglied
3 Dämpfungsglied
4 Signalelektronik
20 Gehäuseunterteil
21 Befestigungslaschen 10 22 Metallfolie
23 Antennenstab
24 Leckwellenleiter
25 Deckel
26 elektrischer Anschluss 15
Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
In der Figur 1 ist ein Teil der elektronischen Schaltung gezeigt, welcher auf einem Fahrwagen vorgesehen ist. Dabei ist am Wagen ein Antennenteil 1 montiert, welches entlang einem in der Anlage stationär verlegten Leckwellenleiter verfahren wird. Die zur
Informationsübertragung verwendeten Funkwellen sind in einem derartigen Frequenzbereich vorgesehen und das Antennenteil weist einen derart geringen Abstand zum Leckwellenleiter auf, dass für die Wellenausbreitung zwischen Leckwellenleiter und Antennenteil im Wesentlichen der Nahfeldbereich überwiegt.
Als Leckwellenleiter ist beispielhaft ein Koaxialkabel verwendbar, das in Kabelrichtung vorgesehene Ausnehmungen aufweist, so dass ein Teil der im Koaxialkabel vorgesehenen elektromagnetische Strahlung in die Umgebung des Kabels heraustritt. Auch der umgekehrte Fall, also das Einstrahlen von Strahlung ins Kabelinnere ist vorgesehen. Die Ausnehmungen sind als Schlitz in Kabelrichtung oder als in Kabelrichtung regelmäßig oder unregelmäßig angeordnete kleine Schlitze oder Öffnungen vorsehbar.
Das Antennenglied 1 umfasst die Antenne und gegebenenfalls zugehörige Komponenten. Beispielsweise ist ein einem Antennendraht zugeschalteter Kondensator oder Komponenten zur Bildung einer aktiven Antenne 2 vom Antennenteil umfasst. Das Ausgangssignal des Antennenteils 1 wird einem Anpassglied 2 zugeführt. Somit sind die Innenwiderstände des Antennenglieds an die nachfolgenden Schaltungsteile anpassbar.
Das Anpassglied ist beispielhaft derart ausgelegt, dass es die antennenseitigen Wellenwiderstände auf ein seiner Ausgangsseite zugeordnetes Koaxialkabel mit beispielsweise 50 Ohm anpasst.
Am Ausgang des Anpassglieds 2 ist auch ein Dämpfungsglied 3 vorgesehen, das zur Abdämpfung der von Störquellen stammenden Signale vorgesehen ist. Selbstverständlich wird auch das Nutzsignal gedämpft. Jedoch ist der zugehörige Pegel höher und übertrifft auch der Bedämpfung den Rauschpegel, in welchen die Störsender-Pegel gedrückt werden. Somit ist der nachfolgenden Signalelektronik 4 ein ungestörtes und somit fehlerfreies oder zumindest nur wenig Fehler behaftetes Signal zuführbar. Antennenteil und Anpassglied sind erfindungsgemäß derart ausgeführt und dimensioniert, dass die Signalübertragung auf Nahfeldübertragung abgeglichen und angepasst ist.
Bei einem Abgleich auf das Fernfeld wäre das Antennenteil mit Anpassglied auf einen Wellenwiderstand von 377 Ohm angepasst. Bei der Erfindung weicht der Wert davon stark ab.
Denn das Antennenteil mit Anpassglied ist auf das Nahfeld angepasst und somit auf einen Wellenwiderstand angepasst, der mehr als 10 Ohm abweicht von dem Wert von 377 Ohm.
In einem ersten Ausführungsbeispiel wurde bei einer Anpassung auf 350 Ohm eine gute Unterdrückung von störenden Signalquellen erreicht, welche weiter entfernt sind und deren Strahlung somit als Fernfeld empfangen wird.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen waren Anpassungen auf weniger als 360 Ohm, beispielsweise 320 Ohm und auch Anpassungen auf mehr als 400 Ohm vorteilhaft. Durch die große Abweichung von dem für Luftausbreitung üblichen Wert von etwa 377 Ohm werden somit Störsignale viel schlechter empfangen als die Signale des Nahfeldes aus dem Leckwellenleiter.
Mittels des Dämpfungsgliedes werden die Signale der störenden Sender sogar derart unterdrückt, dass sie in das Rauschen fallen. Somit ist das einzige Nutzsignal, das detektierbar ist, das aus dem Leckwellenleiter austretende Signal. Je besser die Anpassung der Antenne an das Nahfeld der aus dem Leckwellenleiter austretenden elektromagnetischen Strahlung ist, desto besser ist der Signal-Rausch-Abstand vorsehbar.
Als Störsender treten beispielsweise WLAN-Sendegeräte oder andere Sendegeräte auf, die im gleichen Frequenzband oder in nahe liegenden Frequenzbändern senden wie die aus dem Leckwellenleiter austretende elektromagnetische Strahlung.
Die Störsender sind jedoch in bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen auch verwendbar, um in einem lokalen Bereich um den jeweiligen Störsender herum Daten zu übertragen zu einem Empfänger. Einerseits sind als Empfänger Geräte verwendbar, die stationär in der Maschine oder Anlage vorgesehen sind, andererseits sind als Empfänger auch Geräte verwendbar, die auf dem Wagen mitbewegbar sind. Somit ist in diesem Bereich ein zusätzlicher Datenstrom austauschbar und somit die Datenübertragungsrate erhöhbar beziehungsweise Datenaustausch zwischen Komponenten ausführbar, der nur in diesem Bereich notwendig ist. Beispielsweise werden während der Bewegung des Wagens Daten ausgetauscht, die im vom Leckwellenleiter gesendeten Datenstrom Fahrbefehle für den Wagen und im vom Leckwellenleiter empfangenen Datenstrom Positionsinformationen des Wagens enthalten. In einem Bereich um einen Störsender herum wird dann eine mitfahrende Steuerung mit einem großen Datenstrom vom Störsender versorgt, um eine komplexe Bewegung von Achsen in Echtzeit zu steuern oder regeln oder eine neue Software beispielsweise bei Wartung einzuspielen.
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen werden anderen Umgebungsmedien als Luft verwendet. Hierbei wird statt des Wellenwiderstandes von 377 Ohm für das Fernfeld der entsprechende Wert für das jeweilige Medium eingesetzt. Entsprechend wird dann die Anpassung des Antennenteils 1 mit entsprechend großem Abstand zu diesem Wert ausgeführt.
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen sind Anpassglied, Dämpfungsglied und gegebenenfalls Komponenten des Antennenteils nicht hintereinander gemäß Figur 1 sondern in anderer Reihenfolge und/oder vermischt angeordnet.
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen gehört der Fahrwagen zu einem schienengebundenen fahrerlosen Bodentransportsystem oder einer Einschienenhängebahn. Aber auch andere schienengebundene oder schienenlose System sind vorsehbar mittels der Erfindung.
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen werden statt des Fahrwagens oder zusätzlich stationär angeordnete Vorrichtungen, wie beispielsweise Weichenansteuerungen, aus dem Leckwellenleiter versorgt mit dem erfindungsgemäßen ans Nahfeld angepassten Antennenteil.
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen trägt der Fahrwagen weitere Sendemittel, die aber zum Datenaustausch mit stationär angeordneten Empfangsmitteln vorgesehen sind. Insbesondere ist das Antennenteil mit zugehörigem Anpassnetzwerk an den Wellenwiderstand des Nahfeldes des strahlenden Leckwellenleiters besser angepasst als an das aus den Sendemitteln austretende Nahfeld, insbesondere also der Widerstandswert des Antennenteils samt Anpassnetzwerk eine kleinere Differenz zum Wellenwiderstand des aus dem Leckwellenleiter austretenden Nahfeldes als zu dem aus den Sendemitteln austretenden Nahfeld aufweist. Die Datenübertragung per Leckwellenleiter ist mit Wellenlängen zwischen 1 und 100 cm, vorzugsweise im Bereich von 10 cm, insbesondere zwischen 2 und 4 GHz ausführbar.
In Figur 2a ist ein konkretes Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Nahfeldantennenteil gezeigt, wobei ein Gehäuseunterteil 20 aus einem elektrisch isolierenden Material, wie beispielsweise Kunststoff, mit Befestigungslaschen 21 ausgeführt ist und wie in Figur 2b gezeigt mit einem Deckel 25 verschließbar ist. Ins Innere des Gehäuses ragt ein Antennenstab 23 hinein, der parallel zur Ebene des Gehäusebodens ausgerichtet ist, wobei auf dem Gehäuseboden eine Metallfolie 22 angeordnet ist. Der Leckwellenleiter 24 ist im Wesentlichen parallel zum Antennenstab angeordnet. In der Gehäusewand des Antennenteils ist ein elektrischer Anschluss 26 als angebracht, an den ein Koaxialkabel anschließbar ist, insbesondere mit dessen Koaxialsteckverbinderteil schraubverbindbar ist, dessen Mittelleiter mit dem Antennenstab 23 elektrisch verbunden ist und dessen Außenleiter mit der Metallfolie 22 elektrisch verbunden ist.
Die geometrischen Dimensionierung des Antennenstabes 23 und der Metallfolie 22 ist derart ausgeführt, dass die Antenne auf das Nahfeld abgestimmt ist.

Claims

Patentansprüche:
1. Anlage, umfassend eine Vorrichtung und eine stationär angeordnete Steuerung,
wobei die Steuerung und die Vorrichtung zum Datenaustausch vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein Antennenteil umfasst,
wobei das Antennenteil im Nahfeld der aus dem Leckwellenleiter austretenden elektromagnetischen Strahlung vorgesehen ist und, insbesondere samt eines mit dem Antennenteil verbundenen Anpassnetzwerks, auf einen entsprechenden Wellenwiderstand angepasst ist.
2. Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass verschiedenartige Vorrichtungen, insbesondere bewegbar oder unbewegbar angeordnete Vorrichtungen, in der Anlage vorgesehen sind, insbesondere die alle im Nahfeld des Leckwellenleiters angeordnet sind und zum Datenaustausch mittels des Leckwellenleiters vorgesehen sind.
3. Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Schienenansteuerung oder eine andere elektronische Steuerung umfassende Komponente ist
oder die Vorrichtung ein Fahrwagen ist,
wobei der Fahrwagen mit einem von ihm umfassten Antennenteil entlang eines in der Anlage verlegten Leckwellenleiter bewegbar ist.
4. Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der entsprechende Wellenwiderstand sich um mehr als 2 %, insbesondere mehr als 10 %, von demjenigen naturgemäßen Wellenwiderstand unterscheidet, welcher zur Ausbreitung der elektromagnetischen Wellen in dem den Leckwellenleiter umgebenden Medium im Fernfeld gehört.
5. Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das umgebende Medium Luft ist und/oder der naturgemäße Wellenwiderstand im Wesentlichen 377 Ohm beträgt
und/oder der Wellenwiderstand weniger als 350 Ohm, insbesondere weniger als 320 Ohm, oder mehr als 400 Ohm, insbesondere mehr als 420 Ohm, beträgt.
6. Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anpassnetzwerk mit einem Filter zur Unterdrückung von Signalen verbunden ist, welche von störenden Sendern als Fernfeld gesendet werden und zusätzlich zum Nutzsignal empfangen werden,
und/oder der entsprechende Wellenwiderstand derart gewählt ist und das Filter derart ausgelegt ist, dass am Ausgang des das Antennenteil, das Anpassnetzwerk und das Filter umfassenden Schaltungsteils das vom Leckwellenleiter stammende Nutzsignal als einziges Signal das Rauschen überragt.
7. Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrwagen, insbesondere umfassend seinem Antrieb und einer elektronischen Schaltung, eine Sekundärspule umfasst, die induktiv gekoppelt ist an ein in der Anlage zumindest teilweise zum Leckwellenleiter parallel verlegtes Primärleitersystem, in das ein mittelfrequenter Strom, insbesondere mit einer Frequenz zwischen 10 und 100 kHz, eingeprägt ist, wobei die Sekundärspule mit einem Kondensator derart parallel oder in Reihe beschaltet ist, dass die zugehörige Resonanzfrequenz im Wesentlichen der Frequenz des mittelfrequenten Stromes entspricht.
8. Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Datenaustausch verwendete elektromagnetische Strahlung eine höhere, insbesondere mindestens zehnmal oder hundertmal höhere, Frequenz aufweist als die Mittelfrequenz.
9. Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antennenteil mit zugehörigem Anpassnetzwerk an den Wellenwiderstand des Nahfeldes des strahlenden Leckwellenleiters, insbesondere Koaxialleiter mit Ausnehmungen in Leiterrichtung, angepasst ist und/oder eine Fehlanpassung an das Fernfeld der Störsender vorgesehen ist, insbesondere zur Erhöhung der Signalpegeldifferenz zwischen dem Nahfeld und dem Fernfeld.
10. Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrwagen Sende- und Empfangsmittel zum Datenaustausch mit stationär vorgesehenen Sendern, insbesondere Störsendern, umfasst, insbesondere wobei der Datenaustausch bei Eintritt oder Aufenthalt in vorgebbaren Bereichen der Anlage vorgesehen ist.
11. Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antennenteil im Nahfeld der Sende- und Empfangsmittel angeordnet ist
und/oder
das Antennenteil mit verbundenem Anpassnetzwerk besser angepasst ist an das aus dem Leckwellenleiter austretende Nahfeld als an das aus den Sendemitteln austretende Nahfeld.
12. Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antennenteil mit zugehörigem Anpassnetzwerk an den Wellenwiderstand des Nahfeldes des strahlenden Leckwellenleiters besser angepasst ist als an das aus den Sendemitteln austretende Nahfeld, insbesondere also der Widerstandswert des Antennenteils samt
Anpassnetzwerk eine kleinere Differenz zum Wellenwiderstand des aus dem Leckwellenleiter austretenden Nahfeldes als zu dem aus den Sendemitteln austretenden Nahfeld aufweist.
13. Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
Antennenteil einen Antennenstab aufweist, der parallel zu einer Metallfläche, insbesondere Metallfolie oder Blech, insbesondere eben verlegte Metallfolie oder ebenes Blechteil, des Antennenteils verlegt ist,
insbesondere wobei die Metallfläche eine größere Längenausdehnung aufweist als der Antennenstab, insbesondere in Stabrichtung.
14. Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antennenteil derart angeordnet ist, dass der Antennenstab zwischen Metallfläche und Leckwellenleiter angeordnet ist.
15. Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenlänge, auf die das Antennenteil abgestimmt ist, größer ist als (iv) der Antennenstab,
(v) der Abstand zwischen Antennenstab und Metallfläche und/oder (vi) jede Längenausdehnung der Metallfläche.
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