EP3850703A1 - Vorrichtung zur übertragung von signalen aus einem zumindest teilweise metallischen gehäuse - Google Patents

Vorrichtung zur übertragung von signalen aus einem zumindest teilweise metallischen gehäuse

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EP3850703A1
EP3850703A1 EP19753076.9A EP19753076A EP3850703A1 EP 3850703 A1 EP3850703 A1 EP 3850703A1 EP 19753076 A EP19753076 A EP 19753076A EP 3850703 A1 EP3850703 A1 EP 3850703A1
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EP
European Patent Office
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housing
electromagnetic waves
slot
shaped
housing opening
Prior art date
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EP19753076.9A
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EP3850703B1 (de
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Harald SCHÄUBLE
Thomas Blödt
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Endress and Hauser SE and Co KG
Original Assignee
Endress and Hauser SE and Co KG
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Publication date
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/2208—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles associated with components used in interrogation type services, i.e. in systems for information exchange between an interrogator/reader and a tag/transponder, e.g. in Radio Frequency Identification [RFID] systems
    • H01Q1/2233—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles associated with components used in interrogation type services, i.e. in systems for information exchange between an interrogator/reader and a tag/transponder, e.g. in Radio Frequency Identification [RFID] systems used in consumption-meter devices, e.g. electricity, gas or water meters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/002—Protection against seismic waves, thermal radiation or other disturbances, e.g. nuclear explosion; Arrangements for improving the power handling capability of an antenna
    • H—ELECTRICITY
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    • H01Q1/44—Details of, or arrangements associated with, antennas using equipment having another main function to serve additionally as an antenna, e.g. means for giving an antenna an aesthetic aspect
    • 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
    • H01Q13/10—Resonant slot antennas

Definitions

  • the invention relates to a device for transmitting signals from an at least partially metallic housing with the aid of electromagnetic waves of a certain wavelength, a field device adapter for wireless data transmission and a field device of automation technology.
  • field devices are often 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.
  • Actuators such as valves or pumps, are used to influence process variables, by means of which the flow of a liquid in a pipe section or the fill level in a container can be changed.
  • field devices are all devices that are used close to the process and that supply or process process-relevant information.
  • field devices are also understood to mean remote I / Os or generally devices which are arranged at the field level. Endress + Hauser produces and sells a large number of such field devices.
  • two-wire field devices are still common in a large number of the existing automation systems, which are connected via a two-wire line to a higher-level unit, for example a control unit PLC.
  • the two-wire field devices are designed in such a way that the measured or control values communicate as the main process variable via the two-wire line or the two-wire cable in the form of a 4-20 mA signal, i.e. be transmitted.
  • the HART protocol in which a frequency signal is superimposed on the analog current signal of 4-20 mA as a digital two-wire signal for data transmission, has proven particularly useful for the transmission of all other data.
  • the data can not only be transmitted via the two-wire line, that is to say purely wire-bound, but that the data can also be transmitted wirelessly with the aid of electromagnetic waves be communicated. Be it to transmit the data wirelessly to a database, for example a cloud database, and make it available there, or to transmit data wirelessly between the field device and a mobile control unit, for example to wirelessly parameterize the field device via the mobile control device or configure.
  • a database for example a cloud database
  • field device adapters can be integrated directly into the two-wire line. I.e. the field device adapter is virtually connected 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 cable screw connection, and electrically connected to field device electronics.
  • 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 also possible with metallic housings.
  • the object is achieved according to the invention by the device according to claim 1, the field device adapter for wireless data transmission according to claim 12 and the field device of automation technology according to claim 14.
  • 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 certain wavelength comprising:
  • a transmitting / receiving unit arranged in the housing for generating and receiving the electromagnetic waves
  • At least one primary antenna arranged in the housing for decoupling the generated electromagnetic waves of the transmitting / receiving unit and for
  • At least one slot-shaped housing opening which is designed such that a length of the slot-shaped housing opening is an integral multiple of a quarter wavelength of the specific wavelength, preferably an integral number Multiples of half a wavelength corresponds to the specific wavelength, so that the slot-shaped housing opening, in cooperation with the primary antenna, transmits the signals into and out of the housing with the aid of the electromagnetic waves.
  • an antenna which comprises a primary antenna or primary radiator and a secondary antenna or secondary radiator, the secondary antenna or the secondary radiator being designed in the form of a slot-shaped housing opening, the length of which corresponds to the following condition:
  • the at least one slot-shaped housing opening is in particular chosen to be small enough that transmission of electromagnetic waves with a very low frequency, i.e. Frequencies significantly lower than 1 GHz, preferably frequencies in the range from 1 kHz to 100 MHz, which can lead to EMC interference, are not allowed through.
  • the slot-shaped housing opening acts as a high-pass filter for electromagnetic waves and only allows waves to pass that are intended for the transmission of signals.
  • Waves with a frequency or frequency band of 2.4 GHz are usually provided for the transmission of signals with the aid of the electromagnetic waves.
  • WLAN according to IEEE 802.1 1 b and g, Bluetooth (IEEE 802.15.1) and ZigBee (IEEE 802.15.4) are among the most prominent representatives of the 2.4 GHz category.
  • Arranged electronics can prevent the length of the slit-shaped
  • the length of the slot-shaped housing opening L in particular also be chosen such that the condition (h + 0.5) ⁇ l / 4 does not apply to a frequency of the strong interference.
  • the housing is an essentially metallic housing.
  • the housing can have, for example, a metallic housing surface section of at least 85%, preferably at least 90%, particularly preferably at least 95%, very particularly preferably at least 99%, based on an overall surface of the housing.
  • the at least one slit-shaped housing opening is at least partially filled with an electrically non-conductive material, the at least one slit-shaped housing opening being at least partially filled with an electrically non-conductive material, the slit-shaped housing opening preferably being designed in this way, that the length of the slit-shaped housing opening corresponds to an integer multiple of the quarter wavelength of the specific wavelength divided by a square root of a dielectric constant of the electrically non-conductive material, preferably an integer multiple of half a wavelength of the specific wavelength divided by the square root of the dielectric constant.
  • a further advantageous embodiment of the device according to the invention provides that the housing, with the exception of the at least one slot-shaped housing opening and possible cable inlets and / or outlets, has an externally self-contained housing shape.
  • a further advantageous embodiment of the device according to the invention provides that the housing has rounded edges, preferably a rounded housing shape, in at least one section in cross section, the at least one slot-shaped
  • Housing opening is arranged in the section.
  • a further advantageous embodiment of the device according to the invention provides that the housing is designed in such a way that at least two circumferences measured in two spatial directions each correspond to an integral multiple of half a wavelength of the specific wavelength, the circumferences measured in each case through the slit-shaped housing opening, preferably a center point the housing opening.
  • a corresponding design of the housing ensures that the HF energy is distributed over the individual “circumferences” of the housing in such a way that a uniform radiation pattern is created overall. In particular, in order to locally delay the orbital period of a wave and thereby the radiation pattern clearly in almost all
  • the design provide that on an external Surface of the housing at least one circulation delay element by one
  • Circulation time of the electromagnetic waves is designed to be delayed and / or the at least one circulation delay element has a groove-shaped or a punctiform structure or is made of a different material than the housing, preferably a dielectric material or a high-frequency metamaterial.
  • a further advantageous embodiment of the device according to the invention provides that the at least partially metallic housing is essentially made of a metallic material.
  • an alternative embodiment of the device according to the invention provides that the at least partially metallic housing is formed from a plastic and the housing, preferably at least partially on an inner surface, has a metallic cladding.
  • a further advantageous embodiment of the device according to the invention further comprises a printed circuit board arranged within the housing, which is designed as
  • Primary antenna for decoupling the generated electromagnetic waves of the transmitter / receiver unit and for coupling and transmitting received ones
  • the configuration can provide that the printed circuit board is further configured as a primary antenna such that the electromagnetic waves are only coupled out or coupled in in a near field and only in combination with the at least one
  • slot-shaped housing opening can be coupled out or coupled into a far field.
  • Such an embodiment offers the advantage that a complete and thus complex antenna, as is known, for example, from the prior art for Vivaldi antennas, is not necessary here. Rather, a primary antenna that only radiates into the near field and that only with the help of the slot-shaped housing opening is sufficient
  • Secondary radiator acts as a complete antenna.
  • the invention further relates to a field device adapter for wireless data transmission comprising a device according to one of the embodiments described above, an adapter housing of the field device adapter comprising the housing.
  • the invention further relates to a field device of automation technology comprising a device according to one of the previously described configurations, wherein a
  • Field device housing of the field device comprises the housing at least in one section.
  • An advantageous embodiment of the field device according to the invention provides that the section comprises at least one cable bushing of the field device.
  • Fig. 1 a schematic representation of a first embodiment of a
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a cross section through a housing of a second embodiment of the device according to the invention, which has a plurality of slot-shaped housing openings,
  • Figure 1 shows a schematic representation of a first embodiment of a
  • the device comprises a housing 2, which in the
  • the housing 2 can also be made of a plastic and with a
  • the housing 2 is geometrically designed such that it has a self-contained shape on the outside. It goes without saying that possible cable connections and / or
  • the housing 2 has a housing shape that is essentially cylindrical in cross section. Alternatively, the housing 2 can also have other shapes. The housing 2 can preferably have a housing shape as shown in FIG. 2 with round edges.
  • a printed circuit board 6 is arranged in the housing 2, to or from which the cable 1 a,
  • the circuit board 6 comprises a transmitting / receiving unit 11 for generating and receiving electromagnetic waves.
  • the transmitting / receiving unit 11 can be, for example, an HF modem in the form of a chip.
  • the circuit board further comprises a primary antenna 4 for coupling out the generated electromagnetic waves and for coupling and transmitting the received electromagnetic waves.
  • the transmitting / receiving unit 11 shown in FIG. 1 is set up to transmit electromagnetic waves with a
  • the housing 2 has an (unfilled) slit-shaped opening 5, which has a length L which corresponds to an integral multiple of a quarter wavelength h ⁇ l / 4 of the electromagnetic wave.
  • the opening is in this
  • the slit-shaped housing opening 5 thus has a preferred length of 12.43 cm, which corresponds to approximately half a wavelength (2-L / 4), the electromagnetic waves.
  • the width B of the slot-shaped opening 5 is chosen to be as small as possible and is essentially determined by a corresponding manufacturing process.
  • the width B is preferably less than 3 mm, particularly preferably less than 1 mm.
  • the slot-shaped opening 5 has no electrical connection to the printed circuit board 6 and is illuminated by the primary antenna 4 located within the housing 2.
  • the device shown in Fig. 1 is connected on one end face via the cable 1 a to a field device 7 and on the other end face by the cable 1 b to a higher-level unit (not shown separately), the cable 1 a, 1 b a
  • Represents two-wire line and a line of the two-wire line comprises the signal line 2a, 2b.
  • the other line of the two-wire line is from the printed circuit board 6
  • the measured or manipulated values are transmitted as the main process variable analog in the form of a 4-20 mA signal between the field device and the higher-level unit.
  • All other data in particular data relating to parameterization, diagnosis or the like, is transmitted via the two-wire line using the HART protocol.
  • the data transmitted in a wire-bound manner using the HART protocol can also be transmitted wirelessly with the aid of electromagnetic waves, for example to a cloud.
  • the device thus represents a field device adapter for wireless data transmission.
  • the device can also be mechanically attached directly to an (existing) field device, for example by
  • the attachment is preferably via a
  • the device serves as an adapter (also called a dongle), in particular a Bluetooth adapter by means of which a field device 7, which was originally not set up for wireless data transmission, can be retrofitted or supplemented for this purpose.
  • an adapter also called a dongle
  • a Bluetooth adapter by means of which a field device 7, which was originally not set up for wireless data transmission, can be retrofitted or supplemented for this purpose.
  • the device again in contrast to the example shown in FIG. 1, can also be designed as part of the field device 7.
  • the field device housing has at least one slot-shaped at least in one section
  • the field device housing can be designed in such a way that it has at least one outwardly projecting, in particular cylindrical extension, whose contour can correspond, for example, to the housing 2 shown in FIG. 1 and which has at least one slot-shaped opening 5 designed according to the invention.
  • Fig. 2 shows a cross section through a housing 2 of a second embodiment, in which the housing of the device has a plurality of slot-shaped openings. Two or four slot-shaped openings 5 in the housing 2 have been found to be particularly preferred.
  • the slot-shaped housing openings 5 can additionally have different lengths L1 to L4, the length of each slot-shaped housing opening being independent of the other lengths applies:
  • Fig. 3 shows a schematic representation of a third embodiment of the
  • the housing 2 has a slot-shaped opening 5.
  • the slit-shaped opening 5 is filled with a material other than air, in particular an electrically non-conductive material, for example glass.
  • an electrically non-conductive material for example glass.
  • each opening with an electrical non-conductive material is filled.
  • a dielectric constant DK or (material-dependent) relative permittivity of the electrically non-conductive material used for the filling must be included in the configuration of the length of the (filled) slit-shaped housing opening.
  • DK dielectric constant
  • the housing can be designed geometrically such that at least two outer circumferences of the housing, measured in two large spatial directions, preferably the outer circumferences in each spatial direction of the housing, are an integral multiple of half a wavelength l / 2 corresponds to the electromagnetic wave with which the signals are transmitted.
  • the circumferences are measured or defined in such a way that they each pass through the slit-shaped housing opening.
  • the circumferences preferably run through a center point of the respective slot-shaped housing opening.
  • each circumference U1 and U2 shown in perspective in FIG. 3 they are shown again in one plane in FIGS. 4 a) and b). 4 that each circumference U1 and U2 passes through the slit-shaped housing opening 5. It goes without saying that in the event that the housing 2 has a plurality of slit-shaped openings 5, the circumferences are set such that each circumference extends through each slit-shaped opening 5 of the housing.
  • one or more revolution delay elements 10 can be formed on an outer surface of the housing 2, which are designed such that a corresponding revolution is increased.
  • two delay elements 10 are attached to the housing surface as an example.
  • the delay elements 10 shown in FIG. 3 are designed as groove-shaped elements. However, punctiform elements or elements that are formed from a different material than the housing 2, in particular a dielectric material or a high-frequency metamaterial, are also conceivable. By appropriate positioning, as can be seen from FIG. 4 b), the circumference can be targeted in one or changed several spatial directions, in particular enlarged. It should be noted that, depending on the structure size of the circulation delay elements, an HF circulation path is usually minimally smaller than the (mechanical) extent, since the electromagnetic wave in particular overflows small structures and due to the interaction of the E and H fields, an overall easy one "Abbreviation" results.
  • Fig. 5 shows a schematic representation of a fourth embodiment of the
  • the printed circuit board 6 is designed such that the electromagnetic waves are laterally coupled out or in, so that the printed circuit board serves as a primary antenna.
  • the circuit board is also designed such that the laterally coupled out electromagnetic waves are only emitted into or coupled into a near field 8, so that the laterally radiating circuit board 6 only in combination with the slot-shaped
  • Housing opening 5 acts as a "complete" antenna.
  • the near field 8 in this case comprises at least one area between the circuit board 6 and a housing surface in which the slot-shaped opening 5 is formed.
  • the circuit board can in the housing by appropriate holding elements, for example.
  • Rails are held in a position necessary for the slot-shaped opening of the housing.

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Abstract

Vorrichtung zur Übertragung von Signalen aus einem zumindest teilweise metallischen Gehäuse (2) mit Hilfe elektromagnetischer Wellen (3) einer bestimmten Wellenlänge (λ), umfassend: eine in dem Gehäuse (3) angeordnete Sende-/Empfangseinheit (11) zum Erzeugen und Empfangen der elektromagnetischen Wellen (3), mindestens eine in dem Gehäuse (2) angeordnete Primärantenne (4) zum Auskoppeln der erzeugten elektromagnetischen Wellen (3) der Sende-/Empfangseinheit (11) und zum Einkoppeln und Übertragen von empfangenen elektromagnetischen Wellen (3) an die Sende-/Empfangseinheit (11), mindestens eine schlitzförmige Gehäuseöffnung (5) die derartig ausgebildet ist, das eine Länge (L) der schlitzförmigen Gehäuseöffnung (5) einem ganzzahligen Vielfachen einer viertel Wellenlänge der bestimmten Wellenlänge (η·λ/4), vorzugsweise einem ganzzahligen Vielfachen einer halben Wellenlänge der bestimmten Wellenlänge (n·λ/2) entspricht, sodass die schlitzförmige Gehäuseöffnung (5) im Zusammenspiel mit der Primärantenne (4) die Signale mit Hilfe der elektromagnetischen Wellen (3) in bzw. aus dem Gehäuse überträgt.

Description

Vorrichtung zur Übertragung von Signalen aus einem zumindest teilweise metallischen Gehäuse
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.
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.
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.
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.
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.
Da die Feldgeräteadapter bzw. die Feldgeräte oftmals in Bereichen eingesetzt werden, in denen potentiell Explosionsgefahr besteht, ist der Einsatz von metallischen Gehäusen bzw. Metallgehäusen 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 Schwachstellen für das Gehäuse dar, sodass diese vermieden werden.
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.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 , dem Feldgeräteadapter zur drahtlosen Datenübertragung gemäß Patentanspruch 12 und dem Feldgerät der Automatisierungstechnik gemäß Patentanspruch 14.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Übertragung von Signalen aus einem zumindest teilweise metallischen Gehäuse mit Hilfe elektromagnetischer Wellen einer bestimmten Wellenlänge, umfassend:
eine in dem Gehäuse angeordnete Sende-/Empfangseinheit zum Erzeugen und Empfangen der elektromagnetischen Wellen,
mindestens eine in dem Gehäuse angeordnete Primärantenne zum Auskoppeln der erzeugten elektromagnetischen Wellen der Sende-/Empfangseinheit und zum
Einkoppeln und Übertragen von empfangenen elektromagnetischen Wellen an die Sende- /Empfangseinheit,
mindestens eine schlitzförmige Gehäuseöffnung die derartig ausgebildet ist, das eine Länge der schlitzförmigen Gehäuseöffnung einem ganzzahligen Vielfachen einer viertel Wellenlänge der bestimmten Wellenlänge, vorzugsweise einem ganzzahligen Vielfachen einer halben Wellenlänge der bestimmten Wellenlänge entspricht, sodass die schlitzförmige Gehäuseöffnung im Zusammenspiel mit der Primärantenne die Signale mit Hilfe der elektromagnetischen Wellen in bzw. aus dem Gehäuse überträgt. Erfindungsgemäß wird zum Aussenden bzw. Empfangen von elektromagnetischen
Wellen aus bzw. in einem metallischen Gehäuse eine Antenne, die eine Primärantenne bzw. Primärstrahler und eine Sekundärantenne bzw. Sekundärstrahler umfasst, vorgeschlagen, wobei die Sekundärantenne bzw. der Sekundärstrahler in Form einer schlitzförmigen Gehäuseöffnung ausgebildet ist, deren Länge folgender Bedingung entspricht:
L = h·l/4,
wobei gilt:
l = Wellenlänge der elektromagnetischen Welle mit deren Hilfe die Signale übertragen werden, und
n e N.
Die mindestens eine schlitzförmige Gehäuseöffnung ist insbesondere derart klein gewählt, dass eine Transmission von elektromagnetischen Wellen mit einer sehr kleinen Frequenz, d.h. Frequenzen deutlich kleiner 1 GHz, vorzugsweise von Frequenzen im Bereich von 1 kHz - 100 MHz, welche zu EMV Störungen führen können, nicht durchgelassen werden. Dies bedeutet, dass die schlitzförmige Gehäuseöffnung quasi als Hochpass-Filter für elektromagnetische Wellen fungiert und nur Wellen passieren lässt, die zur Übertragung von Signalen gedacht sind. Zur Übertragung von Signalen mit Hilfe der elektromagnetischen Wellen sind üblicherweise Wellen mit einer Frequenz bzw. einem Frequenzband von 2,4 GHz vorgesehen. WLAN gemäß IEEE 802.1 1 b und g, Bluetooth (IEEE 802.15.1 ) und ZigBee (IEEE 802.15.4) gehören hierbei zu den prominentesten Vertretern der 2,4 GHz Kategorie. Weitere auf der Spezifikation IEEE 802.15.4 aufsetzende Kommunikationstechnologien sind bspw. 6 LoWPAN, 6TiSCH oder ANT bzw. ANT+. Unter diesem Gesichtspunkt ergibt sich für elektromagnetische Wellen mit einer Frequenz von 2,4 GHz eine bevorzugte Länge der mindestens einen schlitzförmigen Gehäuseöffnung einer halben Wellenlänge von 2 l/4 = l/2 = 12,43 cm.
Um Störungen, insbesondere EMV Störungen einer innerhalb des Gehäuses
angeordneten Elektronik zu verhindern, kann die Länge der schlitzförmigen
Gehäuseöffnung L insbesondere derart gewählt sein, dass ferner die Bedingung n-l auf eine Frequenz der Störung der Elektronik (fStör = c/AStör, wobei c der
Lichtgeschwindigkeit entspricht), insbesondere eine EMV Störung nicht zutrifft, jedoch auf die zur Übertragung verwendete bestimmte Wellenlänge l. Ferner kann, um eine stärke Störung, d.h. eine Störung die einen Geräteausfall nach sich zieht, die Länge der schlitzförmigen Gehäuseöffnung L insbesondere auch derart gewählt sein, dass die Bedingung (h+0,5)·l/4 auf eine Frequenz der starken Störung nicht zutrifft.
Bei dem Gehäuse handelt es sich um ein im wesentlichen metallisches Gehäuse. Das Gehäuse kann bspw. eine metallische Gehäuseoberflächenabschnitt von mindestens 85%, vorzugsweise mindestens 90%, besonders bevorzugt von mindestens 95%, ganz besonders bevorzugt von mindestens 99% bezogen auf eine Gesamtoberfläche des Gehäuses aufweisen.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass die mindestens eine schlitzförmige Gehäuseöffnung wenigstens teilweise mit einem elektrisch nichtleitenden Material gefüllt ist, wobei die mindestens eine schlitzförmige Gehäuseöffnung wenigstens teilweise mit einem elektrisch nichtleitenden Material gefüllt ist, wobei die schlitzförmige Gehäuseöffnung vorzugsweise derartig ausgebildet ist, dass die Länge der schlitzförmigen Gehäuseöffnung einem ganzzahligen Vielfachen der viertel Wellenlänge der bestimmten Wellenlänge geteilt durch eine Quadratwurzel einer Dielektrizitätskonstante des elektrisch nichtleitenden Materials, vorzugsweise einem ganzzahligen Vielfachen einer halben Wellenlänge der bestimmten Wellenlänge geteilt durch die Quadratwurzel der Dielektrizitätskonstante entspricht.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass das Gehäuse mit Ausnahme der mindestens einen schlitzförmigen Gehäuseöffnung und möglicher Kabelzu- und/oder abführungen eine äußerlich in sich geschlossene Gehäuseform aufweist.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass das Gehäuse zumindest in einem Abschnitt im Querschnitt runde Kanten, bevorzugt eine rundliche Gehäuseform aufweist, wobei die mindestens eine schlitzförmige
Gehäuseöffnung in dem Abschnitt angeordnet ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass das Gehäuse derartig ausgebildet ist, dass zumindest zwei in zwei Raumrichtungen gemessene Umfänge jeweils einem ganzzahligen Vielfachen einer halben Wellenlänge der bestimmten Wellenlänge entspricht, wobei die gemessenen Umfänge jeweils durch die schlitzförmige Gehäuseöffnung, vorzugsweise einem Mittelpunkt der Gehäuseöffnung verlaufen. Durch eine entsprechende Ausgestaltung des Gehäuses wird erreicht, dass sich die HF-Energie derart auf die einzelnen„Umfänge“ des Gehäuses aufteilt, dass in Summe ein gleichmäßiges Abstrahlbild entsteht. Insbesondere kann, um die Umlaufzeit einer Welle lokal zu Verzögern und hiermit das Abstrahlbild deutlich in fast alle
Raumrichtungen zu verbessern, die Ausgestaltung vorsehen, dass an einer äußerlichen Oberfläche des Gehäuses zumindest ein Umlaufverzögerungselement um eine
Umlaufzeit der elektromagnetischen Wellen zu verzögern ausgebildet ist und/oder das zumindest eine Umlaufverzögerungselement eine rillenförmige oder eine punktförmige Struktur aufweist oder aus einem anderen Material als das Gehäuse, vorzugsweise einem dielektrischen Material oder einem hochfrequenten Metamaterial ausgebildet ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass das zumindest teilweise metallische Gehäuse im Wesentlichen aus einem metallischen Werkstoff ausgebildet ist.
Eine hierzu alternative Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass das zumindest teilweise metallische Gehäuse aus einem Kunststoff ausgebildet ist und das Gehäuse, vorzugsweise an einer Innenfläche zumindest teilweise eine metallische Verkleidung aufweist.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst ferner eine innerhalb des Gehäuses angeordnete Leiterplatte, die derartig als
Primärantenne zum Auskoppeln der erzeugten elektromagnetischen Wellen der Sende- /Empfangseinheit und zum Einkoppeln und Übertragen von empfangenen
elektromagnetischen Wellen ausgebildet ist, dass die elektromagnetischen Wellen seitlich aus der Leiterplatte ausgekoppelt bzw. eingekoppelt werden. Insbesondere kann die Ausgestaltung vorsehen, dass die Leiterplatte ferner derartig als Primärantenne ausgebildet ist, dass die elektromagnetischen Wellen nur in einem Nahfeld ausgekoppelt bzw. eingekoppelt werden und erst in Kombination mit der mindestens einen
schlitzförmigen Gehäuseöffnung in ein Fernfeld ausgekoppelt bzw. eingekoppelt werden. Eine derartige Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass hier kein vollständige und somit aufwendige Antenne, wie sie bspw. aus dem Stand der Technik bei Vivaldi-Antennen bekannt ist, notwendig wird. Vielmehr genügt eine Primärantenne, die lediglich ins Nahfeld abstrahlt und die erst mit Hilfe der schlitzförmigen Gehäuseöffnung als
Sekundärstrahler als vollständige Antenne wirkt.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Feldgeräteadapter zur drahtlosen Datenübertragung umfassend eine Vorrichtung nach einer der zuvor beschriebenen Ausgestaltungen, wobei ein Adaptergehäuse des Feldgeräteadapters das Gehäuse umfasst.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Feldgerät der Automatisierungstechnik umfassend eine Vorrichtung nach einer der zuvor beschriebenen Ausgestaltung, wobei ein
Feldgerätegehäuse des Feldgerätes zumindest in einem Abschnitt das Gehäuse umfasst. Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Feldgeräts sieht vor, dass der Abschnitt wenigstens eine Kabeldurchführung des Feldgerätes umfasst.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 : eine schematische Darstellung einer ersten Ausgestaltung einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 2: eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein Gehäuse einer zweiten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die mehrere schlitzförmige Gehäuseöffnungen aufweist,
Fig. 3: eine schematische Darstellung einer dritten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 4: die in Fig. 3 perspektivisch dargestellten Umfänge U1 und U2 in einer Ebene zur Verdeutlichung der Wirkungsweise der Verzögerungselemente und/oder einer bevorzugten geometrischen Ausgestaltung eines Gehäuses der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 5: eine schematische Darstellung einer vierten Ausgestaltung der
erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausgestaltung einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung. 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 in sich geschlossene Form aufweist. Es versteht sich von selbst, dass mögliche Kabelzu- und/oder
abführungen 13, 14 sowie eine erfindungsgemäße ausgestaltete Gehäuseöffnung 5 davon unberührt bleiben. An den Stirnflächen des zylindrischen Gehäuses 2 gehen jeweils eine Kabelzuführung bzw. eine Kabelabführung ab, über die ein Kabel mit zumindest einer Signalleitung 2a, 2b in das Gehäuse bzw. aus dem Gehäuse 2 geführt wird. In der in Fig.1 dargestellten Ausgestaltung weist das Gehäuse 2 eine im Querschnitt im wesentlichen zylindrische Gehäuseform auf. Alternativ kann das Gehäuse 2 aber auch andere Formen aufweisen. Vorzugsweise kann das Gehäuse 2 eine wie in Fig. 2 dargestellte Gehäuseform mit runden Kanten aufweisen. In dem Gehäuse 2 ist eine Leiterplatte 6 angeordnet, zu der bzw. von der das Kabel 1 a,
1 b mit der Signalleitung 2a, 2b führt bzw. abgeht. Die Leiterplatte 6 umfasst eine Sende- /Empfangseinheit 1 1 zum Erzeugen und Empfangen von elektromagnetischen Wellen.
Die Sende-/Empfangseinheit 1 1 kann bspw. ein in Form eines Chips ausgebildetes HF- Modem sein. Die Leiterplatte umfasst ferner eine Primärantenne 4 zum Auskoppeln der erzeugten elektromagnetischen Wellen und zum Einkoppeln und Übertragen der empfangenen elektromagnetischen Wellen. Die in Fig. 1 dargestellte Sende- /Empfangseinheit 1 1 ist dazu eingerichtet, elektromagnetische Wellen mit einem
Frequenzband von 2,4 GHz zu erzeugen bzw. zu empfangen, sodass Signale die über die Signalleitung 2a, 2b übertragen werden, durch die Vorrichtung auch drahtlos mittels Bluetooth (ggfl. auch Bluetooth Low Energy) oder einer der zuvor genannten Varianten übertragen werden können.
Erfindungsgemäß weist das Gehäuse 2 eine (ungefüllte) schlitzförmige Öffnung 5 auf, die eine Länge L aufweist, welche einem ganzzahligen Vielfachen einer viertel Wellenlänge h·l/4 der elektromagnetischen Welle entspricht. Die Öffnung ist in diesem
Ausführungsbeispiel nicht mit einem anderen Material als Luft gefüllt. Bei einer Frequenz von 2,4 GHz weist die schlitzförmige Gehäuseöffnung 5 somit eine bevorzugte Länge von 12,43 cm auf, welches in etwa einer halben Wellenlänge (2-L/4), der elektromagnetischen Wellen entspricht. Die Breite B der schlitzförmigen Öffnung 5 ist dabei so klein wie möglich gewählt und wird wesentlich durch ein entsprechendes Fertigungsverfahren bestimmt. Vorzugsweise ist die Breite B kleiner 3 mm, besonders bevorzugt kleiner 1 mm. Die schlitzförmige Öffnung 5 hat keine elektrische Verbindung zu der Leiterplatte 6 und wird von der innerhalb des Gehäuse 2 liegenden Primärantenne 4 angestrahlt.
Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung ist an einer Stirnseite über das Kabel 1 a mit einem Feldgerät 7 und über die andere Stirnseite durch das Kabel 1 b mit einer übergeordneten Einheit (nicht separat dargestellt) verbunden, wobei das Kabel 1 a, 1 b eine
Zweidrahtleitung darstellt und eine Leitung der Zweidrahtleitung die Signalleitung 2a, 2b umfasst. Die andere Leitung der Zweidrahtleitung wird von der Leiterplatte 6
durchgeschleift. Über die Zweidrahtleitung werden bspw. die Mess- bzw. Stellwerte als Haupt-Prozessvariable analog in Form eines 4-20 mA Signals zwischen dem Feldgerät und der übergeordneten Einheit übertragen. Die Übertragung aller anderen Daten, insbesondere von Daten hinsichtlich der Parametrierung, Diagnose oder ähnliche, erfolgt über die Zweidrahtleitung mittels des HART Protokolls. Durch die in die Zweidrahtleitung eingebundene Vorrichtung können somit insbesondere die mittels des HART Protokolls drahtgebundenen übertragenen Daten auch drahtlos mit Hilfe von elektromagnetischen Wellen, bspw. zu einer Cloud, übertragen werden. Die Vorrichtung stellt in diesem Fall somit ein Feldgeräteadapter zur drahtlosen Datenübertragung dar. Alternativ kann die Vorrichtung, abweichend zu dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel, auch direkt an ein (bestehendes) Feldgerät mechanisch befestigt werden, bspw. durch
Anschrauben. Die Befestigung erfolgt dabei vorzugsweise über ein am
Feldgerätegehäuse befindliches Schraubgewinde, welches ursprünglich für eine
Kabeldurchführungs-Befestigung bzw. Zugentlastung (sogenanntes PG (Panzergewinde)) vorgesehen war. Die Vorrichtung dient in diesem Fall als Adapter (auch Dongle genannt), insbesondere Bluetooth-Adapter mittels dem ein Feldgerät 7, welches ursprünglich nicht für die drahtlose Datenübertragung eingerichtet was, nachträglich dafür umgerüstet bzw. ergänzt werden kann.
Ebenfalls kann die Vorrichtung, wiederum abweichend zu dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel, auch als ein Teil des Feldgerätes 7 ausgebildet sein. In diesem Fall weist das Feldgerätegehäuse zumindest in einem Abschnitt zumindest eine schlitzförmige
Gehäuseöffnung 5 auf. Beispielsweise kann das Feldgerätegehäuse derartig ausgebildet sein, dass es zumindest einen nach außenstehenden insbesondere zylindrischen Fortsatz aufweist, der in seiner Kontur bspw. dem in Fig.1 dargestellten Gehäuse 2 entsprechen kann und der zumindest eine erfindungsgemäß ausgebildete schlitzförmige Öffnung 5 aufweist. Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch ein Gehäuse 2 einer zweiten Ausgestaltung, bei der das Gehäuse der Vorrichtung mehrere schlitzförmige Öffnungen aufweist. Als besonders bevorzugt haben sich hierbei zwei oder vier schlitzförmige Öffnungen 5 in dem Gehäuse 2 herausgestellt. Um eine möglichst gleichmäßige Abstrahlung von dem Gehäuse 2 zu erzielen, können, je nach Einbauposition und/oder Auslegung der Primärantenne 4, die schlitzförmigen Gehäuseöffnungen 5 zusätzlich jeweils unterschiedliche Längen L1 bis L4 aufweisen, wobei für die Länge jeder schlitzförmigen Gehäuseöffnung unabhängig von den anderen Längen gilt:
L = h·l/4,
mit:
l = Wellenlänge der elektromagnetischen Welle, die die Signale mit einer Frequenz von 2,4 GHz übertragen, und
n e N.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer dritten Ausgestaltung der
erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der das Gehäuse 2 eine schlitzförmige Öffnung 5 aufweist. Um die Vorrichtung auch in Bereichen einsetzen zu können, in denen potentiell Explosionsgefahr besteht (sogenannte Ex-Bereiche), ist die schlitzförmige Öffnung 5 mit einem anderen Material als Luft, insbesondere einem elektrisch nichtleitenden Material, z.B. Glas, gefüllt. Es versteht sich von selbst, dass in dem Fall, dass das Gehäuse 2 mehrere schlitzförmige Öffnungen 5 aufweist, jede Öffnung mit einem elektrisch nichtleitenden Material gefüllt ist. Hierbei ist zu beachten, dass für die Ausgestaltung der Länge der (befüllten) schlitzförmigen Gehäuseöffnung eine Dielektrizitätskonstante DK bzw. (stoffabhängige) relative Permittivität von dem zur Füllung eingesetzten elektrisch nichtleitenden Material mit einbezogen werden muss. Dies bedeutet, dass die Länge L der (befüllten) schlitzförmigen Gehäuseöffnung einem ganzzahligen Vielfachen einer viertel Wellenlänge der bestimmten Wellenlänge geteilt durch die Quadratwurzel der Dielektrizitätskonstante DK (L = n-A/(4-V(DK))), vorzugsweise einem ganzzahligen Vielfachen einer halben Wellenlänge der bestimmten Wellenlänge geteilt durch die Quadratwurzel der Dielektrizitätskonstante DK (L = n-A/(2-V(DK))) entspricht. Bei der Verwendung eines elektrisch nichtleitenden Materials mit einer Dielektrizitätskonstante DK = 4 ergibt sich somit bspw. eine Länge L=6,25 cm statt der zuvor beschriebenen Länge von L=12,43 cm für eine ungefüllte schlitzförmige Gehäuseöffnung. Als besonders geeignete elektrisch nichtleitenden Materialen haben sich Keramiken mit einer
Dielektrizitätskonstante im Bereich von ca. 30-40 erwiesen.
Ergänzend oder alternativ kann, wie in Fig. 3 dargestellt, das Gehäuse geometrisch derartig ausgebildet sein, dass zumindest zwei, in zwei großflächige Raumrichtungen gemessene äußere Umfänge des Gehäuses, vorzugsweise die äußeren Umfänge in jeder Raumrichtung des Gehäuses, einem ganzzahligen Vielfachen einer halben Wellenlänge l/2 der elektromagnetischen Welle mit der die Signale übertragen werden, entspricht. Die
Umfänge werden hierbei derartig gemessen bzw. festgelegt, dass diese jeweils durch die schlitzförmige Gehäuseöffnung gehen. Vorzugsweise laufen die Umfänge durch einen Mittelpunkt der jeweiligen schlitzförmigen Gehäuseöffnung. Zur Verdeutlichung der in Fig. 3 perspektivisch dargestellten Umfänge U1 und U2 sind diese in Fig. 4 a) und b) nochmals in einer Ebene dargestellt. Aus Fig. 4 wird ersichtlich, dass jeder Umfang U1 und U2 durch die schlitzförmige Gehäuseöffnung 5 geht. Es versteht sich von selbst, dass in dem Fall, dass das Gehäuse 2 mehrere schlitzförmige Öffnungen 5 aufweist, die Umfänge so festgelegt sind, dass jeder Umfang durch jede schlitzförmige Öffnung 5 des Gehäuses verläuft.
Um eine Umlaufzeit einer Welle lokal zu verzögern, kann an einer äußerlichen Oberfläche des Gehäuses 2 ein oder mehrere Umlaufverzögerungselemente 10 ausgebildet sein, die derartig ausgebildet sind, dass ein entsprechender Umlauf vergrößert wird. In Fig. 3 sind exemplarisch zwei Verzögerungselemente 10 auf der Gehäuseoberfläche angebracht.
Die in Fig. 3 dargestellten Verzögerungselemente 10 sind als rillenförmige Elemente ausgebildet. Denkbar sind aber auch punktförmige Elemente oder Elemente die aus einem anderen Material als das Gehäuse 2, insbesondere einem dielektrischen Material oder einem hochfrequenten Metamaterial, ausgebildet sind. Durch entsprechende Positionierung kann, wie aus Fig. 4 b) ersichtlich wird, gezielt der Umfang in einer oder mehreren Raumrichtungen verändert, insbesondere vergrößert werden. Zu beachten gilt es, dass je nach Strukturgröße der Umlaufverzögerungselemente ein HF- Umlaufweg i.d.R. minimal kleiner als der (mechanische) Umfang ist, da die elektromagnetische Welle insbesondere kleine Strukturen teilweise überfliegt und sich durch das Zusammenwirken von E- und H-Feld eine insgesamt leichte„Abkürzung“ ergibt.
Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung einer vierten Ausgestaltung der
erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der ergänzend oder alternativ zu den zuvor beschriebenen Ausgestaltungen, die Leiterplatte 6 derartig ausgebildet ist, dass die elektromagnetischen Wellen seitlich aus der leiterplatte ausgekoppelt bzw. eingekoppelt wird, sodass die Leiterplatte quasi als Primärantenne dient. Die Leiterplatte ist ferner derartig ausgebildet, dass die seitlich ausgekoppelten elektromagnetischen Wellen lediglich in ein Nahfeld 8 ausgestrahlt bzw. über dieses eingekoppelt werden, sodass die seitlich abstrahlende Leiterplatte 6 erst in Kombination mit der schlitzförmigen
Gehäuseöffnung 5 als„vollständige“ Antenne wirkt. Wie aus Fig. 5 ersichtlich, umfasst das Nahfeld 8 hierbei zumindest einen Bereich zwischen der Leiterplatte 6 und einer Gehäusefläche in dem die schlitzförmige Öffnung 5 ausgebildet ist.
Die Leiterplatte kann in dem Gehäuse durch entsprechende Haltelemente, bspw.
Schienen, in einer zur schlitzförmigen Öffnung des Gehäuses notwendigen Position gehalten werden.
Bezugszeichenliste
1 a, 1 b Kabel
2 Gehäuse
2a, 2b Signalleitung
3 Elektromagnetische Wellen
4 Primärantenne
5 Schlitzförmige Gehäuseöffnung(en)
6 Leiterplatte
7 Feldgerät
8 Nahfeld
9 Fernfeld
10 Umlaufverzögerungselement
1 1 Sende-/Empfangseinheit
12 Elektrisch nichtleitendes Material
13 Kabelzuführung
14 Kabelabführung
L, L1-L4 Länge der schlitzförmigen Gehäuseöffnung
B Breite der schlitzförmigen Gehäuseöffnung
DK Dielektrizitätskonstante des elektrisch nichtleitenden Materials bzw.
(stoffabhängige) relative Permittivität
l Wellenlänge der elektromagnetischen Wellen
U1 , U2 Äußere Umfänge des Gehäuses

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Übertragung von Signalen aus einem zumindest teilweise
metallischen Gehäuse (2) mit Hilfe elektromagnetischer Wellen (3) einer bestimmten
Wellenlänge (l), umfassend:
eine in dem Gehäuse (3) angeordnete Sende-/Empfangseinheit (1 1 ) zum
Erzeugen und Empfangen der elektromagnetischen Wellen (3),
mindestens eine in dem Gehäuse (2) angeordnete Primärantenne (4) zum Auskoppeln der erzeugten elektromagnetischen Wellen (3) der Sende-/Empfangseinheit (1 1 ) und zum Einkoppeln und Übertragen von empfangenen elektromagnetischen Wellen (3) an die Sende-/Empfangseinheit (1 1 ),
mindestens eine schlitzförmige Gehäuseöffnung (5) die derartig ausgebildet ist, das eine Länge (L) der schlitzförmigen Gehäuseöffnung (5) einem ganzzahligen
Vielfachen einer viertel Wellenlänge der bestimmten Wellenlänge (h·l/4), vorzugsweise einem ganzzahligen Vielfachen einer halben Wellenlänge der bestimmten Wellenlänge (h·l/2) entspricht, sodass die schlitzförmige Gehäuseöffnung (5) im Zusammenspiel mit der Primärantenne (4) die Signale mit Hilfe der elektromagnetischen Wellen (3) in bzw. aus dem Gehäuse überträgt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , wobei die mindestens eine schlitzförmige
Gehäuseöffnung (5) wenigstens teilweise mit einem elektrisch nichtleitenden Material (12) gefüllt ist, wobei die schlitzförmige Gehäuseöffnung (5) vorzugsweise derartig ausgebildet ist, dass die Länge (L) der schlitzförmigen Gehäuseöffnung (5) einem ganzzahligen Vielfachen der viertel Wellenlänge der bestimmten Wellenlänge geteilt durch eine Quadratwurzel einer Dielektrizitätskonstante DK des elektrisch nichtleitenden Materials (L = n-A/(4-V(DK))), vorzugsweise einem ganzzahligen Vielfachen einer halben Wellenlänge der bestimmten Wellenlänge geteilt durch die Quadratwurzel der Dielektrizitätskonstante (L = n-A/(2-V(DK))) entspricht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Gehäuse (2) mit Ausnahme der mindestens einen schlitzförmigen Gehäuseöffnung (5) und möglicher Kabelzu- und/oder abführungen eine äußerlich in sich geschlossene Gehäuseform aufweist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse (2) zumindest in einem Abschnitt im Querschnitt runde Kanten (2a), bevorzugt eine rundliche Gehäuseform aufweist, wobei die mindestens eine schlitzförmige Gehäuseöffnung (5) in dem Abschnitt angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse (2) derartig ausgebildet ist, dass zumindest zwei in zwei Raumrichtungen gemessene Umfänge (U1 , U2) jeweils einem ganzzahligen Vielfachen einer halben Wellenlänge der bestimmten Wellenlänge (h·l/2) entspricht, wobei die gemessenen Umfänge (U 1 , U2) jeweils durch die schlitzförmige Gehäuseöffnung (5), vorzugsweise einem Mittelpunkt der Gehäuseöffnung verlaufen.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an einer äußerlichen Oberfläche des Gehäuses (2) zumindest ein Umlaufverzögerungselement (10) um eine Umlaufzeit der elektromagnetischen Wellen (3) zu verzögern ausgebildet ist.
7. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das zumindest eine
Umlaufverzögerungselement (10) eine rillenförmige oder eine punktförmige Struktur aufweist oder aus einem anderen Material als das Gehäuse, vorzugsweise einem dielektrischen Material oder einem hochfrequenten Metamaterial ausgebildet ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zumindest teilweise metallische Gehäuse (2) im Wesentlichen aus einem metallischen Werkstoff ausgebildet ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das zumindest teilweise metallische Gehäuse (2) aus einem Kunststoff ausgebildet ist und das Gehäuse, vorzugsweise an einer Innenfläche zumindest teilweise eine metallische Verkleidung aufweist.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine innerhalb des Gehäuses angeordnete Leiterplatte (6) die derartig als Primärantenne (4) zum Auskoppeln der erzeugten elektromagnetischen Wellen (3) der Sende- /Empfangseinheit (1 1 ) und zum Einkoppeln und Übertragen von empfangenen elektromagnetischen Wellen (3) ausgebildet ist, dass die elektromagnetischen Wellen (3) seitlich aus der Leiterplatte (6) ausgekoppelt bzw. eingekoppelt werden.
1 1. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Leiterplatte (6) ferner derartig als Primärantenne (4) ausgebildet ist, dass die elektromagnetischen Wellen nur in einem Nahfeld (8) ausgekoppelt bzw. eingekoppelt werden und erst in Kombination mit der mindestens einen schlitzförmigen Gehäuseöffnung (5) in ein Fernfeld (9)
ausgekoppelt bzw. eingekoppelt werden.
12. Feldgeräteadapter zur drahtlosen Datenübertragung umfassend eine Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Adaptergehäuse des
Feldgeräteadapters das Gehäuse umfasst.
13. Feldgerät der Automatisierungstechnik umfassend eine Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Feldgerätegehäuse des Feldgerätes zumindest in einem Abschnitt das Gehäuse umfasst.
14. Feldgerät nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Abschnitt wenigstens eine
Kabeldurchführung des Feldgerätes umfasst.
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