PL181957B1

PL181957B1 - Zespól antenowy PL

Info

Publication number: PL181957B1
Application number: PL96317306A
Authority: PL
Inventors: Horst Ziegler; Horst Behlen
Original assignee: Horst Ziegler
Priority date: 1995-12-06
Filing date: 1996-12-03
Publication date: 2001-10-31
Also published as: EP0777292B1; DE19545394A1; DE59600272D1; ATE167333T1; CZ357396A3; HUP9603314A3; DK0777292T3; SI0777292T1; HUP9603314A2; EP0777292A1; CZ288642B6; PL317306A1; HU9603314D0; SK155396A3; ES2119540T3; HU221219B1

Abstract

1 . Zespól antenowy, zwlaszcza do zdalnego od- czytywania mierników zuzycia, z antena w ksztalcie przecietego pierscienia z metalu niezaleznego, której jeden punkt jest polaczony elektrycznie z pierwszym zaciskiem przylaczeniowym zespolu antenowego, a drugi punkt jest polaczony elektrycznie dla prze- biegów zmiennopradowych z drugim zaciskiem przylaczeniowym zespolu antenowego, znamienny tym, ze pierwszy punkt anteny lezy posrodku przecie- tego pierscienia, wyznaczajac pierwsze konce dwóch cewek indukcyjnych ramieniowych (44, 45; 66, 68; 102, 104; 140, 142), których czesci stopkowe sa polaczone z jednym z zacisków przylaczeniowych ze- spolu antenowego, a przeciwlegle, swobodne konce cewek indukcyjnych ramieniowych (44, 45; 66, 68; 102,104; 140,142) sa sprzezone kondensatorem za- mykajacym (46) o niskiej stratnosci dielektrycznej, przy czym dobroc obwodu rezonansowego utworzo- nego przez cewki indukcyjne ramieniowe (44, 45; 66, 68; 102, 104; 140, 142), i kondensator zamy- kajacy (46) jest równa co najwyzej 100. F ig . 4 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest zespół antenowy, zwłaszcza do zdalnego odczytywania mierników zużycią z anteną w kształcie przeciętego pierścienia z metalu niezależnego, którego jeden punkt jest połączony elektrycznie z pierwszym zaciskiem przyłączeniowym zespołu antenowego, a drugi punkt jest połączony elektrycznie dla przebiegów zmiennoprądowych z drugim zaciskiem przyłączeniowym zespołu antenowego.

Zespół antenowy tego rodzaju jest opisany w patencie europejskim EP-A-0312792. Przecięty pierścień, stanowiący zwój, tworzący w jego zespole indukcyjność. Tak utworzona cewka jest połączona przez pojemnościowy dzielnik napięcia z obydwoma zaciskami przyłączeniowymi obwodu nadawczego, przy czym pojemności dzielnika napięcia są utworzone przez pojemności rozproszone, które powstają pomiędzy przeciętnym pierścieniem i otaczającą go obudową.

W opisie amerykańskim US-A-3852758 przedstawiono natomiast boje radiowe do odnajdywania krów. Opis ten dotyczy zespołu antenowego, który równocześnie służy jako opaska do nakładania boi radiowej na szyję krowy. Antena obejmuje dwie cewki indukcyjne ramieniowe, które nakładają się na siebie swoimi obszarami końcowymi. Obydwie cewki indukcyjne ramieniowe tworzą drugą stronę transformatora prądowego, który dodatkowo obejmuje pierwsze zwoje przewidziane w punktach stóp cewek indukcyjność ramieniowych.

W patencie europejskim EP-A-0619620 jest opisany kolejny zespół antenowy tego rodzaju, który posiada pojedyncze wygięte ramię, które na swym jednym końcu jest połączone z wyjściem układu nadawczego UHF.

181 957

W tego rodzaju zespołach antenowych, charakterystyka ich pracy zależy od otoczenia, na przykład od osób przechodzących obok anteny lub od przedmiotów ustawionych przed anteną (w przypadku mierników zużycia ciepła, umieszczonych na grzejnikach - zwłaszcza od fotela, zasłon i tym podobnych).

Celem wynalazku jest takie ulepszenie zespołu antenowego do bezprzewodowego zdalnego odczytu mierników, aby jego charakterystyka pracy była mniej wrażliwa na przeszkody znajdujące się w sąsiedztwie.

Zespół antenowy z anteną w kształcie przeciętego pierścienia charakteryzuje się według wynalazku tym, że pierwszy punkt jego anteny leży pośrodku przeciętego pierścienia, wyznaczając pierwsze końce dwóch cewek indukcyjnych ramieniowych, których części stopkowe są połączone z jednym z zacisków przyłączeniowych zespołu antenowego, przy czym przeciwległe, swobodne końce cewek indukcyjnych ramieniowych są sprzężone kondensatorem zamykającym o niskiej stratności dielektrycznej, a dobroć obwodu rezonansowego utworzonego przez cewki indukcyjne ramieniowe i kondensator zamykający wynosi powyżej 100.

Drugi zacisk przyłączeniowy zespołu antenowego może być połączony z pierwszym zaciskiem przyłączeniowym poprzez sprzężoną magnetycznie z cewkami indukcyjnymi ramieniowymi cewkę indukcyjną zasilania, przy czym zwłaszcza szeregowo z cewką indukcyjną zasilania połączony jest kondensator, a szeregowo z cewką indukcyjną zasilania rezystor strojeniowy.

W korzystnej odmianie wykonania, naprzeciwległe powierzchnie szczeliny cewki indukcyjnej ramieniowej są utworzone przez przecięty pierścień anteny, stanowiąc okładki kondensatora zamykającego. Zaleca się wtedy aby szczelina miała grubość rzędu 0,1 do 1,0 mm, korzystnie 0,2 do 0,5 mm, zaś przestrzeń pomiędzy ściankami szczeliny była wypełniona materiałem, który ma stałą dielektryczną między około 2 i około 10, a jego współczynnik strat dielektrycznych był mniejszy od 0,002 i miał dużą stabilność termiczną.

Cewki indukcyjne ramieniowe oraz kondensator zasilania mogąbyć utworzone przez drukowane ścieżki przewodzące, przy czym zwłaszcza, ścieżka przewodząca tworząca kondensator zasilania jest położona wewnątrz tej powierzchni, która ograniczona jest ścieżką przewodzącą tworzącą cewki indukcyjne ramieniowe.

Korzystnie, ścieżka przewodząca ma kilka pętli, uaktywnianych wybiórczo, przy czym ścieżka może być ukształtowana na kształt drabinki szczeblowej, która ma dwie odsunięte od siebie poręczowe ścieżki przewodzące i łączące je szczeblowo ścieżki przewodzące.

Antena może być mostkowana drukowaną płytką kondensatorową mostkującą wolne zakończenia cewek indukcyjnych ramieniowych za pośrednictwem warstwy izolacyjnej o grubości między 0,1 i Imm, korzystnie około 0,3 mm, której stała dielektryczna mieści się w zakresie między 2 i około 10, a jej współczynnik strat dielektrycznych jest mniejszy od 0,002, i ma dużą stabilność termiczną, przy czym zwłaszcza warstwa izolacyjna ma postać płytki drukowanej, na której są umieszczone ścieżki przewodzące tworzące cewki indukcyjne ramieniowe, przy czym okładka kondensatora jest następną drukowaną ścieżką przewodzącą umieszczoną na płytce drukowanej po stronie przeciwległej do cewek indukcyjnych ramieniowych.

Korzystnie, warstwa izolacyjna jest płytką podłożową która od strony cewek indukcyjnych ramieniowych ma odsunięte od siebie segmenty okładek kondensatorowych, które przynajmniej częściowo przylegają do zakończeń cewek indukcyjnych ramieniowych, przy czym na przeciwległej względem tych cewek indukcyjnych ramieniowych stronie płytki podłożowej znajduje się drukowana okładka kondensatorowa, która przylega do obydwu segmentów. Drukowana okładka kondensatorowa ma wtedy przynajmniej jedną zwłaszcza dwie, symetryczne względem jej środka przerwy.

Płytka drukowana może być elementem tulejowym a cewki indukcyjne ramieniowe mogą być utworzone przez ścieżkę przewodzącą umieszczoną na powierzchni obwodowej tulei i maj ącą przerwę, przy czym zwłaszcza drukowana okładka kondensatora jest odsunięta ze wszystkich stron od obrzeży warstwy izolacyjnej.

181 957

Korzystnie, w odstępie za cewkami indukcyjnymi ramionowymi, antena posiada metalową płytkę ekranującą, która jest większa od konturu w świetle cewek indukcyjnych ramieniowych, przy czym wspomniany odstęp wynosi korzystnie między 5 i 20 mm, zwłaszcza około 10 mm.

Korzystnie, antena posiada ekran dla kondensatora zamykającego, który utworzony jest przez następne drukowane ścieżki przewodzące.

W rozwiązaniu według wynalazku wykorzystano to, że większość przeszkód ustawianych różnie w gospodarstwach domowych w sąsiedztwie mierników zużycia a także innych przeszkód występujących w sąsiedztwie anten nadawczych i/lub odbiorczych stanowią dielektryki. Mająone większy wpływ na charakterystykę pracy anteny, która w bezpośrednim sąsiedztwie sąsiedztwie ma pole zmienne posiadające składowe elektryczne. Zespół antenowy według wynalazku wytwarza w swoim bezpośrednim sąsiedztwie elektromagnetyczne pole zmienne z przewyższającą składową magnetyczną i dlatego charakterystyka pracy zespołu antenowego według wynalazku jest tylko nieznacznie zakłócana przez przeszkody znajdujące się zwykle w pobliżu mierników zużycia lub innych przyrządów zawierających antenę. Zespół antenowy według wynalazku pracuje dobrze również w sąsiedztwie dużych powierzchni metalowych.

Zespół antenowy według wynalazku można zbudować wyraźnie mniejszy niż czwarta część długości fali pasm częstotliwości wykorzystywanych do transmisji danych (200 do 1000 MHz; w Europie przeważnie 433,92 MHz), przy czym mimo to ma on dobrą sprawność promieniowania, co umożliwia utrzymanie małego zużycia prądu przez bezprzewodowo odczytywany miernik zużycia, Ma to tę zaletę, że długotrwałe baterie zasilające mierniki zużycia powinny wystarczyć na cały nominalny okres użytkowania, a więc na okres około pięciu do dwunastu lat.

Zespół antenowy według wynalazku można ustawić do odbiornika, na przykład do centralnego układu zbiorczego, który współpracuje z odczytywanymi radiowo miernikami zużycia. W takim zastosowaniu, antena dzięki jej wysokiej dobroci zapewnia silne tłumienie nadajników zewnętrznych bez przesterowania wzmacniacza i dobre tłumienie wyższych harmonicznych wynikających z nieliniowości nadajnika, bez potrzeby używania specjalnych filtrów .

Zespół antenowy według wynalazku mający wyżej opisane właściwości nadaje się również dobrze na antenę nadawczo/odbiorczą stosowaną w dwukierunkowej transmisji danych.

W przypadku gdy drugi zacisk przyłączeniowy jest połączony z pierwszym otrzymuje się indukcyjne sprzężenie z nadajnikiem UHF (lub odbiornikiem). W ten sposób zespół antenowy jest oddzielony stałoprądowo od nadaj nika/odbiomika (uniknięcie problemów z potencjałami i zabezpieczeniem), apoprzez odpowiednie zaprojektowanie cewki indukcyjnej zasilania można równocześnie dopasować impedancję do podłączonego nadaj nika/odbiomika, ponieważ typowe oporności promieniowania wchodzących tu w grę anten mieszczą się w zakresie od 30 do 200 γπΩ, a typowe impedancje nadajników i odbiorników leżą w zakresie 50 Ω.

Szeregowe połączenie kondensatora z cewką indukcyjną zasilania pozwala nastawić kąt fazowy między prądem w cewce indukcyjnej zasilania i prądem w cewkach indukcyjnych ramieniowych na pożądaną wartość, w szczególności kąt 0.

Optymalizacji dopasowania anteny i nadajnika lub odbiornika oraz do skompensowania tolerancji produkcyjnych służy rezystor strojeniowy połączony szeregowo z cewką indukcyjną zasilania.

Zespół antenowy można bardzo prosto wykonać z surowca o dobrej przewodności elektrycznej przez obcięcie i przycinanie poszczególnych pierścieni.

Poprzez utworzenie cewki indukcyjnej zasilania przez drukowaną ścieżkę przewodzącą można łatwo zrealizować bezpotencjałowe sprzężenie i impedancyjne dopasowanie zespołu antenowego do nadajnika lub odbiornika, przy czym ustalona jest geometria przyporządkowania cewki indukcyjnej zasilania i cewek indukcyjnych ramieniowych anteny, tak że nie mogą tu wystąpić błędy montażowe.

Zespół antenowy nadaj e się dobrze do połączenia z przyrządami, takimi jak mierniki zużycia, które mają z reguły cylindryczną obudowę, na przykład wodomierze lub tym podobne, i może nawet sama stanowić ścianę obudowy przyrządu.

181 957

Dzięki metalowej płytce ekranującej tworzy się wpółprzestrzeni za cewkami indukcyjnymi ramieniowymi określone warunki pola, które nie sąjuż później zmieniane w znaczący sposób obecnością następnych przeszkód; właściwości płytki ekranującej dają się określić już przy projektowaniu anteny. Zastosowanie ekranu polepsza niewrażliwość anteny na obecność przeszkód dielektrycznych.

Zespół antenowy według wynalazku zostanie bliżej przedstawiony w oparciu o przykłady wykonania uwidocznione na rysunku, na którym: fig. 1 przedstawia schemat blokowy miernika zużycia ciepła z radiowym odczytem stanu licznika; fig. 2 - pierwszy przykład wykonania anteny miernika zużycia według fig. 1; fig. 3 - widok z góry na jedną stronę zmodyfikowanej anteny miernika zużycia według fig. 1; fig. 4 - widok z góry na odwrotną stronę anteny pokazanej na fig. 3; fig. 5 - częściowy widok anteny, którą otrzymano po modyfikacji anteny przedstawionej na fig. 3; fig. 6 - częściowy, wyrwany i powiększony widok utworzonego przez ścieżki przewodzące płaskiego kondensatora zamykającego anteny według fig. 5; fig. 7 - widok podobny do fig. 5, przedstawiający antenę poddaną dalszej modyfikacji; fig. 8 - pierwszy przykład wykonania anteny tulejowej; fig. 9 - widok podobny do fig. 8, pokazujący antenę zmodyfikowania; i fig. 10 - schemat blokowy miernika zużycia z bezprzewodowo przełączaną charakterystyką pracy.

W przedstawionym na fig. 1 mierniku zużycia ciepła z radiowym odczytem stanu licznika sprzężono termicznie czujnik temperatury 10 z odbiornikiem ciepła, np. grzejnikiem. Sygnał wyjściowy czujnika temperatury 10 doprowadza się poprzez przetwornik analogowo/cyfrowy 12 na wej ście cyfrowego powielacza 14. Drugie wej ście cyfrowego powielacza 14 otrzymuj e sygnał wyj ściowy pamięci stałej 16, który przez gniazdo 18 może być opisany liczbą charakterystyczną dla wydajności cieplnej grzejnika. W przypadku licznika ciepłej wody drugie wejście cyfrowego powielacza 14 może być połączone z wyjściem przepływomierza 20, jak to zaznaczono linią kreskową na rysunku.

Sygnał wyjściowy cyfrowego powielacza 14 jest doprowadzany na integrator 22.

Jego wyjście jest połączone z umieszczonym na obudowie miernika zużycia wskaźnikiem 24, z którego użytkownik może odczytać aktualne zużycie, a także z wejściem układu łączenia znaków 26. Ten ostatni zestawia, istniejący w danej chwili, stan licznika z zapamiętanym w pamięci stałej 28 łańcuchem znaków, które zawierają identyfikację miejsca pomiaru i charakterystyczne wielkości miernika zużycia ciepła. Zestawiony łańcuch znaków, który, jak wspomniano, zawiera aktualny stan licznika, wprowadza się na równo legło/szeregowy konwerter 30.

Otrzymany najego wyjściu ciąg znaków wy stero wuj e modulator 32, którego częstotliwość robocza odpowiada taktowi transmisji (w praktyce 300-19200 bodów). Sygnał wyjściowy modulatora 32 steruje modulacją (AM lub FM) nadajnika UHF 34, dla którego podstawową charakterystykę pracy wybrano w zakresie między 200 i 1000 MHz, w Europie z reguły 433,92 MHz. Jego wyjście jest połączone z jednym zaciskiem przyłączeniowym anteny 36. Drugi zacisk przyłączeniowy anteny 36 jest połączony z przewodem masowym 38 nadajnika UHF 34.

Antena 36 zawiera cewkę indukcyjną zasilania 40 a także połączony szeregowo, korzystnie regulowany, kondensator 42. Utworzony w ten sposób obwód LC łączy oba zaciski przyłączeniowe anteny 36. Do przyłożonego na potencjał masy przyłącza anteny 36 może być podłączony poza tym punkt środkowy dwóch połączonych szeregowo cewek indukcyjnych ramieniowych 44, 45 jak zaznaczono linią kreskową na rysunku; korzystnie jednak te cewki indukcyjne ramieniowe 44,45, utrzymywane sąstałonapięciowo bez potencjału. Stanowiąone przestrzennie dwie cewki indukcyjne ramieniowe 44,45, które tworząrazem zamknięty w zasadzie pierścień.

Pod pojęciem pierścienia należy tu rozumieć każdą zamkniętą strukturę geometryczną nie tylko pierścienie kołowe. Pierścieniem określa się więc także zamknięte wielokąty, jak np. prostokąt. Ważne dla niniejszego rozwiązania jest to, że pierścień cewek indukcyjnych ramieniowych 44,45, anteny 36 nie jest całkowicie zamknięty, lecz w miejscu przeciwległym do środka przewodu połączeniowego między tymi cewkami indukcyjnymi ramieniowymi 44, 45 istnieje przerwa, która jest mostkowana kondensatorem zamykającym 46.

W ten sposób antena 36 działa jako zwarta antena indukcyjna, przy czym jej wymiary są znacznie mniejsze od długości promieniowanych fal elektromagnetycznych (dla 433 MHz

181 957 długość ta wynosi około 70 cm). W praktyce, według niniejszego wynalazku można wykonać anteny o dobrej sprawności (20 do 70%), które mająwymiary w zakresie dwudziestej części długości fali lub nawet mniejsze. Szczegóły realizacji odmian anteny 36 opisano dalej na przykładach uwidocznionych na fig. 2 do 9.

Miernik zużycia, według fig. 1, emituje sygnał tylko w wybranym bardzo krótkim czasie w ciągu dnia, żeby ograniczyć obciążenie baterii 48 lub 50 potrzebnych do zasilania elementów logicznych i członów mocy i dopasować w ten sposób ich żywotność do nominalnej trwałości miernika zużycia, która wynosi w praktyce od pięciu do dwunastu lat.

Statystycznie pracujący generator czasu nadawania 52 wyznacza losowo kilka rozłożonych w ciągu dnia, np. cztery okienka nadawania, których czas trwania może wynosić w praktyce około 10 ms. Szczegóły takiego generatora opisano w DE 4225042 Al.

Na początku jednego z losowo rozłożonych okienek, generator czasu nadawania 52 uaktywnia najpierw układ łączenia znaków, a po upływie krótkiego czasu, który wystarcza na zestawienie stanu licznika i zawartości pamięci stałej 28, kończy ten pierwszy sygnał, podawany na przewód sterujący 54. Następnie sygnał wyprowadzany na drugi przewód sterujący 56 uaktywnia konwerter 30, modulator 32 i nadajnik UHF 34 na czas potrzebny do nadania całego łańcucha znaków (normalnie 10 ms).

Figura 2 przedstawia pierwszy praktyczny przykład realizacji anteny 36.

Na płytce drukowanej umieszczono stanowiącą przecięty pierścień tuleję miedzianą 60, która w punkcie leżącym u góry na rysunku ma wąskąprzelotowąszczelinę 62. Ma ona w praktyce szerokość ułamków milimetra, np. 0,2 mm. W szczelinę 62 jest wstawiony izolator 64 z materiału, który ma wysoką stałą dielektryczną przy niskim współczynniku strat dielektrycznych i małym dryfcie temperaturowym jego właściwości dielektrycznych. W praktyce można wykonać izolator np. z cienkiej szybki izolacyjnej.

Tuleja miedziana 60 ma w przybliżeniu średnicę 30 mm, grubość 3 mm i wymiar osiowy 7 mm. Tuleję taką można łatwo wykonać przez odcięcie odpowiedniego kawałka rurki miedzianej . Szczelinę 62 można zrobić przed obcięciem rurki lub w tulei po odcięciu z rurki miedzianej. Szklany izolator 64 wprasowany jest między ścianki szczeliny 62.

W ten sposób ścianki szczeliny 62 stanowią okładki kondensatora, a izolator 64 jest dielektrykiem kondensatora zamykającego 46, który mostkuje wolne końce dwóch cewek indukcyjnych ramieniowych 66,68, przy czym sąone utworzone przez dwie połówki tulei miedzianej 60, które znajdują się po obu stronach szczeliny 62 pierścienia.

Najniższy punkt tulei miedzianej 60, na fig. 2, jest połączony przewodem 70 z powierzchniową ścieżką przewodzącą 72 na odwrotnej stronie płytki drukowanej 58, przy czym ścieżka ta może być ale nie musi być uziemiona.

Od powierzchniowej ścieżki przewodzącej 72 wychodzą symetrycznie leżące po obu stronach osi pierścienia dwie odgięte ścieżki przewodzące 74, 78, oraz jedna leżąca na osi anteny ścieżka przewodząca 78, które stanowią ekran.

Z lewej strony, u dołu płytki drukowanej 58 na fig. 2 po stronie tylnej przewidziano drukowana okładkę kondensatora 80, nad która położona jest oddzielona płytką drukowaną 58 następna okładka kondensatorowa 82. Obie drukowane okładki kondensatorowe 80, 82 wraz z położonym między nimi segmentem płytki drukowanej 58 jako dielektrykiem stanowią kondensator 42.

Drukowana okładka kondensatora 80 łączy się z j ednym końcem pasemko wej ścieżki przewodzącej 84, której drugi koniec połączonyjestz masowąścieżka przewodzącą72. W ten sposób ścieżka przewodząca 84 stanowi cewkę indukcyjną zasilania 40.

Antena 36, według fig. 2, jest więc przyłączona do nadajnika UHF 34 na okładce kondensatorowej 82 i masowej ścieżce przewodzącej 72.

Żeby kondensator zamykający 46 ekranować jeszcze dodatkowo elektrostatycznie, na końcu ścieżki ekarnującej 78 umieszczona jest powiększona główka 86, która mostkuje końce cewek indukcyjnych ramieniowych 66, 68.

181 957

Celem dodatkowego ekranowania pojemnościowego, umieszczona jest nad tuleją miedzianąćO następna płytka drukowana 88, która ma identyczną geometrię jak płytka 58, ale okładka kondensatorowa 82 nie łączy się z tą płytka drukowaną 88.

Taka struktura warstwowa utworzona z płytek drukowanych 58, tulei miedzianej 60 i płytki drukowanej 88 jest połączona poprzez tulejki dystansowe 90 z wystającąze wszystkich stronmetalowąpłytkąekranującą92. Nadaje ona tylnej połprzestrzeni anteny 36 określone warunki przewodności, tak ż charakterystyka nadawania anteny 36 jest niezależna w dużym stopniu od tego, czy z tyłu anteny 36 znajdują się przedmioty metalowe czy też jaką szczególną geometrię mają tego rodzaju przeszkody metalowe. W opisanej antenie przedmiot ustawiony w odległości 10 cm zmienia charakterystykę anteny w stopniu mniejszym niż 15%.

W antenie, pokazanej na fig. 3 i 4, płytkę drukowaną 94 wykonano z materiału o wysokiej stałej dielektrycznej i o małych stratach dielektrycznych. Takim materiałem jest np., dostępna w handlu, tkanina z włókna szklanego, osadzona w osnowie z żywicy syntetycznej maj ącej odpowiednie właściwości dielektryczne.

Cewki indukcyjne ramieniowe 44,45 utworzone sąprzez, mającąprostokątny kontur, drukowaną ścieżkę przewodzącą 96, która przebiega w małym odstępie od obrzeża płytki drukowanej 94 i na swoim górnym poziomym odcinku ma przerwę 98. Środek dolnego poziomego odcinka ścieżki połączono z przyłączem masowym 100. W ten sposób drukowana ścieżka przewodząca 96 posiada dwie ceowe cewki indukcyjne ramieniowe 102, 104.

Z tyłu płytki drukowanej 94 znajduje się drukowana pasmowo okładka kondensatorowa 106, która pokrywa się z górnymi wolnymi końcami cewek indukcyjnych ramieniowych 102,104. Tak więc okładka kondensatora 106 wraz z końcówkami cewek indukcyjnych ramieniowych 102,104 i położonym między nimi segmentem płytki drukowanej 94 j ako dielektrykiem stanowi kondensator zamykający 46.

Pojemność tego kondensatora zamykającego 46 można regulować wykonując przerwy 108 w okładce kondensatorowej 106, np. przez mechaniczne przecięcie lub lokalne odparowanie przy użyciu lasera. Korzystnie dostraja się pojemność kondensatora zamykającego 46 w taki sposób, że zachowuje się symetrię jego pojemności względem osi anteny 36.

Po tylnej stronie płytki drukowanej 94 znajduje się ponadto pętlowa ścieżka przewodząca 110, która stanowi cewkę indukcyjną zasilania 40.

Oba wyprowadzenia ścieżki przewodzącej 110 są przerwane i zmostkowane wykonanym techniką montażu powierzchniowego kondensatorem 112 lub wykonanym taką samą techniką rezystorem strojeniowym 114. Kondensator odpowiada pojemności kondensatora 42 na fig. 1.

Antenę 36, pokazana na fig. 3 i 4, można produkować efektywnie w dużych seriach.

Dobierając proporcje między ścieżkami przewodzącymi 96 i 110 można łatwo ustalać przełożenie transformatora utworzonego przez te dwie ścieżki, a przez to uzyskać także impedancyjne dopasowanie utworzonych przez ścieżki 96 cewek indukcyjnych ramieniowych 44,45 do oporności wyjściowej nadajnika UHF 34.

W odmianie wykonania, według fig. 5, płytkę drukowaną94 wykonano z materiału stosowanego normalnie na te płytki. Po stronie górnej wolnych zakończeń cewek indukcyjnych ramieniowych 102,104 przylutowano specjalny płaski kondensator zamykający 116, który wykonano również techniką płytek drukowanych.

Jak widać na fig. 6, kondensator zamykający 116 zawiera płytkę podłożową 118 wykonaną z materiału o wysokiej stałej dielektrycznej, niskim współczynniku strat dielektrycznych i dużej stabilności termicznej wymienionych właściwości dielektrycznych. Tego rodzaju materiał można nabyć pod oznaczeniem RO3000 w firmie Rogers Corp..

Płytka podłożowa 118 ma na swej górnej stronie okładkę kondensatorową 120, której krawędź jest odsunięta ze wszystkich stron od obrzeża płytki podłożowej 118, aby przy lutowaniu kondensatora zamykającego 116 na cewkach indukcyjnych ramieniowych 102, 104 uniknąć, wskutek nadmiaru lutu, niezamierzonego styku z okładką kondensatorową 120.

Po stronie dolnej wyposażono płytkę podłożową 118 w dwa drukowane segmenty 122,124 tworzące okładki kondensatorowe, przy czym wolna przestrzeń 126 między nimi jest przynaj

181 957 mniej tak duża jak przerwa 98, tak że właściwości magnetyczne cewek indukcyjnych ramieniowych anteny 36 są wyznaczane jak poprzednio poprzez geometrię cewek indukcyjnych ramieniowych 102, 104.

W odmianie tego przykładu realizacji można też rozmieścić segmenty 122, 124 okładki kondensatorowej bliżej, tak że wówczas wolna przestrzeń 126 wyznacza jednocześnie także efektywny odstęp między końcami cewek indukcyjnych ramieniowych 102, 104.

Wreszcie kondensator zamykający 116 można przy lutować nieco asymetrycznie do końców cewek indukcyjnych ramieniowych 102,104, tak że elektrycznie skuteczny odstęp miedzy cewkami indukcyjnymi ramieniowymi 102,104jest zadany przez jeden z końców tych cewek indukcyjnych ramieniowych 102, 104 i jeden z segmentów 122, 124 okładki kondensatorowej.

Celem dostrojenia kondensatora zamykającego 116 można wykonać w nim znów, korzystnie symetrycznie, przrwy 128, np. przez wycięcie laserem.

Odmiana wykonania anteny 36, według fig. 5 i 6, ma tę zaletę, że przy zwartej strukturze i przy użyciu techniki płytek drukowanych uzyskuje się pojemność zamykającą, przy czym potrzebna jest mała ilość drogiego materiału o dobrych właściwościach dielektrycznych.

W następnej odmianie wykonania według fig. 7 z końcami cewek indukcyjnych ramieniowych 102, 104 połączony jest małostratny zwykły kondensator zamykający 130, którym może być np. kondensator papierowy metalizowany.

Na fig. 8 przedstawiono antenę tulejową, której idea budowy jest zbliżona do tej z fig. 3 i 4. Na tulei 132, wykonanej z materiału o już wspomnianych dobrych właściwościach dielektrycznych , znaj duj e się zewnętrzna ścieżka przewodząca 13 4 z przerwą 136 oraz wewnętrzną ścieżkę przewodzącą 138.

Zewnętrzna ścieżka przewodząca 134 na przeciwległym do przerwy 136 końcu łączy się z przewodem masowym i stanowi cewki indukcyjne ramieniowe 140,142, natomiast wewnętrzna ścieżka przewodząca 138 wraz z cewkami indukcyjnymi ramieniowymi 140,142tworzy kondensator zamykający, którego rozmiar obwodowy wyznaczony jest przerwą 144, której położenie wybiera się stosownie do potrzeb.

Pokazany na fig. 9 przykład realizacji tulejowej anteny 36 uzyskuje się wychodząc od przykładu według fig. 8 w ten sposób, że eliminuje się wewnętrzną ścieżkę przewodzącą 13 8 i do końców cewek indukcyjnych ramieniowych 140, 142 przylutowuje się kondensator zamykający 116, jak opisano szczegółowo w związku z fig. 6.

W odmianie przykładu realizacji, według fig. 9, zewnętrzną ścieżkę przewodzącą 134 i kondensator zamykający 116 można też umieścić po wewnętrznej stronie tulei 132, tak że na strome zewnętrznej tej ostatniej nie ma elemetów elektrycznych. Taka antena może wtedy przyjąć na siebie ściankę obwodową obudowy cylindrycznej, np. wodomierza.

Wreszcie w antenach, według fig. 8 i 9, można umieścić także drukowaną cewkę indukcyjną zasilania na tulei 132, jak to opisano wyżej dla płaskich płytek drukowanych na przykładzie fig. 3 i 4.

Figura 10 pokazuje odczytywany przez radio miernik zużycia ze zdalnie regulowaną charakterystyką pracy, np. licznik elektryczny o przełączanych taryfach.

Czujnik 146 generuje, odpowiadający mocy pobieranej przez odbiornik, sygnał licznikowy na układ obliczania kosztów zużycia 148. Sygnał licznikowy może być np. ciągiem impulsów, który otrzymuje się przez odczyt znaczników przewidzianych na wiroprądowej tarczy pomiarowej miernika mocy.

W rozpatrywanym przykładzie realizacji układ obliczeniowy działa np. tak, że dla każdego otrzymanego impulsu obliczeniowego mnoży on zapamiętaną w pamięci stałej 150 liczbę, która podaje odpowiadające temu impulsowi jednostkowe zużycie prądu (charakterystyczna wielkość wzorcowa działającego cyfrowo czujnika 146), przez przyporządkowany cenie jednostkowego zużycia sygnał kosztu przekazywany przewodem 152.

Tak otrzymany sygnał wynikowy dodawany jest do zawartości pamięci kosztowej 154. Sygnał kosztowy przekazywany jest bezprzewodowo w losowych odstępach czasu do centralnej jednostki obrachunkowej, podobnie jak opisano wyżej w odniesieniu do fig. 1. Przetwarzanie

181 957 sygnałów, nie przedstawione bliżej na fig. 10, odbywa się w przetworniku 156, który steruje nadajnikiem UHF 158, który jest połączony poprzez przełącznik nadawczo/odbiorczy 160 z anteną 36, która przypomina tę z fig. 3 i 4.

W antenie, według fig. 10, ścieżka przewodząca 110 ma kształt drabinki szczeblowej ze ścieżkami poręczowymi 162,164 i łączącymi je ścieżkami szczeblowymi 166. Te ostatnie mogą mieć przygotowane przerwy 168, a w odmiennym wykonaniu zamiast nich lub dodatkowo - ścieżki poręczowe.

Przez wy drapanie jednej lub kilku przerw 168 można zmieniać efektywną powierzchnię cewki indukcyjnej zasilania utworzonej przez ścieżkę przewodzącą 110.

Jeżeli występuje kilka szczeblowych ścieżek przewodzących 166, to efektywna powierzchnia cewki indukcyjnej zasilania odpowiada środkowemu położeniu szczebla. W przedstawionym przykładzie realizacji tylko najwyższa ze ścieżek szczeblowych jest przerwana, a więc efektywna powierzchnia cewki indukcyjnej zasilania odpowiada tej otrzymanej ze szczeblową ścieżką przewodzącą położoną między ścieżką środkową i dolną.

Wyjście odbiorcze przełącznika nadawania/odbierania 160 połączono z wejściem demodulatora 170. Wychodzący z niego strumień bitów jest przetwarzany z powrotem na przetworniku 172 na format równoległy. Tak otrzymany sygnał cyfrowy, który w tym przypadku odpowiada aktualnej taryfie (cena za jednostkowe zużycie), podawany jest na przewód 152.

Wskaźnik 174 informuje użytkownika o aktualnej taryfie i o narastającym koszcie zużycia.

W opisanym wyżej mierniku zużycia do centralnej jednostki odczytowej i obrachunkowej przekazywane są tylko koszty płacone przez użytkownika. Są one znane również użytkownikowi, a więc w zasadzie można wyeliminować przesyłanie rachunku do odbiorcy.

W zmodyfikowanym przykładzie realizacji według fig. 10 można przekazywać bezprzewodowo na miernik zużycia polecenia przesterowania licznika, które nakazują układowi obliczania 148, zależnie od otrzymanego polecenia, obliczanie zużycia i zapisywanie w jednej z wielu pamięci zużycia, które przewidziano zamiast pamięci kosztów 154. Wówczas celem dokonania obliczeń następuje przekazywanie stanów liczników różnych pamięci zużycia do jednostki odczytowej i obrachunkowej.

Można zauważyć, że odczytywany i sterowany przez radio miernik zuzycia umożliwia wykonywanie wielu obliczeń zużycia z zastosowaniem dużej ilości taryf.

Na zasadzie idei opisanej na przykładzie fig. 10 można rozwiązywać także inne zadania, np. zasilanie wielu miejsc pomiaru o zdalnie sterowanej czułości, zdalne sterowanie organów wykonawczych w zależności od sygnałów wyjściowych sąsiadujących z nimi czujników itd.

We wszystkich wymienionych przypadkach opisana wyżej antena wyróżnia się niezależną od przeszkód charakterystyką pracy i małymi stratami.

181 957

Fig 8

181 957

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz.

Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Zespół antenowy, zwłaszcza do zdalnego odczytywania mierników zużycia, z anteną w kształcie przeciętego pierścienia z metalu niezależnego, której jeden punkt jest połączony elektrycznie z pierwszym zaciskiem przyłączeniowym zespołu antenowego, a dnigi punkt jest połączony elektrycznie dla przebiegów zmiennoprądowych z drugim zaciskiem przyłączeniowym zespołu antenowego, znamienny tym, że pierwszy punkt anteny leży pośrodku przeciętego pierścienia, wyznaczając pierwsze końce dwóch cewek indukcyjnych ramieniowych (44, 45; 66, 68; 102, 104; 140, 142), których części stopkowe są połączone z jednym z zacisków przyłączeniowych zespołu antenowego, a przeciwległe, swobodne końce cewek indukcyjnych ramieniowych (44, 45; 66, 68; 102,104; 140,142) są sprzężone kondensatorem zamykającym (46) o niskiej stratności dielektrycznej, przy czym dobroć obwodu rezonansowego utworzonego przez cewki indukcyjne ramieniowe (44,45; 66,68; 102,104; 140,142), i kondensator zamykający (46) jest równa co najwyżej 100.
2. Zespół antenowy według zastrz. 1, znamienny tym, że jego drugi zacisk przyłączeniowy jest połączony z pierwszym zaciskiem przyłączeniowym poprzez sprzężoną magnetycznie z cewkami indukcyjnymi ramieniowymi (44,45; 66, 68; 102,104; 140,142), cewkę indukcyjną zasilania (40).
3. Zespół antenowy według zastrz. 2, znamienny tym, że szeregowo z cewką indukcyjną zasilania (40) połączony jest kondensator (42).
4. Zespół antenowy według zastrz. 2 albo 3, znamienny tym, że szeregowo z cewką indukcyjną zasilania (40) połączony jest rezystor strojeniowy (114).
5. Zespół antenowy według zastrz. 1, znamienny tym, że naprzeciwległe powierzchnie szczeliny cewki indukcyjnej ramieniowej (66,68) utworzone przez przecięty pierścień (60) anteny (36), stanowią okładki kondensatora zamykającego (46)
6. Zespół antenowy według zastrz. 5, znamienny tym, że przecięty pierścień (60) anteny (36) ma szczelinę (62) o grubości od 0,1 do 1,0 mm, korzystnie 0,2 do 0,5 mm, a przestrzeń pomiędzy ściankami szczeliny (62) jest wypełniona materiałem, o stałej dielektrycznej pomiędzy około 2 i 10, a jego współczynnik strat dielektrycznych jest mniejszy od 0,002 i ma dużą stabilność termiczną.
7. Zespół antenowy według zastrz. 1 albo 3, znamienny tym, że cewki indukcyjne ramieniowe 102,104; 140,142), są utworzone przez drukowane ścieżki przewodzące.
8. Zespół antenowy według zastrz. 7, znamienny tym, że cewka indukcyjna zasilania (40) ma postać drukowanej ścieżki przewodzącej (84; 110).
9. Zespół antenowy według zastrz. 8, znamienny tym, że ścieżka przewodząca (84,110) tworząca cewkę indukcyjną zasilania (40) jest położona wewnątrz powierzchni ograniczonej ścieżką przewodzącą tworzącą cewki indukcyjne ramieniowe (102,104; 140,142).
10. Zespół antenowy według zastrz. 8 albo 9, znamienny tym, że ścieżka przewodząca (110) ma kilka pętli (162,164,166), uaktywnionych wybiórczo.
11. Zespół antenowy według zastrz. 10, znamienny tym, że ścieżka przewodząca (110) jest uformowana na kształt drabinki szczeblowej i ma dwie odsunięte od siebie poręczowe ścieżki przewodzące (162,164) i łączące je szczeblowe ścieżki przewodzące (166).
12. Zespół antenowy według zastrz. 7, znamienny tym, że antena (36) ma drukowaną płytkę kondensatorową (106; 120; 138), mostkującą wolne zakończenia cewek indukcyjnych ramieniowych (102,104; 140,142) za pośrednictwem warstwy izolacyjnej (94; 118), o grubości między 0,1 i 1 mm, korzystnie około 0,3 mm, której stała dielektryczna mieści się w zakresie między około 2 i lOajej współczynnik strat dielektrycznych] est mniejszy od 0,002 i ma dużą stabilność termiczną.

181 957
13. Zespół antenowy według zastrz. 12, znamienny tym, że warstwę izolacyjną stanowi płytka drukowana (94), na której umieszczone są ścieżki przewodzące, tworzące cewki indukcyjne ramieniowe (102,104), przy czym okładka kondensatora (106) jest następną drukowaną ścieżką przewodzącą, umieszczoną na płytce drukowanej (94) po stronie przeciwległej do cewek indukcyjnych ramieniowych (102,104).
14. Zespół antenowy według zastrz. 12, znamienny tym, że warstwa izolacyjna jest płytką podłożową(118) i od strony cewek indukcyjnych ramieniowych (102,104) ma odsunięte od siebie segmenty (122,124) okładki kondensatorowej, które przynajmniej częściowo przylegają do zakończenia cewek indukcyjnych ramieniowych (102, 104), przy czym na przeciwległej względem tych cewek indukcyjnych ramieniowych (102,104) stronie płytki podłożowej (118) umieszczona jest drukowana okładka kondensatora (120), przylegająca do obu segmentów (122, 124) okładki kondensatorowej.
15. Zespół antenowy według zastrz. 13, albo 14, znamienny tym, że drukowana okładka kondensatorowa (106; 120) ma przynajmniej jedną korzystnie dwie, symetryczne względem jej środka przerwy (108,128).
16. Zespół antenowy według zastrz. 14, znamienny tym, że płytka drukowana jest elementem tulejowym (132) a cewki indukcyjne ramieniowe (140, 142) są utworzone przez ścieżkę przewodzącą (134) z przerwą (136) umieszczoną na powierzchni obwodowej tulei.
17. Zespół antenowy według zastrz. 14, znamienny tym, że drukowana okładka kondensatorowa (120) jest odsunięta ze wszystkich stron od obrzeży płytki podłożowej (118).
18. Zespół antenowy według zastrz. 1 albo 14, znamienny tym, że w odstępie za cewkami indukcyjnymi ramieniowymi (66,68; 102,104; 140,142) ma metalową płytkę ekranującą (92), która jest większa od konturu w świetle cewek indukcyjnych ramieniowych (66, 68; 102,104; 140, 142), przy czym wspomniany odstęp wynosi zwłaszcza między 5 i 20 mm, korzystnie około 10 mm.
19. Zespół antenowy według zastrz. 1, znamienny tym, że posiada ekran dla kondensatora zamykającego (46)
20. Zespół antenowy według zastrz. 19, znamienny tym, że ekran dla kondensatora zamykającego (46) utworzony jest przez kolejne drukowane ścieżki przewodzące (74, 76, 78,86).

* * *