WO2020091622A1 - Радиомодем с батареей, имеющей функцию антенны - Google Patents

Радиомодем с батареей, имеющей функцию антенны Download PDF

Info

Publication number
WO2020091622A1
WO2020091622A1 PCT/RU2018/000736 RU2018000736W WO2020091622A1 WO 2020091622 A1 WO2020091622 A1 WO 2020091622A1 RU 2018000736 W RU2018000736 W RU 2018000736W WO 2020091622 A1 WO2020091622 A1 WO 2020091622A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
radio modem
battery
radio
circuit board
printed circuit
Prior art date
Application number
PCT/RU2018/000736
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Иван Ювенальевич КУФТИН
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "ТЕЛЕМАТИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ"
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 Общество с ограниченной ответственностью "ТЕЛЕМАТИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "ТЕЛЕМАТИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ"
Publication of WO2020091622A1 publication Critical patent/WO2020091622A1/ru

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • 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
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • This technical solution generally relates to computer technology, and in particular to radio modems containing VHF portable antennas.
  • the antenna for the radio modem is usually made in PCB form (copper strips on the dielectric) or an external antenna is connected.
  • PCB form copper strips on the dielectric
  • an external antenna is connected. The proximity of the antenna conductors to the dielectric reduces the antenna efficiency due to dielectric repolarization losses.
  • radio modem contains a printed circuit board with a control microcontroller, a radio transmitter, digital interfaces RS-232 and RS-485, a microcontroller power supply stabilizer, a radio transmitter power supply stabilizer, an antenna connection connector, an LED indicator of operation modes.
  • a technical problem or a technical problem to be solved in this technical solution is the implementation of a battery in a radio modem as an antenna element.
  • the technical result achieved by solving the above problem is to minimize the size of the radio modem by giving the battery a second function in the electronic circuit of the radio modem - an element for converting high-frequency currents into electromagnetic energy, similar to an antenna. Thus, there is no need to allocate the amount of space in the radio modem for a separate antenna.
  • An additional technical result is to increase the efficiency of the device by reducing the loss of electromagnetic energy in the dielectric, which also increases the energy of the radio channel.
  • the radio modem in the housing of which there is a printed circuit board on which the microcontroller, transceiver and electronic switch are located; a battery configured to perform the function of the antenna.
  • the circuit board also contains a set of grounding conductors of the circuit board, forming the counterweight part of the battery, as part of the antenna; moreover, the negative terminal of the battery is connected to the grounding conductor of the printed circuit board, and the positive one with the output of the radio signal power amplifier.
  • the battery is used to perform the function of an antenna element, made in the form of an asymmetric Pistolkors loop loop vibrator or a loop antenna.
  • the loop vibrator is unbalanced having an input impedance of 160 ohms.
  • the asymmetrical loop vibrator has a cut to which a feeder is connected.
  • the power cell is a single cell.
  • the battery used to perform the function of the antenna element has a loss resistance of the radiating structure of about 0.02 ohms and an input impedance of 50 ohms.
  • the microcontroller belongs to the STM32 family.
  • the isolation of the DC and AC circuits is carried out by LC elements.
  • the microcontroller, switch, and transceiver are connected together via a power bus.
  • the radio modem is a device for transmitting and receiving a radio signal between two devices.
  • the radio modem is an independent device 15 or is integrated into another device through an assembly operation.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a device comprising a printed circuit board and a battery for a radio modem that functions as an antenna element made in the form of an asymmetric loop
  • FIG. Figure 2 shows a block diagram of a radio modem containing a printed circuit board and a radio modem battery that serves as an antenna element made in the form of an asymmetric Pistolkors loop loop vibrator.
  • FIG. 3 shows an embodiment of the present technical solution in which a radio module with a printed circuit board and a battery element is built into a measuring device, for example, a water meter.
  • FIG. 4 shows an embodiment of a technical solution in which a radio modem battery serves as an element antenna, made in the form of a loop antenna, the conductors of which this battery is used.
  • the technical solution can be implemented as a component of a distributed computer system (centralized or decentralized), the components of which are cloud or local servers, measuring instruments, routers, etc., without limitation.
  • a system means a computer system or an automated system (AS), a computer (electronic computer), CNC (numerical control), PLC (programmable logic controller), a computerized control system, and any other devices capable of performing a given, clearly defined sequence of computational operations (actions, instructions).
  • AS automated system
  • CNC number of computers
  • PLC programmable logic controller
  • Antenna A device designed to emit or receive radio waves.
  • the technical solution consists of a printed circuit board with electronic components of a radio modem circuit, a battery element, and an isolation circuit of high frequency circuits with DC power circuits.
  • the radio modem circuit board and the battery form an electromagnetic energy emitter, as shown in FIG. 1.
  • a set of grounding conductors of the circuit board (English “ground plane”) form the counterweight part of the antenna
  • the battery is an asymmetrical Pistolkors loop loop vibrator.
  • the design of the Pistolkors loop vibrator is a system of two parallel linear vibrators forming a loop, as shown in FIG. 2. These vibrators are located at a small distance relative to the wavelength and form a closed loop.
  • One of the vibrators in the center has a cut to which a feeder is connected.
  • the middle of the other vibrator is a point of zero potential, which allows you to attach the vibrator to a metal traverse at this point without isolation.
  • the currents of both vibrators coincide in direction, and therefore such an antenna equivalent to one double current vibrator.
  • the advantage of a loop vibrator is a higher input resistance and the ability to adjust it by appropriate selection of the radius of the conductors.
  • the input impedance of the Pistolkors loop vibrator is approximately four times greater than that of a conventional vibrator, and is about 320 ohms in free space.
  • an asymmetric version of the vibrator having an input impedance of 160 Ohms can be used.
  • the parallel conductors of the vibrator have different diameters, the input resistance of 50 Ohms is implemented in the radio modem, which is in good agreement with the output resistance of the transceiver.
  • the isolation circuit ensures the operation of the battery as a battery of a radio modem, for example, with a voltage of 3 or 3.6 Volts.
  • single galvanic cells eg, lithium
  • single galvanic cells eg, lithium
  • any other types of metal-coated batteries may be used.
  • FIG. 2 shows a block diagram of a radio modem.
  • Digital information from the test object which can be an electric meter (the information is the readings of the electric meter), is sent to the microcontroller DD1 (STM32G071) and after processing it is sent to a transceiver (transceiver) made on the microcircuit D1 (AX5043), from which the modulated high-frequency radio signal at a frequency of 868 MHz is fed to the DA1 electronic switch or switch (MASWSS0115TR), which is necessary for the feedback radio modem.
  • the radio signal enters the antenna, the function of which is performed by the battery (galvanic cell).
  • Alternating high-frequency current flowing through the conductors of the battery causes an alternating magnetic field, which causes a vortex electric field, which, in turn, causes a magnetic field.
  • an electromagnetic field arises that forms an electromagnetic wave.
  • the battery has a large internal capacitance (about 8 nF) and therefore it has little resistance to alternating currents (it can be hundredths of an ohm). In a specific embodiment, for the used operating frequency range of 868 MHz, the resistance is about 0.02 ohms. This value determines the antenna loss resistance, which at an antenna input resistance of 50 Ohms does not significantly affect the antenna efficiency as a whole.
  • the isolation of the DC and AC circuits is carried out by LC elements.
  • the negative output of the battery is connected to the grounding conductor of the radio modem printed circuit board, plus with the output of the radio signal power amplifier.
  • the isolation of the DC power supply from the RF circuits is provided by an inductance chip (inductor), the resistance of which for direct current is about 0.3 Ohm, and for alternating currents about 1000 Ohm.
  • a choke with blocking capacitors of the radio modem power bus form an LC filter.
  • the inductor is necessary in the electric circuit in the case when it is necessary to suppress the alternating component of the current (for example, interference), significantly reduce the ripple in the network, and also limit or separate different frequency signals (isolation or isolation) in accordance with the task.
  • the transceiver operates in the range of 70 to 1050 MHz with a sensitivity of -126 dBm at 1200 baud and 45 dB of adjacent channel rejection, consuming 9.5 mA in the reception mode.
  • the chip has a unique combination of parameters: high sensitivity, ultra-low power consumption, high selectivity.
  • a temperature-compensated clock (16 MHz for most ranges) is required, but the transceiver can work with ordinary quartz if it meets the requirements for frequency stability.
  • This transceiver is designed for battery operation and supports FSK, MSK, 4-FSK, GFSK, GMSK, AFSK and ASK modulation.
  • the microcontroller consists of a processor core, static RAM memory, flash memory, a debugging interface, and various peripheral devices. The microcontroller combines on one chip the functions of the processor and peripheral devices, contains RAM and (or) ROM.
  • a bus system which may include a power bus, a control signal bus, and a status signal bus in addition to the data bus.
  • a bus system which may include a power bus, a control signal bus, and a status signal bus in addition to the data bus.
  • the radio modem includes a housing within which, through articulation operations, all components of the device are located.
  • the housing can have two configurations - for indoor and outdoor use.
  • the indoor configuration is designed for use in weatherproof shelters.
  • the configuration for outdoor use is an environmental control unit (ECU) with sealed external connectors that allow the enclosure to be installed in all weather conditions.
  • ECU environmental control unit
  • This solution eliminates the need to allocate a special place in the radio modem for antenna placement, increases the antenna efficiency and expands the operating frequency band compared to its design as a strip structure on a dielectric substrate.
  • the radio modem is a device for transmitting and receiving a radio signal between two devices.
  • the radio modem is a stand-alone device or is integrated into another device by an assembly operation.
  • a radio modem is built into the Aqua type water meter (certificate Ns66941 on type approval of measuring instruments), as shown in FIG. 3, and can also be integrated into other types of appliances, not limited to. Test results with base stations of the telematics network are positive.
  • a loop antenna architecture can be used, using AA size battery as its conductors, as shown in FIG. 4. The loop antenna is described, for example, in the information source [1]. Sometimes in the technical literature such antennas are called low or handrails.
  • the loop antenna includes a main vertical wire driven by a generator.
  • the second vertical wire is grounded at the base to the radio modem board and a horizontal wire connected to the vertical galvanic contacts.
  • the length of the horizontal wire is usually much greater than the vertical wires, i.e. antenna length is much greater than height.
  • the role of the vertical wires is played by the flexible leads of the battery, and the horizontal by the case of the battery.
  • the isolation circuit of the microwave and DC power circuits is similar to the circuit with a Pistolkors vibrator.
  • Data and signals from an external device can be obtained by a radio modem using any of a variety of different technologies and techniques.
  • data, instructions, commands, information, signals, and the like which may be referred to throughout the description above, may be represented by voltages, currents, electromagnetic waves, magnetic fields or particles, optical fields or particles, or any combination of the above.
  • DSP digital signal processor
  • ASIC specialized integrated circuit
  • FPGA programmable gate array
  • a general purpose processor may be a microprocessor, but in the alternative, the processor may be any conventional processor, controller, microcontroller, or state machine.
  • a processor can also be implemented as a combination of computing devices, for example, a combination of a DSP and a microprocessor, a plurality of microprocessors, one or more microprocessors together with a DSP core, or any other similar configuration.
  • the steps described in connection with the embodiments disclosed herein may be implemented directly in hardware, in a software module executed by a microcontroller processor, or in a combination thereof.
  • the software module may reside in any form of storage medium that is known in the art. Some examples of storage media that can be used include RAM memory, flash memory, ROM memory, EPROM memory, EEPROM memory, registers, removable disk, etc.
  • a software module may contain one instruction or many instructions and may be distributed across several different code segments, among various programs and among a plurality of storage media.
  • An exemplary storage medium may be coupled to the processor so that the processor can read information from and write information to the storage medium. Alternatively, the storage medium may be integrated in the processor.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Transceivers (AREA)

Abstract

Данное техническое решение в общем относится к вычислительной технике, а в частности к радиомодемам, содержащим портативные антенны УКВ диапазона. Технический результат - обеспечение минимизации габаритов радиомодема за счет придания элементу питания второй функции в электронной схеме радиомодема - элемента преобразования переменных токов в электромагнитную энергию. Данный технический результат достигается благодаря реализации радиомодема, в корпусе которого располагается печатная плата, на которой расположен микроконтроллер, приемопередатчик и электронный коммутатор; элемент питания, выполненный с возможностью осуществления функции элемента антенны. Печатная плата также содержит набор заземляющих проводников печатной платы, образующих противовесную часть элемента питания, как части антенны; причем минусовой вывод элемента питания соединен с заземляющим проводником печатной платы, а плюсовой с выходом усилителя мощности радиосигнала.

Description

РАДИОМОДЕМ С БАТАРЕЕЙ, ИМЕЮЩЕЙ ФУНКЦИЮ АНТЕННЫ
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[001] Данное техническое решение в общем относится к вычислительной технике, а в частности к радиомодемам, содержащим портативные антенны УКВ диапазона.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[002] В настоящее время при производстве радиомодемов остро стоит вопрос минимизации габаритов изделий, что вынуждает проектировать их антенны в очень ограниченном пространстве. При этом падает КПД антенн, сужается рабочий диапазон частот. Сужение рабочего диапазона частот усложняет повторяемость характеристик антенн при массовом производстве и их реализации в виде РСВ структур.
[003] В существующих аналогичных решениях в уровне техники обычно антенна для радиомодема выполняется в РСВ виде (медные полоски на диэлектрике) или подключается внешняя антенна. Близкое расположение проводников антенны к диэлектрику понижает КПД антенны из-за потерь на переполяризацию диэлектрика.
[004] За ближайший аналог может быть принято техническое решение, описанное в патенте Ns RU59918 «РАДИОМОДЕМ» (дата приоритета: 24.08.2006, правообладатель: ЗАО «Корпоративный институт электротехнического приборостроения «Энергомера»). Данный радиомодем содержит печатную плату с управляющим микроконтроллером, радиопередатчик, цифровые интерфейсы RS-232 и RS-485, стабилизатор питания микроконтроллера, стабилизатор питания радиопередатчика, разъем подключения антенны, светодиодный индикатор режимов работы.
[005] Однако данный прототип обладает всеми недостатками, перечисленными выше и распространенными в уровне техники, либо требует подключения внешней антенны.
СУЩНОСТЬ ТЕХНИЧЕСКОГО РЕШЕНИЯ
[006] Данное техническое решение направлено на устранение недостатков, свойственных решениям, известным из уровня техники. [007] Технической задачей или технической проблемой, решаемой в данном техническом решении, является реализация элемента питания в радиомодеме дополнительно в качестве элемента антенны.
[008] Техническим результатом, достигаемым при решении вышеуказанной задачи, является обеспечение минимизации габаритов радиомодема за счёт придания элементу питания второй функции в электронной схеме радиомодема — элемента преобразования высокочастотных токов в электромагнитную энергию, аналогично антенне. Таким образом пропадает необходимость выделять объём пространства в радиомодеме для отдельной антенны.
[009] Дополнительным техническим результатом является повышение КПД работы устройства за счет уменьшения потерь электромагнитной энергии в диэлектрике, вследствие чего повышается также энергетика канала радиосвязи.
[0010]Данный технический результат достигается благодаря реализации радиомодема, в корпусе которого располагается печатная плата, на которой расположен микроконтроллер, приемопередатчик и электронный коммутатор; элемент питания, выполненный с возможностью осуществления функции антенны. Печатная плата также содержит набор заземляющих проводников печатной платы, образующих противовесную часть элемента питания, как части антенны; причем минусовой вывод элемента питания соединён с заземляющим проводником печатной платы, а плюсовой с выходом усилителя мощности радиосигнала.
[0011 ]В некоторых вариантах реализации устройства элемент питания используется для выполнения функции элемента антенны, выполненной в виде несимметричного петлевого вибратора Пистолькорса или шлейфовой антенны.
[0012]В некоторых вариантах реализации устройства петлевой вибратор является несимметричным, имеющим входное сопротивление 160 Ом.
[0013]В некоторых вариантах реализации устройства несимметричный петлевой вибратор имеет разрез, к которому подсоединяется фидер.
[0014]В некоторых вариантах реализации устройства элементом питания является одиночный гальванический элемент. [0015]B некоторых вариантах реализации устройства элемент питания, использующийся для выполнения функции элемента антенны, имеет сопротивление потерь излучающей структуры около 0,02 Ом и входное сопротивление 50 Ом.
5 [0016] В некоторых вариантах реализации устройства микроконтроллер принадлежит к семейству STM32.
[0017]В некоторых вариантах реализации устройства развязка цепей постоянного тока и переменного тока осуществляется LC-элементами.
[0018] В некоторых вариантах реализации устройства микроконтроллер, ю переключатель и трансивер соединены вместе посредством шины питания.
[0019]В некоторых вариантах реализации устройства радиомодемом является устройство для передачи и приёма радиосигнала между двумя устройствами.
[0020] В некоторых вариантах реализации устройства радиомодем является 15 самостоятельным устройством или встроен в другое устройство посредством сборочной операции.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0021]Признаки и преимущества настоящего технического решения станут 20 очевидными из приведенного ниже подробного описания и прилагаемых чертежей, на которых:
[0022]На Фиг. 1 показан вариант реализации устройства, содержащего печатную плату и элемент питания радиомодема, выполняющего функцию элемента антенны, выполненной в виде несимметричного петлевого
25 вибратора Пистолькорса.
[0023]На Фиг. 2 показана показана блок-схема радиомодема, содержащего печатную плату и элемент питания радиомодема, выполняющего функцию элемента антенны, выполненной в виде несимметричного петлевого вибратора Пистолькорса.
зо [0024]На Фиг. 3 показан вариант реализации настоящего технического решения, в котором радиомодуль с печатной платой и элементом питания встраивается в измерительный прибор, например, счетчик воды.
[0025] На Фиг. 4 показан вариант реализации технического решения, в котором элемент питания радиомодема, выполняет функцию элемента антенны, выполненной в виде шлейфовой антенны, в качестве проводников которой использован этот элемент питания.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
[0026]Техническое решение может быть реализовано как компонент распределенной компьютерной системы (централизованной или децентрализованной), компоненты которой являются облачными или локальными серверами, измерительными приборами, маршрутизаторами и т.д., не ограничиваясь.
[0027]В данном решении под системой подразумевается компьютерная система или автоматизированная система (АС), ЭВМ (электронно- вычислительная машина), ЧПУ (числовое программное управление), ПЛК (программируемый логический контроллер), компьютеризированная система управления и любые другие устройства, способные выполнять заданную, чётко определённую последовательность вычислительных операций (действий, инструкций).
[0028]Антенна— устройство, предназначенное для излучения или приема радиоволн.
[0029]Техническое решение состоит из печатной платы с электронными компонентами схемы радиомодема, элемента питания и схемы развязки цепей высокой частоты с цепями питания постоянного тока. С точки зрения антенной техники печатная плата радиомодема и элемент питания образуют излучатель электромагнитной энергии, как показано на Фиг. 1. Для его эффективной работы набор заземляющих проводников платы (англ «ground plane») образуют противовесную часть антенны, а элемент питания - несимметричный петлевой вибратор Пистолькорса. Конструкция петлевого вибратора Пистолькорса представляет собой систему из двух параллельных линейных вибраторов, образующих петлю, как показано на Фиг. 2. Эти вибраторы располагаются на небольшом относительно длины волны расстоянии друг от друга и образуют замкнутую петлю. Один из вибраторов в центре имеет разрез, к которому подсоединяется фидер. Середина другого вибратора является точкой нулевого потенциала, что позволяет в этой точке крепить вибратор к металлической траверсе без изоляции. Токи обоих вибраторов совпадают по направлению, и поэтому такая антенна эквивалентна одному вибратору с удвоенным током. Достоинством петлевого вибратора является более высокое входное сопротивление и возможность его регулировки путем соответствующего подбора радиуса проводников. Входное сопротивление петлевого вибратора Пистолькорса примерно в четыре раза больше, чем у обычного вибратора, и составляет около 320 Ом в свободном пространстве. В данном техническом решении в конкретном варианте реализации может быть использован несимметричный вариант вибратора, имеющий входное сопротивление 160 Ом. А поскольку параллельные проводники вибратора имеют разный диаметр, то в радиомодеме реализовано входное сопротивление 50 Ом, которое хорошо согласуется с выходным сопротивлением трансивера.
[0030] С точки зрения низкочастотной электронной техники, схема развязки обеспечивает работу батареи, как элемента питания радиомодема, например, с напряжением 3 или 3.6 Вольта. В конкретном варианте реализации в качестве элемента питания могут использоваться одиночные гальванические элементы (например, литиевые) типоразмера D, С, А, АА,1/2АА, ААА, не ограничиваясь. В других вариантах реализации могут использоваться любые другие типы элементов питания в металлической оболочке.
[0031 ]В данном техническом решении предлагается, кроме обеспечения элементом питания электропитания радиомодема, получить функцию преобразования переменных токов в электромагнитную энергию (и обратно), т. е. использовать его и в качестве элемента антенны радиомодема. На Фиг. 2 представлена блок-схема радиомодема. Цифровая информация от тестируемого объекта, которым может быть электросчетчик (информацией являются показания электросчетчика), поступает в микроконтроллер DD1 (STM32G071 ) и после обработки направляется в трансивер (приемопередатчик), выполненный на микросхеме D1 (АХ5043), с которого промодулированный высокочастотный радиосигнал на частоте 868 МГц поступает на электронный коммутатор DA1 или переключатель (MASWSS0115TR), который необходим для варианта радиомодема с обратной связью. Далее радиосигнал поступает в антенну, функцию которой выполняет элемент питания (гальванический элемент). Переменный высокочастотный ток протекающий по проводникам элемента питания вызывает переменное магнитное поле, которое вызывает вихревое электрическое поле, которое, в свою очередь, вызывает магнитное поле. Таким образом возникает электромагнитное поле, образующее электромагнитную волну. У элемента питания большая собственная ёмкость (около 8 нФ) и поэтому переменным токам она оказывает незначительное сопротивление (это могут быть сотые доли Ом). В конкретном варианте реализации для используемого диапазона рабочих частот 868 МГц сопротивление составляет около 0,02 Ом. Эта величина определяет сопротивление потерь антенны, которая при входном сопротивлении антенны 50 Ом не существенно влияет на КПД антенны в целом. Развязка цепей постоянного тока и переменного тока осуществляется LC-элементами. Минусовой вывод элемента питания соединён с заземляющим проводником печатной платы радиомодема, плюсовой с выходом усилителя мощности радиосигнала. Развязку цепей питания постоянного тока от ВЧ цепей обеспечивает чип индуктивности (дроссель), сопротивление которого для постоянного тока составляет около 0,3 Ома, а для переменных токов около 1000 Ом. Дроссель с блокировочными конденсаторами шины питания радиомодема образуют LC-фильтр. Дроссель необходим в электрической цепи в том случае, когда необходимо подавить переменную составляющую тока (например, помехи), существенно снизить пульсации в сети, а также ограничить или разделить в соответствии с поставленной задачей различные частотные сигналы (изоляция или развязка).
[0032]Трансивер работает в диапазоне от 70 до 1050 МГц с чувствительностью -126 дБм на 1200 бод и 45 дБ подавления соседнего канала, потребляющий 9,5 мА в режиме работы на приём. Микросхема имеет уникальную комбинацию параметров: высокая чувствительность, сверхнизкое энергопотребление, высокая избирательность. Для работы в узкополосном режиме требуется термокомпенсированный тактовый генератор (16 МГц для большинства диапазонов), но приемопередатчик может работать и с обычным кварцем, если он обеспечивает требования по стабильности частоты. Данный приемопередатчик рассчитан на работу от батарейки и поддерживает FSK, MSK, 4-FSK, GFSK, GMSK, AFSK и ASK модуляции. [0033] Микроконтроллер состоит из ядра процессора, статической RAM- памяти, флеш-памяти, отладочного интерфейса и различных периферийных устройств. Микроконтроллер сочетает на одном кристалле функции процессора и периферийных устройств, содержит ОЗУ и (или) ПЗУ.
[0034] Различные компоненты устройства, например, микроконтроллер, переключатель и трансивер могут быть соединены вместе посредством системы шин, которая может включать в себя шину питания, шину сигнала управления и шину сигнала состояния помимо шины данных. Тем не менее, для простоты различные шины проиллюстрированы на Фиг. 2 как шина питания.
[0035] Радиомодем содержит корпус, внутри которого посредством операций сочленения располагаются все компоненты устройства. Корпус может иметь две конфигурации - для крытых помещений и наружного использования. Конфигурация для крытых помещений предназначена для использования в защищенных от непогоды укрытиях. Конфигурация для наружного использования представляет собой блок контроля параметров окружающей среды (ECU) с герметичными внешними разъемами, допускающими установку корпуса при любых погодных условиях.
[0036]Такое решение избавляет от необходимости выделять в радиомодеме специальное место для размещения антенны, повышает КПД антенны и расширяет рабочую полосу частот по сравнению с её исполнением в виде полосковой структуры на диэлектрической подложке.
[0037] В некоторых вариантах реализации радиомодемом является устройство для передачи и приёма радиосигнала между двумя устройствами.
[0038] Радиомодем является самостоятельным устройством или встроен в другое устройство сборочной операцией.
[0039]Данное техническое решение было реализовано и испытано с электросчётчиком Меркурий 200.02 типа Меркурий 200 (свидетельство N°29209/2 об утверждении типа средств измерений). Также, в одном из вариантов реализации радиомодем встроен в счетчик воды типа Аква (свидетельство Ns66941 об утверждении типа средств измерений), как показано на Фиг. 3, а также может быть встроен в другие типы приборов, не ограничиваясь. Результаты испытаний с базовыми станциями сети телематики положительные. [0040]B некоторых вариантах реализации радиомодема, например, при использовании в счётчике воды типа Аква (свидетельство Ns66941 об утверждении типа средств измерений), может быть применена архитектура шлейфовой антенны, в качестве проводников которой использован элемент питания типоразмера АА, как показано на Фиг. 4. Шлейфовая антенна описана, к примеру, в источнике информации [1]. Иногда в технической литературе такие антенны называют низкорасположенными или поручневыми.
[0041] Шлейфовая антенна включает в себя основной вертикальный провод, возбуждаемый генератором. Второй вертикальный провод заземлён в основании на плату радиомодема и горизонтальный провод, соединённый с вертикальными гальваническими контактами. Длина горизонтального провода, обычно, гораздо больше вертикальных проводов, т.е. длина антенны много больше высоты.
[0042] В данном техническом решении роль вертикальных проводов играют гибкие выводы батареи, а горизонтального - корпус батареи. Схема развязки цепей СВЧ и питания постоянным током аналогична схеме с вибратором Пистолькорса.
[0043] В общем случае, специалисту в уровне техники очевидно, что в данном техническом решении может быть использована разная архитектура антенны, известная из уровня техники, причем конкретный тип не влияет на достижение технического результата.
[0044]Данные и сигналы из внешнего устройства, например, электрического счетчика могут быть получены радиомодемом с помощью любой из множества различных технологий и методик. Например, данные, инструкции, команды, информация, сигналы и т.п., которые могут упоминаться по всему описанию выше, могут быть представлены напряжениями, токами, электромагнитными волнами, магнитными полями или частицами, оптическими полями или частицами либо любой комбинацией вышеозначенного.
[0045]Различные иллюстративные логические блоки, модули и схемы, описанные в связи с вариантами осуществления, раскрытыми в материалах настоящей заявки, могут быть реализованы или выполнены с помощью процессора общего назначения, цифрового сигнального процессора (DSP), специализированной интегральной схемы (ASIC), программируемой вентильной матрицы (FPGA) или другого программируемого логического устройства, дискретной вентильной или транзисторной логики, дискретных компонентов аппаратных средств или любого их сочетания, спроектированного, чтобы выполнять функции, описанные в материалах настоящей заявки. Процессором общего назначения может быть микропроцессор, но в альтернативном варианте процессором может быть любой традиционный процессор, контроллер, микроконтроллер или конечный автомат. Процессор также может быть реализован как комбинация вычислительных устройств, например, комбинация DSP и микропроцессора, множество микропроцессоров, один или более микропроцессоры вместе с ядром DSP либо любая другая подобная конфигурация.
[0046]Этапы работ, описанные в связи с раскрытыми в данном документе вариантами осуществления, могут быть реализованы непосредственно в аппаратных средствах, в программном модуле, приводимом в исполнение процессором микроконтроллера, или в их сочетании. Программный модуль может находиться в любой форме носителя хранения, который известен в области техники. Некоторые примеры носителей хранения, которые могут быть использованы, включают в себя RAM-память, флеш-память, ROM- память, EPROM-память, EEPROM-память, регистры, съемный диск и т.д. Программный модуль может содержать одну инструкцию или много инструкций и может быть распределен по нескольким различным сегментам кода, среди различных программ и среди множества носителей хранения. Примерный носитель хранения может быть связан с процессором так, что процессор может считывать информацию с и записывать информацию на носитель хранения. В альтернативном варианте носитель хранения данных может быть встроен в процессор.
[0047]Таким образом, выше было показано, что все элементы устройства находятся в конструктивной и функциональной связи между собой.
[0048] Настоящее подробное описание составлено с приведением различных не имеющих ограничительного и исчерпывающего характера вариантов осуществления. В то же время, специалистам, имеющим средний уровень компетентности в рассматриваемой области техники, очевидно, что различные замены, модификации или сочетания любых раскрытых здесь вариантов осуществления (в том числе частично) могут быть воспроизведены в пределах объема настоящего технического решения. Таким образом, подразумевается и понимается, что настоящее описание технического решения включает дополнительные варианты осуществления, суть которых не изложена здесь в явно выраженной форме. Такие варианты осуществления могут быть получены путем, например, сочетания, модификации или преобразования каких-либо действий, компонентов, элементов, свойств, аспектов, характеристик, ограничений и пр., относящихся к приведенным здесь и не имеющим ограничительного характера вариантам осуществления.
ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
[0049]1. Резников Г. Б. Антенны летательных аппаратов. - Советское радио, 1967.
10
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)

Claims

ФОРМУЛА
1. Радиомодем с батареей, имеющей функцию элемента антенны, в корпусе которого располагается:
• печатная плата, на которой расположен микроконтроллер, приемопередатчик и электронный коммутатор;
• элемент питания, расположенный над печатной платой и выполненный с возможностью выполнения функции элемента антенны;
• набор заземляющих проводников печатной платы, образующих противовесную часть элемента питания, как элемента антенны; причем минусовой вывод элемента питания соединён с заземляющим проводником печатной платы, а плюсовой с выходом усилителя мощности радиосигнала.
2. Радиомодем по п. 1, характеризующийся тем, что элемент питания используется для выполнения функции элемента антенны, выполненной в виде несимметричного петлевого вибратора Пистолькорса или шлейфовой антенны.
3. Радиомодем по п. 2, характеризующийся тем, что петлевой вибратор является несимметричным, имеющим входное сопротивление 160 Ом.
4. Радиомодем по п. 3, характеризующийся тем, что несимметричный петлевой вибратор имеет разрез, к которому подсоединяется фидер.
5. Радиомодем по п. 1 , характеризующийся тем, что элементом питания является одиночный гальванический элемент.
6. Радиомодем по п. 1, характеризующийся тем, что элемент питания, использующийся для выполнения функции элемента антенны, имеет сопротивление потерь излучающей структуры около 0,02 Ом и входное сопротивление 50 Ом.
7. Радиомодем по п. 1 , характеризующийся тем, что микроконтроллер принадлежит к семейству STM32.
8. Радиомодем по п. 1, характеризующийся тем, что развязка цепей постоянного тока и переменного тока осуществляется LC-элементами.
11
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
9. Радиомодем по п. 1, характеризующийся тем, что микроконтроллер, переключатель и трансивер соединены вместе посредством шины питания.
10. Радиомодем по п. 1, характеризующийся тем, что радиомодемом является устройство для передачи и приёма радиосигнала между двумя устройствами.
11. Радиомодем по п. 1 , характеризующийся тем, что радиомодем является самостоятельным устройством или встроен в другое устройство посредством сборочной операции.
12
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
PCT/RU2018/000736 2018-11-02 2018-11-12 Радиомодем с батареей, имеющей функцию антенны WO2020091622A1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018138777 2018-11-02
RU2018138777 2018-11-02

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020091622A1 true WO2020091622A1 (ru) 2020-05-07

Family

ID=70462313

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2018/000736 WO2020091622A1 (ru) 2018-11-02 2018-11-12 Радиомодем с батареей, имеющей функцию антенны

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2020091622A1 (ru)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6104920A (en) * 1998-03-26 2000-08-15 Nortel Networks Corporation Radio communication device antenna arrangements
RU2169968C1 (ru) * 1999-12-27 2001-06-27 Московский технический университет связи и информатики Быстроразвертываемая антенна
RU2242065C2 (ru) * 1998-04-02 2004-12-10 Дзе Боард оф Трастиз оф дзе Юниверсити оф Иллинойс Батарея, имеющая регулятор
RU2398259C2 (ru) * 2003-12-12 2010-08-27 Роузмаунт, Инк. Силовая шина радиопередатчика
RU2499354C2 (ru) * 2010-07-06 2013-11-20 Эппл Инк. Системы настраиваемых антенн
US20140379321A1 (en) * 2012-09-24 2014-12-25 Aerospace Science & Industry Shenzhen (Group) Co., Ltd. Method and system for simulating power line carrier communication system

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6104920A (en) * 1998-03-26 2000-08-15 Nortel Networks Corporation Radio communication device antenna arrangements
RU2242065C2 (ru) * 1998-04-02 2004-12-10 Дзе Боард оф Трастиз оф дзе Юниверсити оф Иллинойс Батарея, имеющая регулятор
RU2169968C1 (ru) * 1999-12-27 2001-06-27 Московский технический университет связи и информатики Быстроразвертываемая антенна
RU2398259C2 (ru) * 2003-12-12 2010-08-27 Роузмаунт, Инк. Силовая шина радиопередатчика
RU2499354C2 (ru) * 2010-07-06 2013-11-20 Эппл Инк. Системы настраиваемых антенн
US20140379321A1 (en) * 2012-09-24 2014-12-25 Aerospace Science & Industry Shenzhen (Group) Co., Ltd. Method and system for simulating power line carrier communication system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109687107B (zh) 基于人造电壁的高辐射效率、高选择性太赫兹滤波天线
US20110199272A1 (en) Field-confined printed circuit board-printed antenna for radio frequency front end integrated circuits
US7835776B2 (en) Wireless terminal
CN110120820B (zh) 天线模块和发送系统
CN108321491B (zh) 可切换的近远场射频识别天线
CN109411877B (zh) 天线装置以及电子设备
CN109525129B (zh) 一种基于协同网络的整流电路及设计方法
RU191695U1 (ru) Радиомодем с батареей, имеющей функцию антенны
US7193575B2 (en) Wideband antenna with transmission line elbow
WO2020091622A1 (ru) Радиомодем с батареей, имеющей функцию антенны
CN102509877A (zh) 一种小型化的超宽带天线
CN201708229U (zh) 腔体滤波器及滤波器腔体
CN101697378B (zh) 无线设备天线处理方法以及无线设备
CN209843934U (zh) 单面板近场通讯天线模组及其通讯设备
CN103633435A (zh) 整合金属壳体的天线结构
CN109149138B (zh) 一种介质天线、介质天线装置及通信装置
CN109244654B (zh) 一种电视干扰测量用贴片天线、电视干扰测量装置及方法
CN202374217U (zh) 一种频谱测量装置及其采用pcb工艺的yig调谐振荡器
TWI517492B (zh) 天線及無線通訊裝置
Mustafa et al. Develop model for an antenna with dual band microstrip patches
CN117134518B (zh) 一种无线能量收集装置
CN116191048B (zh) 一种电磁环境测量天线
Vanindika et al. Characterization of circular spiral patch for wireless charging radiator
CN205319326U (zh) 一种多频段天线及通讯装置
CN109149107A (zh) 天线装置及通信装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18938832

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18938832

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1