Радиоустройство для беспроводной сети
Изобретение относится к устройствам для беспроводной связи. Технический результат заключается в максимизации свойств приема и передачи приемопередающего устройства. Предлагается радиоустройство для беспроводной сети, содержащее внешний защитный корпус (3), вмещающий электронную схему (4) приемопередатчика и четыре излучающих элемента (5), удерживаемых защитным корпусом и имеющих ориентации, которые отличаются друг от друга. Внешний защитный корпус (3) сконфигурирован таким образом, что, когда он установлен на плоской поверхности, он самоустанавливается так, что только один излучающий элемент (5), по существу, перпендикулярен плоской поверхности, при этом радиоустройство способно автономно определять принятую ориентацию и содержит автоматическое устройство (20) выбора для выбора излучающего элемента (5), установленного, по существу, перпендикулярно плоской поверхности. 29 з.п. ф-лы, 6 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к радиоустройству для беспроводной сети.
Раскрытие изобретения
Задачей настоящего изобретения является обеспечение устройства, которое способно максимизировать свойства приема и передачи приемопередающего устройства, которое работает в узле сети, сформированной множеством устройств.
Дополнительной задачей настоящего изобретения является обеспечение радиоустройства для беспроводной сети, которое
- представляет включенные затраты;
- является очень надежным;
- просто и быстро в производстве; и
- представляет низкие уровни потребления и, следовательно, имеет довольно длительный срок службы.
Указанные выше задачи достигаются посредством настоящего изобретения, относящегося к радиоустройству для беспроводной сети, содержащему внешний защитный корпус, в котором размещены электронная схема приемопередатчика и, по меньшей мере, один первый излучающий элемент и один второй излучающий элемент, которые размещены в защитном корпусе и имеют ориентации, которые отличаются друг от друга, причем радиоустройство для беспроводной сети отличается тем, что оно содержит средство для автоматического выбора излучающего элемента, который представляет заданную ориентацию относительно опорной поверхности, на которой установлен корпус.
В частности, внешний защитный корпус сконфигурирован таким образом, что когда он расположен на плоской опорной поверхности, он самоустанавливается так, что один излучающий элемент ориентирован, по существу, перпендикулярно плоской поверхности. Средство автоматического выбора выбирает установку излучающего элемента, по существу, перпендикулярно плоской поверхности.
Краткое описание чертежей
Далее изобретение будет описано со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг.1 изображает общий вид радиоустройства для беспроводной сети согласно изобретению;
Фиг.2 - внутренняя часть устройства 1;
Фиг.3 и 4 - соответственно, на виде сверху и на общем виде в перспективе детали устройства 1;
Фиг.5 - пример применения устройства согласно настоящему изобретению; и
Фиг.6 - общий вид радиоустройства для беспроводной сети, полученного согласно изобретению и установленного в корпус сферической формы.
Осуществление изобретения
На Фиг.1 показано в целом радиоустройство для беспроводной сети, содержащее
внешний защитный корпус 3, в котором размещена электронная схема 4 приемопередатчика (показана на Фиг.2) и
четыре излучающих элемента 5 (в примере сформированы спиральными антеннами), удерживаемых защитным корпусом 3 и имеющих геометрические оси ориентации, которые отличаются друг от друга.
Как будет указано в следующем описании, защитный корпус 3 сконфигурирован таким образом, что когда он установлен на плоской опорной поверхности, он самоустанавливается так, что только один излучающий элемент 5 имеет геометрическую ось ориентации, по существу, перпендикулярную его плоской опорной поверхности.
Корпус 3, кроме того, выполнен из ударопрочного изолирующего материала, например из эпоксидных смол.
В частности, защитный корпус 3 содержит центральную часть 7 сферической формы и четыре ветви 9 в форме усеченных конусов, которые проходят радиально от сферической центральной части 7.
Каждая ветвь 9 в форме усеченного конуса имеет оконечную часть, имеющую большее основание 9a, и часть, имеющую меньшее основание 9b, ограниченную плоской круглой стенкой 12, перпендикулярной оси 13 симметрии ветви 9 в форме усеченного конуса.
Другими словами, каждая ветвь 9 в форме усеченного конуса сужена от сферической центральной части 7 к ее свободной оконечной части (плоской круглой стенке 12).
Ветви 9 имеют одинаковые размеры, в частности одинаковую радиальную длину h (то есть одинаковое расстояние между оконечной частью, имеющей большее основание 9a, и частью, имеющей меньшее основание 9b, измеренное в направлении, параллельном оси 13 симметрии).
Каждая ветвь 9 соединена с соответствующим излучающим элементом 5, полученным из металлической ленты 15 (например, медной или алюминиевой ленты), намотанной спиралью вокруг внешней поверхности усеченного конуса 9c каждой ветви 9. Таким образом, каждый излучающий элемент 5 получен из спиральной антенны, имеющей ось 13, которая совпадает с осью симметрии ветви 9.
Оси 13 пересекаются в общей точке C, заданной в центре сферической центральной части 7, и формируют относительно друг друга равные углы (120°).
Следовательно, на основе описанной выше физической конструкции системы оси симметрии излучающих элементов 5 и ветвей 9 пересекаются в центральной точке C, заданной в центре сферической центральной части 7, и формируют относительно друг друга равные углы (120°).
Каждая ветвь 9 является полой внутри и ограничивает цилиндрическую полость по оси 13, которая сконструирована для размещения батареи 17 (или иначе перезаряжающейся батареи, показанной на Фиг.2), имеющей удлиненную цилиндрическую форму (например, щелочной аккумуляторной батареи на 1,5 В типа AAA, показанной на Фиг.2), используемой для питания электронной схемы 4.
Упомянутая выше цилиндрическая полость (не показана) также снабжена соединительным средством известного типа (не показано), сконструированным для сцепления с соответствующим полюсом (+ и -) каждой батареи 17. Дополнительные соединительные средства (известного типа, не показаны) сконструированы для соединения батарей 17 друг с другом для подачи полного напряжения питания для питания электронной схемы 4.
Каждая батарея 17 проходит вдоль соответствующей оси, которая совпадает с осью 13. Различные оси батарей 17 таким образом пересекаются в точке C, заданной в центре сферической части 7 таким образом, что они имеют пространственное расположение, симметричное относительно центра C центральной части 7.
Электронная схема 4 приемопередатчика помещена внутри центральной части 7 и обеспечивает приемопередающий блок, который питается от батарей 17 и имеет антенный вход (не показан), который может быть соединен с одним из излучающих элементов 5 через устройство 20 автоматического выбора, сконструированное для соединения между выходом схемы 4 приемопередатчика и излучающим элементом 5, установленным перпендикулярно плоскости, на которую опирается устройство 1. Таким образом, получен автоматический выбор излучающего элемента 5.
Электронная схема 4 выполняет дополнительные функции (в дополнение к функции приемопередатчика) и взаимодействует с одним или более датчиками 22 (в показанном примере четырьмя датчиками), каждый из которых установлен в области, соответствующей оконечной части ветви 9; в частности, он установлен под плоской круглой стенкой 12, которая может быть снабжена отверстиями (не показаны).
Другие датчики (не показаны) могут быть установлены в других зонах устройства 1, например внутри центральной части 7.
Датчики 22 могут содержать, например:
датчики приближения, предназначенные для обнаружения движущегося объекта вблизи устройства 1;
датчики вибрации, предназначенные для обнаружения движущегося объекта и/или прохождения транспортного средства вблизи устройства 1;
оптические датчики, предназначенные для определения изображения пространства вблизи устройства 1;
магнитные датчики, предназначенные для определения конфигурации и изменений магнитного поля вблизи устройства 1;
микрофоны;
инфракрасные (ИК) датчики; и
устройства микроэлектромеханических систем (MEMS).
Устройство 20 автоматического выбора содержит множество переключателей 24 (четыре в представленном примере, по одному для каждого излучающего элемента 5), расположенных в защитном корпусе 3. Каждый переключатель 24 выровнен с соответствующей осью 13 и установлен вблизи части ветви 9, имеющей большее основание 9a, в форме усеченного конуса между электронной схемой 4 и одним концом батареи 17.
Как будет указано ниже, каждый переключатель 24 сконфигурирован для переключения под действием силы тяжести на основе его ориентации относительно вертикали.
На Фиг.3 и 4 показан возможный вариант осуществления переключателя 24.
Вариант конструкции позволяет получить двойной переключатель, то есть переключатель, содержащий первый переключатель 24a и второй переключатель 24b, которые одновременно устанавливаются в замкнутое состояние (ON) или в разомкнутое состояние (OFF) согласно расположению переключателя 24 относительно вертикали.
Переключатель 24 соединен относительно схемы 4 таким образом, что когда он установлен в замкнутое положение (ON), схема 4 соединена с излучающим элементом 5, имеющим ось 13, перпендикулярную плоскости, на которую опирается устройство 1, через первый переключатель 24a, и датчик 22 соединен с электронной схемой 4 через второй переключатель 24b.
Более конкретно, переключатель 24 содержит цилиндрический корпус 30, который ограничивает внутреннюю цилиндрическую полость 31, ограниченную на одном первом ее конце посредством круглой печатной схемы 32, установленной при использовании перпендикулярно оси 13.
Цилиндрическая полость 31 разделена диафрагмой 32, которая проходит в диаметральном направлении в камере 31, ограничивая первую камеру 31a и вторую камеру 31b, которые отделены друг от друга.
Печатная схема 32 имеет на стороне, обращенной к полости 31, первые С-образные проводящие дорожки 32a, 32b, которые проходят вдоль периметрической части круглой печатной схемы 32 и обращены к камере 31a и камере 31b соответственно.
Печатная схема 32, кроме того, имеет на стороне, обращенной к полости 31, вторые полукруглые проводящие дорожки 33a, 33b, выступающие к центральной части круглой печатной схемы 32 и обращенные к камере 31a и камере 31b соответственно.
Кроме того, предусмотрены проводящие радиальные элементы 34, 35, которые выступают, без прикосновения, от дорожек 32a, 32b и дорожек 33a, 33b соответственно.
Каждая камера 31a, 31b вмещает заданное количество электропроводного материала, например электропроводной жидкости, такой как ртуть 37 (Фиг.4), которая, когда печатная схема 32 установлена перпендикулярно вертикали (или иначе параллельно горизонтальной плоскости), покрывает дорожки 32a, 33a и 32b, 33b, обеспечивая соединение между ними (оба переключателя 24a, 24b замкнуты).
Когда печатная схема 32 установлена с наклоном относительно вертикали, ртуть 37 перемещается и прерывает соединение между дорожками 32a, 33a и 32b, 33b, обеспечивая электрическое разъединение между ними (переключатели 24a, 24b разомкнуты).
При использовании устройство 1 сбрасывают (например, с вертолета, как показано на Фиг.5) на часть обследуемой территории.
Устройство 1 входит в контакт с землей S и после возможного подпрыгивания и качения самоустанавливается в контакте с землей тремя из ветвей 9, имеющих форму усеченных конусов. В этом положении ветвь, не находящаяся в контакте с землей, обязательно устанавливается перпендикулярно плоскости, проходящей через три точки контакта между концами ветвей 9, имеющих форму усеченных конусов, и грунтом.
Другими словами, датчик 1 принимает ориентацию для расположения только одного излучающего элемента 5 в предпочтительном положении (то есть, по существу, вертикальном) относительно других и таким образом, чтобы наблюдать землю как бесконечную плоскость.
Таким образом (то есть при наличии излучающего элемента 5, перпендикулярного земле), в устройстве 1 малых размеров получена высокоэффективная антенна. Таким образом, нет необходимости в использовании более сложных или более дорогостоящих комплектов.
Таким образом, устройство 1 может сообщаться по радио с другими устройствами 1, которые также были сброшены вниз, создавая антенную решетку из устройств, которая размещена в пределах определенной территории.
Приближение людей и/или транспортных средств к антенной решетке может быть обнаружено датчиками.
Присутствие высокоэффективной антенны оптимизирует использование и воспроизводство энергии устройством 1, сокращая ее глобальное потребление. Фактически, полученная антенна имеет диаграмму направленности излучения ближе к целевой по сравнению с антенной, ориентированной под неизвестным углом относительно земли.
Устройство 1, таким образом, способно излучать собственный сигнал с использованием диаграммы направленности излучения в зависимости от типа используемого излучающего элемента 5, но не в зависимости от ориентации устройства 1 относительно земли. Этот факт позволяет получать более эффективное излучение в отношении направленности антенны.
В частности, в радиосвязи, когда устройство должно быть способно принимать непериодические сигналы в течение длительных периодов, составляющих месяцы или годы, или с низкими величинами принятой мощности (например, -50…-100 дБ), настоящее изобретение повышает способность приема радиосигналов без увеличения мощности, рассеиваемой устройством 1.
Указанная выше экономия энергии, в частности, важна в применениях, где мощность, доступная для устройства 1, ограничена, или где срок службы устройства зависит от неперезаряжающегося источника энергии, например батареи 17. В таких применениях оптимальное использование и воспроизводство доступной энергии является решающим фактором для срока службы самого устройства.
Направленность антенны при приеме и передаче оптимизирует мощность, передаваемую/принимаемую в интересующих направлениях, предотвращая дисперсию энергии в нежелательных направлениях или, иначе, предотвращая достижение излучением желательных направлений.
Кроме того, простота производства устройства 1 делает его особенно пригодным для применения в радиосвязи, где стоимость конечного устройства должна быть существенно низкой, или где не предусмотрен любой тип обслуживания.
Наконец, ясно, как могут быть выполнены модификации и изменения описанного здесь устройства без отхода от объема защиты настоящего изобретения, определенного формулой изобретения.
Например, излучающие элементы могут быть получены с антеннами другого типа, например, дипольными антеннами или, иначе, модифицированными дипольными антеннами Маркони.
Устройство также способно определять его собственное местоположение относительно земли при помощи электронной схемы (не показана), которая принимает на входе информацию, соответствующую логическому состоянию "замкнут"/"разомкнут" четырех переключателей 24. В частности, в случае (Фиг.2), когда устройство 1 самоустанавливается в контакте с зоной земли, которая в основном горизонтальна, три ветви 9 касаются их зонами (Р1, P2 и P3) оконечных частей плоской опорной поверхности, которая соответствует земле.
В этом случае, переключатели 24, связанные с ветвями 9 в контакте с землей, будут подавать сигнал OFF, в то время как переключатель, связанный с ветвью 9, не находящийся в контакте с землей (и, по существу, вертикальной), будет подавать сигнал ON. Посредством анализа указанных четырех сигналов можно идентифицировать, какие ветви находятся в контакте с землей и какая ветвь вертикальна и, по существу, перпендикулярна поверхности, проходящей через Р1, P2 и P3.
В случае, когда все сигналы соответствуют OFF, можно сделать вывод, что ни одна из ветвей 9 не является, по существу, перпендикулярной поверхности, на которую опирается устройство 1, тогда как в случае, когда все сигналы соответствуют ON, можно сделать вывод, что произошел сбой в работе переключателей 24.
В случае с использованием датчика 22 магнитного типа, информация об ориентации относительно земли S устройства 1 позволяет более правильно интерпретировать информацию относительно магнитного поля, измеренного датчиком 22.
На Фиг.6 показан вариант устройства 1, показанного на предыдущих чертежах.
Согласно указанному варианту, защитный корпус 3 имеет сферическую форму 3s и ограничивает внутреннюю полость, которая вмещает описанные выше компоненты, установленные с такой же пространственной ориентацией относительно друг друга. В частности, корпус 3s вмещает:
электронную схему 4, установленную в центре сферического корпуса;
четыре цилиндрические батареи 17, установленные на одной линии по соответствующим осям 13;
четыре переключателя 24, каждый из которых установлен на одной линии относительно соответствующей оси 13 и установлен между концом батареи 17 и схемой 4;
датчики 22; и
четыре излучающих элемента 5, имеющих оси симметрии, совпадающие с осями 13.
Средства для поддержки различных частей компонентов не показаны для упрощения графического представления.
В отличие от описанного выше варианта осуществления, защитный корпус 3s вследствие его формы не самоустанавливается в заданном положении относительно поверхности, на которую опирается корпус 1s.
Однако всегда присутствует устройство 20 автоматического выбора для выбора излучающего элемента 5, которое предназначено для выбора излучающего элемента 5 для передачи, который имеет заданное расположение (в частности, по существу, параллельное вертикали и/или, по существу, перпендикулярное опорной поверхности).
1. Радиоустройство для беспроводной сети, содержащее:
внешний защитный корпус (3), в котором размещена электронная схема (4) приемопередатчика;
по меньшей мере, один первый излучающий элемент (5) и один второй излучающий элемент (5), которые размещены в защитном корпусе и имеют ориентации, которые отличаются друг от друга,
отличающееся тем, что оно содержит средство (20) для автоматического выбора излучающего элемента (5), установленного с заданной ориентацией относительно опорной поверхности (S), на которой установлен корпус.
2. Устройство по п.1, в котором внешний защитный корпус (3) сконфигурирован таким образом, что, когда он установлен на плоской опорной поверхности, он самоустанавливается так, что один излучающий элемент (5), по существу, перпендикулярен плоской поверхности;
при этом средство (20) автоматического выбора выбирает излучающий элемент (5), установленный, по существу, перпендикулярно плоской поверхности.
3. Устройство по п.2, в котором внешний защитный корпус (3) сконфигурирован таким образом, что, когда он установлен на плоской поверхности, он самоустанавливается так, что только один излучающий элемент (5), по существу, перпендикулярен плоской поверхности.
4. Устройство по п.2 или 3, в котором внешний защитный корпус (3) содержит центральную часть (7) и множество ветвей (9), которые проходят радиально от центральной части (7).
5. Устройство по п.4, в котором каждый излучающий элемент (5) удерживается соответствующей ветвью (9).
6. Устройство по п.5, в котором каждый излучающий элемент (5) установлен на внешней поверхности (9с) ветви.
7. Устройство по п.6, в котором каждый излучающий элемент (5) выполнен из металлической ленты (15), намотанной на внешнюю поверхность (9с) каждой ветви (9).
8. Устройство по п.7, в котором ветви имеют одинаковую длину (h), измеренную в радиальном направлении относительно центральной части (7).
9. Устройство по п.8, в котором предусмотрены четыре ветви (9), каждая из которых связана с соответствующим излучающим элементом (5).
10. Устройство по п.9, в котором каждая ветвь (9) проходит вдоль соответствующей оси (13), при этом оси (13) пересекаются в центральной точке центральной части (7).
11. Устройство по п.10, в котором ветви (9) имеют форму усеченного конуса.
12. Устройство по п.11, в котором каждая ветвь сужена от центральной части (7) к ее свободной оконечной части (12).
13. Устройство по п.12, в котором предусмотрено множество батарей (17) для питания электронной схемы (4); причем каждая батарея (17) расположена в соответствующей ветви (9).
14. Устройство по п.13, в котором каждая батарея (17) имеет удлиненную форму и проходит вдоль соответствующей оси (13); причем оси батарей пересекаются в центре центральной части (7) таким образом, что батареи (17) имеют пространственное расположение, симметричное относительно центральной части (7).
15. Устройство по п.14, в котором предусмотрено множество датчиков (22), работающих с электронной схемой; причем каждый датчик расположен в оконечной части (9b, 12) соответствующей ветви (9).
16. Устройство по п.15, в котором электронная схема (4) приемопередатчика расположена в центральной части (7).
17. Устройство по п.16, в котором центральная часть имеет сферическую форму.
18. Устройство по п.17, в котором средства выбора содержат множество переключателей (24).
19. Устройство по п.18, в котором средства выбора содержат переключающие средства, сконфигурированные для переключения под действием силы тяжести на основе их ориентации относительно вертикали.
20. Устройство по п.19, в котором переключающие средства содержат первый переключатель (24а) и второй переключатель (24b), которые одновременно устанавливаются в замкнутое состояние (ON) или иначе в разомкнутое состояние (OFF) на основе их расположения относительно вертикали;
первый переключатель (24а) в замкнутом положении обеспечивает соединение между установленным перпендикулярно излучающим элементом (5) и электронной схемой (4) приемопередатчика;
второй переключатель (24b) в замкнутом положении обеспечивает соединение между датчиком (22) и электронной схемой (4) приемопередатчика.
21. Устройство по п.20, в котором имеются электронные средства, которые принимают на входе информацию на основе логического состояния "замкнуто"/"разомкнуто" переключающих средств (24) для определения положения устройства (1) относительно опорной поверхности (S).
22. Устройство по п.21, в котором корпус содержит множество ветвей (9), которые проходят вдоль соответствующих осей (13) симметрии; причем оси (13) пересекаются в общей точке (С) и формируют относительно друг друга равные углы.
23. Устройство по п.22, в котором излучающие элементы (5) проходят вдоль соответствующих геометрических осей (13); причем геометрические оси (13) пересекаются в общей точке (С) и формируют относительно друг друга равные углы (120°).
24. Устройство по п.23, в котором каждый излучающий элемент содержит антенну спиральной конфигурации.
25. Устройство по п.23, в котором каждый излучающий элемент содержит дипольную антенну.
26. Устройство по п.23, в котором каждый излучающий элемент содержит модифицированную дипольную антенну Маркони.
27. Устройство по п.26, в котором корпус (3) выполнен из ударопрочного изолирующего материала.
28. Устройство по п.1, в котором корпус (3s) является сферическим.
29. Устройство по п.28, в котором сферический корпус (3s) содержит излучающие элементы (5) и средства для питания схемы (4) приемопередатчика.
30. Устройство по п.28 или 29, в котором каждый излучающий элемент (5) проходит вдоль соответствующей оси (13); причем оси (13) пересекаются в центральной точке сферического корпуса (1s).
