Осветительное устройство и светильник, содержащий встроенную антенну
Изобретение относится к области светотехники. Техническим результатом является повышение эффективности связи. Осветительное устройство содержит световой излучатель (110), термически подсоединенный к теплоотводу (120). Осветительное устройство дополнительно содержит связанную с теплоотводом (120, 122) схему (130) связи для передачи и/или приема сигнала связи. Теплоотвод (120, 122) выполнен электропроводящим и содержит отверстие (151, 161, 171), имеющее соответствующие размеры для образования апертурной антенны (150, 160, 170) для конкретной частоты, для направленной передачи и/или приема сигнала связи конкретной частоты через теплоотвод (120, 122). Схема (130) связи соединена с первичным излучателем (140, 144), по меньшей мере, частично окруженным теплоотводом (120, 122), и передает или принимает сигнал связи на конкретной частоте для индуцирования в апертурной антенне (150, 160, 170) электрического поля, представляющего собой сигнал связи. Электрическое поле поперек отверстия побуждает это отверстие к повторному направленному испусканию этого сигнала связи в соответствии с характеристиками излучения апертурной антенны (150). Внешняя кромка (155, 165, 175) отверстия (151, 161, 171) апертурной антенны (150, 160, 170) имеет размер, равный N×λ/4, при этом N – целое число, а λ - длина волны сигнала связи конкретной частоты. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 7 ил.
2420-530974RU/17
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к осветительному устройству, содержащему встроенную антенну. Кроме того, изобретение относится к светильнику, включающему в себя осветительное устройство.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Телеуправление источниками света как для внутреннего и наружного применения становится все более популярными. Стало широко распространенным "интеллектуальное освещение", и РЧ связь представляет собой мощную технологию, которая должна использоваться в таком телеуправлении лампами, в частности, в бытовых и в офисных условиях. Вместо того, чтобы управлять подачей питания на лампу, имеется тенденция управления непосредственно источником света или осветительным устройством (например заменяемым элементом лампы) посредством оправления на осветительное устройство РЧ сигнала управления.
Один из примеров такого источника света, содержащего схему связи, можно найти в опубликованной заявке на патент US2012/0274208A1, которая относится к осветительному устройству, такому как сменное осветительное устройство, содержащее предназначенный для излучения света источник света (например, светодиод). Это осветительное устройство дополнительно содержит теплоотвод, выполненный из материала с удельным электрическим сопротивлением менее 0,01 Ом (например, металлический теплоотвод), который является частью корпуса и отводит тепло от источника света. Соединенная с антенной схема радиочастотной связи служит для обеспечения связи по радиочастотному сигналу (например, для управления устройством с помощью пульта дистанционного управления). Антенна расположена на расстоянии по меньшей мере 2 мм за пределами теплоотвода.
Проблема этого осветительного устройства заключается в том, что эффективность связи конфигурации известного источника света не является оптимальной.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задача настоящего изобретения - обеспечить осветительное устройство, имеющее схему связи, соединенную с антенной, в котором улучшена эффективность связи.
Первый аспект настоящего изобретения обеспечивает осветительное устройство. Второй аспект настоящего изобретения обеспечивает светильник. Преимущественные варианты исполнения определены в зависимых пунктах формулы изобретения.
Осветительное устройство в соответствии с первым аспектом изобретения содержит световой излучатель, термически подсоединенный к теплоотводу. Осветительное устройство дополнительно содержит связанную с теплоотводом схему связи для передачи и/или приема сигнала связи. Теплоотвод является электропроводящим и содержит отверстие, имеющее размеры для образования апертурной антенны для конкретной частоты, для направленной передачи и/или приема сигнала связи конкретной частоты через теплоотвод. Антенны испускают (и принимают) сигнал связи с "профилем излучения", который часто является всенаправленным "профилем излучения", чтобы иметь возможность осуществления связи в широком диапазоне вокруг антенны. Примером антенны, которая часто используется в осветительном устройстве и которая имеет такой всенаправленный "профиль излучения", является дипольная антенна, - она имеет по существу кольцеобразный "профиль излучения" вокруг дипольной антенны. Поскольку теплоотвод является электропроводящим и поскольку осветительные устройства в соответствии с настоящим изобретением часто используются в закрытых пространствах, например, на потолках зданий или в светильниках, большая часть всенаправленного сигнала связи может быть экранирована теплоотводом или другими окружающими элементами, что значительно снижает эффективность связи. Апертурная антенна имеет совершенно другой "профиль излучения" по сравнению, например, с вышеупомянутой дипольной антенной. Осветительное устройство согласно настоящему изобретению содержит апертурную антенну, и использование апертурной антенны гарантирует, что эффективность связи может быть значительно увеличена. В отличие от многих других типов антенн, апертурные антенны имеют направленную характеристику излучения, при которой бульшая часть сигнала связи направляется вдаль от аппретуры. Такая направленная характеристика излучения может быть использована конструкторами осветительного устройства для того чтобы направить сигнал связи вдаль от теплоотвода и вдаль от любых других окружающих и мешающих элементов, что уменьшает потери сигнала связи и тем самым увеличивает эффективность сообщения.
Как уже упоминалось выше, осветительные устройства по настоящему изобретению часто, например, в светильнике, окружены своего рода корпусом. Такой корпус, помимо того, что он экранирует часть сигнала связи, может также ограничивать ток воздуха, проходящего через этот теплоотвод, и таким образом, - ограничивать отток тепла от теплоотвода во внешнее окружение. Важный поток тепла от теплоотвода в его окружение в этом корпусе прямо на излучающем отверстии корпуса, из которого осветительным устройством испускается свет. В известном осветительном устройстве теплоотвод расположен на расстоянии, по меньшей мере, в 2 мм от выступающей антенны, то есть, он расположен удаленно от светоизлучающего отверстия корпуса, что может уменьшить тепловой поток от теплоотвода в окружение через светоизлучающее отверстие. В осветительном устройстве по настоящему изобретению антенна является апертурной антенной, которая по своему принципу содержит в теплоотводе отверстие, имеющее предопределенные размеры. Такая конфигурация обеспечивает возможность теплоотводу продолжаться близко к светоизлучающему отверстию корпуса или светильника, и в этом случае обуславливает относительно хороший тепловой поток от теплоотвода в окружение через это светоизлучающее отверстие. Таким образом, помимо того, что апертурная антенна в осветительном устройстве по настоящему изобретению имеет направленный "профиль излучения", это осветительное устройство, кроме того, может повысить эффективность работы теплоотвода в осветительном устройстве, обуславливая тем самым увеличение мощности светового излучения осветительного устройство по настоящему изобретению.
Опубликованная патентная заявка Великобритании GB2483113 раскрывает тот факт, что осветительное устройство может содержать схему, которая включает в себя схему связи для связи с удаленным устройством. Эта опубликованная патентная заявка описывает далее, что для этой схемы связи теплоотвод выполнен с возможностью работы в качестве антенны. Однако в этой опубликованной патентной заявке нигде не раскрывается, каким образом должен быть сконфигурирован теплоотвод, так чтобы в этой схеме связи он работал в качестве антенны. В осветительном устройстве по настоящему изобретению теплоотвод содержит отверстие, которое имеет размер, для образования апертурной антенны.
Публикация WO2012150589А1 раскрывает антенну, скомбинированную с осветительным устройством, при этом антенна 606 заключена в корпус 604. Этот корпус 604 имеет отверстие для испускания излученного антенной 606 сигнала из корпуса 604. Однако сама антенна 606 испускает излучение внутри полусферы 616 (линии с 10 по 14, стр. 14). Эта антенна 606 не возбуждает корпус 604, так чтобы он повторно испускал излучение.
Патентная заявка США US2012/0293652 раскрывает светодиодный модуль со встроенным термоотводом. Антенна 114 помещена внутри термоотвода 104. Однако эта заявка не указывает, что антенна возбуждает термоотвод 104, чтобы он повторно испускал излучение.
Патентная заявка США US2012/0300453 раскрывает светодиодную световую колбу. Полый светоотклоняющий компонент 70 может действовать в качестве приемопередатчика сигнала. Однако этот полый компонент 70 изготовлен из диэлектрика, такого как диэлектрический материал (абзац 0032). Таким образом, специалистом в данной области может быть пунято, что его функция состоит только в том, чтобы направлять излучение. Диэлектрический компонент 70 не может быть возбужден первичной антенной для создания электронного поля, так чтобы он сам мог испускать улучшенное излучение.
В отличие от этого, в варианте исполнения устройства освещения по настоящему изобретению схема связи соединена с первичным излучателем, по меньшей мере, частично окруженным теплоотводом, и передает и/или принимает сигнал связи для конкретной частоты для наведения в апертурной антенне электрического поля, представляющего сигнал связи. Если размеры отверстия в теплоотводе выполнены такими, что это отверстие для конкретной частоты работает как апертурная антенна, любой сигнал основной частоты, испущенный около этого отверстия первичным излучателем, будет наводить внутри отверстия электрическое поле. Такое электрическое поле поперек отверстия вынуждает это отверстие повторно испускать сигнал связи, направленно, в соответствии с характеристикой излучения апертурной антенны. Первичным излучателем может быть, например, антенна, расположенная внутри теплоотвода, или он может содержать, например, линию питания, которая подает сигнал непосредственно в отверстие апертурной антенны. Такая линия питания может, например, быть микрополосковой линией или волноводом. В таком варианте исполнения, в котором первичным излучателем является антенна, этот первичный излучатель может, например, иметь относительно сильные краевые поля. Краевое поле первичного излучателя является полем утечки, которое распространяется в окружающий первичный излучатель диэлектрический материал. Преимущество от использования первичного излучателя, имеющего относительно высокое краевое поле, заключается в том, что возбуждение апертуры может быть осуществлено косвенным образом посредством неконтактного соединения. Первичным излучателем может быть, например, дипольная антенна, электрически соединенная со схемой связи и расположенная внутри теплоотвода около отверстия. Когда эта дипольная антенна излучает сигнал связи конкретной частоты, электрическое поле может быть наведено в отверстии, которое затем работает как апертурная антенна и повторно излучает сигнал связи вдаль от отверстия и от осветительного устройства по настоящему изобретению. Альтернативно, первичный излучатель может быть планарной F-образной антенной (далее также называемой "PIFA") или же патч-антенной, которые, как правило, являются антеннами, имеющими относительно высокие краевые поля. В качестве еще одной альтернативы первичный излучатель может быть микрополосковой линией или волноводом. Такая микрополоска или волновод представляет собой линию питания или линию передачи для прямого возбуждения апертуры.
В осветительном устройстве по настоящему изобретению внешняя кромка отверстия апертурной антенны имеет размер, по существу равный NЧλ/4, причем, N представляет собой целое число, а λ является длиной волны сигнала связи конкретной частоты. Наличие в теплоотводе отверстия, которое имеет внешнюю кромку, по существу равную NЧλ/4, гарантирует, что это отверстие является чувствительным к сигналу связи конкретной частоты, так что внутри этого отверстия может быть создано электрическое поле. Точная форма отверстия апертурной антенны может определять поляризацию испущенного (или принятого) сигнала связи предопределенной частоты. Размер кромки апертурной антенны может несколько отклоняться от определенного размера, так что, размер по существу равен NЧλ/4. Небольшое отклонение от этого точного размера кромки может присутствовать для увеличения ширины полосы пропускания апертурной антенны, делая эту апертурную антенну чувствительной для диапазона сигналов связи. Как правило, беспроводная связь осуществляется в так называемых полосах частот канала связи. Например, протокол Zigbee, который является известным стандартом для беспроводной связи в осветительных устройствах, имеет 16 каналов, по которым данные могут передаваться в диапазоне от 2.405 ГГц до 2.480 ГГц. Антенна с одной апертурой, предпочтительно, способна поддерживать связь через каждый из этих различных каналов и, таким образом общая ширина полосы пропускания апертурной антенны может быть достаточно широкой, чтобы перекрывать этот частотный диапазон. Таким образом может быть выбрана отклонение от точного значения NЧλ/4 размера кромки, чтобы охватить все Zigbee-каналы.
В одном варианте исполнения устройства освещения, внутренняя поверхность, соединенная с кромкой отверстия в теплоотводе, сформирована для направления сигнала связи от первичного излучателя к апертурной антенне. При этом отверстие вместе с внутренней поверхностью образует в теплоотводе углубление. В таком варианте исполнения соединенная с кромкой внутренняя поверхность представляет собой (открытый) волновод, который для конкретной частоты, в зависимости от размеров отверстия, работает как апертурная антенна. В одном из вариантов исполнения устройства освещения поперечное сечение углубления, образованного отверстием и внутренней поверхностью, имеет ту же самую форму, что и форма кромки отверстия апертурной антенны, причем, это поперечное сечение выполнено по существу параллельно отверстию. Глубина углубления в теплоотвод и расположение первичного осциллятора внутри этого углубления определяет, в какой моде начинает осциллировать этот открытый волновод, и, таким образом, - какой будет фактическая форма профиля направленного излучения апертурной антенны.
В одном из вариантов осуществления устройства освещения размер поперечного сечения внутренней поверхности возрастает в направлении наружу относительно теплоотвода для создания рупорной апертурной антенны. Преимущество рупорной апертурной антенны заключается в том, что профиль излучения такой рупорной апертурной антенны по направленности по сравнению с апертурой антенной является еще более узким (то есть, поперечное сечение профиля излучения такой рупорной апертурной антенны меньше). Это может еще более повысить эффективность связи схемы связи осветительного устройства с внешним окружением. Как упоминалось ранее, когда осветительное устройство, например, расположено в здании на потолке, связь схемы связи, как правило, имеет место непосредственно под этим осветительным устройством. Использование любой всенаправленной антенны для связи с окружающей средой понизило бы эффективность связи, так как большая часть генерируемого сигнала связи будет экранирована или будет испускаться в направлении, в котором не предполагается какого-либо приемника. Использование рупорной апертурной антенны еще дополнительно усиливает характеристику направленности профиля излучения, испущенного из осветительного устройства в соответствии с изобретением, и позволяет излучать сигнал связи в профиле излучения, который является еще более узконаправленным по сравнению с апертурой антенной. В зависимости от общей ширины профиля излучения такой рупорной антенны, может быть даже возможным различать связь отдельных осветительных устройств из этого набора осветительных устройств.
В одном варианте исполнения осветительного устройства первичный излучатель расположен на краю апертурной антенны, а сама апертурная антенна сконфигурирована с возможностью направления электрического поля поперек отверстия апертурной антенны от ее края. Таким образом, первичный излучатель индуцирует поле, созданное в результате излучения первичным излучателем сигнала связи на краю апертурной антенны, которая по крайней мере частично выступает в качестве волновода, направляя индуцированное электрическое поле поперек всей оставшейся части отверстия апертурной антенны. В одном варианте исполнения осветительного устройства это осветительное устройство содержит связанное с апертурной антенной дополнительное отверстие, при этом дополнительное отверстие имеет размеры, обуславливающие образование дополнительной апертурной антенны для конкретной частоты, причем, дополнительная апертурная антенна запитывается направленным электрическим полем апертурной антенны. В этом варианте исполнения осветительное устройство содержит две связанные апертурные антенны, называемые апертурной антенной и дополнительной апертурной антенной. В этом варианте исполнения апертурная антенна сконфигурирована, главным образом, для направления индуцированного электрического поля в направлении дополнительной апертурной антенны, хотя апертурная антенна, конечно, также излучает некоторую часть сигнала связи, поскольку эта апертурная антенна не представляет собой ограниченный волновод или микрополосковую линии. Преимущество этого варианта исполнения состоит в том, что апертурная антенна может быть оптимизирована для того, чтобы получать коммуникационный сигнал от схемы связи. Эта оптимизация может иметь место из-за расположения апертурной антенны (например, рядом с первичным излучателем) или из-за общих размеров отверстия апертурной антенны, так чтобы сигнал связи в этой апертурной антенне мог бы быть индуцирован относительно легко. Затем эта апертурная антенна направляет, по меньшей мере часть индуцированного электрического поля в направлении дополнительной апертурной антенны, которая является, например, оптимизированной для связи с окружающей средой. И вновь это оптимизация дополнительной апертурной антенны для связи с внешней средой может быть обусловлена расположением апертурной антенны или может быть обусловлена размерами отверстия или профилем излучения дополнительной апертурной антенны.
В одном из вариантов исполнения осветительного устройства апертурная антенна содержит, по существу прямоугольное отверстие, определяющее плоскость, а дополнительная апертурная антенна содержит по существу круговое отверстие, определяющее дополнительную плоскость, причем, дополнительная плоскость расположена по существу перпендикулярно оптической оси осветительного устройства. Профиль излучения апертурной антенны имеет главное направление, по существу перпендикулярное отверстию (или дополнительному отверстию). В этом варианте исполнения дополнительная апертурная антенна содержит дополнительное отверстие, которое определяет дополнительную плоскость, которая расположена по существу перпендикулярно оптической оси осветительного устройства. При такой конфигурации главное направление профиля излучения дополнительной апертурной антенны по существу параллельно оптической оси - и, таким образом, сигнал связи будет излучаться дополнительной апертурной антенной в, по существу, том же самом направлении, что и свет, испущенный из осветительного устройства. Это особенно благоприятно, когда осветительное устройство заключено в корпус, как, например, в светильнике, или установлено на потолке, так как это обычно приводит к конфигурации, в которой сигнал связи не заблокирован (потому что светильник или корпус, как правило, предотвращает блокирование света, испущенного осветительным устройством).
При желании, плоскость, определенная по существу, прямоугольным отверстием, расположена по существу параллельно оптической оси осветительного устройства. В таком варианте исполнения отверстие апертурной антенны, которое, главным образом, расположено таким образом, чтобы запитывать дополнительную апертурную антенну, расположено по существу перпендикулярно дополнительному отверстию. Так что, первичный излучатель, который может, например, запитывать апертурную антенну, может быть расположен подальше от дополнительной апертурной антенны, например, на печатной плате, находящейся внутри осветительного устройства. Использование этой по существу прямоугольной апертурной антенны в качестве волновода для запитки дополнительной апертурной антенны позволяет направлять сигнал связи к дополнительной апертурной антенне параллельно оптической оси и, таким образом, позволяет осуществлять эффективную передачу сигнала связи вдоль внешней поверхности теплоотвода в направлении дополнительной апертурной антенны.
В одном варианте исполнения осветительного устройства световой излучатель расположен в углублении теплоотвода, при этом углубление, имеющее кромку углубления, образует дополнительное отверстие дополнительной апертурной антенны. Это углубление может, например, быть частью коллиматора светового излучателя или может быть просто углублением теплоотвода, в котором, например, расположен светоизлучающий диод (далее также называемый светодиодом) или органический светоизлучающий диод (далее также называемый OLED) или лазерный диод. Такой полупроводниковый световой излучатель часто не требует коллиматора, но обычно требует относительно большой теплоотвод для того, чтобы гарантировать, что температура во время работы полупроводникового светового излучателя не превышала определенный порог. Размещение светового излучателя в углублении внутри теплоотвода позволяет части теплоотвода относительно легко осуществлять теплообмен с окружающей средой на отверстии светового излучения осветительного устройства. Если в такой конфигурации кромка углубление образует дополнительное отверстие дополнительной апертурной антенны, то главное направление излучения для связи через дополнительную апертурную антенну по существу направлено в том же самом направлении, что и испускание света.
В одном варианте исполнения осветительного устройства это осветительное устройство дополнительно содержит схему управления для управления осветительным устройством в ответ на принимаемый сигнал связи. Схема управления может быть сконфигурирована, например, для управления функционированием осветительного устройства, выбранным из списка, содержащего включение, выключение, ослабление силы света, изменение цвета, тактирование включением, тактирование выключения, изменение фокусировки испущенного света, управление углом расходимости луча, оценку срока службы, потребление энергии, обнаружение отказа, идентификация.
Световое устройство согласно изобретению также может иметь внешнюю форму, выполненную с возможностью совместимости с установочными конструкциями светильников, выбранных из списка, содержащего: A19, E26, E27, E14, E40, B22, GU-10, GZ10, G4, GY6.35, G8.5, ВА 15d, В15, G53, PAR, и GU5.3.
Светильник в соответствии со вторым аспектом изобретения содержит осветительное устройство по настоящему изобретению.
Эти и другие аспекты изобретения будут пояснены и станут очевидными при обращении к нижеописанным вариантам исполнения.
Специалистам в данной области будет понятно, что один или более вышеупомянутых вариантов исполнения, реализаций и/или аспектов изобретения могут быть скомбинированы любым, представляющимся полезным образом.
Специалистами в данной области на основе настоящего изобретения могут производиться модификации и изменения конфигурации цветового преобразования, варианта осветительного блока и твердотельного светоиспускающего модуля, которые соответствуют описанным модификациям и изменениям конфигурации цветового преобразования.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На чертежах:
фиг. 1 показывает схематичный вид в плане первого варианта исполнения апертурной антенны в осветительном устройстве в соответствии с изобретением;
фиг. 2 показывает схематичный вид в плане первого варианта исполнения апертурной антенны в осветительном устройстве в соответствии с изобретением, на котором показано электрическое поле;
фиг. 3 показывает диаграмму направленности излучения первого варианта исполнения апертурной антенны в соответствии с изобретением, измеренного в плоскости ху;
фиг. 4 показывает диаграмму направленности излучения первого варианта исполнения апертурной антенны в соответствии с изобретением, измеренного в плоскости хz;
фиг. 5 показывает диаграмму направленности излучения первого варианта исполнения апертурной антенны в соответствии с изобретением, измеренного в плоскости yz;
фиг. 6 показывает схематичный вид в плане второго варианта исполнения осветительного устройства, иллюстрирующий трехмерную диаграмму направленности излучения конической рупорной апертурной антенны; и
фиг. 7 показывает схематичный вид в плане светильника в соответствии с изобретением.
Следует заметить, что элементы, обозначенные на различных иллюстрациях одними и теми же ссылочными позициями, имеют одни и те же конструктивные признаки и одни и те же функции, или же представляют собой одни и те же сигналы. Если функционирование и/или конструкция такого элемента были объяснены, нет никакой необходимости для повторного их объяснения в разделе подробного описания.
Приведенные иллюстрации являются чисто схематичными, и не выполнены в масштабе. В частности, для ясности, некоторые приведенные размеры сильно преувеличены.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Фиг. 1 показывает схематический вид в плане первого варианта исполнения апертурной антенны 150 в осветительном устройстве 100 в соответствии с изобретением. Апертурная антенна 150 представляет собой отверстие 151 в электропроводящем материале, в котором размеры отверстия 151 обуславливают генерацию электрического поля Е (см. фиг. 2) внутри апертуры 150. Созданное электрическое поле Е определяет частоту связи, профиль излучения и поляризацию излучения, излучаемого из апертурной антенны 150. Показанный на фиг. 1 вариант исполнения иллюстрирует осветительное устройство 100, содержащее световой излучатель 110, термически подсоединенный к теплоотводу 120. Излучатель 110 света на фиг. 1 не виден, но он подсоединен к печатной плате 105 внутри теплоотвода 120. Этот световой излучатель 110 может быть любым световым излучателем 110, таким как светодиод, органический светодиод, лазер или даже газоразрядная лампа высокого давления. Осветительное устройство 100 содержит также схему 130 связи, также соединенную с печатной платой 105 и соединенную с первичным излучателем 140 для передачи и/или приема сигнала связи. Этот первичный излучатель 140 связан с теплоотводом 120 посредством емкостного соединения с апертурной антенной 150, представляющей собой по существу прямоугольное отверстие 151 или апертуру 151, определяющую плоскость (не указана), которая расположена по существу параллельно оптической оси ОА осветительного устройства 100. Внешняя кромка 155 апертурной антенны 150 определена таким образом, чтобы сигнал, излученный первичным излучателем 140, индуцировался в апертурной антенне 150 и создавал электрическое поле внутри отверстия 151, образующего апертурную антенну 150. Электрическое поле Е внутри апертурной антенны 150 будет направляться апертурной антенной 150 поперек всей апертурной антенны 150, в то время как апертурная антенна 150 излучает также часть индуцированного сигнала связи. Апертурная антенна 150 связана с дополнительным отверстием 161 или с апертурой 161, образующей дополнительную апертурную антенну 160, а апертурная антенна 150 запитывает эту дополнительную апертурную антенну 160 посредством направленного электрического поля Е внутри апертурной антенны 150. Кроме того, и дополнительная апертурная антенна 160 имеет внешнюю кромку 165 с такими размерами, при которых внутри этой дополнительной апертурной антенны 160 может быть создано электрическое поле Е, и апертурная антенна 160 может излучать сигнал связи от осветительного устройства 100. Дополнительная апертурная антенна 160 определяет дополнительную плоскость (не показана), которая расположена по существу перпендикулярно оптической оси ОА осветительного устройства 100.
Как упоминалось ранее, в отличие от многих других типов антенн, апертурные антенны 150, 160 имеют такую характеристику направленного излучения, в которой бульшая часть сигнала связи направлена от отверстий 151, 161 или апертур 151, 161. Эта характеристика направленного излучения может быть использована конструктором осветительного устройства 100 для направления сигнала связи от теплоотвода 120, а также от любых других окружающих и препятствующих элементов, что снижает потери сигнала связи и, следовательно, улучшает эффективность связи.
Внешние кромки 155, 165 апертурных антенн 150, 160 могут иметь, по существу любую форму - при условии, что их размеры позволяют генерировать электрическое поле Е внутри апертурных антенн 150, 160. Однако в определенный момент, когда форма внешних кромок 155, 165 приближается к форме щелевой антенны (то есть, когда размеры по длине становятся равными примерно λ/2, а размеры по ширине значительно меньше, чем λ/2,) отверстие в теплоотводе 120 больше не будет проявлять себя как апертурная антенна 150, 160 (с направленным излучением сигнала связи), но будет вести себя подобным же образом, что и дипольная антенна, имеющая всенаправленную характеристику излучения.
Первичный излучатель 140 по меньшей мере частично окружен теплоотводом 120 и сконфигурирован для передачи и/или приема сигнала связи на конкретной частоте для индуцирования электрического поля Е, представляющего сигнал связи в апертурную антенну 150. Когда размеры отверстия 151 в теплоотводе 120 сконструированы таким образом, что отверстие 151 для конкретной частоты работает как апертурная антенна 150, любой сигнал основной частоты, излученный вблизи апертурной антенны 150 (например, первичным излучателем 140) индуцирует внутри апертурной антенны 150 электрическое поле Е. Такое электрическое поле Е через апертурную антенну 150 побуждает апертурную антенну 150 повторно направленно излучать сигнал связи в соответствии с характеристикой излучения апертурной антенны 150. В варианте исполнения, показанном на фиг. 1, отверстие 151 или апертурная антенна 150 сконфигурировано с возможностью направления индуцированного электрического поля Е, то есть, направления индуцированного сигнала связи как такового в направлении дополнительного отверстия 161 или дополнительный апертурной антенны 160 при излучении части индуцированного сигнала связи. Таким образом, апертурная антенна 150 действует как своего рода волновод для направления сигнала связи от первичного излучателя 140 к дополнительной апертурной антенне 160. Однако эта апертурная антенна 150 не является идеальным волноводом, поскольку ее конструкция не позволяет удерживать электрическое поле Е по всем направлениям, - таким образом, часть направленного сигнала связи будет излучаться апертурной антенной 150. Первичный излучатель 140 может быть, например, антенной 140, расположенной внутри теплоотвода 120, или, например, он может содержать подающую линию (не показана), которая подает сигнал непосредственно в отверстие 151 апертурной антенны 150. Такая запитывающая линия может, например, быть микрополосковой линией (не показана) или волноводом (не показан). Первичный излучатель 140 может быть, например, дипольной антенной (не показана), электрически соединенной со схемой 130 связи и расположенной внутри теплоотвода 120 вблизи отверстия. Альтернативно, первичный излучатель 140 может быть планарной F-образной антенной 140 (далее также называемой "PIFA") или же патч-антенной 140, которые, как правило, являются антеннами, имеющими относительно высокие краевые поля рассеяния.
В осветительном устройстве 100 в соответствии с изобретением внешние кромки 155, 165 отверстий 151, 161 апертурных антенн 150, 160 имеют размеры, по существу равные NЧλ/4, причем, N представляет собой целое число, а λ является длиной волны сигнала связи определенной частоты. Наличие в теплоотводе 120 отверстия, которое имеет внешнюю кромку 155, 165, имеющую размер, по существу равный NЧλ/4, гарантирует, что отверстие 151, 161 или апертура 151, 161 является чувствительной к сигналу связи конкретной частоты, так что внутри апертурной антенны 150, 160 может быть создано электрическое поле Е. Точная форма отверстия 151, 161 апертурной антенны 150, 160 может определять поляризацию излучаемого (и принимаемого) сигнала связи предопределенной частоты. Как упоминалось ранее, размер внешней кромки 155, 165 апертурной антенны 150, 160 может несколько отличаться от величины NЧλ/4, чтобы увеличить ширину полосы пропускания апертурной антенны 150, 160, что делает апертурную антенну 150, 160 чувствительной к диапазону сигналов связи. Обычно беспроводная связь осуществляется в так называемых частотных диапазонах связи. Например, протокол Zigbee, который является известным стандартом для беспроводной связи в осветительных устройствах, имеет 16 каналов, по которым данные могут передаваться в диапазоне от 2.405 ГГц до 2.480 ГГц. Антенна 150, 160 с одной апертурой, предпочтительно, способна осуществлять связь через каждый из этих различных каналов и, таким образом, общая ширина частотного диапазона апертурной антенны 150, 160 может быть достаточно широкой, чтобы перекрыть эту полосу частот. Таким образом, может быть выбрано отклонение от точного NЧλ/4 размера кромки, чтобы перекрыть все Zigbee-каналы.
Осветительное устройство 100 в соответствии с изобретением может иметь внутреннюю поверхность 167, соединенную с кромкой 165 отверстия 160 в теплоотводе 120, который сформирован для направления сигнала связи от первичного излучателя 140 к апертурной антенне 160. Таким образом, отверстие 160 вместе с внутренней поверхностью 167 составляет выемку в теплоотводе 120, чтобы образовать нечто вроде открытого волновода, который для конкретной частоты действует как апертурная антенна 160. Глубина углубления в теплоотвод 120 и расположение первичного осциллятора 140 внутри этого углубления определяет, в какой моде начинает осциллировать этот открытый волновод (или апертурная антенна 160) и, таким образом, - какой будет фактическая форма направленного "профиля излучения" апертурной антенны 160.
Осветительное устройство 100, как показано на фиг. 1, дополнительно содержит также схему 135 управления для управления осветительным устройством 100 в ответ на принятый сигнал связи. Эта схема 135 управления может, например, быть сконфигурирована для управления функционированием осветительного устройства 100, выбранного из списка, содержащего включение, выключение, ослабление силы света, изменение цвета, тактирование включения, тактирование выключения, изменение фокусировки испущенного света, управление углом расходимости светового луча, прогнозирование срока службы, определение потребление энергии, обнаружение отказа, идентификация. Наконец, осветительное устройство 100 содержит соединительные штырьки 180 для подсоединения осветительного устройства 100 к источнику питания. Конечно, такие соединительные штырьки 180 могут быть использованы также в качестве порта связи с помощью своего рода сигнала управления по линии электропитания для дополнительной связи осветительного устройства 100 со своего рода сетевой линией электропитания (не показана).
Фиг. 2 показывает схематический вид в плане первого варианта исполнения апертурных антенн 150, 160 в осветительном устройстве 100 в соответствии с изобретением, на котором изображено электрическое поле Е. Как упоминалось ранее, размеры апертурной антенны 150 и дополнительной апертурной антенны 160 вместе с сигналом связи, обеспеченным первичным излучателем 140, определяют точную форму электрического поля Е, созданного в апертурной антенне 150, а также в дополнительной апертурной антенне 160. Это электрическое поле Е, далее, определяет профиль излучения и характеристики излучаемого сигнала связи, включая поляризацию излучаемого сигнала.
Фиг. 3 показывает диаграмму направленности излучения первого варианта исполнения осветительного устройства 100 в соответствии с изобретением, измеренного в плоскости ху. Сплошная линия представляет собой диаграмму направленности горизонтально поляризованного сигнала связи, а пунктирная линия представляет собой диаграмму направленности вертикально поляризованного сигнала связи. Кроме того, миниатюрное изображение в верхнем левом углу на фиг.3 представляет расположение первичного излучателя 140.
Фиг. 4 показывает диаграмму направленности излучения первого варианта исполнения осветительного устройства 100 в соответствии с изобретением, измеренного в плоскости хz. И в этом случае сплошная линия представляет собой диаграмму направленности горизонтально поляризованного сигнала связи, а пунктирная линия представляет собой диаграмму направленности вертикально поляризованного сигнала связи. Как можно ясно видеть из фиг.4, профиль излучения апертурной антенны 150, 160 направлен, главным образом, от апертурной антенны 150, 160 по существу параллельно оптической оси ОА (см. фиг.1).
Фиг. 5 показывает диаграмму направленности излучения первого варианта исполнения осветительного устройства 100 в соответствии с изобретением, измеренного в плоскости уz. И в этом случае сплошная линия представляет собой диаграмму направленности горизонтально поляризованного сигнала связи, а пунктирная линия представляет собой диаграмму направленности вертикально поляризованного сигнала связи. Теперь горизонтально поляризованный сигнал связи значительно слабее, чем вертикально поляризованный сигнал связи, указывающий, что апертура 150, 160 предназначена для усиления этого вертикально поляризованного сигнала связи, а не горизонтально поляризованного сигнала связи.
Фиг.6 иллюстрирует схематичный вид в плане второго варианта исполнения осветительного устройства 102, показывая трехмерную диаграмму направленности конической рупорной апертурной антенны 170. Теплоотвод 122 содержит внутреннюю стенку 177, которая имеет коническую форму, чтобы создавать коническую рупорную апертурную антенну 170. На фиг. 6 внутренняя стенка 177 показана с использованием частично сплошной и частично пунктирной стрелки, при этом пунктирная часть иллюстрирует часть указательной стрелки, которая входит в отверстие 171 апертурной антенны 170. Расхождение внутренних размеров в направлении отверстия 171 или апертуры 171 определяет, насколько хорошо эта рогообразная по форме рупорная апертурная антенна 170 дополнительно концентрирует направленность излучаемого сигнала связи. Для определения этого расхождения, чтобы сформировать требуемое распределение излучения, могут быть использованы известные расчетные формулы. Форма внешней кромки 175 апертурной антенны 170 может иметь по существу любой вид, - лишь бы ее размеры позволяли внутри апертурной антенны 170 генерировать электрическое поле Е (см фиг. 2.). Как можно видеть из профиля 190 излучения, направленность такой рупорной апертурной антенны 170 намного более сильная по сравнению с предыдущим вариантом исполнения (см. фиг. с 3 по 5), что благоприятно, поскольку осветительные устройства 102 часто встраивают в корпус или в окружение (в потолок), и, таким образом, предпочтительным является излучение сигнала в направлении, таком же, что и испускание света, - излучение в других направлениях может быть экранировано окружением, или же сигнал, излучаемый в направлении, отличенном от направления испускания света, вероятно, не будет попадать на какую-либо приемную антенну.
Первичный излучатель 144 для такой рупорной апертурной антенны 170, предпочтительно, расположен внутри рогообразной формы, например, где-то внутри теплоотвода 122, где внутренняя стенка 177 начинает свое ступенчатое расхождение в направлении внешней кромки 175. На фиг.6 расположение первичного излучателя 144 указывается с использованием частично сплошной и частично пунктирной стрелки, при этом пунктирная часть иллюстрирует часть указательной стрелки, которая находится внутри отверстия 171 рогообразной формы апертурной антенны 170. Такой первичный излучатель 144 может быть другой апертурной антенной или любым другим указанным выше первичным излучателем 144.
Фиг.7 показывает схематический вид в плане светильника 200 в соответствии с изобретением. Светильник 200 содержит, например, световые установочные конструкции, которые могут быть совместимы с внешними размерами осветительного устройства 100, 102 таким образом, что в светильник 200 может быть вставлено осветительное устройство 100, 102.
В заключение, настоящая заявка обеспечивает осветительное устройство 100 и светильник 200. Осветительное устройство содержит световой излучатель 110, термически соединенный с теплоотводом 120. Осветительное устройство дополнительно содержит схему 130 связи, которая связана с теплоотводом для передачи и/или приема сигнала связи. Теплоотвод является электропроводящим и содержит отверстие 151, имеющее размеры для образования апертурной антенны 150 для конкретной частоты, для направленной передачи и/или приема сигнала связи на конкретной частоте теплоотвод. В показанном варианте исполнения осветительное устройство содержит апертурную антенну 150 и дополнительную апертурную антенну 160.
Следует отметить, что вышеупомянутые варианты исполнения иллюстрируют, а не ограничивают изобретение, и что специалисты в данной области техники смогут разработать множество альтернативных вариантов без выхода за рамки сущности и объема приложенной формулы изобретения.
В формуле изобретения любые ссылочные позиции, помещенные между скобками, не должны истолковываться как ограничивающие требования. Использование глагола "содержать" и его спряжений не исключает присутствие элементов или этапов, отличных от тех указано в формуле изобретения. Признаки единственного числа, предшествующие какому-либо элементу, не исключает наличия множества таких элементов. Изобретение может быть реализовано посредством аппаратных средств, содержащих несколько отдельных элементов, и посредством соответствующим образом запрограммированного компьютера. В относящемся к устройству пункте формулы изобретения с перечислением несколько средств, некоторые из этих средств могут быть воплощены одним и тем же элементом аппаратных средств. Тот обычный факт, что некоторые размеры приведены во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что для получения преимущества не может быть использован комбинация этих размеров.
1. Осветительное устройство (100, 102), содержащее световой излучатель (110), термически подсоединенный к теплоотводу (120, 122), при этом осветительное устройство (100, 102) дополнительно содержит связанную с теплоотводом (120, 122) схему (130) связи для передачи и/или приема сигнала связи, причем теплоотвод (120, 122) является электропроводящим и содержит отверстие (151, 161, 171), имеющее размеры для образования апертурной антенны (150, 160, 170), настроенной для конкретной частоты, для направленной передачи и/или приема сигнала связи конкретной частоты через теплоотвод (120, 122), при этом схема (130) связи соединена с первичным излучателем (140, 144), по меньшей мере, частично окруженным теплоотводом (120, 122), и передает и/или принимает сигнал связи на конкретной частоте для индуцирования в апертурной антенне (150, 160, 170) электрического поля, представляющего собой сигнал связи, а электрическое поле поперек отверстия побуждает это отверстие к повторному направленному испусканию этого сигнала связи в соответствии с характеристиками излучения апертурной антенны (150), при этом внешняя кромка (155, 165, 175) отверстия (151, 161, 171) апертурной антенны (150, 160, 170) имеет размер, равный NЧλ/4, причем N представляет собой целое число, а λ является длиной волны сигнала связи конкретной частоты.
2. Осветительное устройство (100, 102) по п. 1, в котором первичный излучатель (140, 144) выбран из перечня, содержащего дипольную антенну, планарную F-образную антенну, патч-антенну, микрополосковую линию и волновод.
3. Осветительное устройство (100, 102) по п. 1, в котором внутренняя поверхность (166, 167), соединенная с внешней кромкой (165, 175) отверстия в теплоотводе (120, 122), сформирована для направления сигнала связи от первичного излучателя (140, 144) к апертурной антенне (160, 170).
4. Осветительное устройство (100, 102) по п. 3, в котором размер поперечного сечения внутренней поверхности (177) увеличивается в наружном направлении теплоотвода (120, 122) для образования рупорной апертурной антенны (170).
5. Осветительное устройство (100, 102) по п. 1, в котором первичный излучатель (140) расположен на краю апертурной антенны (150), а эта апертурная антенна (150) сконфигурирована с возможностью направления электрического поля поперек отверстия (151) апертурной антенны (150) от края.
6. Осветительное устройство (100, 102) по п. 5, в котором это осветительное устройство (100, 102) содержит дополнительное отверстие (161), соединенное с апертурной антенной (150), при этом дополнительное отверстие (161) имеет размеры для образования дополнительной апертурной антенны (160) для конкретной частоты, причем, эта дополнительная апертурная антенна (160) запитывается направленным электрическим полем внутри апертурной антенны (150).
7. Осветительное устройство (100, 102) по п. 6, в котором апертурная антенна (150) содержит по существу прямоугольное отверстие (151), определяющее плоскость, и в котором дополнительная апертурная антенна (160) содержит по существу круглое отверстие (161), определяющее дополнительную плоскость, причем, дополнительная плоскость расположена по существу перпендикулярно оптической оси (ОА) осветительного устройства (100, 102).
8. Осветительное устройство (100, 102) по п.7, в котором плоскость, определенная по существу прямоугольным отверстием (151), расположена по существу параллельно оптической оси (ОА) осветительного устройства (100, 102).
9. Осветительное устройство (100, 102) по п.7, причем световой излучатель (110) расположен в углублении теплоотвода (120, 122), при этом углубление (160) имеет кромку 165 углубления, составляющую дополнительное отверстие дополнительной апертурной антенны 160.
10. Осветительное устройство (100, 102) по п. 1, причем это осветительное устройство (100, 102) дополнительно содержит схему (135) управления для управления осветительным устройством (100, 102) в ответ на принятый сигнал связи.
11. Осветительное устройство (100, 102) по п. 10, причем схема (135) управления сконфигурирована для управления функционированием осветительного устройства (100, 102), выбранным из списка, содержащего включение, выключение, ослабление силы света, изменение цвета, тактирование включения, тактирование выключения, изменение фокусировки испущенного света, управление углом расходимости луча, прогнозирование срока службы, определение потребление энергии, обнаружение отказа и идентификацию.
12. Осветительное устройство (100, 102) по п. 1, в котором внешняя форма осветительного устройства (100, 102) выполнена с возможностью совместимости со световыми установочными конструкциями, выбранных из списка, содержащего: A19, E26, E27, E14, E40, B22, GU-10, GZ10, G4, GY6.35, G8.5, ВА 15d, В15, G53, PAR, и GU5.3.
13. Светильник (200), содержащий осветительное устройство (100, 102) по любому из пунктов 1-12.
