从金属外壳发射信号的装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于从至少部分地由金属形成的外壳发射信号的装置。优选地， 该装置用于在电磁波的帮助下在存储介质中传输数据（RFID)。
【背景技术】
[0002] 在自动化技术中，特别是在过程自动化技术中，现场设备经常被应用于确定、优化 和/或影响过程变量。用于记录过程变量的是传感器，例如，料位测量设备、流量测量设备、 压力和温度测量设备、电导率测量设备等，其分别记录对应的过程变量、料位、流量、压力、 温度以及电导率。用于影响过程变量的是驱动器，诸如，阀或泵，通过其在管道部分中的液 体的流量、容器中的料位分别可被改变。作为现场设备是，原则上，被应用到靠近该过程，以 及传送或处理涉及该过程的信息的所有设备。结合本发明，术语现场设备，因此包括远程1/ 〇、无线电适配器以及布置在现场级别的基本上所有设备。大量的这样的现场设备由恩德斯 豪斯（Endress+Hauser)公司制造和出售。RFID系统被使用来，例如，以便识别现场设备。
[0003] RFID系统由位于外壳中并包括识别码的应答器以及用于读出标识的读取设备组 成。NFC系统使在相反的方向上能够提供信息通路。RFID和NFC应答器的例子的缺点是大 部分现场设备的金属，例如金属包覆，的外壳。这样的外壳在需要RFID的区域中基本上不 受电磁波的影响。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种改善从金属外壳发射RFID或NFC信号的装置。
[0005] 这个目的是通过在权利要求1中定义的装置实现的。这种用于从至少部分地由金 属形成的外壳发射信号，特别是用于在电磁波的帮助下鉴别（RFID)的装置，包括至少第一 外壳开口，以及设置在外壳中用于产生磁场的线圈装置，其中进入或离开线圈装置的磁通 密度有具有最大幅值的矢量，并且该矢量或它的相反的矢量指向第一外壳开口。
[0006] 外壳开口可以是，例如，电缆接头开口或电缆压盖。该线圈装置包括具有至少一个 但优选多个绕组的一个或多个线圈，其中每个线圈可以包括零个，一个或多个线圈芯。如果 是通过提供电压到该线圈装置来产生磁场，则磁场发生在线圈装置的确定位置处。例如，如 果线圈装置没有线圈芯，则该磁场通过该线圈装置的两个线圈开口。例如，如果线圈装置有 一个线圈芯，则该磁场在该线圈装置的线圈芯的表面处。矢量磁场具有在磁场通过线圈装 置的位置处的最大矢量。根据本发明的通过外壳开口的这个矢量或它的相反的矢量被拉 伸。此处，拉伸意味着矢量乘以大于一的标量。
[0007] 该信号可以是发送给读取设备关于某些过程变量的信息的数据。此外，读取设备 可以以这种方式获得关于应答器是否已经完整地发送数据或干扰作用是否出现在应答器 的一部分上或部分地由金属墙引发的信息。
[0008] 如果最大矢量或它的相反的矢量指向外壳开口，那么在外壳开口的固定大小的情 形下，根据本发明，离开外壳的发射功率变得最大。因此，权利要求1的主题实现了本发明 的目的。
[0009] 在实施例的附加形式中，该外壳可以具有第二外壳开口，并且矢量或它的相反的 矢量指向第一外壳开口或指向第二外壳开口。与该矢量相切的磁场线基本上延伸通过第一 外壳开口和第二外壳开口。第二外壳开口使得从第一外壳开口离开的磁场线从第二外壳开 口再次进入。通过这种方式，离开和进入的磁场线不必共享单独的外壳开口。通过这种方 式，避免相互叠加和相互干扰。
[0010] 此外，线圈装置可以假定不规则的形状，例如，曲折的、分形的或类似分形的。这些 形式出于制造的原因是有益的。可替代地，线圈装置的截面也可以是正方形、圆形、椭圆形。 其它截面也是可能的。
[0011] 在进一步的扩展中，存在被布置在外壳中的电子单元，其与线圈装置通过高频导 体，特别是同轴电缆相连。使用高频导体特别是同轴电缆的情况的益处在于要被发射的信 号不能被电和/或磁场干扰。
[0012] 在实施例的附加形式中，该电子单元包括高频和/或低频接口（HF接口），其中该 HF接口经由阻抗匹配装置和/或平衡不平衡变换器与线圈装置相连。在这种情况下，平衡 不平衡变换器可以充当阻抗变换器用于功率匹配。
[0013] 在实施例的附加形式中，线圈装置包括至少一个线圈和至少一个线圈芯，其中线 圈以关于线圈芯非对称的方式被布置使得产生的磁场是不对称的。如果线圈离线圈芯的第 一端部区域具有比离线圈芯的第二端部区域的小的距离，则在该第一端部区域处的磁场磁 通密度大于在第二端部区域处。然而，在该第二端部区域处的磁场扩展宽度比线圈芯的第 一端部区域处大。
[0014] 在实施例的附加形式中，线圈装置的至少一个线圈芯包括其表面上的结构特征， 其被这样实现来影响离开线圈装置的磁场的场分布。这样的结构特征可以是，例如，收缩、 加宽、挖槽、粗糙化、漏斗和/或其它材料。线圈芯的表面上的这样的结构使得磁场被放大、 集中、扩展、旋转或被带到优选的方向或大部分磁场分布留在外壳内。
[0015] 在实施例的附加形式中，线圈芯由铁磁和/或抗磁和/或顺磁性的材料制作，诸如 例如PVC和/或合成材料，诸如塑料。有利的是，在这样的情况下，广泛的材料产品面板可 用于选择作为线圈芯。
[0016] 在实施例的附加形式中，线圈装置包括多个子线圈，其相互电连接和/或与电子 单元的信号地线和/或信号地线电连接。线圈装置具有多个接地子线圈的情况的益处在于 每个子线圈产生其自身对电压的贡献。子线圈的电压然后相加形成总电压。
[0017] 在实施例的附加形式中，线圈装置包括至少一绕组，且实施为电开路电路。线圈装 置的电流电路的开口端部区域之间形成电容，其被利用来产生电磁波。
[0018] 在实施例的附加形式中，线圈装置经由连接线电连接到外壳壁。如果线圈装置的 一个连接线的开口端部区域连接到外壳壁，那么外壳壁形成电容的一个电极，并且线圈装 置的连接线的另一个开口端部区域形成该电容的反电极。
[0019] 在实施例的附加形式中，外壳开口中的至少一个由塑料和/或玻璃盘封闭，和/或 该线圈装置被布置在朝向外壳开口中的至少一个打开的单独的腔室中。
[0020] 本发明的目的进一步通过一种RFID系统来实现，其包括本发明的装置。带有本发 明的装置的RFID系统使得可通过读取设备从金属外壳中读取数据。
[0021] 此外，本发明的目的还通过具有读取设备与本发明的RFID系统的现场设备来实 现。具有本发明的RFID系统的现场设备使得通过金属壁进行数据传输成为可能。
[0022] 本发明的目的还通过使用用于蓝牙（IEEE 802. 15. 1)、无线局域网（IEEE 802. 15. 1)、HIPERLAN、IWLAN、无线HART或NFC的一些形式的本发明的装置来实现。通过使 用本发明的装置，上述无线电网络的数据也能够部分地通过金属壁被传输。
【附图说明】
[0023] 现在将要基于附图来解释本发明，这些图显示如下：
[0024] 图1具有缠绕着电子单元的线圈装置的RFID应答器（现有技术）；
[0025] 图2具有细长的线圈装置的RFID应答器（现有技术）；
[0026] 图3 RFID应答器（现有技术）；
[0027] 图4金属外壳中的带有线圈装置的电子单元；
[0028] 图5金属外壳中的线圈装置；
[0029] 图6设置在金属外壳中并且通过同轴电缆或高频导体与电子单元电连接的线圈 装置；
[0030] 图7带有设置在单独的腔室中并在盘后的线圈装置的电子单元；
[0031] 图8具有非对称地位于线圈芯并被设置在具有两个外壳开口的外壳中的线圈的 线圈装置；
[0032] 图9具有非对称地位于弯曲的线圈芯并被设置在具有两个外壳开口的外壳中的 线圈的线圈装置；
[0033] 图10被设置在具有两个外壳开口的外壳中的具有U形线圈芯的线圈装置，该线圈 芯在其端面具有结构特征；
[0034] 图11两个子线圈与信号地线相连接的线圈装置，其中该两个子线圈与连接到信 号地线的电子单元电连接；
[0035] 图12具有电开路线圈的线圈装置，其与电子单元电连接；
[0036] 图13具有电开路线圈的线圈装置的截面，在该情形下线被设置为与绝缘材料隔 开。
[0037] 图14a具有无包层的电开路线圈的线圈装置的截面
[0038] 图14b具有收缩套管的电开路线圈的线圈装置的截面
【具体实施方式】
[0039] 从至少部分地由金属形成的外壳发射信号的装置包括RFID系统，根据现有技术 该RFID系统由在其中存储有期望的数据的RFID应答器，以及读取设备组成。RFID应答器 (图1)由电子单元1组成，它由线圈装置2包围。取决于线圈装置2的实现，跨接线3是必 要的，以便电连接该电子单元1和该线圈装置2。
[0040] 该电子单元1包括高频接口或HF接口 4,其接收经由线圈装置2获得的读取设备 的发射功率，并可经由线圈装置2输出调制信号。该调制信号可以包括存储在数据存储器7 中的值，该数据存储器7可以是，例如，ROM或EPROM。读取设备的发射功率由HF接口 4转 发给电源5,并存储在那里。该电源单元5提供能源给电子单元。逻辑单元6被提供作为控 制单元。
[0041] 现有技术的另一个已知的实施例形式（图2)包括使用由两个开路线8、9组成的 开路的偶极形式的线圈装置2。
[0042] 图3示出现有技术的RFID天线的另一个实施例形式，其中线圈装置2具有特殊的 形状。
[0043] 本发明的线圈装置12(参照图4)被布置在外壳中，使得进入或离开线圈装置12 的磁通密度有具有最大幅值的矢量tmx，并且该矢量瓦 ;",.指向第一外壳开口 10。
[0044] 为了这个目的，连接线11在线圈装置12和电子单元1之间延伸，即，电子单元1 不是位于线圈装置12内而是在线圈装置12外部。线圈装置12包括线圈芯13。特别地，线 圈装置12可被集成到塑料外壳中。位于第一外壳开口 10中的接头电缆16以很小的措施 辅助地降低范围（参照图4);可以采用的是申请专用的进一步的用于电缆的电缆接头盖。
[0045] 图5中的线圈装置12在两端上形成磁场线17、18。导电外壳壁14干扰封闭的磁 场线。特别是在高频率下，薄的金属表面相当大地降低电磁波。在给定的情况下，电磁波可 被金属表面完全反射。
[0046] 可能的工作频率是，例如13. 56MHz、6. 78MHz和27MHz、125MHz。此外，更低的和更 高的频率也是可能的，例如125kHz、433MHz、920MHz、或5. 8GHz。
[0047] 由于HF接口 4或电子单元1以及线圈装置12之间的距离，导致本发明的变形（图 6)使用高频导体19,其被实施为同轴电缆。为了这个目的，HF接口 4直接连接到连接线11。