专利名称：无线防爆设备的制作方法
技术领域：
本公开涉及一种无线防爆设备，其中布置有用于通过天线发送/接收无线信号的通信模块。具体地，本公开涉及一种无线防爆设备，其在不使用任何密闭腔室的情况下完全满足由类型η防爆规范(IEC(国际电工技术委员会))建立的防爆规范(IEC 60079-15)，并且能够获得高性能无线通信。在此，根据本发明的无线防爆设备的示例包括必须对应于防爆标准的设备(用于无线通信的继电器单元、网关单元等)，诸如每个都具有无线通信功能的现场装置。现场装置包括诸如差动压力计、流量计、温度计、监视摄像机、致动器、控制器等之类的各种现场装置。
背景技术：
任何相关技术的无线防爆设备被安装在诸如存在易燃气体等的工厂或者车间之类的危险位置中。电源电缆连接至无线防爆设备，从而从外部电源向该无线防爆设备提供电力。当无线防爆设备被安装在会产生诸如易燃气体或易燃物的蒸汽之类的爆燃性空气的“危险位置”中时，期望该无线防爆设备被布置在具有密闭防爆结构的完全封闭的腔室中(JP-UM-A-6_57042)。具有密闭防爆结构的完全封闭的腔室被设计为，当该腔室的内部发生爆炸时承载爆炸压力，并防止由爆炸引起的火焰接触到该腔室之外的易燃气体、易燃物的蒸汽等。另外，相关技术中的无线防爆设备被设计为允许天线作为用于无线设备的适当的天线，并且防止由无线设备的电源系统产生的能量通过天线流出到腔室之外的爆燃性空气，从而即使电源系统崩溃了也能防止发生爆炸。图14是相关技术的无线防爆设备的构造示例的剖视图。在图14中，在相关技术的无线防爆设备中，防爆密闭腔室1被布置在“危险位置” 中。布置在天线罩元件2中的天线4形成为穿透防爆密闭腔室1的外壁的一部分并从其上突出。通信模块3布置在防爆密闭腔室1中，并且连接至通信模块3的天线4布置在天线罩元件2中。天线罩元件2形成在无线电波可传送元件之外，并且通信模块3通过天线 4与现场装置(未示出)进行通信。天线罩元件2布置在诸如作为防爆密闭腔室的玻璃罩之类的保护罩元件5中。保护罩元件5附接至防爆密闭腔室1的外壁，从而罩住天线罩元件3和天线4。保护罩元件5 由至少可以传送高频信号(电磁波)的原料(诸如玻璃或树脂之类的材料)制成。通信模块3使用通信电缆(未示出)通过电缆输出部分(未示出)连接至控制部分，从而向/从控制部分发送/接收电信号。控制部分布置在“安全位置”，同时电缆输出部分穿透防爆密闭腔室1的外壁的一部分。另外，通信模块3使用电源电缆(未示出)通过电缆输出部分(未示出)连接至电源部分，从而从电源部分向通信模块3提供电力。电源部分布置在安全位置，同时电缆输出部分穿透防爆密闭腔室1的外壁的一部分。例如，下面的专利文献1已经公开了一种无线防爆设备的构造，其包括天线和防爆密闭腔室中的通信模块，并且通过电源电缆连接至外部电源从而对其提供电力，并且还通过通信电缆连接至外部控制部分从而与外部控制部分进行通信。[专利文献][专利文献 1] JP-A-9_182^4然而，由于沉重的防爆密闭腔室和沉重的保护罩元件，使得相关技术的无线防爆设备的产品重量很重。例如，如果期望安装该设备的位置较高，则该位置可能需要加固。因此，存在安装位置受限的问题。另外，在相关技术的无线防爆设备中，天线和主体被整体形成，使得其不能彼此分离。因此，存在天线的期望安装位置受限的问题，从而影响无线通信性能。另外，在相关技术的无线防爆设备中，将诸如玻璃或树脂的材料用作腔室的材料。 与金属材料相比，温度变化、紫外线等很容易对该材料产生影响并破坏该材料。因此，存在这样的问题，在产品规格中存在着诸如温度范围、安装条件等限制。
发明内容
本发明的示例性实施例提供了一种无线防爆设备，其在不使用任何密闭腔室的情况下完全满足防爆规范(类型η防爆规范)，并且能够获得高性能无线通信。在第一构造中，一种无线防爆设备包括天线；防爆腔室；通信模块，其布置在防爆腔室中，该通信模块构造为通过天线发送和接收无线信号；连接器部分，其具有中间导体，天线电连接至该中间导体，该中间导体具有通过连接线连接至通信模块的一端和暴露于防爆腔室的外部的另一端；以及短枝节(short stub)模块，其布置在防爆腔室中并布置在连接线上，该短枝节模块构造为保障中间导体的一端与地之间的导电性，从而将中间导体的电势保持在特定电势。在第二构造中，一种无线防爆设备，包括天线；防爆腔室；通信模块，其布置在防爆腔室中，该通信模块构造为通过天线发送和接收无线信号；连接器部分，其具有中间导体，天线电连接至该中间导体，该中间导体具有通过连接线连接至通信模块的一端和暴露于防爆腔室的外部的另一端；以及并联谐振模块，其布置在防爆腔室中并布置在连接线上，该并联谐振模块构造为基于无线信号的频率进行谐振，该并联谐振模块构造为保障中间导体的一端与地之间的导电性，从而将中间导体的电势保持在特定电势。在第三构造中，天线可以连接至连接器部分的中间导体的另一端，并布置在防爆腔室的外部。在第四构造中，无线防爆设备还可以包括电缆模块，其构造为传送来自天线的信号，其中天线经过电缆模块连接至连接器部分的中间导体的另一端。在第五构造中，无线防爆设备还可以包括隔直电容器模块，其布置在防爆腔室中并布置在连接线上，该隔直电容器模块构造为隔断来自通信模块的DC电流。在第六构造中，短枝节模块可以是构造为消除来自由通信模块发送和接收的信号中的特定信号分量的滤波器。在第七构造中，短枝节模块可以包括分布常数电路。在第八构造中，短枝节模块可以被形成为对应于多个频带，短枝节模块具有第一连接线图案和第二连接线图案，在第一连接线图案中高频信号在水平方向中从一端输入并从另一端输出，第二连接线图案的一端以直角连接至第一连接线图案下部的中央部分，第二连接线图案的另一端通过串联连接的多个类似曲柄的图案中的至少一个DC连接至地。在第九构造中，短枝节模块还可以具有作为开路枝节的直线图案的第三连接线图案，第三连接线图案具有以直角与第一连接线图案上部的中央部分相对布置的一端，并且插入可变电容，其电容量可以根据施加在其上的电压而变化。在第十构造中，短枝节模块可以包括集总常数电路。根据第一构造，短枝节模块布置在防爆腔室中并布置在连接线上，用于天线的连接器部分的中间导体的一端通过该连接线连接至通信模块，并且短枝节模块保障中间导体的一端与地之间的导电性，从而将中间导体的电势保持在特定电势，同时用于天线的连接器部分的中间导体的另一端暴露于防爆腔室的外部。因此，在不使用任何密闭腔室的情况下能够完全满足防爆规范(类型η防爆规范)，并且能够获得高性能无线通信。根据第二构造，基于无线信号的频率进行谐振的并联谐振模块布置在防爆腔室中并布置在连接线上，用于天线的连接器部分的中间导体的一端通过该连接线连接至通信模块，并且并联谐振模块保障中间导体的一端与地之间的导电性，从而将中间导体的电势保持在特定电势，同时用于天线的连接器部分的中间导体的另一端暴露于防爆腔室的外部。 因此，在不使用任何密闭腔室的情况下能够完全满足防爆规范(类型η防爆规范)，并且能够获得高性能无线通信。当提供了并联谐振模块时，即使降低操作无线频率也不会对无线防爆设备的尺寸构成任何影响，于是能够获得与使用短枝节模块的情况相同的效果。根据第三或第四构造，用于天线的连接器部分的中间导体暴露于防爆腔室的外部，使得能够获得以下效果A 从多种天线的可用性的角度来看，该构造是有效的。特别地，因为天线不需要与防爆腔室(主体)集成，所以可以根据使用目的来选择天线并将天线与主体结合以执行高性能的无线通信。B:从天线安装位置的灵活性的角度来看，该构造是有效的。特别地，因为天线不需要与防爆腔室(主体)集成，所以可以通过高频电缆将天线连接至用于天线的连接器部分。 从而，可以将天线安装在与主体的安装位置不同的位置中。因此，能够执行高性能的无线通
根据第五构造，用于隔断来自通信模块的DC电流的隔直电容器模块设置在防爆腔室中并设置在连接线上，连接器部分的中间导体的一端通过该连接线连接至通信模块。 因此，在不使用任何密闭腔室的情况下适当地形成了本质安全的防爆结构，使得能够执行高性能无线通信。另外，当设置多个隔直电容器模块时，即使任何一个隔直电容器模块损坏了，继续存在的隔直电容器模块也可以工作。因此，在中间导体中不出现DC电势的情况下可以满足本质安全的防爆规范。根据第六构造，短枝节模块布置在防爆腔室中并布置在连接线上，用于天线的连接器部分的中间导体的一端通过该连接线连接至通信模块，并且短枝节模块保障中间导体的一端与地之间的导电性，从而将中间导体的电势保持在特定电势，同时用于天线的连接器部分的中间导体的另一端暴露于防爆腔室的外部。因此，在不使用任何密闭腔室的情况下能够完全满足防爆规范(类型η防爆规范)，并且能够获得高性能无线通信。此外，当使用了用于获得陷波滤波器效果的短枝节模块时，能够获得具有特定频率特性的无线通信。根据第七构造，短枝节模块布置在防爆腔室中并布置在连接线上，用于天线的连接器部分的中间导体的一端通过该连接线连接至通信模块，并且短枝节模块保障中间导体的一端与地之间的导电性，从而将中间导体的电势保持在特定电势，同时用于天线的连接器部分的中间导体的另一端暴露于防爆腔室的外部。因此，在不使用任何密闭腔室的情况下能够完全满足防爆规范(类型η防爆规范)，并且能够获得高性能无线通信。此外，当使用了使用层间耦接的短枝节模块时，能够获得具有特定频率特性的高性能无线通信。根据第八构造，布置了构成短枝节模块的第一连接线图案和第二连接线图案的形状，使得能够获得对应于多个频带的短枝节模块。根据第九构造，布置了构成短枝节模块的第一连接线图案、第二连接线图案和第三连接线图案的形状，并且调节施加到可变电容元件的电压，使得短枝节模块能够获得对应于多个频带的期望的频率特性。根据第十构造，短枝节模块布置在防爆腔室中并布置在连接线上，用于天线的连接器部分的中间导体的一端通过该连接线连接至通信模块，并且短枝节模块保障中间导体的一端与地之间的导电性，从而将中间导体的电势保持在特定电势，同时用于天线的连接器部分的中间导体的另一端暴露于防爆腔室的外部。因此，在不使用任何密闭腔室的情况下能够完全满足防爆规范(类型η防爆规范)，并且能够执行高性能无线通信。此外，当使用了使用集总常数电路的短枝节模块时，能够执行具有特定频率特性的无线通信，并且能够节省空间。
图1是示出了根据本发明的无线防爆设备的一个实施例的示例性构造图。图2是图1的详细示例性构造图。图3是示出了根据本发明的无线防爆设备的另一实施例的示例性构造图。图4是示出了根据本发明的无线防爆设备的另一实施例的示例性构造图。图5Α是示出了根据本发明的无线防爆设备中的短枝节模块的构造示例的示例性构造图。
图5B是用于说明由图5A的短枝节模块获得的频率特性的图表。图6是示出了根据本发明的无线防爆设备中的短枝节模块的另一构造示例的示例性构造图。图7是用于说明由图6的短枝节模块获得的频率特性的图表。图8A和图8B是示出了根据本发明的无线防爆设备中的短枝节模块的另一构造示例的示例性构造图。图9是用于说明由图8A和图8B的短枝节模块获得的频率特性的图表。图IOA是示出了根据本发明的无线防爆设备中的短枝节模块的另一构造示例的示例性构造图。图IOB是用于说明由图IOA的短枝节模块获得的频率特性的图表。图IlA是示出了根据本发明的无线防爆设备中的短枝节模块的另一构造示例的示例性构造图。图IlB是用于说明由图IlA的短枝节模块获得的频率特性的图表。图12是示出了根据本发明的无线防爆设备中的短枝节模块的另一构造示例的示例性构造图。图13是用于说明由图12的短枝节模块获得的频率特性的图表。图14是相关技术的无线防爆设备的构造示例的剖视图。
具体实施例方式〈第一实施例〉将结合附图对本发明进行详细说明。图1是示出了根据本发明的无线防爆设备的一个实施例的示例性构造图。图2是图1的详细示例性构造图。在图1和图2中与图14 相同的部件的描述被适当地省略。图1和图2的构造在以下方面中与图14的构造不同。即，没有设置天线罩元件和保护罩元件。短枝节模块布置在防爆腔室中并布置在连接线上，用于天线的连接器部分的中间导体的一端通过该连接线连接至通信模块，使得短枝节模块能够保障中间导体的一端与地之间的导电性，从而将中间导体的电势保持在特定电势。用于天线的连接器部分的中间导体的另一端暴露于防爆腔室的外部。(构造说明)在图1中，无线防爆设备50具有防爆腔室6中的短枝节模块61和通讯模块62。 防爆腔室6布置在“危险位置”中。通讯模块62具有高频信号处理功能(高频电路)。例如，通讯模块62是用于发送/接收高频信号(无线信号)的发送器/接收器。防爆腔室6由金属材料制成。防爆腔室6可以不具有特殊的密闭功能。在无线防爆设备50中，形成天线连接器12，从而穿透防爆腔室6的外壁的一部分并从其上突出。作为用于天线7的连接器部分示例的天线连接器12的中间导体12b从外壳12a的局部中央部分延伸。中间导体12b的另一端暴露于防爆腔室6的外部。将天线7插入天线连接器12，从而电连接至中间导体12b。天线7可以通过作为用于传送来自天线7的信号的电缆模块示例的高频电缆13连接至天线连接器12。另外， 根据在无线通信中的使用目的，天线可以是具有各种功能的天线，诸如紧凑功能、高增益功能、指示功能等。天线连接器12的中间导体12b的一端通过连接线100电连接至通信模块62。短枝节模块61布置在防爆腔室6中并布置在连接线100上，天线连接器12的中间导体12b的一端通过连接线100电连接至通信模块62，使得短枝节模块61能够对来自中间导体12b的电流进行分支并保障中间导体12b的一端与地之间的导电性，从而将中间导体12b的电势保持在特定电势。 短枝节模块61具有枝节101，其电长度对应于无线防爆设备50所使用的高频波长的四分之一。中间导体12b通过其电连接至通信模块62的连接线100在DC(直流)方面通过枝节101短路。没有将短枝节模块61的电长度限定在对应于高频波长的四分之一的长度，而当操作频率波长为λ时，短枝节模块61的电长度可以是满足011+1)乂入/4(11是整数)的长度。短枝节模块61的阻抗在操作频率中是无限的。通信模块62通过天线7向/从现场装置(未示出)发送/接收高频信号。例如，通信模块62输出由高频电路产生的高频信号。通过连接线100和短枝节模块61将高频信号输入到天线连接器12。高频信号从天线7释放到空间并发送到现场装置。另一方面，一旦通过天线连接器12接收到来自天线7的高频信号时，通信模块62 使用通信电缆(未示出)通过电缆输出部分(未示出)将高频信号发送至控制部分。电缆输出部分穿透防爆腔室6的外壁的一部分。控制部分布置在“安全位置”。通信模块62使用电源电缆(未示出)通过电缆输出部分(未示出)连接至电源部分，从而向通信模块6 提供电力。电缆输出部分穿透防爆腔室6的外壁的一部分。电源部分布置在“安全位置”。下面将结合图2对这些部件的构造更详细地说明。具体地，如图2所示，天线连接器12例如为N型连接器。外壳1 具有螺纹的外部圆周部分的一部分暴露于防爆腔室6的外部，而外壳12a的其他部分布置在防爆腔室6 之内。另外，天线连接器12的中间导体12b在外壳1 的局部中央部分中以连接器的轴向延伸，并且中间导体12b的另一端暴露于防爆腔室6的外部。天线连接器12的中间导体12b的另一端插入形成在天线7的一端的长孔中并与其电连接。在此，在天线7的一端中形成螺纹内圆周部分，并且天线7的一端旋入外壳12 并与之固定。在此，为了如图2所示布置短枝节模块61，无线防爆设备50在防爆腔室6中具有短枝节块。在短枝节块中，使用(印刷)电路板形成配线以保障中间导体12b的一端与通信模块62之间的导电性以及中间导体12b的一端与地之间的电连接，从而将中间导体12b 的电势保持在特定电势。具体地，天线连接器12的中间导体12b的一端电连接至第一同轴电缆63(内部配线)的导体的一端。第一同轴电缆63的导体的另一端通过第一内部连接连接器65a电连接至连接线 100的一端(短枝节模块61的一端)。连接线100被配线在短枝节块的电路板上，从而电连接至通信模块62。通信模块62通过第三内部连接连接器65c、第二同轴电缆64(内部配线)和第二内部连接连接器6 连接至连接线100的另一端(短枝节模块61的另一端)。S卩，连接线100被配线在电路板上，从而将中间导体12b的一端电连接至通信模块62。天线连接器12的中间导体12b的一端通过连接线(枝节)101电连接至地(接地至外壳)，连接线(枝节)101被配线使得能够从电连接至通信模块62的连接线100对从中间导体12b流过的电流进行分支。以此方式，无线防爆设备具有如图2所示的短枝节块。短枝节模块61从连接线100 对从中间导体12b流过的电流进行分支，连接线100将天线连接器12的中间导体12b的一端电连接至通信模块62，并且短枝节模块61保障中间导体12b的一端与地之间的导电性。 因此，中间导体12b的电势能够被保持在特定电势。(操作和效果)通过此构造，根据本发明的无线防爆设备执行以下操作以实现以下效果。例如，通信模块62输出由高频电路产生的高频信号。通过短枝节模块61将高频信号输入到天线连接器12。当天线7直接连接至天线连接器12时，高频信号通过天线连接器12被提供至天线7，被释放到空间并被发送到外部现场装置等。当天线7通过高频电缆13连接至天线连接器12时，高频信号通过高频电缆13从天线连接器12被提供至天线7，被释放到空间并被发送到外部现场装置等。当高频信号在通信模块62和天线7之间输入/输出时，信号通道通过短枝节模块 61连接至地。然而，高频信号很小的一部分被分支到地，这是因为短枝节模块61在高频信号的频率中具有非常高的阻抗。另外，当从无线防爆设备的外部观察天线连接器12的中间导体12b时，该导体通过枝节连接至地。因此，该导体的电势通常为零。在此，当根据本发明的无线防爆设备作为防爆设备被评价时，天线连接器12的中间导体12b看作是裸露有电部件，这是因为天线连接器12的中间导体12b暴露于外部。在类型η防爆规范中，即使当配线部分有故障时，也必须实施措施以将裸露有电部件的电势降低。另一方面，在根据本发明的无线防爆设备中，天线12的中间导体12b总是通过短枝节模块61与地电连接，如上所述。因此，即使在配线部分(诸如通信模块62的配线、与天线7的连接、防爆腔室6中的内部配线等)有故障时，中间导体12b的电势也能保持在地电势。因此，即使在天线连接器12的中间导体12b暴露于外部时也能满足防爆规范。另外，根据本发明的无线防爆设备在不使用任何密闭腔室(压力腔室)的情况下满足防爆规范。根据本发明的无线防爆设备在降低产品重量方面有效。另外，玻璃或树脂材料不必需用作天线的保护腔室的材料。因此，能够在包括温度范围、安装条件等的产品规格中减少限制。另外，由于天线连接器12的中间导体12b暴露于防爆腔室6的外部，所以根据本发明的无线防爆设备能够获得以下效果。A 从多种天线的可用性的角度来看，该构造是有效的。特别地，因为天线不需要与防爆腔室(主体)集成，所以可以根据使用目的来选择天线并将天线与主体结合以执行高性能的无线通信。
B:从天线安装位置的灵活性的角度来看，该构造是有效的。特别地，因为天线不需要与防爆腔室(主体)集成，所以可以通过高频电缆将天线连接至用于天线的连接器部分。 从而，可以将天线安装在与主体的安装位置不同的位置中。因此，能够执行高性能的无线通因此，在根据本发明的无线防爆设备中，短枝节模块布置在防爆腔室中并布置在连接线上，用于天线的连接器部分的中间导体的一端通过该连接线连接至通信模块，并且短枝节模块保障中间导体的一端与地之间的导电性，从而将中间导体的电势保持在特定电势，同时用于天线的连接器部分的中间导体的另一端暴露于防爆腔室的外部。因此，在不使用任何密闭腔室的情况下能够完全满足防爆规范(类型η防爆规范)，并且能够获得高性能无线通信。〈第二实施例〉在根据本发明的无线防爆设备中，除了第一实施例的构造以外，通信模块还可以通过隔直电容器连接至天线连接器的中间导体。图3是示出了根据本发明的无线防爆设备的另一实施例的示例性构造图。在图3 中与图1相同的部件的描述被适当地省略。(构造说明)在图3中，天线连接器12的中间导体12b从外壳12a的局部中央部分延伸，并且中间导体12b的另一端暴露于防爆腔室6的外部。天线12的中间导体12b的一端通过连接线100、第一隔直电容器模块81和第二隔直电容器模块82电连接至天线模块62。第一隔直电容器模块81和第二隔直电容器模块82隔断来自通信模块62的DC电流。短枝节模块61布置在防爆腔室6中并布置在连接线100上，天线连接器12的中间导体12b的一端通过连接线100电连接至第一隔直电容器模块81，使得短枝节模块61被配线以对来自中间导体12b的电流进行分支并保障中间导体12b与地之间的导电性。因此， 中间导体12b的电势能够保持在特定电势。通信模块62通过天线7与现场装置(未示出)通信。例如，通信模块62具有用于产生高频信号的高频电路，并且输出所产生的高频信号。通过第一隔直电容器模块81、第二隔直电容器模块82和短枝节模块61将高频信号输入到天线连接器12。(操作和效果)通过此构造，根据本发明的无线防爆设备执行以下操作以实现以下效果。在此，当根据本发明的无线防爆设备作为防爆设备被评价时，天线连接器12的中间导体12b看作是裸露有电部件，这是因为天线连接器12的中间导体12b暴露于外部。在本质安全的防爆规范中，即使当配线部分有故障时，也必须实施一些措施以将裸露有电部件的电势降低。此外，即使通信模块有故障时，也必需实施一些措施以防止在裸露有电部件中产生DC电势。另一方面，在根据本发明的无线防爆设备中，天线12的中间导体12b总是通过短枝节模块61与地电连接，如上所述。因此，即使在配线部分(诸如通信模块62的配线、与天线7的连接、防爆腔室6中的内部配线等)有故障时，中间导体12b的电势也能保持在地电势。另外，由于第一隔直电容器模块81和第二隔直电容器模块82布置在通信模块62 和天线连接器12的中间导体12b之间，因此即使通信模块有故障时，也可以隔断来自通信模块62的DC电流以防止在中央导体中产生DC电势。因此，即使在天线连接器12的中间导体12b暴露于防爆腔室6的外部时也能满足本质安全的防爆规范。因此，在根据本发明的无线防爆设备中，用于隔断来自通信模块的DC电流的隔直电容器模块设置在防爆腔室中并设置在连接线上，连接器部分的中间导体的一端通过该连接线连接至通信模块。因此，在不使用任何密闭腔室的情况下适当地形成了本质安全的防爆结构，使得能够执行高性能无线通信。另外，当设置多个隔直电容器模块时，即使任何一个隔直电容器模块损坏了，继续存在的隔直电容器模块也可以工作。因此，在中间导体中不出现DC电势的情况下可以满足本质安全的防爆规范。〈第三实施例〉在第一实施例和第二实施例中说明的短枝节模块中的枝节的尺寸与操作频率成反比例地增加。出于这个原因，当用于无线通信的操作频率较低时，由于设备尺寸的限制， 有可能难以安装短枝节模块。因此，有可能难以执行本发明。然而，在根据本发明的无线防爆设备中，第一实施例中的短枝节模块可以由并联谐振模块所替代，诸如被调整以与用于通信的高频信号的频率谐振的并联谐振电路。将并联谐振模块放置在通信模块与天线连接器的中间导体之间的连接线上，以保障中间导体的一端与地之间的导电性，从而将中间导体的电势保持在特定电势。当提供了并联谐振模块时，即使降低操作无线频率也不会对无线防爆设备的尺寸构成任何影响，于是能够获得与使用短枝节模块的情况相同的效果。(构造说明)图4是示出了根据本发明的无线防爆设备的另一实施例的示例性构造图。在图4 中与图1相同的部件的描述被适当地省略。在图4中，天线连接器12的中间导体12b从外壳12a的局部中央部分延伸，并且中间导体12b的另一端暴露于防爆腔室6的外部。天线连接器12的中间导体12b的一端通过连接线100电连接至天线模块62。并联谐振模块9由线圈91和电容器92构成，并且布置在防爆腔室6中并布置在连接线100上，天线连接器12的中间导体12b的一端通过连接线100电连接至通信模块62。并联谐振模块9对来自中间导体12b的电流进行分支并通过线圈91保障中间导体12b的一端与地之间的导电性。因此，中间导体12b的电势能够保持在特定电势。基于线圈91的电阻与电容器92的电容值之间的关系，调整并联谐振模块9以与根据本发明的无线防爆设备用于通信的高频信号的频率谐振。在此，在并联谐振期间，并联谐振模块9的阻抗达到最大，同时流过并联谐振模块9的电流达到最小。(操作和效果)通过此构造，根据本发明的无线防爆设备执行以下操作以实现以下效果。
例如，通信模块62输出由高频电路产生的高频信号。通过并联谐振模块9将高频信号输入到天线连接器12。当天线7直接连接至天线连接器12时，高频信号通过天线连接器12被提供至天线7，被释放到空间并被发送到外部现场装置等。当天线7通过高频电缆13连接至天线连接器12时，高频信号通过高频电缆13从天线连接器12被提供至天线7，被释放到空间并被发送到外部现场装置等。当高频信号在通信模块62和天线7之间输入/输出时，信号通道通过并联谐振模块9连接(AC接地)至地。然而，高频信号很小的一部分被分支到地，这是因为并联谐振模块9在高频信号的频率中具有非常高的阻抗。另一方面，线圈91的DC阻抗非常小。另外，当从无线防爆设备的外部观察天线连接器12的中间导体12b时，连接器通过线圈91连接(AC接地)至地。因此，连接器的电势通常为零。因此，在根据本发明的无线防爆设备中，基于无线信号的频率进行谐振的并联谐振模块布置在防爆腔室中并布置在连接线上，用于天线的连接器部分的中间导体的一端通过该连接线连接至通信模块，并且并联谐振模块保障中间导体的一端与地之间的导电性， 从而将中间导体的电势保持在特定电势，同时用于天线的连接器部分的中间导体的另一端暴露于防爆腔室的外部。因此，在不使用任何密闭腔室的情况下能够完全满足防爆规范 (类型η防爆规范)，并且能够获得高性能无线通信。当提供了并联谐振模块时，即使降低操作无线频率也不会对无线防爆设备的尺寸构成任何影响，于是能够获得与使用短枝节模块的情况相同的效果。在根据本实施例的无线防爆设备中，通信模块可以通过隔直电容器连接至天线连接器的中间导体的一端，如前述第二实施例所示。在此情况下，天线连接器12的中间导体12b的一端通过连接线100、第一隔直电容器模块81和第二隔直电容器82电连接至通信模块62。并联谐振模块9布置在防爆腔室6中并布置在连接线100上，天线连接器12的中间导体12b的一端通过连接线100电连接至第一隔直电容器模块81。并联谐振模块9对来自中间导体12b的电流进行分支并通过线圈91保障中间导体12b与地之间的导电性。因此，中间导体12b的电势能够保持在特定电势。从而，即使通信模块62有故障了，也可以防止在中间导体12b中产生DC电势。因此，即使在天线连接器12的中间导体12b暴露于防爆腔室6的外部时也能满足本质安全的防爆规范。因此，在根据本发明的无线防爆设备中，用于隔断来自通信模块的DC电流的隔直电容器模块设置在防爆腔室中并设置在连接线上，连接器部分的中间导体的一端通过该连接线连接至通信模块。因此，在不使用任何密闭腔室的情况下适当地形成了本质安全的防爆结构，使得能够执行高性能无线通信。〈第四实施例〉在根据前述第一或第二实施例的无线防爆设备中的短枝节模块61可以具有如图 5A所示的构造。图5A是示出了根据本发明的无线防爆设备中的短枝节模块的构造示例的示例性构造图。图5B是用于说明由该短枝节模块获得的频率特性的图表。在图5A中与图 1相同的部件的描述被适当地省略。
在图5A中，由第一连接线61a和第二连接线61b在防爆腔室6中构成短枝节模块 61。第一连接线61a将天线连接器12的中间导体12b的一端与通信模块62 (或者第一隔直电容器模块81)电连接(第一连接线61a可以布置在连接线100上)。第二连接线61b 从第一连接线61a对从中间导体12b流过的电流进行分支，从而保障中间导体12b的一端与地之间的导电性。在短枝节模块61中，利用将中间导体12b的一端与通信模块62电连接的第一连接线61a对从天线连接器12的中间导线12b流过的电流进行分支，从而通过第二连接线 61b保障中间导体12b的一端与地之间的导电性。因此，中间导体12b的电势能够保持在特定电势。另外，在根据本实施例的无线防爆设备中，从第一连接线61a的一端输入的高频信号被短枝节模块61频带限制在作为λ /4的具有第二连接线61b的长度的信号分量中， 使得频带限制信号分量输出到第一连接线61a的另一端。在图5A中示出了作为具体设计示例的以下情况第一连接线61a为1. Imm宽并且第二连接线61b为0. 5mm宽18. 2mm长。图5B是用于说明由该实施例中的短枝节模块获得的频率特性的图表。因此，在根据本发明的无线防爆设备中，短枝节模块布置在防爆腔室中并布置在连接线上，用于天线的连接器部分的中间导体的一端通过该连接线连接至通信模块，并且短枝节模块保障中间导体的一端与地之间的导电性，从而将中间导体的电势保持在特定电势，同时用于天线的连接器部分的中间导体的另一端暴露于防爆腔室的外部。因此，在不使用任何密闭腔室的情况下能够完全满足防爆规范(类型η防爆规范)，并且能够获得高性能无线通信。〈第五实施例〉根据前述第一或第二实施例的无线防爆设备的短枝节块可以由由于安装在其上的开路枝节而具有用于消除特定信号分量的滤波器功能的短枝节模块构成。图6是示出了根据本发明的无线防爆设备中的短枝节模块的另一构造示例的示例性构造图。在图6中与图5Α相同的部件的描述被适当地省略。在图6中，根据本实施例的无线防爆设备的短枝节块由短枝节模块61和开路枝节模块63构成。由第一连接线61a和第二连接线61b在防爆腔室6中构成短枝节模块61。第一连接线61a将天线连接器12的中间导体12b的一端与通信模块62 (或者第一隔直电容器模块81)电连接(第一连接线61a可以布置在连接线100上)。第二连接线61b从第一连接线61a对从中间导体12b流过的电流进行分支，从而保障中间导体12b的一端与地之间的导电性。由第三连接线63a和第四连接线6 在防爆腔室6中构成开路枝节模块63。第三连接线63a从第一连接线61a分支。第四连接线63b电连接至第三连接线63a。在短枝节模块61中，利用将中间导体12b的一端与通信模块62电连接的第一连接线61a对从天线连接器12的中间导线12b流过的电流进行分支，从而通过第二连接线 61b保障中间导体12b的一端与地之间的导电性。因此，中间导体12b的电势能够保持在特定电势。
在这个时候，由短枝节模块61的第一连接线61a对从中间导体12b流过的电流进行分支，从而流入开路枝节模块63的第三连接线63a和第四连接线63b。在图6中示出了作为具体设计示例的以下情况第一连接线61a为1. Imm宽、第二连接线61b为Imm宽12mm长、第三连接线63a为0. 6mm宽4. 5mm长并且第四连接线6 为 0. 5mm 宽 12mm 长。通过此构造，在根据本实施例的无线防爆设备中，从第一连接线61a的一端输入的高频信号被短枝节模块61频带限制在作为λ /4的具有第二连接线61b的长度的信号分量中，使得频带限制信号分量输出到第一连接线61a的另一端。除此操作以外，在根据本实施例的无线防爆设备中，从第一连接线61a的一端输入的高频信号被分支并被提供到开路枝节模块63的第三连接线63a，使得能够消除由通讯模块62发送/接收的信号中的特定信号分量。换言之，可以通过此构造获得陷波滤波器的效果。因此，根据本发明的无线防爆设备的短枝节模块61能够获得特定的频率特性。图 7是用于说明由图6的短枝节模块获得的频率特性的图表。例如，如图7所示，能够得到在 Sll中2. 4GHz处和在S21中4. 4GHz处看到的良好带阻。因此，在根据本发明的无线防爆设备中，短枝节模块布置在防爆腔室中并布置在连接线上，用于天线的连接器部分的中间导体的一端通过该连接线连接至通信模块，并且短枝节模块保障中间导体的一端与地之间的导电性，从而将中间导体的电势保持在特定电势，同时用于天线的连接器部分的中间导体的另一端暴露于防爆腔室的外部。因此，在不使用任何密闭腔室的情况下能够完全满足防爆规范(类型η防爆规范)，并且能够获得高性能无线通信。此外，当使用了用于获得陷波滤波器效果的短枝节模块时，能够获得具有特定频率特性的无线通信。〈第六实施例〉在根据前述第一或第二实施例的无线防爆设备中的短枝节模块61可以由分布常数(分布常数电路)构成的电路构成。图8Α和图8Β是示出了根据本发明的无线防爆设备中的短枝节模块的另一构造示例的示例性构造图。图8Α是顶视图，图8Β是沿A-A线的剖视图。在图8Α和图8Β中与图5Α相同的部件的描述被适当地省略。在图8Α和图8Β中，由第一连接线61a(感应线)和第二连接线61b在防爆腔室6 中构成短枝节模块61。第一连接线61a将天线连接器12的中间导体12b的一端与通信模块62 (或者第一隔直电容器模块81)电连接(第一连接线61a可以布置在连接线100上)。 第二连接线61b从第一连接线61a分支，从而保障与地的导电性。另外，根据本实施例的短枝节模块61由两层(两个电路板)构成。形成在第一层 (表面层)中的第二连接线61b (感应线)通过形成在第一层中的通孔61c电连接至形成在第二层(内部层)中的内部层线61d。内部层线61d通过形成在第二层中的通孔61e电连接至地(接地至外壳)。另外，根据该实施例的短枝节模块61还由分别连接至第二连接线61b和内部层线 61d的多个电容器构成。S卩，在根据本实施例的无线防爆设备的短枝节模块61中，第二连接线61b(感应线)与内部层线61d电容性地层间耦接。通过使用层间耦接的这种构造，根据本实施例的无线防爆设备的短枝节模块61
15能够获得特定的频率特性。图9是用于说明由图8A和图8B的短枝节模块获得的频率特性的图表。例如，如图9所示，能够得到在2. 5GHz处看到的高精度匹配和在S21中4GHz处看到的良好带阻。因此，在根据本发明的无线防爆设备中，短枝节模块布置在防爆腔室中并布置在连接线上，用于天线的连接器部分的中间导体的一端通过该连接线连接至通信模块，并且短枝节模块保障中间导体的一端与地之间的导电性，从而将中间导体的电势保持在特定电势，同时用于天线的连接器部分的中间导体的另一端暴露于防爆腔室的外部。因此，在不使用任何密闭腔室的情况下能够完全满足防爆规范(类型η防爆规范)，并且能够获得高性能无线通信。此外，当使用了使用层间耦接的短枝节模块时，能够执行具有特定频率特性的高性能无线通信。在此实施例中的短枝节模块由于电容性耦接的两个层的结构获得了期望的频率特性。然而，并没有将短枝节模块限定于此，而是可以由电磁耦接来布置短枝节模块，或者如果能够获得期望的频率特性，则可以使用关于层的数量、耦接电容器、耦接因数等的任何构造。〈第七实施例〉可以布置短枝节模块以对应于多个频带。图IOA是示出了被布置为对应于两个频带(即，2. 4GHz频带和5GHz频带)的短枝节模块的另一构造示例的示例性构造图。在图 IOA中与图1、图5A、图6、图8A和图8B相同的部件的描述被适当地省略。在图IOA中，第一连接线61a的图案被成形为将特征阻抗设置为50 Ω。高频信号从第一连接线61a的一端输入，并在水平方向上从第一连接线61a的另一端输出。第二连接线61b的一端以直角连接至第一连接线61a下部的中央部分，同时第二连接线61b的另一端通过串联连接的三个类似曲柄的图案CPl至CP3DC连接至地。在图IOA中示出了作为具体设计示例的以下情况第一连接线61a为1. Imm宽、第二连接线61b基本为0. 5mm宽并且第一类似曲柄的图案CPl和第二类似曲柄的图案CP2中的每一个在其平行于第一连接线61a的一侧为1. 5mm宽。当在此构造中从第一连接线61a观察第二连接线61b时，第二连接线61b作为用于2. 4GHz频带和5GHz频带的高频信号的高阻抗线从第一连接线61a的一端提供，使得在不泄露至第二连接线61b的情况下高频信号能够具有低损耗地被发送到第一连接线61a的
另一端。图IOB是用于说明由图IOA的短枝节模块获得的频率特性的图表。从特性曲线 S21可以证明，在2. 4GHz和5GHz处的带内损失较低。已经在图IOA和图IOB的示例中对与两个频带(即，2. 4GHz频带和5GHz频带)相对应进行布置的构造示例进行了说明。然而，并没有将频带的数量限定为两个。关于在短枝节模块中的元件的数量，可以在一个相同的电路中设置多个元件。另外，并没有将类似曲柄的图案的数量限定为三个，而是可以根据设计增加或减少。〈第八实施例〉另外，可以将短枝节模块布置为压控可变型短枝节，可以将其特性调整到所期望的频带。图IlA是示出了被布置为对应于两个频带(即，2. 4GHz频带和5GHz频带)的压控可变型短枝节的示例性构造图。在图IlA中与图1、图5A、图6、图8A、图8B和图IOA相同的部件的描述被适当地省略。在图IlA中，第一连接线61a的图案被成形为将特征阻抗设置为50Ω。高频信号从第一连接线61a的一端输入，并在水平方向上从第一连接线61a的另一端输出。第二连接线61b的一端以直角连接至第一连接线61a下部的中央部分，同时第二连接线61b的另一端通过类似曲柄的图案CPlDC连接至地。第三连接线61g形成为作为开路枝节的直线图案。第三连接线61g的一端以直角与第一连接线61a上部的中央部分相对布置，并且具有插入的可变电容元件61f。可变电容元件61f是这样的元件，其电容量可以根据施加在第二连接线61b和该可变电容元件61f上的电压的变化而变化。例如，可以使用电容二极管、可变电容二极管、超材料 (metamateroal)兀件等。在图IlA中示出了作为具体设计示例的以下情况第二连接线61b和第三连接线 61g为1. Imm宽并且第一连接线61a稍稍宽于1. 1mm。在此构造中，从第一连接线61a的一端输入的2. 4GHz频带和5GHz频带的高频信号被分支到从第一连接线61a来看具有高阻抗的第二连接线61b的系统，并被分支到可变电容元件61f和第三连接线61g的串联电路系统。可变电容元件61f的电容值可以根据施加在其上的电压的变化而变化。在高频信号经历了来自这两个系统的影响之后，高频信号从第一连接线61a的另一端输出。在此，可以根据施加在可变电容元件61f的电压的变化来按照期望改变并调整从第一连接线61a的另一端输出的每个信号的频率特性。图IlB是用于说明由图IlA的短枝节模块获得的频率特性的图表。图IlB示出了在可变电容元件61f的电容值对应于IpF的情况下的特性示例。从特性曲线S21可以证明， 在2. 4GHz和5GHz处的带内损失较低。已经在图IlA和图IlB的示例中对与两个频带(即，2. 4GHz频带和5GHz频带)相对应进行布置的构造示例进行了说明。然而，并没有将频带的数量限定为两个。关于在短枝节模块中的元件的数量，可以在一个相同的电路中设置多个元件。另外，并没有将可变电容元件61f的数量限定为一个，而是可以设置两个或更多可变电容元件61f。〈第九实施例〉在根据前述第一或第二实施例的无线防爆设备中的短枝节模块61可以由集总常数(集总常数电路)构成。图12是示出了根据本发明的无线防爆设备中的短枝节模块的另一构造示例的示例性构造图。在图12中与图5A相同的部件的描述被适当地省略。在图12中，从天线连接器12的中间导体12b的一端输入到第一连接线61a的一端的高频信号通过提供在第一连接线61a上的表面安装装置、DIP感应器66或类似元件与期望的频率匹配并被频带限制在该期望频率。频带限制的高频信号输出到第一连接线61a 的另一端。另外，由第一连接线61a所表示的信号线的DC电势通过感应器连接至地。通过此构造，根据本实施例的短枝节模块61或无线防爆设备能够获得特定的频率特性。图13是用于说明由图12的短枝节模块获得的频率特性的图表。例如，如图13所示，能够得到在Sl中0. 36GHz处看到的良好带阻。因此，在根据本发明的无线防爆设备中，短枝节模块布置在防爆腔室中并布置在连接线上，用于天线的连接器部分的中间导体的一端通过该连接线连接至通信模块，并且短枝节模块保障中间导体的一端与地之间的导电性，从而将中间导体的电势保持在特定电势，同时用于天线的连接器部分的中间导体的另一端暴露于防爆腔室的外部。因此，在不使用任何密闭腔室的情况下能够完全满足防爆规范(类型η防爆规范)，并且能够执行高性能无线通信。此外，当使用了使用集总常数电路的短枝节模块时，能够节省空间。
虽然已经说明了特定的实施例，但这些已经呈现的实施例仅用作示例，并且没有旨在限定本发明的范围。实际上，可以按照各种其他方式来具体实现在此说明的具有新颖性的设备；此外，在不背离本发明的精神的情况下，可以对在此说明的设备的形式进行各种省略、替代和改变。所附权利要求及其等效物旨在涵盖落入本发明的范围和精神中的这种形式或变形。
权利要求
1.一种无线防爆设备，包括 天线；防爆腔室；通信模块，其布置在防爆腔室中，所述通信模块构造为通过天线发送和接收无线信号；连接器部分，其具有中间导体，天线电连接至所述中间导体，所述中间导体具有通过连接线连接至通信模块的一端和暴露于防爆腔室的外部的另一端；以及短枝节模块，其布置在防爆腔室中并布置在连接线上，所述短枝节模块构造为保障中间导体的一端与地之间的导电性，从而将中间导体的电势保持在特定电势。
2.一种无线防爆设备，包括 天线；防爆腔室；通信模块，其布置在防爆腔室中，所述通信模块构造为通过天线发送和接收无线信号；连接器部分，其具有中间导体，天线电连接至所述中间导体，所述中间导体具有通过连接线连接至通信模块的一端和暴露于防爆腔室的外部的另一端；以及并联谐振模块，其布置在防爆腔室中并布置在连接线上，所述并联谐振模块构造为基于无线信号的频率进行谐振，所述并联谐振模块构造为保障中间导体的一端与地之间的导电性，从而将中间导体的电势保持在特定电势。
3.根据权利要求1或2的无线防爆设备，其中天线连接至连接器部分的中间导体的另一端，并布置在防爆腔室的外部。
4.根据权利要求1或2的无线防爆设备，还包括 电缆模块，其构造为传送来自天线的信号，其中天线经过电缆模块连接至连接器部分的中间导体的另一端。
5.根据权利要求1或2的无线防爆设备，还包括隔直电容器模块，其布置在防爆腔室中并布置在连接线上，所述隔直电容器模块构造为隔断来自通信模块的DC电流。
6.根据权利要求1的无线防爆设备，其中短枝节模块是构造为消除来自由通信模块发送和接收的信号中的特定信号分量的滤波器。
7.根据权利要求1的无线防爆设备，其中短枝节模块包括分布常数电路。
8.根据权利要求7的无线防爆设备，其中短枝节模块被形成为对应于多个频带，短枝节模块具有第一连接线图案和第二连接线图案，在第一连接线图案中高频信号在水平方向中从一端输入并从另一端输出，第二连接线图案的一端以直角连接至第一连接线图案下部的中央部分，第二连接线图案的另一端通过串联连接的多个类似曲柄的图案中的至少一个DC连接至地。
9.根据权利要求8的无线防爆设备，其中短枝节模块还具有作为开路枝节的直线图案的第三连接线图案，第三连接线图案具有以直角与第一连接线图案上部的中央部分相对布置的一端，并且插入可变电容，其电容量可以根据施加在其上的电压而变化。
10.根据权利要求1的无线防爆设备，其中短枝节模块包括集总常数电路。
全文摘要
本发明公开了一种无线防爆设备，该设备包括天线；防爆腔室；通信模块，其布置在防爆腔室中，该通信模块构造为通过天线发送和接收无线信号；连接器部分，其具有中间导体，天线电连接至该中间导体，该中间导体具有通过连接线连接至通信模块的一端和暴露于防爆腔室的外部的另一端；以及短枝节模块，其布置在防爆腔室中并布置在连接线上，该短枝节模块构造为保障中间导体的一端与地之间的导电性，从而将中间导体的电势保持在特定电势。
文档编号H01Q1/42GK102368608SQ20111018454
公开日2012年3月7日 申请日期2011年6月29日 优先权日2010年6月29日
发明者望月聪, 米泽正明 申请人:横河电机株式会社