带有增强的无线电性能的警报器的制作方法

1.以下描述涉及警报器，并且更具体地，涉及通过隔离无线电与警报器组件带有增强的无线电性能的警报器。


背景技术：

2.警报器和检测器(为了清楚和简洁起见，在下文中称为“警报器”)通常具有各种电气部件，像传感器、电池、电源电路、发声器、扬声器等。在一些情况下，警报器还具有通信设备，例如具有工作于sub
‑
ghz频率的天线的无线电通信器或模块。这些通信设备允许警报器组以无线方式彼此通信。为了这样的警报器组进行这样的无线通信，每个警报器必须在至少一个其他警报器的范围内。然而，已经发现，各种电气部件可能阻碍通信设备的性能，且因此减小一些警报器的有效范围。
3.在警报器配备有带有天线的无线电模块的特定情况下，无线电天线有助于实现针对警报器的无线通信的有效范围。然而，该范围仍会在警报的某些取向处受到影响(这在下面引用的极坐标图上进行描绘)。这些范围上的下降可能导致警报器无法满足由本地标准设置的通信范围要求。


技术实现要素：

4.根据本公开的一方面，提供了一种警报器或检测器，且其包括配置成执行警报和检测操作中的一项或多项的警报器板组件以及配置成与一个或多个其他警报器和检测器进行通信的包括天线的通信模块。警报器板和警报器接地中的至少一个与通信接地和通信模块隔离，并且通信模块与电源隔离。
5.根据附加或备选实施例，通信模块和天线以sub
‑
ghz射频工作。
6.根据附加或备选实施例，仅警报器板和警报器接地与通信接地和通信模块隔离。
7.根据附加或备选实施例，警报器板和警报器接地与通信接地和通信模块隔离，并且通信模块与电源隔离。
8.根据附加或备选实施例，警报器板和警报器接地与通信接地和通信模块的隔离由第一滤波器提供，通信模块与电源之间的隔离由第二滤波器提供，并且第一滤波器和第二滤波器中的至少一个在通信模块和天线的工作频率的带宽上具有接近约
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100db的反射系数参数和约0db的插入损耗参数中的一个或多个，并且滤波器的截止频率(cut
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off frequency)几乎等于或略小于通信模块和天线的工作频率。
9.根据本公开的另一方面，提供了一种警报器或检测器，且其包括：第一板，其上布置有电子部件；通信模块，其包括天线；电源；第一接地；通信接地；以及第一总线和第二总线，其每个与第一板和通信模块电通信。第一总线连接到第一接地和通信接地，并且第二总线连接到电源。警报器或检测器还包括布置在第一总线上以将第一板和第一接地与通信接地和通信模块隔离的第一隔离元件和布置在第二总线上以将电源与通信模块隔离的第二隔离元件中的至少一个。
10.根据附加或备选实施例，电气部件被配置为执行警报和检测操作中的一项或多项，并且通信模块被配置为与一个或多个其他警报器和检测器进行通信，并且天线被配置为增加通信模块的范围。
11.根据附加或备选实施例，通信模块和天线以sub
‑
ghz射频工作。
12.根据附加或备选实施例，警报器或检测器包括第一隔离元件。
13.根据附加或备选实施例，警报器或检测器包括第一隔离元件和第二隔离元件。
14.根据附加或备选实施例，第一隔离元件和第二隔离元件均包括滤波器。
15.根据附加或备选实施例，滤波器在通信模块和天线的工作频率的带宽上具有接近约
‑
100db的反射系数参数和约0db的插入损耗参数。
16.根据附加或备选实施例，滤波器的截止频率几乎等于或略小于通信模块和天线的工作频率。
17.根据附加或备选实施例，滤波器包括一系列的一个或多个铁氧体磁珠(ferrite beads)和低通滤波器。
18.根据本公开的另一方面，提供了一种警报器或检测器，且其包括被配置为执行警报和检测操作中的一项或多项的警报器板组件；通信模块，其包括天线，该通信模块被配置为与一个或多个其他警报器和检测器进行通信；电源；警报器接地；通信接地；以及第一总线和第二总线，其每个与警报器板组件和通信模块电通信。第一总线连接到警报器接地和通信接地，并且第二总线连接到电源。警报器或检测器还包括布置在第一总线上以将警报器板组件和警报器接地与通信接地和通信模块隔离的第一隔离元件或布置在第二总线上以将电源与通信模块隔离的第一隔离元件和第二隔离元件中的一个。
19.根据附加或备选实施例，通信模块和天线以sub
‑
ghz射频工作。
20.根据附加或备选实施例，第一隔离元件和第二隔离元件均包括滤波器。
21.根据附加或备选实施例，滤波器在通信模块和天线的工作频率的带宽上具有接近约
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100db的反射系数参数和约0db的插入损耗参数。
22.根据附加或备选实施例，滤波器的截止频率几乎等于或略小于通信模块和天线的工作频率。
23.根据附加或备选实施例，滤波器包括一系列的一个或多个铁氧体磁珠和低通滤波器从结合附图的以下描述，这些以及其他优点和特征将变得更加明显。
附图说明
24.被视为公开内容的主题在说明书的结尾处的权利要求书中特别指出并明确要求保护。从以下结合附图的详细描述中，本公开的前述和其他特征和优点将显而易见，在附图中：图1是根据实施例的警报器的分解侧视示意图；图2是根据实施例的警报器中的无线电模块与警报器的电气部件的隔离的示意图；图3是根据实施例的用于图2的隔离中的滤波器的示意性电路图；图4是根据实施例的用于图2的隔离中的滤波器的示意性电路图；
图5是根据实施例的不具有天线、具有天线但没有隔离、以及具有天线和隔离的警报器的通信性能的图形描绘；图6是根据实施例的具有天线但没有隔离、仅具有天线和地线滤波、以及具有天线以及在接地和电源线上滤波的警报器的辐射场型的图形描绘；且图7是具有不同反射系数的低通滤波器的警报器的辐射场型的图形描述。
25.从以下结合附图的描述，这些以及其他优点和特征将变得更加显而易见。
具体实施方式
26.如以下将描述的，提供了警报器。警报器包括无线电模块，其中警报器板和无线电模块共享电源线、地线(或平面)和通信线(或通信信号线)。警报器板上的接地(其为烟雾传感器、一氧化碳传感器、电池和其他类似的电气部件所共有)与使用滤波器电路和铁氧体磁珠的无线电接地分离。为了仅在要求的工作频率下隔离警报器接地和无线电接地，同时保持直流(dc)连续性，调整了与铁氧体磁珠串联的低通滤波器电路，使其在适当的频率下工作，其中滤波器电路的插入损耗/增益(s21/s12参数)等于0db，且滤波器电路的反射系数(s11/s22参数)在无线电接地与烟雾和一氧化碳传感器、电池和其他类似电气部件的接地(即“警报器接地”)之间约
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40db至
‑
60db或约
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40db至
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100db的范围内。铁氧体磁珠选择成在无线电模块的工作频率下具有150欧姆至200欧姆的范围内的高电抗。类似的滤波器可以在从警报器板到无线电板的电源线之间实现，以提高无线电性能。
27.参照图1和图2，提供了警报器或检测器101，且其包括结构底板110、通过导向凸台111可连接到结构底板110的盖120、支撑在结构底板110上的警报器板组件130以及被间接地支撑在结构底板110上并包括天线145的通信模块140。警报器板组件130被配置为执行警报和检测操作中的一项或多项，并且包括警报器或第一板(以下称为“第一板”)131和可操作地布置在第一板131上以执行警报和检测操作中的一项或多项的电气部件132。根据实施例，电气部件132可以包括烟雾、一氧化碳或其他传感器、电源电路、发声器、扬声器等，如可能存在于检测和警报设备中。通信模块140被配置为经由天线145与一个或多个其他警报器、检测器和相关设备无线通信。根据实施例，天线145可以包括单极天线或被提供为单极天线，并且通信模块140和天线145以sub
‑
ghz射频(rf)工作。
28.如图2中所示，警报器或检测器101还包括电源210、警报器或第一接地(以下称为“第一接地”)220、通信接地230、第一总线240和第二总线250。第一总线240与警报器板组件130(即与第一板131)且与通信模块140进行电通信。第二总线250与警报器板组件130(即与第一板131)且与通信板140进行电通信。第一总线240连接到第一接地220和通信接地230。第二总线250连接到电源210。
29.如图2中所示，警报器或检测器101还包括隔离(isolation)以改善通信模块140和天线145的性能。该隔离可以由布置在第一总线240上以隔离警报器板组件130和第一接地220与通信接地230和通信模块140的第一隔离元件260提供。备选地，可以通过第一隔离元件260和布置在第二总线250上以隔离电源210与通信模块140的第二隔离元件270的组合来提供隔离。
30.不同地解释，警报器或检测器101被配置为使得警报器板组件130或第一板131和第一接地220中的至少一个与通信接地230以及通信模块140隔离且通信模块140与电源210
隔离。
31.继续参照图2并另外参照图3和图4，第一隔离元件260和第二隔离元件270(见图2)可各自包括滤波器301。根据附加或备选实施例，滤波器301具有滤波器的反射系数参数，s11/s22在通信模块140和天线145的工作频率的带宽上应在
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40db至
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60db或
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40db至
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100db的范围内，且具有约为0db的插入损耗参数s12/s21。根据附加或备选实施例，对于低通滤波器，滤波器301的截止频率为或应略小于通信模块140和天线145的工作频率，并且在低通滤波器的情况下，为或应近似等于或略高于通信模块140的工作频率。通过这样做，滤波器被设计为在第一接地220和通信接地230之间传递所有较低频率的信号并且在工作频率下的任何信号被消除。当单极天线辐射时，通信接地230也辐射以模仿理想的偶极天线。由于接地平面的辐射在单极天线的性能中起主要作用，因此提供隔离的通信接地230以辅助天线的性能。由于第一接地220由传感器、发声器和其他部件共享，因此它们会对天线的辐射产生负面影响。滤波器元件260有助于隔离第一接地220，因此通信接地230可以用作理想的单极天线接地，并有助于提供更好或改善的辐射性能。
32.如图3和图4中所示，滤波器301布置在第一接地220和通信接地230之间，并且因此被定位为第一隔离元件260。下面的描述将参考这种情况。这出于清楚和简洁的目的而完成，并且应当理解，第二隔离元件270可以具有相似的配置。
33.滤波器301可包括一系列的一个或多个铁氧体磁珠和低通滤波器。例如，如图3中所示，滤波器301可以包括串联布置在第一接地220和通信接地230之间的第一阻抗元件l1和第二阻抗元件l2、以及与第一阻抗元件l1并联的第一电容器c1和与第二阻抗元件l2并联的第二电容器c2。作为另一示例，如图4中所示，滤波器301可以包括串联布置在第一接地220和通信接地230之间的第一阻抗元件l1和第二阻抗元件l2、以及与第一阻抗元件l1并联以形成第一电路元件410的第一电容器c1和电阻器r1、和与第一电路元件410并联的第二电容器c2。
34.选择铁氧体磁珠以使其具有在500欧姆至1千欧姆的范围内的高阻抗，连同在150欧姆至200欧姆的范围内的高电抗，因为这在通信接地230和第一接地220之间提供了高阻抗隔离。滤波器设计为低通滤波器，其中截止频率略低于截止频率，并且对于高通滤波器，其中截止频率略高于截止频率。低通滤波器使所有低于截止频率的信号通过，并阻塞较高频率的信号。高通滤波器使所有高于截止频率的信号通过，并阻塞较低频率的信号。因此，有必要考虑无线电的工作频率来设计滤波器。
35.参照图5，示出了与没有天线或隔离的警报器或检测器相比，并且与具有天线但没有隔离的警报器或检测器相比，警报器或检测器101的通信性能的增强。如图5中所示，其中警报器或检测器101具有隔离(即，由第一隔离元件260和第二隔离元件270提供的隔离)，警报器或检测器101与非天线和非隔离情况相比在大幅增加的范围和辐射场型(radiation pattern，有时也称为辐射图)上改善的功率输出方面表现出明显改善的通信性能，以及与没有隔离的天线情况相比在进一步增加的范围和极瓣效应(polar lobe effect)的大幅减少方面表现出更加改善的通信性能。
36.参照图6，与没有任何隔离的警报器或检测器相比，示出了警报器或检测器101的辐射场型的增强。如图6中所示，在警报器或检测器101仅设有第一隔离元件260(gnd上的hh
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fb)的情况下，警报器或检测器101与非隔离情况(hh
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存在)相比在降低的极瓣效应方面
表现出改善的辐射场型，并且在警报器或检测器101设有第一隔离元件260和第二隔离元件270(gnd和pwr上的hh
‑
fb)的情况下，警报器或检测器101与单独隔离情况(gnd上的hh
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fb)相比在极瓣效应的至少进一步减少方面表现出更加改善的辐射场型。
37.如图6中所示，示出了具有和不具有隔离的辐射场型。辐射场型是在给定距离处接收的来自无线电的功率输出的极坐标图。所示的辐射场型以每10度增量进行测量，功率输出越高，通信范围越好，功率输出越低，通信范围越小。理想地，对于视线通信来说，一个带有无线电的警报器正在与另一个带有无线电的警报器进行通信，两者之间没有任何障碍物，从而实现了视线通信，经验法则是，辐射功率输出上增加6db将产生两倍通信距离。
38.参考图7，示出了在具有不同反射系数s11参数的低通滤波器的情况下以926mhz运行的无线电的辐射场型。图7示出了随着反射系数的减小，天线的功率输出改善，并且在数量上变得更负。
39.本公开的技术效果和益处是提供一种警报器，该警报器使用了单极天线而具有改善或增强的性能，这归因于警报器接地与无线电接地之间的隔离，从而使警报器满足指定范围要求(即100米露天范围要求)。
40.尽管仅结合有限数量的实施例详细地提供了本公开，但是应当容易理解，本公开不限于这种公开的实施例。而是，可以对本公开进行修改以结合迄今未描述但是与本公开的精神和范围相对应的任何数量的变型、变更、替换或等同布置。另外，尽管已经描述了本公开的各种实施例，但是应当理解，一个或多个示例性实施例可以仅包括所描述的示例性方面中的一些。因此，本公开不应被视为由前述描述限制，而是仅由所附权利要求书的范围限制。