DE102023133983A1 - Field device for wireless data transmission - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Feldgerät (100) zur drahtlosen Datenübertragung vorgeschlagen, mit: einem Antennensystem (300), welches mit einem Sende-/Empfangsmodul (400) des Feldgeräts (100) signalmäßig gekoppelt ist, wobei das Antennensystem (300) eingerichtet ist: elektromagnetische Signale zur drahtlosen Datenübertragung abzustrahlen und/oder zu empfangen; und eine Richtcharakteristik (120, 140), zum Senden und/oder Empfangen der elektromagnetischen Signale, bezogen auf das Feldgerät (100) wahlweise zu ändern.

Figure DE102023133983A1_0000
A field device (100) for wireless data transmission is proposed, comprising: an antenna system (300) which is signal-coupled to a transmitting/receiving module (400) of the field device (100), wherein the antenna system (300) is configured to: emit and/or receive electromagnetic signals for wireless data transmission; and to selectively change a directional characteristic (120, 140) for transmitting and/or receiving the electromagnetic signals with respect to the field device (100).
Figure DE102023133983A1_0000

Description

Hintergrundbackground

Feldgeräte wie Füllstand-, Druck oder Grenzstandsensoren oder Aktoren können drahtlos Daten übertragen. Diese Datenübertragung kann zusätzlich zu einer kabelgebundenen Kommunikation (4...20mA, HART, Profibus, Foundation Fieldbus, APL, IO-Link,...) oder exklusiv nur drahtlos erfolgen.Field devices such as level, pressure, or point level sensors or actuators can transmit data wirelessly. This data transmission can be performed in addition to wired communication (4...20 mA, HART, Profibus, Foundation Fieldbus, APL, IO-Link, etc.) or exclusively wirelessly.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Bei einer drahtlosen Datenübertragung von einem Feldgerät zu Sende-/Empfangsstelle kann eine ausreichende Signalstärke oder ein ausreichendes Signal zu Rauschverhältnis (SNR) entscheidend für eine zuverlässige Kommunikation und/oder eine energieeffiziente Kommunikation und/oder eine energiesparsame Kommunikation sein. Allerdings werden die Feldgeräte in unterschiedlicher Umgebung und mit unterschiedlicher räumlicher Orientierung oder unterschiedlichen Einbaulagen eingesetzt.In wireless data transmission from a field device to a transmitting/receiving point, sufficient signal strength or a sufficient signal-to-noise ratio (SNR) can be crucial for reliable communication and/or energy-efficient communication. However, field devices are deployed in different environments and with different spatial orientations or installation positions.

Gemäß Aspekten der Erfindung wird ein Feldgerät zur drahtlosen Datenübertragung, und eine Verwendung des Feldgeräts gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.According to aspects of the invention, a field device for wireless data transmission and a use of the field device according to the features of the independent claims are proposed. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims and the following description.

Gemäß einem Aspekt wird ein Feldgerät zur drahtlosen Datenübertragung mit einem Antennensystem und einem Sende-/Empfangsmodul vorgeschlagen. Dabei ist das Antennensystem mit dem Sende-/Empfangsmodul des Feldgeräts signalmäßig gekoppelt. Das Antennensystem ist eingerichtet elektromagnetische Signale zur drahtlosen Datenübertragung abzustrahlen und/oder zu empfangen. Außerdem ist das Antennensystem eingerichtet eine Richtcharakteristik, zum Senden und/oder Empfangen der elektromagnetischen Signale, bezogen auf das Feldgerät wahlweise zu ändern.According to one aspect, a field device for wireless data transmission is proposed, comprising an antenna system and a transmit/receive module. The antenna system is signal-coupled to the transmit/receive module of the field device. The antenna system is configured to emit and/or receive electromagnetic signals for wireless data transmission. Furthermore, the antenna system is configured to selectively change a directional characteristic for transmitting and/or receiving the electromagnetic signals with respect to the field device.

Die wahlweise Änderung der Richtcharakteristik ist breit auszulegen, und kann bedeuten, dass das Antennensystem eingerichtet ist, basierend auf einem Steuersignal und/oder durch eine Auswahl einer signalmäßigen Kopplung die Richtcharakteristik wahlweise zu ändern.The optional change of the directional characteristic is to be interpreted broadly and may mean that the antenna system is arranged to optionally change the directional characteristic based on a control signal and/or by selecting a signal-wise coupling.

Mittels der wahlweisen Änderung der Richtcharakteristik kann das Antennensystem eine drahtlose Datenübertragung von einem Feldgerät zu einer Sende-/Empfangsstelle mit einer ausreichenden Signalstärke und/oder mit einem ausreichenden Signal zu Rauschverhältnis (SNR) übertragen, um eine zuverlässige Kommunikation und/oder eine energieeffiziente Kommunikation und/oder eine energiesparsame Kommunikation zu gewährleisten.By selectively changing the directional characteristic, the antenna system can transmit wireless data from a field device to a transmitting/receiving station with sufficient signal strength and/or with sufficient signal-to-noise ratio (SNR) to ensure reliable communication and/or energy-efficient communication and/or low-power communication.

Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass das Feldgerät mit drahtlose Datenübertragung zur Prozesskontrolle eingesetzt wird.According to one aspect, it is proposed that the field device with wireless data transmission be used for process control.

Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass das Feldgerät eingerichtet ist, die Richtcharakteristik wahlweise zu ändern, um eine Richtcharakteristik für die drahtlose Datenübertragung zu wählen. Dabei kann das Antennensystem eingerichtet sein, zumindest zwei unterschiedliche Richtcharakteristiken aufzuweisen, wobei insbesondere das Antennensystem eingerichtet sein kann, dass zumindest eine der zumindest zwei unterschiedlichen Richtcharakteristiken, insbesondere für die Datenübertragung, ausgewählt werden kann.According to one aspect, it is proposed that the field device be configured to selectively change the directional characteristic in order to select a directional characteristic for wireless data transmission. The antenna system can be configured to have at least two different directional characteristics, wherein, in particular, the antenna system can be configured such that at least one of the at least two different directional characteristics can be selected, in particular for data transmission.

Für die Auswahl der Richtcharakteristik des Antennensystems für die drahtlose Datenübertragung können unterschiedliche Kriterien relevant sein.Different criteria may be relevant for selecting the directional characteristic of the antenna system for wireless data transmission.

Diese Kriterien umfassen eine empfangene Signalstärke und/oder eine Signalstärke, die von einer korrespondierenden Sende-/Empfangsstelle detektiert und dem Feldgerät bzw. dem Sende-/Empfangsmodul bereitgestellt wurde. Ein weiteres Kriterium kann eine von dem Feldgerät detektierte Übertragungsqualität für die Datenübertragung betreffen und/oder eine Datenübertragungsqualität die dem Feldgerät bzw. der Sende-/Empfangseinheit von einer korrespondierenden Sende-/Empfangsstelle, insbesondere mittels drahtloser Übertragung, bereitgestellt wird. Ein weiteres Kriterium kann ein möglichst hohes Signal-Rausch-Verhältnis der elektromagnetischen Signale betreffen, und/oder eine möglichst hohe und/oder eine möglichst sichere Datenübertragungsrate umfassen. Ein weiteres Kriterium kann eine möglichst hohe Datenrate für die drahtlose Übertragung betreffen, insbesondere wenn bei einem Übertragungsprotokoll bei größeren Distanzen und schlechterem Signal-Rausch-Verhältnis eine Datenrate reduziert wird um eine stabile Verbindung zu ermöglichen. Ein weiteres Kriterium kann eine möglichst effiziente und/oder energiesparende drahtlose Datenübertragung betreffen.These criteria include a received signal strength and/or a signal strength that was detected by a corresponding transmitting/receiving point and provided to the field device or the transmitting/receiving module. A further criterion can relate to a transmission quality for the data transmission detected by the field device and/or a data transmission quality that is provided to the field device or the transmitting/receiving unit by a corresponding transmitting/receiving point, in particular by means of wireless transmission. A further criterion can relate to the highest possible signal-to-noise ratio of the electromagnetic signals and/or the highest possible and/or the most secure possible data transmission rate. A further criterion can relate to the highest possible data rate for the wireless transmission, in particular when a transmission protocol reduces a data rate over longer distances and with a poorer signal-to-noise ratio in order to enable a stable connection. A further criterion can relate to the most efficient and/or energy-saving wireless data transmission possible.

Ein Feldgerät kann ein Füllstand-, Druck oder Grenzstandsensor oder ein Aktor umfassen.A field device can include a level, pressure or point level sensor or an actuator.

Die Richtcharakteristik des Antennensystems kann eine räumliche Charakteristik eines Antennengewinns des Antennensystems beschreiben. D. h. die Richtcharakteristik des Antennensystems kann beschreiben, in welche räumliche Richtung das Antennensystems empfindlicher detektiert bzw. effektiver elektromagnetische Signale aussendet.The directional characteristic of an antenna system can describe a spatial characteristic of the antenna system's gain. This means that the directional characteristic of the antenna system can describe the spatial direction in which the antenna system detects electromagnetic signals more sensitively or transmits them more effectively.

Vorteilhafterweise kann das Feldgerät dadurch in der entsprechenden Einbausituation die Richtcharakteristik wählen, die für ein bestimmtes Kriterium in Bezug auf die drahtlose Datenübertragung relevant ist und/oder in Bezug auf eine Richtcharakteristik einer korrespondierenden Sende-/Empfangsstelle entsprechend der oben beschriebenen Kriterien für die drahtlose Datenübertragung optimiert ist. Denn eine Einbausituation für das Feldgerät kann räumlich unterschiedlich orientiert ausgeführt werden und/oder an unterschiedlichen Stellen von Prozessbehältern platziert werden. Durch die Anpassung der Richtcharakteristik nach einer Montage des Feldgeräts kann die drahtlose Übertragung von Signalen verbessert werden und/oder eine Reichweite der drahtlosen Übertragung erhöht werden. Durch eine entsprechende Wahl der Richtcharakteristik kann auch Energie für die Übertragung eingespart werden, da weniger Sendeenergie benötigt wird, um ein ausreichend gutes Signal-Rausch-Verhältnis zu erreichen. Dazu können die Richtcharakteristiken des Antennensystems des Feldgeräts und die Richtcharakteristik einer korrespondierenden Sende-/Empfangsstelle aufeinander abgestimmt werden, um insbesondere Qualität und Reichweite der drahtlosen Datenübertragung zu steigern.Advantageously, the field device can select the directional characteristic in the corresponding installation situation that is relevant for a specific criterion with regard to wireless data transmission and/or is optimized with regard to the directional characteristic of a corresponding transmitting/receiving point according to the criteria for wireless data transmission described above. This is because the installation situation for the field device can be spatially oriented in different ways and/or placed at different locations in process vessels. By adjusting the directional characteristic after installation of the field device, the wireless transmission of signals can be improved and/or the range of the wireless transmission can be increased. By selecting the directional characteristic accordingly, energy can also be saved for transmission, as less transmission energy is required to achieve a sufficiently good signal-to-noise ratio. For this purpose, the directional characteristics of the antenna system of the field device and the directional characteristics of a corresponding transmitting/receiving point can be coordinated to one another, in particular to increase the quality and range of the wireless data transmission.

Die Datenübertragung kann unterschiedliche Aufgaben in Bezug auf ein Internet of Things (IoT) betreffen und/oder insbesondere ein Monitoring und/oder eine Predictive Maintanace betreffen.The data transmission can concern different tasks related to an Internet of Things (IoT) and/or in particular monitoring and/or predictive maintenance.

Basierend auf einer geeignet ausgewählten Richtcharakteristik des Antennensystems des Feldgeräts, kann die Reichweite der drahtlosen Datenübertragung gesteigert werden, um eine geringere Anzahl von Sende-/Empfangsstelle ein bzw. Gateways zur Abdeckung einer größeren Fläche zu erfordern. Dabei kann die ausgewählte Richtcharakteristik des Antennensystems insbesondere dann für eine drahtlose Datenübertragung geeignet sein, wenn sie zu einer Richtcharakteristik einer Empfangsstelle korrespondiert.Based on a suitably selected directional characteristic of the field device's antenna system, the range of wireless data transmission can be increased, requiring fewer transmitting/receiving points or gateways to cover a larger area. The selected directional characteristic of the antenna system can be particularly suitable for wireless data transmission if it corresponds to the directional characteristic of a receiving point.

Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass das Sende/Empfangsmodul eingerichtet ist, die Richtcharakteristik des Antennensystems zu steuern; und abhängig von der gewählten Richtcharakteristik alternativ oder zusätzlich eine empfangene Signalstärke zu bestimmen und/oder eine Signalstärke von einer korrespondierenden Sende-/Empfangsstelle entgegenzunehmen; und/oder einer Übertragungsqualität für die Datenübertragung zu bestimmen; und/oder eine Übertragungsqualität für die Datenübertragung von der korrespondierenden Sende-/Empfangsstelle entgegenzunehmen; um insbesondere die Richtcharakteristik für die drahtlose Datenübertragung zu wählen.According to one aspect, it is proposed that the transmitting/receiving module is configured to control the directional characteristic of the antenna system; and, depending on the selected directional characteristic, alternatively or additionally, to determine a received signal strength and/or to receive a signal strength from a corresponding transmitting/receiving point; and/or to determine a transmission quality for the data transmission; and/or to receive a transmission quality for the data transmission from the corresponding transmitting/receiving point; in particular to select the directional characteristic for the wireless data transmission.

Damit kann erreicht werden, dass elektromagnetischen Signale möglichst energiearm und mit hoher Qualität übertragen werden.This ensures that electromagnetic signals are transmitted with as little energy as possible and with as high quality as possible.

Die Richtcharakteristik des Antennensystems kann entsprechend einer Signalstärke und/oder einer Kommunikations-Richtung gewählt werden. Je nach Empfang kann das Feldgerät mit dem Antennensystem eingerichtet sein, mit einer bevorzugten Richtcharakteristik zu kommunizieren, die beispielsweise den geringsten Energiebedarf hat und/oder die stabilste Verbindung ermöglicht.The directional characteristic of the antenna system can be selected according to signal strength and/or communication direction. Depending on the reception, the field device can be configured to communicate with the antenna system using a preferred directional characteristic, which, for example, requires the lowest power and/or enables the most stable connection.

Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass das Sende/Empfangsmodul eingerichtet ist, bei einem Start einer Kommunikation des Feldgeräts mit der Sende-/Empfangsstelle und/oder periodisch und/oder abhängig von der detektieren und/oder empfangenen Übertragungsqualität mit der korrespondierenden Sende-/Empfangsstelle und/oder der detektieren oder entgegengenommenen Signalstärke, die Richtcharakteristik des Antennensystems für die Datenübertragung zu wählen.According to one aspect, it is proposed that the transmitting/receiving module is configured to select the directional characteristic of the antenna system for data transmission when communication between the field device and the transmitting/receiving station starts and/or periodically and/or depending on the detected and/or received transmission quality with the corresponding transmitting/receiving station and/or the detected or received signal strength.

Entsprechend einem Aspekt kann die Wahl der Richtcharakteristik des Antennensystems durch ein verwendetes Übertragungsprotokoll vorgegeben sein.According to one aspect, the choice of the directional characteristic of the antenna system can be determined by a transmission protocol used.

Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass das Antennensystem zumindest eine erste Antenne mit einer erste Richtcharakteristik aufweist, und das Antennensystem zumindest eine zweite Antenne mit einer zweiten Richtcharakteristik aufweist, die insbesondere verschieden von der ersten Richtcharakteristik ist, um die Richtcharakteristik des Antennensystems durch wahlweises Koppeln der jeweiligen Antenne mit dem Sende-/Empfangsmodul zu ändern.According to one aspect, it is proposed that the antenna system has at least a first antenna with a first directional characteristic, and the antenna system has at least a second antenna with a second directional characteristic, which is in particular different from the first directional characteristic, in order to change the directional characteristic of the antenna system by selectively coupling the respective antenna to the transmitting/receiving module.

Mit anderen Worten kann eine aktiv genutzte erste Antenne des Antennensystems eine räumlich anisotropen Richtcharakteristik aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann die zweite Antenne eine räumlich anisotropen Richtcharakteristik aufweisen, wobei insbesondere die beiden anisotropen Richtungen senkrecht aufeinander stehen.In other words, an actively used first antenna of the antenna system can have a spatially anisotropic directional characteristic. Alternatively or additionally, the second antenna can have a spatially anisotropic directional characteristic, with the two anisotropic directions being perpendicular to each other.

Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass das Antennensystem mechanisch mit dem Feldgerät gekoppelt ist.According to one aspect, it is proposed that the antenna system is mechanically coupled to the field device.

Alternativ oder zusätzlich weist das Feldgerät mehrere Richtantennen auf, also Antennen, die räumlich anisotropen Richtcharakteristiken aufweisen, wobei die jeweiligen Richtantennen unterschiedlich ausgerichtet sind. Das Feldgerät kann, insbesondere mittels des Sende-/Empfangsmoduls, eine der Richtantennen auswählen, je beispielsweise den geringsten Energieaufwand für die drahtlose Datenübertragung und/oder die stabilste Verbindung für die drahtlose Datenübertragung ermöglicht.Alternatively or additionally, the field device has several directional antennas, i.e. antennas that have spatially anisotropic directional characteristics, with the respective directional antennas being differently aligned. The field device can, in particular by means of the transmit/receive module, select one of the directional antennas, depending, for example, on the one that requires the least energy for wireless data transmission and/or the most stable connection for wireless data transmission.

Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass zumindest eine Antenne des Antennensystems eine anisotrope Richtcharakteristik aufweist.According to one aspect, it is proposed that at least one antenna of the antenna system has an anisotropic directional characteristic.

Dabei kann eine anisotropen Richtcharakteristik einen Antennengewinn des Antennensystems beschreiben, der von einer Raum-Richtung abhängt.An anisotropic directional characteristic can describe an antenna gain of the antenna system that depends on a spatial direction.

Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass die unterschiedliche Richtcharakteristik zumindest einer der zumindest zwei Antennen durch ein Umfeld des Feldgeräts in einer Einbaulage und/oder Montageposition des Feldgeräts hervorgerufen wird.According to one aspect, it is proposed that the different directional characteristic of at least one of the at least two antennas is caused by an environment of the field device in an installation position and/or mounting position of the field device.

Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass das Antennensystem die zumindest eine Antenne in einem ersten Teilbereich des Feldgeräts und die zumindest zweite Antenne in einem zweiten Teilbereich des Feldgeräts aufweist, wobei die jeweiligen Teilbereiche durch das Umfeld des Feldgeräts entsprechend der Einbaulage und/oder der Montageposition des Feldgeräts , basierend auf einer Wechselwirkung zwischen der jeweiligen Antenne und der Umgebung des Feldgeräts, eine unterschiedliche Richtcharakteristik aufweisen. Ein Feldgerät mit zumindest zwei Antennen, die an unterschiedlichen Stellen des Feldgeräts platziert sind, können unterschiedlich durch die Einbaulage und/oder Montageposition des Feldgeräts, insbesondere in Bezug auf große metallhaltigen Gegenstände, in ihrer jeweiligen Richtcharakteristik beeinflusst werden. Vorteilhafterweise kann das Antennensystem des Feldgeräts entsprechend einer günstigen Richtcharakteristik in dieser Einbaulage und/oder Montageposition des Feldgeräts ausgewählt werden.According to one aspect, it is proposed that the antenna system has the at least one antenna in a first sub-region of the field device and the at least second antenna in a second sub-region of the field device, wherein the respective sub-regions have a different directional characteristic due to the environment of the field device according to the installation position and/or the mounting position of the field device, based on an interaction between the respective antenna and the environment of the field device. A field device with at least two antennas placed at different locations on the field device can have their respective directional characteristics influenced differently by the installation position and/or mounting position of the field device, in particular with respect to large metal-containing objects. Advantageously, the antenna system of the field device can be selected according to a favorable directional characteristic in this installation position and/or mounting position of the field device.

Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass die unterschiedliche Antennencharakteristik zumindest einer der zumindest zwei Antennen mittels einer metallischen Vorrichtung entsprechend einem Antennen-Reflektor und/oder Antennen-Direktor für elektromagnetische Strahlung hervorgerufen wird.According to one aspect, it is proposed that the different antenna characteristics of at least one of the at least two antennas are produced by means of a metallic device corresponding to an antenna reflector and/or antenna director for electromagnetic radiation.

Ein solcher Antennen-Reflektor kann insbesondere ein Parabolreflektor und/oder ein Antennen-Reflektor entsprechend einer Yagi-Antenne sein. Der Antennen-Direktor kann entsprechend eines Antennen-Direktors einer Yagi-Antenne ausgeführt sein.Such an antenna reflector can, in particular, be a parabolic reflector and/or an antenna reflector corresponding to a Yagi antenna. The antenna director can be designed corresponding to an antenna director of a Yagi antenna.

Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass das Antennensystem eingerichtet ist, basierend auf dem zumindest einen Antennen-Direktor und/oder dem zumindest einen Antennen-Reflektor mit zumindest einer der zumindest zwei Antennen zusammenzuwirken, um elektromagnetische Strahlung entsprechend der Richtcharakteristik räumlich gerichtet abzustrahlen und/oder zu empfangen.According to one aspect, it is proposed that the antenna system is configured to interact with at least one of the at least two antennas based on the at least one antenna director and/or the at least one antenna reflector in order to emit and/or receive electromagnetic radiation in a spatially directed manner according to the directional characteristic.

Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass die metallische Vorrichtung innerhalb eines Gehäuses des Feldgeräts angeordnet ist.According to one aspect, it is proposed that the metallic device is arranged within a housing of the field device.

Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass die metallische Vorrichtung in einer Wandung des Gehäuses des Feldgeräts angeordnet ist.According to one aspect, it is proposed that the metallic device is arranged in a wall of the housing of the field device.

Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass eines der oben beschriebenen Feldgeräte einen Lagesensor aufweist, der eingerichtet ist, eine räumliche Orientierung und/oder Montageposition des Feldgeräts zu detektieren. Das Sende-/Empfangsmodul kann insbesondere mit dem Lagesensor gekoppelt sein und eingerichtet sein, abhängig von der detektieren räumlichen Orientierung und/oder der Montageposition des Gehäuses des Feldgeräts, die Richtcharakteristik des Antennensystems zu wählen oder dem Sende-/Empfangsmodul eine der zumindest zwei Richtcharakteristiken des Antennensystems vorzuschlagen.According to one aspect, it is proposed that one of the field devices described above has a position sensor configured to detect a spatial orientation and/or mounting position of the field device. The transmitting/receiving module can, in particular, be coupled to the position sensor and configured to select the directional characteristic of the antenna system or to propose one of the at least two directional characteristics of the antenna system to the transmitting/receiving module depending on the detected spatial orientation and/or the mounting position of the housing of the field device.

Dabei kann der Lagesensor eingerichtet sein, eine Einbaulage und/oder eine Neigung des Feldgeräts und/oder eine Neigung des Antennensystems in Bezug auf die Schwerkraft zu bestimmen.The position sensor can be configured to determine an installation position and/or an inclination of the field device and/or an inclination of the antenna system with respect to gravity.

Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass das Antennensystem eine drehbare Antenne aufweist, um mittels einer Ausrichtung der drehbaren Antenne die Richtcharakteristik zum Senden und/oder Empfangen der elektromagnetischen Signale relativ zu dem Feldgerät wahlweise zu ändern. Mit anderen Worten kann das Antennensystem eingerichtet sein, die Richtcharakteristik des Antennensystems in eine Richtung der sende-Empfangsstelle zu drehen und/oder dreidimensionalen zu schwenken.According to one aspect, it is proposed that the antenna system comprise a rotatable antenna in order to selectively change the directional characteristic for transmitting and/or receiving the electromagnetic signals relative to the field device by means of an orientation of the rotatable antenna. In other words, the antenna system can be configured to rotate and/or pivot the directional characteristic of the antenna system in a direction of the transmitting/receiving point in three dimensions.

Dabei kann das Sende/Empfangsmodul eingerichtet sein, diese Drehung und/oder das Schwenken zu steuern. Die räumliche Ausrichtung der Richtcharakteristik der drehbaren Antenne kann dabei auf einer Drehung der drehbaren Antenne basieren.The transmit/receive module can be configured to control this rotation and/or pivoting. The spatial orientation of the directional characteristic of the rotatable antenna can be based on a rotation of the rotatable antenna.

Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass eines der oben beschriebenen Feldgeräte ein Datenmodul aufweist, wobei das Datenmodul mit dem Sende-/Empfangsmodul signalmäßig gekoppelt ist, um Daten von der Sende-/Empfangsstelle zu empfangen und/oder Daten des Feldgeräts der Sende-/Empfangsstelle bereitzustellen.According to one aspect, it is proposed that one of the field devices described above comprises a data module, wherein the data module is signal-coupled to the transmitting/receiving module in order to receive data from the transmitting/receiving point and/or to provide data of the field device to the transmitting/receiving point.

Dabei kann das Datenmodul mit einem Aktor-Modul und/oder einem Sensormodul des Feldgerätes elektrisch gekoppelt sein, um Daten vom Aktor-Modul und/oder dem Sensormodul dem Datenmodul bereitzustellen.The data module can be electrically coupled to an actuator module and/or a sensor module of the field device in order to provide data from the actuator module and/or the sensor module to the data module.

Es wird eine Verwendung des Feldgeräts gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche zur Prozesskontrolle vorgeschlagen.A use of the field device according to one of the preceding claims for process control is proposed.

Vorteilhafterweise kann das Feldgerät eine Prozesskontrolle verbessern, da insbesondere eine höhere Reichweite der drahtlosen Datenübertragung und/oder eine sicherere Datenübertragung erreicht werden kann.Advantageously, the field device can improve process control, since in particular a greater range of wireless data transmission and/or more secure data transmission can be achieved.

Es wird eine Verwendung eines der oben beschriebenen Antennensysteme in einem der oben beschriebenen Feldgeräte vorgeschlagen.It is proposed to use one of the antenna systems described above in one of the field devices described above.

Es sei noch angemerkt, dass die verschiedenen oben und/oder nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können.It should also be noted that the various embodiments described above and/or below can be combined with one another.

AusführungsbeispieleExamples of implementation

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden mit Bezug auf die 1 bis 3 dargestellt und im Folgenden näher erläutert. Es zeigen:

  • 1 ein Feldgerät in einer ersten Einbaulage;
  • 2 ein Feldgerät in einer zweiten Einbaulage; und
  • 3 ein Blockschaltbild des Feldgeräts.
Embodiments of the invention are described with reference to the 1 to 3 presented and explained in more detail below. They show:
  • 1 a field device in a first installation position;
  • 2 a field device in a second installation position; and
  • 3 a block diagram of the field device.

Die 1a skizziert ein Feldgerät 100 zur drahtlosen Datenübertragung, mit einem Antennensystem, welches mit einem Sende-/Empfangsmodul des Feldgeräts 100 signalmäßig gekoppelt ist, wobei das Antennensystem eingerichtet ist, elektromagnetische Signale zur drahtlosen Datenübertragung abzustrahlen und/oder zu empfangen. Die 1a skizziert eine gewählte erste Richtcharakteristik 120 des Antennensystems, zum Senden und/oder Empfangen elektromagnetischer Signale, bezogen auf das Feldgerät 100 in einer ersten Einbaulage, in der eine Symmetrieachse s des Feldgeräts 100 senkrecht zu einer Richtung x steht, wobei die Richtung x eine Richtung der ersten anisotropen Richtcharakteristik 120 des Antennensystems angibt, in der der Antennengewinn maximal ist. Dabei kann die skizzierte Richtcharakteristik 120, entsprechend einer Dipolantenne, rotationssymmetrisch um die Symmetrieachse es des Feldgeräts sein. Die Richtung x kann eine Horizontale angeben, zu der die Einbaulage des Feldgeräts 100 senkrecht ist.The 1a outlines a field device 100 for wireless data transmission, with an antenna system which is signal-coupled to a transmitting/receiving module of the field device 100, wherein the antenna system is configured to emit and/or receive electromagnetic signals for wireless data transmission. 1a outlines a selected first directional characteristic 120 of the antenna system for transmitting and/or receiving electromagnetic signals, relative to the field device 100 in a first installation position, in which an axis of symmetry s of the field device 100 is perpendicular to a direction x, wherein the direction x indicates a direction of the first anisotropic directional characteristic 120 of the antenna system in which the antenna gain is maximum. The outlined directional characteristic 120, corresponding to a dipole antenna, can be rotationally symmetrical about the axis of symmetry s of the field device. The direction x can indicate a horizontal line to which the installation position of the field device 100 is perpendicular.

Die 2 skizziert das Feldgerät 100 in einer zweiten Einbaulage in der die Symmetrieachse s des Feldgeräts 100 parallel zu der Richtung x der zweiten Richtcharakteristik 140 des Antennensystems angeordnet ist, und in der in der der Antennengewinn des Antennensystems maximal ist. Relativ zu dem Feldgerät 100 ist die zweite Richtcharakteristik 140 verschieden orientiert, nämlich senkrecht, zu der ersten Richtcharakteristik 120 ausgerichtet. Auch hier kann die Richtung x eine Horizontale angeben, mit der die Einbaulage des Feldgeräts 100, gekennzeichnet durch die Symmetrieachse s des Feldgeräts, parallel ausgerichtet ist. Dabei ist das Feldgerät 100 eingerichtet, die Richtcharakteristik 120,140 zum Senden und/oder empfangen elektromagnetischer Signale bezogen auf das Feldgerät wahlweise zu ändern.The 2 sketches the field device 100 in a second installation position in which the axis of symmetry s of the field device 100 is arranged parallel to the direction x of the second directional characteristic 140 of the antenna system, and in which the antenna gain of the antenna system is maximum. Relative to the field device 100, the second directional characteristic 140 is oriented differently, namely perpendicular to the first directional characteristic 120. Here, too, the direction x can indicate a horizontal with which the installation position of the field device 100, characterized by the axis of symmetry s of the field device, is aligned parallel. The field device 100 is configured to selectively change the directional characteristics 120, 140 for transmitting and/or receiving electromagnetic signals with respect to the field device.

Die 3 skizziert ein Feldgerät 100 mit einem Antennensystems 300, in dem zwei unterschiedlich ausgerichtete Antennen mit Rechtecken skizziert sind, wobei das Antennensystems 300 mit einem Sende-/Empfangsmodul 400 signalmäßig gekoppelt ist. Weiterhin weist das Feldgerät 101 Datenmodul 500 auf, welches mit dem Sende-/Empfangsmodul 400 signalmäßig gekoppelt ist, um dem Sende-/Empfangsmodul 400 Daten zum Senden bereitzustellen oder Daten zu empfangen und/oder zu speichern.The 3 outlines a field device 100 with an antenna system 300, in which two differently aligned antennas are outlined with rectangles, wherein the antenna system 300 is signal-coupled to a transmit/receive module 400. Furthermore, the field device 101 has a data module 500, which is signal-coupled to the transmit/receive module 400 in order to provide the transmit/receive module 400 with data for transmission or to receive and/or store data.

Claims (15)

Feldgerät (100) zur drahtlosen Datenübertragung, aufweisend: ein Antennensystem (300), welches mit einem Sende-/Empfangsmodul (400) des Feldgeräts (100) signalmäßig gekoppelt ist, wobei das Antennensystem (300) eingerichtet ist: - elektromagnetische Signale zur drahtlosen Datenübertragung abzustrahlen und/oder zu empfangen; und - eine Richtcharakteristik (120, 140), zum Senden und/oder Empfangen der elektromagnetischen Signale, bezogen auf das Feldgerät (100) wahlweise zu ändern.A field device (100) for wireless data transmission, comprising: an antenna system (300) that is signal-coupled to a transmit/receive module (400) of the field device (100), wherein the antenna system (300) is configured to: - emit and/or receive electromagnetic signals for wireless data transmission; and - selectively change a directional characteristic (120, 140) for transmitting and/or receiving the electromagnetic signals with respect to the field device (100). Feldgerät (100) gemäß Anspruch 1, wobei das Sende/Empfangsmodul (300) eingerichtet ist, - die Richtcharakteristik (120, 140) des Antennensystems (300) zu steuern; und abhängig von der gewählten Richtcharakteristik (120, 140): - eine empfangene Signalstärke zu bestimmen und/oder eine Signalstärke von einer korrespondierenden Sende-/Empfangsstelle entgegenzunehmen; und/oder - einer Übertragungsqualität für die Datenübertragung zu bestimmen; und/oder eine Übertragungsqualität für die Datenübertragung von der korrespondierenden Sende-/Empfangsstelle entgegenzunehmen; um die Richtcharakteristik (120, 140) für die drahtlose Datenübertragung zu wählen.Field device (100) according to Claim 1 , wherein the transmitting/receiving module (300) is configured to - control the directional characteristic (120, 140) of the antenna system (300); and depending on the selected directional characteristic (120, 140): - determine a received signal strength and/or receive a signal strength from a corresponding transmitting/receiving point; and/or - determine a transmission quality for the data transmission; and/or receive a transmission quality for the data transmission from the corresponding transmitting/receiving point; in order to select the directional characteristic (120, 140) for the wireless data transmission. Feldgerät (100) gemäß Anspruch 2, wobei das Sende/Empfangsmodul (300) eingerichtet ist, bei einem Start einer Kommunikation des Feldgeräts (100) mit der Sende-/Empfangsstelle und/oder periodisch und/oder abhängig von der detektieren und/oder empfangenen Übertragungsqualität mit der korrespondierenden Sende-/Empfangsstelle und/oder der detektieren oder entgegengenommenen Signalstärke, die Richtcharakteristik (120, 140) des Antennensystems (300) für die Datenübertragung zu wählen.Field device (100) according to Claim 2 , wherein the transmitting/receiving module (300) is configured to start communication between the field device (100) and the transmitting/receiving station and/or periodically and/or depending on the detected and/or received transmission quality with the corresponding transmitting/receiving point and/or the detected or received signal strength, to select the directional characteristic (120, 140) of the antenna system (300) for data transmission. Das Feldgerät (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Antennensystem (300) zumindest eine erste Antenne mit einer erste Richtcharakteristik (120, 140) aufweist, und das Antennensystem (300) zumindest eine zweite Antenne mit einer zweiten Richtcharakteristik (120, 140) aufweist, die verschieden von der ersten Richtcharakteristik (120, 140) ist, um die Richtcharakteristik (120, 140) des Antennensystems (300) durch wahlweises Koppeln der jeweiligen Antenne mit dem Sende-/Empfangsmodul (300) zu ändern.The field device (100) according to one of the preceding claims, wherein the antenna system (300) comprises at least a first antenna with a first directional characteristic (120, 140), and the antenna system (300) comprises at least a second antenna with a second directional characteristic (120, 140) that is different from the first directional characteristic (120, 140) in order to change the directional characteristic (120, 140) of the antenna system (300) by selectively coupling the respective antenna to the transmit/receive module (300). Das Feldgerät (100) gemäß Anspruch 4, wo bei zumindest eine Antenne des Antennensystems (300) eine anisotrope Richtcharakteristik (120, 140) aufweist.The field device (100) according to Claim 4 , wherein at least one antenna of the antenna system (300) has an anisotropic directional characteristic (120, 140). Das Feldgerät (100) gemäß Anspruch 4 oder 5, wobei die unterschiedliche Richtcharakteristik (120, 140) zumindest einer der zumindest zwei Antennen durch ein Umfeld des Feldgeräts in einer Einbaulage und/oder Montageposition des Feldgeräts (100) hervorgerufen wird.The field device (100) according to Claim 4 or 5 , wherein the different directional characteristic (120, 140) of at least one of the at least two antennas is caused by an environment of the field device in an installation position and/or mounting position of the field device (100). Das Feldgerät (100) gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei das Antennensystem (300) die zumindest eine Antenne in einem ersten Teilbereich des Feldgeräts (100) aufweist, und die zumindest zweite Antenne in einem zweiten Teilbereich des Feldgeräts (100) aufweist, wobei die jeweiligen Teilbereiche, basierend auf dem Umfeld des Feldgeräts (100), entsprechend der Einbaulage und/oder der Montageposition des Feldgeräts (100) eine unterschiedliche Richtcharakteristik (120, 140) der jeweiligen Antenne hervorrufen.The field device (100) according to one of the Claims 4 until 6 , wherein the antenna system (300) has the at least one antenna in a first sub-region of the field device (100), and the at least second antenna in a second sub-region of the field device (100), wherein the respective sub-regions, based on the environment of the field device (100), produce a different directional characteristic (120, 140) of the respective antenna according to the installation position and/or the mounting position of the field device (100). Das Feldgerät (100) gemäß einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei die unterschiedliche Antennencharakteristik (120, 140) zumindest einer der zumindest zwei Antennen mittels einer metallischen Vorrichtung entsprechend einem Antennen-Reflektor und/oder Antennen-Direktor für elektromagnetische Strahlung hervorgerufen wird.The field device (100) according to one of the Claims 4 until 7 , wherein the different antenna characteristics (120, 140) of at least one of the at least two antennas are produced by means of a metallic device corresponding to an antenna reflector and/or antenna director for electromagnetic radiation. Das Feldgerät (100) gemäß Anspruch 8, wobei das Antennensystem (300) eingerichtet ist, basierend auf dem zumindest einen Antennen-Direktor und/oder dem zumindest einen Antennen-Reflektor mit zumindest einer der zumindest zwei Antennen zusammenzuwirken, um elektromagnetische Strahlung entsprechend der Richtcharakteristik (120, 140) räumlich gerichtet abzustrahlen und/oder zu empfangen.The field device (100) according to Claim 8 , wherein the antenna system (300) is configured to interact with at least one of the at least two antennas based on the at least one antenna director and/or the at least one antenna reflector in order to emit and/or receive electromagnetic radiation in a spatially directed manner according to the directional characteristic (120, 140). Das Feldgerät (100) gemäß Anspruch 8 oder 9, wobei die metallische Vorrichtung innerhalb eines Gehäuses des Feldgeräts (100) angeordnet ist.The field device (100) according to Claim 8 or 9 , wherein the metallic device is arranged within a housing of the field device (100). Das Feldgerät (100) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die metallische Vorrichtung in einer Wandung des Gehäuses des Feldgeräts (100) angeordnet ist.The field device (100) according to one of the Claims 8 until 10 , wherein the metallic device is arranged in a wall of the housing of the field device (100). Das Feldgerät (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend: einem Lagesensor, der eingerichtet ist, eine räumliche Orientierung und/oder Montageposition des Feldgeräts (100) zu detektieren; und wobei das Sende-/Empfangsmodul (400) eingerichtet ist, abhängig von der detektieren räumlichen Orientierung und/oder der Montageposition des Gehäuses des Feldgeräts (100), die Richtcharakteristik (120, 140) des Antennensystems (300) zu wählen.The field device (100) according to one of the preceding claims, comprising: a position sensor configured to detect a spatial orientation and/or mounting position of the field device (100); and wherein the transmit/receive module (400) is configured to select the directional characteristic (120, 140) of the antenna system (300) depending on the detected spatial orientation and/or the mounting position of the housing of the field device (100). Das Feldgerät (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Antennensystem (300) eine drehbare Antenne aufweist, um mittels einer Ausrichtung der drehbaren Antenne die Richtcharakteristik (120, 140) zum Senden und/oder Empfangen der elektromagnetischen Signale relativ zu dem Feldgerät (100) wahlweise zu ändern.The field device (100) according to one of the preceding claims, wherein the antenna system (300) comprises a rotatable antenna in order to selectively change the directional characteristic (120, 140) for transmitting and/or receiving the electromagnetic signals relative to the field device (100) by means of an orientation of the rotatable antenna. Das Feldgerät (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend: ein Datenmodul (500), das mit dem Sende/Empfangsmodul (400) signalmäßig gekoppelt ist, um Daten von der Sende-/Empfangsstelle zu empfangen und/oder Daten des Feldgeräts (100) der Sende-/Empfangsstelle bereitzustellen.The field device (100) according to one of the preceding claims, comprising: a data module (500) signal-coupled to the transmitting/receiving module (400) to receive data from the transmitting/receiving point and/or to provide data of the field device (100) to the transmitting/receiving point. Verwendung eines Antennensystems (300) in einem Feldgerät (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.Use of an antenna system (300) in a field device (100) according to one of the preceding claims.
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