DE102004036878B4

DE102004036878B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Funkübertragung von in Körpernähe generierten Signalen

Info

Publication number: DE102004036878B4
Application number: DE102004036878A
Authority: DE
Inventors: Henning Gerder; Robert Sliepen; Frank Dr. Sattler
Original assignee: Draeger Safety AG and Co KGaA
Current assignee: Draeger Safety AG and Co KGaA
Priority date: 2004-07-29
Filing date: 2004-07-29
Publication date: 2008-04-10
Anticipated expiration: 2024-07-30
Also published as: DE102004036878A1; US7429959B2; US20060022882A1

Abstract

Verfahren zur Funkübertragung von in Körpernähe generierten Signalen über eine Anordnung von mindestens zwei an verschiedenen körpernahen Positionen angeordneten Antennen, bei dem vor oder während der Übertragung eine Auswahl mindestens einer Antenne vorgenommen wird, welche als Sendeantenne wirkt und wobei nach Eintritt eines durch mindestens einen festgelegten zu überwachenden Parameter charakterisierten Alarmzustandes alle verfügbaren Antennen mit maximaler Sendeleistung beaufschlagt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Funkübertragung von in Körpernähe generierten Signalen über eine Anordnung von mindestens zwei in verschiedenen körpernahen Positionen angeordneten Antennen.
Eine Verwendung ist überall dort denkbar, wo von Benutzern personenbezogener Sendeeinheiten unter wechselnden Umgebungsbedingungen gesendet werden muss. Beispiele finden sich vor allem beim Einsatz körpernah angeordneter Sendeeinheiten, wenn der Träger dieser Sendeeinheiten in Bewegung ist und eine zuverlässige Funkübertragung erforderlich ist.
Aus der WO 01/71940 ist ein Verfahren zur Funkübertragung von Signalen von einem Mobiltelefon bekannt. Dieses Mobiltelefon wird in einem typischen Anwendungsfall während des Betriebs von einem Benutzer in der Hand am Körper gehalten und vor oder während der Funkübertragung wird eine Auswahl mindestens einer Antenne vorweggenommen, welche als Sendeantenne wirkt. Die Auswahl einer Antenne wird in Abhägngikeit einer Variation der Impedanz der Antennen vorweggenommen.
Aus der Veröffentlichung K. Chang, „RF and Microwave Wireless Systems", John Wiley & Sons, Inc., 2000, S. 67 bis 110, ISBN: 0-471-35199-7, gehen verschiedene Antennensysteme hervor und ist es bekannt, dass der Anteil der reflektierten und damit auch der abgestrahlten Leistung durch das Stehwellenverhältnis ausgedrückt werden kann.
Die Veröffentlichung von A.F. Molisch und M.Z. Win, „MIMO Systems with Antenna Selection" in: IEEE Microwave Magazine, March 2004, vol 5, no. 1, S. 46 bis 56, beschreibt die Auswahl von mehr als einer Antenne, wobei als Kriterium für die Auswahl einer oder mehrerer Antennen die Eingangssignalstärke am Empfänger herangezogen werden kann.
Die US 2001/002 7115 A1 gibt eine gestreckte Mobilfunkanordnung an, mit der zugleich die elektromagnetische Abstrahung in den Kopfbereich signifikant vermindert und die Antenneneffizienz erhöht werden soll.
D. Rajan und S.D. Grat, „Transmit Diversity Schemes for CDMA-2000" in: IEEE Wireless Communications and Networking Conference, 21–24 September 1999, vol. 2, S. 669–673, beschreiben ein Mobilfunksystem mit Auswahlmöglichkeit einer von mehreren Sendeantennen und eine Leistungsregelung.
Ein Mobilfunktelefonsystem gemäß DE 196 45 259 A1 weist eine Antenne auf, die über einen Clip an der Kleidung einer Person befestigt werden kann.
In DE 102 51 900 A1 wird ein Patientenüberwachungssystem und -verfahren mit einer mehrlagigen Textilstruktur angegeben, welche Sensoren zur Messung von Vitalparametern, eine Betriebs- und Auswerteelektronik, eine Schicht zur Abschirmung hochfrequenter elektromagnetischer Strahlung sowie mehrere integrierte Antennen enthält.
Aus der EP 1 174 162 A1 sowie der WO 92/11 899 sind Textilgewebe mit elektromagnetische Felder dämpfenden Materialien und ihre Verwendung zur Abschirmung von hochfrequenter Strahlung bekanntgeworden.
Entscheidende Vorteile drahtloser Systeme zur Datenübertragung gegenüber drahtgebundenen Systemen sind eine schnelle Applizierbarkeit und ein geringer Installationsaufwand, eine flächendeckende Verfügbarkeit und häufig Handhabungsvorteile. Insbesondere bei einer körpernahen Installation kommt es kaum zu Einschränkungen der Bewegungsfreiheit.
Im Zuge technischer Verbesserungen ist mit einer weiteren Zunahme der Verbreitung drahtloser Funkübertragungssysteme zu rechnen. Mit einer derartigen Entwicklung verbundene mögliche oder assoziierte Gefährdungspotentiale oder Beeinträchtigungen sind sicher zu identifizieren und abzubauen.
Ein Umstand, der immerhin mit der Möglichkeit vereinzelter Beeinträchtigungen in Verbindung gebracht wird, ist die zunehmende Durchdringung des menschlichen Lebensraumes mit elektromagnetischen Wechselfeldern. Insbesondere oberwellenreichen Digitalsignalen und hochfrequenten Feldern werden teilweise negative Auswirkungen auf die Gesundheit oder das Wohlbefinden zumindest unterstellt. Diese in Betracht gezogenen Beeinträchtigungen sind insbesondere in Zusammenhang mit polaren Flüssigkeiten teilweise physikalisch erklärbar, bei relevanten Feldstärken meist nicht nachweisbar, aber auch nicht mit Sicherheit auszuschließen. Ein verantwortlicher Umgang mit technischer Infrastruktur gebietet es jedoch, auch hypothetische Beeinträchtigungen der Gesundheit nach Möglichkeit auszuschließen.
In begründeten Fällen, wo eine derartige hypothetische Beeinträchtigung in Kauf genommen werden muss, ist das Gefährdungspotential möglichst gering zu halten. Eine Minimierung der Strahlenbelastung durch elektromagnetische Wechselfelder ist darüber hinaus auch zweckmäßig, um die Akzeptanz drahtloser Systeme weiter zu verbessern, was eine Nutzung zweifellos vorhandener Vorteile derartiger Systeme in weiteren Anwendungsfeldern erschließen könnte.
Ein solches Anwendungsfeld ist die Verwendung von physikalischen Sensoren direkt am menschlichen Körper. Dort hat eine Drahtanbindung gegenüber einer drahtlosen Anbindung entscheidende Handhabungsnachteile. Insbesondere bei Applikation verschiedener Sensoren sollte deren Handhabung jedoch möglichst einfach sein und der Bewegungsfreiraum des Trägers möglichst wenig eingeschränkt werden.
Ein besonders sensibles Thema ist die Erzeugung hochfrequenter elektromagnetischer Felder in unmittelbarer Körpernähe, was sicher zumindest teilweise durch die breite Popularisierung der hochfrequenten Mobiltelefonie bedingt ist. Als Körpernähe ist diesbezüglich der Bereich zu sehen, der durch Abstände von der Körperoberfläche charakterisiert ist, die ähnlich oder kleiner als die Abmessungen des menschlichen Körpers sind.
Einerseits fordert die Verwendung von Sendern zur Funkübertragung gewisse Mindestpegel, um einen Empfang zu gewährleisten, andererseits bietet gerade die Inkaufnahme körpernaher Anordnungen entscheidende Vorteile, was Komfort, Verfügbarkeit und Anwendungsmöglichkeiten drahtloser Übertragungssysteme anbelangt. Häufig werden zu übermittelnde Signale direkt in Körpernähe generiert. Werden sie nah vom Ort der Generierung versendet, bedeutet das eine Reduzierung des Aufwandes, da die Installation von Mitteln zur Weiterleitung der Signale vom Ort der Generierung zu einem separat angeordneten Sender weitgehend entfallen kann.
Direkt in Körpernähe angeordnete Sender werfen jedoch andere technische Probleme auf. Ein Teil der Sendeleistung kann vom Gewebe des menschlichen Körpers absorbiert werden. Dies ist insbesondere bei zu betrachtenden hohen Frequenzen der Fall. Daraus ergibt sich eine ungünstige Abstrahlcharakteristik. Befindet sich zwischen Sender und Empfangsantenne der menschliche Körper, so muss dieser durch eine erhöhte Sendeleistung als absorbierendes Hindernis überwunden werden. Besonders bei Frequenzen oberhalb von 1,3 Gigahertz ist die Dämpfung durch Wassermoleküle besonders effektiv. Dies ist mit einer ungewollten starken Signaldämpfung verbunden. Außerdem kann es abhängig von der Sendeleistung auch zu einer unerwünschten Erwärmung der Körperflüssigkeit kommen, da die Wassermoleküle aufgrund ihres polaren Charakters zu Schwingungen angeregt werden. Besonders problematisch ist eine derartige hohe Strahlenbelastung im Kopfbereich, was unter Umständen mit der Möglichkeit des Auftretens von Augenschäden in Verbindung gebracht wird. Daher ist eine Konzentration der Sendeleistung auf den Kopfbereich relativ ungünstig. Gerade in diesem Bereich erfolgt jedoch, entsprechend dem Stand der Technik, insbesondere in der Mobilfunktechnologie, eine besonders starke Sendeleistungsabgabe.
Prinzipiell ist es möglich, bei schlechter Übertragungsqualität beziehungsweise Empfangssicherheit eventuell im Weg stehende Hindernisse durch eine Erhöhung der Sendeleistung zu überwinden.
Es ist des Weiteren bekannt, durch Verwendung mehrerer Empfangsantennen und einer möglichen Umschaltung zwischen diesen Antennen die Empfangsgeometrie zu optimieren. Als Beispiel ist hier die Verwendung mehrerer Empfangsantennen in PKW zu nennen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Methode zu entwickeln beziehungsweise ein Verfahren und eine zu seiner Ausführung erforderliche Vorrichtung anzugeben, die es ermöglichen, mit geringer Sendeleistung und hoher Empfangssicherheit eine quasi multidirektionale Abstrahlung zu realisieren.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Funkübertragung von in Körpernähe generierten Signalen gemäß Anspruch 1.
Die Ansprüche 2 bis 12 beschreiben vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens. Anspruch 13 gibt eine Sendeanordnung für eine Funkübertragung in Körpernähe generierter Signale gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1 an.
Die Ansprüche 14 bis 23 enthalten vorteilhafte Ausführungsformen einer derartigen Sendeanordnung.
Die Erfindung geht davon aus, dass die zur Übertragung von einem Sender zu einem Empfänger erforderliche Sendeleistung außer durch die Entfernung zwischen Sender und Empfänger im Wesentlichen davon beeinflusst wird, ob sich die Übertragung dämpfende Hindernisse im direkten Übertragungsweg befinden oder nicht. Bei körpernah getragenen Sendern kann sich, wenn der Träger selbst in Bewegung ist, der Körper des Trägers als dämpfendes Hindernis in den Übertragungsweg bewegen. In solchen Fällen kommt es während des Empfangs während der Bewegung des Trägers zu ständigen Schwankungen der empfangenen Leistung. Um in derartigen Fällen einen teilweisen Abbruch des Empfangs zu umgehen, ist es grundsätzlich möglich, mit einer durchweg erhöhten Sendeleistung zu arbeiten.
Erfindungsgemäß wird jedoch davon ausgegangen, dass es möglich ist, bei Verwendung mehrerer Antennen zumindest eine so anzuordnen, dass zwischen ihr und dem Empfänger kein besonders stark dämpfendes Hindernis angeordnet ist. Erfüllt eine Antenne diese Anforderung, so wird zumindest sie als Sendeantenne verwendet. Das ermöglicht die sichere Versendung von in Körpernähe generierten Signalen mit kleiner Sendeleistung. Verändern sich die Abstrahlungseigenschaften, kann auch während des Sendens ein Wechsel von einer zu einer anderen Antenne vorgenommen werden. Das erfindungsgemäße Verfahren besteht in einer Funkübertragung von in Körpernähe generierten Signalen über eine Anordnung von mindestens zwei an verschiedenen körpernahen Positionen angeordneten Antennen, bei dem vor oder während der Übertragung eine Auswahl mindestens einer Antenne vorgenommen wird, welche als Sendeantenne wirkt und wobei nach Eintritt eines durch mindestens einen festgelegten zu überwachenden Parameter charakterisierten Alarmzustandes alle verfügbaren Antennen mit maximaler Sendeleistung beaufschlagt werden. Das Verfahren wird ausgeführt mit einer Vorrichtung für eine Funkübertragung von in Körpernähe generierten Signalen, die mindestens eine elektronische Baugruppe, die zu sendende Signale generiert, mindestens zwei an verschiedenen körpernahen Positionen angeordnete und an mindestens einem Stützmittel befestigte Antennen und Mittel zur Auswahl der Antenne oder der Antennen, über welche die Übertragung der Signale erfolgen soll, enthält. Als Stützmittel können Bekleidungsteile, am Körper getragene Ausrüstungsgegenstände oder verschiedene Befestigungsmittel dienen.
Die Auswahl der Sendeantenne kann auf verschiedene Weise erfolgen. Dadurch wird erreicht, dass zumindest eine Antenne auf möglichst direktem Wege mit einer Empfangsstation kommunizieren kann, ohne stark dämpfende Hindernisse überwinden zu müssen. Auf diese Weise kann durch rechtzeitig vorgenommene Auswahl der jeweils optimalen Antenne stets mit minimaler Sendeleistung gearbeitet werden, ohne dass der Abbruch des Empfangs droht.
Die Auswahl der Antenne kann durch einfache Prognose und manuelle Auswahl erfolgen. Zweckmäßig kann es sein, wenn die Auswahl der Antenne in Abhängigkeit von mindestens einem die Funkübertragung charakterisierenden technischen Parameter erfolgt. Ein solcher technischer Parameter ist das Stehwellenverhältnis. Das Stehwellenverhältnis charakterisiert die abgestrahlte Sendeleistung im Verhältnis zur eingespeisten Sendeleistung. Wird nur ein geringer Teil der eingespeisten Leistung tatsächlich abgestrahlt, so arbeitet die Antenne ineffektiv. Um eine sichere Funkübertragung zu gewährleisten, müsste die eingespeiste Leistung deutlich erhöht werden. Im erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt dagegen ein Wechsel zu einer anderen Antenne, die durch ein besseres Stehwellenverhältnis gekennzeichnet ist.
Alternativ zur Ermittlung der Antenne mit dem jeweils besten Stehwellenverhältnis kann eine Verfahrensausgestaltung stehen, in der lediglich geprüft wird, ob eine ausgewählte Sendeantenne ein Stehwellenverhältnis aufweist, das über einem vorgegebenen Schwellwert liegt. Liegen mehrere Antennen über diesem Schwellwert, so wird aus dieser Mannigfaltigkeit eine Antenne nach einem weiteren Kriterium als Sendeantenne ausgewählt.
Besonders vorteilhaft ist die Integration einer Abschirmschicht in die Schutzbekleidung. Diese verhindert effektiv eine Einstrahlung der abgegebenen Sendeleistung in den Bereich des Körperinnern.
Eine Möglichkeit der Konzentration von Sendeleistung in vom menschlichen Körper abgewandte Richtungen ist es, die Antennen als verkürzte λ/4-Strahler mit Massefußpunkt einzusetzen, die senkrecht zur Massefläche aus einer Textilstruktur herausragen. Dies hat den Vorteil, dass die zur Antennenverkürzung notwendige Massefläche ebenfalls in die Textilien integriert werden kann, zum Beispiel durch Einweben elektrisch leitfähiger Fasern. Dieses Antennenprinzip schließt eine Abstrahlung in Richtung zum Körper nahezu vollständig aus. Die Länge der Strahler kann dabei durch den Einsatz von Verlängerungsspulen und durch die Anwendung von Helix-Antennen bei der Verwendung hoher Funkfrequenzen so weit verkürzt werden, dass die Strahler gemeinsam mit Sensoren in kleinen Sensormodulen in die Textilien integriert werden können.
Eine Steigerung der Abstrahlleistung ist mit einer Anordnung von Strahlern in Gruppen, sogenannten phasengekoppelten Antennen-Arrays mit Richtcharakteristik, möglich. Befindet sich der Empfänger in der Richtung der maximalen Abstrahlleistung, so kann auf diese Weise mit nochmals verringerten Sendeleistungen gearbeitet werden.
Beispiele zur Längendimensionierung derartiger Antennen sind aus dem CB-Funk bekannt. Dort wird beispielsweise mit Frequenzen von 27 Megahertz gearbeitet, was einer Wellenlänge von 11 m und einem λ/4-Strahler von knapp 3 m entspricht. Tatsächlich werden jedoch Kurzstabantennen von Längen um 12 cm eingesetzt, was durch den Einsatz von Verlängerungsspulen realisiert werden kann. Überträgt man dieses Konstruktionsprinzip auf im Mobilfunk gebräuchliche Frequenzen, so ergibt sich ein Skalierungsfaktor von etwa 60. Aus einer 12 cm langen Kurzstabantenne wird eine 2 mm lange Antenne. Mit derart miniaturisierten Antennen ist der 1,6 Gigahertz-Bereich zu erschließen. Analog lässt sich der 2,4 Gigahertz-Bereich, der 5 GHz-Bereich beziehungsweise der Bereich der ISM-Bänder, also 868 Megahertz beziehungsweise 910 Megahertz, erschließen.
Andere Antennenstrukturen, also ebene Strukturen wie Spiralantennen oder zur Körperoberfläche im Wesentlichen parallel angeordnete Dipolstrukturen, können ebenfalls zur Erzeugung einer vom Körper abgewandten Richtwirkung gestaltet und in textile Schichten integriert werden. Gute Abstrahlergebnisse lassen sich ebenfalls erzielen, wenn der Körperrumpf als Schirm- und Bezugsfläche von an den Extremitäten angebrachten Antennenstrahlern verwendet wird.
Werden derartige Antennenstrukturen in mehrteilige Kleidungsstücke integriert, so ist aufgrund der hohen Frequenzen darauf zu achten, dass in Überlappungsbereichen eine sichere Abschirmung erfolgt. Das wird beispielsweise durch eine deutliche Überlappung der einzelnen Bekleidungsteile realisiert. Durch Anordnung von Antennenstrukturen parallel zur Körperoberfläche lassen sich auch deutlich größere Dipol-Geometrien realisieren, was bedeutet, dass mit niedrigeren Frequenzen gearbeitet werden kann. Die Sendeleistung, die von der Sendeendstufe in die einzelnen Antennen eingespeist wird, muss an die Gegebenheiten, zum Beispiel unterschiedliche Bekleidungsstücke mit wechselnder Ausrüstung, angepasst werden. Eine zyklische Umschaltung zwischen den einzelnen Antennen kann dabei die effektive Abstrahlung bei Bewegung der Person verbessern. Auch kann eine situationsangepasste direkte Auswahl einzelnen Antennen die effektive Abstrahlung verbessern und damit Übertragungsfehler minimieren. Hierbei kann zum Beispiel eine integrierte Messung des Reflexionsfaktors oder auch eine in den Sendeablauf integrierte Bestimmung des Stehwellenverhältnisses dazu verhelfen, die Antenne mit der besten oder zumindest einer ausreichenden Sendewirkung auszuwählen.
Eine Alternative hierzu stellt die Möglichkeit dar, durch zyklischen Wechsel der Antennen empfängerseitig die empfangene Leistung auszuwerten und die Antenne auszuwählen, die einen optimalen Empfang ermöglicht. Das erfordert jedoch einen bidirektionalen Datenaustausch, da vom Empfänger aus die Auswahl veranlasst werden muss.
Durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine schnelle Reaktion auf sich ändernde Abstrahlverhältnisse möglich. Diese können sich beispielsweise ändern, wenn durch bewegungsbedingte Lageänderungen verschiedener Ausrüstungsgegenstände in einem Rucksack oder metallischer Pressluftflaschen die Abstrahlung der vorgesehenen Sendeleistung temporär behindert wird. Das Gleiche gilt für bauchseitig positionierte Antennen, wenn eine Person sich flach über einen eventuell sogar metallischen Untergrund fortbewegt. In beiden Fällen kann eine Reichweitenreduzierung die Folge sein. In beiden Fällen ist dann eine erfindungsgemäße Konzentration der Sendeleistung, zum Beispiel auf schulternah angeordnete Antennen, sinnvoll. Tritt in besonders ungünstigen Fällen eine zu starke Dämpfung aller Antennen am Oberkörper auf, so kann kurzzeitig auf eine beispielsweise in den Helm integrierte oder anderweitig in Kopfnähe angebrachte Antenne umgeschaltet werden, bis die Sendebedingungen für eine Nutzung der übrigen Antennen wieder günstiger sind. Das kann zum Beispiel durch entsprechende Bewegungen der sendenden Person oder die Entfernung von dämpfenden Hindernissen zwangläufig eintreten oder gezielt herbeigeführt werden.
In Alarmsituationen ist es daneben vorteilhaft, eine Möglichkeit vorzusehen, zyklisch alle am Körper zur Verfügung stehenden Antennen, also auch eine im Normalfall nicht priorisierte kopfnahe Helmantenne, mit voller Sendeleistung anzusteuern, um sicherzustellen, dass ein eventuell zu übertragender Notruf mit Sicherheit empfangen wird.
Vorteilhaft kann es auch sein, eine erfindungsgemäße mehrteilige Antennenstruktur in ein zusätzliches Kleidungsstück zu integrieren, das als Zubehörteil zu bestehenden Ausrüstungsgegenständen eingesetzt werden kann. Eine derartige Antennenstruktur beispielsweise in Form einer Jacke kann als Zubehör für Mobiltelefone ausgeführt sein. Gerade für mobile Vieltelefonierer kann die Anwendung einer derartigen Jacke eine Alternative zu der ständig in Kopfnähe abgegebenen Sendeleistung sein.
Die Verbindung der einzelnen Antennen untereinander kann drahtgebunden erfolgen. Zu diesem Zweck kann ein in Textilstrukturen eingewebtes System von elektrischen Leitungsbahnen vorgesehen werden. Derart modifizierte Textilstrukturen lassen sich problemlos in herzustellende Kleidungsstücke einbeziehen.
Kommt es zu einer Überlappung einzelner Kleidungsstücke, so können die einzelnen Kleidungsstücke im Bereich der Überlappung durch eine induktive Kopplung mit Hilfe induktiver Übertragungsmittel untereinander verbunden werden.
Bei der induktiven Kopplung ist ein Frequenzbereich von unter einem Megahertz, beispielsweise 125 kHz oder 134 kHz, einsetzbar, was bedeutet, dass die elektromagnetische Belastung bezüglich einer Energieabsorption durch das menschliche Gewebe nicht in Betracht zu ziehen ist. Bei Verwendung von höheren Frequenzen (beispielsweise 13,56 MHz) zur Kopplung können in den Überlappungsbereichen der einzelnen Kleidungsstücke körperseitige Abschirmschichten eingesetzt werden, die die zum Körper gerichtete Abstrahlung geeignet bedampfen.
Alternativ zu einer Integration der Antennenstruktur in die Bekleidung kann die Befestigung erfindungsgemäßer Antennen anheftbar durch beispielsweise mit Klettverschluss befestigbare Textilstücke erfolgen. Daneben kommt eine Integration erfindungsgemäßer Antennen in sogenannten Pads, zum Beispiel als Heft- oder Elektrodenpflaster zur direkten Anbringung auf der Haut in Frage.
Ohne sich darauf zu beschränken, werden am Beispiel von Schutzbekleidung für Feuerwehreinsatzkräfte weitere Erläuterungen zu vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung gemacht.
Zugehörig zeigen:
1 einen in einem erfindungsgemäß ausgestalteten Kleidungsstück enthaltenen beispielhaften Schichtaufbau,
2 bevorzugte Bereiche für die Anbringung erfindungsgemäßer Antennen an Schutzbekleidung,
3 einen Ausschnitt aus einer erfindungsgemäß ausgestatteten Schutzausrüstung für Feuerwehreinsatzkräfte.
Eine besonders vorteilhafte Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens lässt sich durch Vorrichtungen realisieren, die einen mehrschichtigen Aufbau aus textilen Schichten beinhalten. 1 zeigt schematisch ein derartigen Schichtaufbau. In einer unteren Schicht 2 sind verschiedene Sensoren 1 zur Messung von Vitalparametern enthalten. Das können zum Beispiel eingebettete Temperatur- und Pulssensoren sein. Darüber befindet sich eine Schicht 3, in die Betriebs- und Auswerteelektronik 4 und möglicherweise Batterien integriert sind. Die Batterieanordnung kann ebenfalls als gesonderte Schicht 5 ausgebildet sein.
Darüber befindet sich eine geeignet modifizierte textile Schicht 6, die als Hochfrequenzabschirmung wirkt. Zu diesem Zweck kann die als Abschirmung wirkende Schicht 6 mit metallischen Komponenten durchwirkt oder beschichtet sein.
In einer vorteilhaften Ausführungsform können mehrere Abschirmschichten vorhanden und zwischen den einzelnen Funktionsschichten integriert sein. Darüber befindet sich eine textile Schicht 7, in die verschiedene Hochfrequenzantennen 8 inklusive einer Leistungsendstufe 9 integriert sind. Die Abschirmschicht 6 verhindert einerseits, dass die abgestrahlte Sendeleistung ins Körperinnere gelangt und schützt andererseits die integrierte Betriebs- und Auswerteelektronik 4 vor Störwirkungen durch abgestrahlte Sendeleistung während des Betriebes. Die Betriebs- und Auswerteelektronik 4 umfasst Mittel, um über Stehwellenmessungen die Antennen ermitteln zu können, die einen Anteil der in sie eingespeisten Energie abstrahlen, der über einem vorgegebenen Schwellwert liegt, oder die Antenne zu ermitteln, die einen möglichst hohen Anteil der in sie eingespeisten Energie abstrahlt. Die Betriebs- und Auswerteelektronik 4 umfasst weiterhin Mittel zur Auswahl einzelner Antennen als Sendeantenne.
2 zeigt bevorzugte Bereiche für die Anbringung erfindungsgemäßer Antennen an Schutzbekleidung von Feuerwehreinsatzkräften.
Der mehrlagige Textilaufbau bildet bei Verarbeitung zu tragfähigen Ausrüstungsgegenständen, beispielsweise zu Kleidungsstücken, ein Stützmittel zur Aufnahme einer erfindungsgemäßen Antennenanordnung. Auf diese Weise können mehrere Antennen mit Sensoren zur Überwachung von Vitalparametern, Batterien, Betriebselektronik und anderen Bestandteilen in einen textilen Schichtaufbau und damit in Schutzbekleidung integriert werden. Der Schichtaufbau ist zumindest Bestandteil der Schutzbekleidung von Feuerwehreinsatzkräften.
Es sind Antennen im Kopf 10-, Schulter 11-, Bauch 12- sowie Rückenbereich 13 umfasst. Des Weiteren können Antennen an den Armen 14 und Beinen 15 integriert werden. Alle Antennen können einzeln oder in verschiedenen Kombinationen mit der Leistungsendstufe 9 verbunden werden, die wiederum mit den Ausgängen der Sensoren zur Überwachung von Vitalparametern bzw. der Betriebs- und Auswerteelektronik 4 in Verbindung steht.
Bei den für Einsatzkräfte typischen Bewegungsabläufen kommt es vereinzelt zu einer sehr starken Dämpfung der Abstrahlung einzelner Antennen. Beispielsweise beim Kriechen auf dem Bauch kann von Antennen im Bauchbereich nur eine geringe Abstrahlung von Sendeleistung erfolgen. In diesem Fall kann nach dem erfindungsgemäßen Verfahren problemlos auf eine Antenne im Schulter oder Rückenbereich umgeschaltet werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn variable verschiedene Ausrüstungsgegenstände als Antennenträger mit einbezogen werden. Dies können zum Beispiel Schutzhelme, Handschuhe, Pressluftflaschen, Rucksäcke o.ä. sein. Führt die Aufnahme einzelner Ausrüstungsgegenstände zur Abdeckung einzelner Antennen, so ist es besonders vorteilhaft, wenn diese Ausrüstungsgegenstände selbst wiederum eine Antenne umfassen und gewissermaßen als Ersatz für die abgedeckte Antenne fungieren können.
Vorteilhaft ist es dabei, wenn am Ort der integrierten Antennen jeweils induktive Übertragungsmittel angeordnet sind, die bei Applikation des Ausrüstungsgegenstandes eine Weiterleitung der ursprünglich zur Versendung durch die abgedeckte Antenne vorgesehenen Signale an die Antenne des applizierten Ausrüstungsgegenstandes ermöglichen. Diese Weiterleitung kann nach dem transformatorischen Prinzip erfolgen.
3 zeigt einen Ausschnitt aus einer erfindungsgemäß ausgestatteten Schutzausrüstung für Feuerwehreinsatzkräfte. Eine Leistungsendstufe 9 ist mit einer schulternahen Antenne 11 in eine Jacke 15 integriert. Eine weitere Antenne 10 ist in eine Feuerschutzmaske 16 integriert. Die Leistungsendstufe 9 kann über Verbindungsleitungen 17 mit der schulternahen Antenne 11 und/oder mit induktiven Übertragungsmitteln 18 im Kragenbereich verbunden werden. Wird die Feuerschutzmaske 16 ordnungsgemäß angelegt, so besteht im Kragenbereich eine Überlappung zwischen Feuerschutzmaske 16 und Jacke 15. In diesem Fall korrespondieren die induktiven Übertragungsmittel 18 im Kragenbereich mit induktiven Übertragungsmitteln 19 im unteren Bereich der Feuerschutzmaske 16, die über eine in die Maske integrierte Verbindungsleitung 20 mit der Antenne 10 verbunden sind. Durch die Nutzung der induktiven Übertragungsmittel 18, 19 kann somit die Leistungsendstufe 9 in der Jacke 15 mit der kopfnahen Antenne 10 verbunden werden. Auf diese Weise können Antennen, die sich an anderen Ausrüstungsgegenständen befinden, in erfindungsgemäße Antennenkonfigurationen einbezogen und gemäß dem beanspruchten Auswahlverfahren zur Versendung körpernah generierter Signale benutzt werden. Grundsätzlich sind auch andere Verbindungsmittel zur Weiterleitung der zu sendenden Signale über die Grenzen einzelner Stützmittel hinweg einsetzbar.

Claims

Verfahren zur Funkübertragung von in Körpernähe generierten Signalen über eine Anordnung von mindestens zwei an verschiedenen körpernahen Positionen angeordneten Antennen, bei dem vor oder während der Übertragung eine Auswahl mindestens einer Antenne vorgenommen wird, welche als Sendeantenne wirkt und wobei nach Eintritt eines durch mindestens einen festgelegten zu überwachenden Parameter charakterisierten Alarmzustandes alle verfügbaren Antennen mit maximaler Sendeleistung beaufschlagt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahl der Antenne in Abhängigkeit von mindestens einem die Funkübertragung charakterisierenden technischen Parameter erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass über Stehwellenmessungen die Antenne ermittelt wird, die den höchsten Anteil der in sie eingespeisten Energie abstrahlt und diese Antenne als Sendeantenne ausgewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass über Stehwellenmessungen die Antennen ermittelt werden, die einen Anteil der in sie eingespeisten Energie abstrahlen, der über einem Schwellwert liegt und aus diesen Antennen mindestens eine Antenne ausgewählt wird, die als Sendeantenne wirkt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nacheinander einzelne Antennen oder Antennenkombinationen als Sendeantennen eingesetzt werden, wobei ermittelt wird, bei welcher Antenne oder Antennenkombination sich an einem Empfänger die höchste Eingangssignalstärke ergibt und die so ermittelte Antenne oder Antennenkombination als Sendekonfiguration ausgewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nacheinander einzelne Antennen oder Antennenkombinationen als Sendeantennen eingesetzt werden, wobei ermittelt wird, bei welchen Antennen oder Antennenkombinationen sich an einem Empfänger eine Eingangssignalstärke ergibt, die über einem Schwellwert liegt und aus diesen Antennen oder Antennenkombinationen eine Sendekonfiguration ausgewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne als Sendeantenne ausgewählt wird, die die geringste Abstrahlung in den Kopfbereich erwarten lässt.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Fall, dass der Schwellwert des abgestrahlten Leistungsanteils oder der empfängerseitigen Eingangssignalstärke bei Verwendung von verschiedenen Antennen oder Antennenkombinationen als Sendekonfiguration überschritten wird, diejenige Sendekonfiguration ausgewählt wird, die die geringste Abstrahlung in den Kopfbereich erwarten lässt.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahl der mindestens einen Antenne, welche als Sendeantenne wirkt, zyklisch wiederholt wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der die Funkübertragung charakterisierende technische Parameter zyklisch überprüft wird und, wenn er außerhalb eines vorgegebenen Bereiches liegt, eine Neuauswahl der mindestens einen Antenne, welche als Sendeantenne wirkt, vorgenommen wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass nach Auswahl der mindestens einen Antenne, welche als Sendeantenne wirkt, eine Reduzierung der Sendeleistung vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeleistung reduziert wird, bis ein vorgegebener Höchstwert der Eingangssignalstärke unterschritten wird.
Vorrichtung für eine Funkübertragung von in Körpernähe generierten Signalen gemäß Anspruch 1, enthaltend mindestens eine elektronische Baugruppe, die zu sendende Signale generiert, mindestens zwei an verschiedenen körpernahen Positionen angeordnete und an einem Stützmittel befestigte Antennen und Mittel zur Auswahl der Antenne oder der Antennen, über welche die Übertragung der Signale erfolgen soll.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Antennen für sich allein sendefähig ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützmittel am Körper befestigt werden können.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet dass als Stützmittel zumindest Teile von Kleidungsstücken dienen.
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Kleidungsstücke eine mehrlagige Textilstruktur umfassen, die zumindest eine Schicht mit eingebetteten Sensoren zur Messung von Vitalparametern, eine Schicht mit einer integrierten Betriebs- und Auswerteelektronik, eine Schicht zur Abschirmung hochfrequenter elektromagnetischer Strahlung und eine Schicht mit integrierten Antennen enthält.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet dass als Antennen verkürzte Viertel-Strahler enthalten sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet dass als Antennen zur Körperoberfläche im Wesentlichen parallel angeordnete Dipolstrukturen enthalten sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet dass als Antennen phasengekoppelte Antennenarrays enthalten sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet dass mindestens eine elektronische Baugruppe, die zu sendende Signale generiert, an einem Stützmittel befestigt ist und mindestens eine Antenne an einem weiteren Stützmittel befestigt ist, wobei die Stützmittel einen Überlappungsbereich aufweisen, in dem Verbindungsmittel zur Weiterleitung der zu sendenden Signale von der elektronischen Baugruppe zur Antenne enthalten sind.
Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass im Überlappungsbereich der Stützmittel induktive Übertragungsmittel zur Weiterleitung der zu sendenden Signale enthalten sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 22, dadurch gekennzeichnet dass die Mittel zur Auswahl der Antenne oder der Antennen, über welche die Übertragung der Signale erfolgen soll, Mittel für eine Stehwellenmessung enthalten.