本发明涉及具有集成数据通信装置的灯具，特别是用于户外环境的灯具。具体地，本发明涉及具有暴露最小的集成天线系统的引导灯具，比如航空地面照明。
背景技术：
1、在航空站存在比如航空地面照明(agl)等大量照明设备，这些照明设备可以具体地位于例如停机坪、坡道、滑行道或跑道上或附近，或者其他地方，比如机库等建筑物上、空中交通管制(atc)塔上或其他设施上。世界各地的航空站中都使用航空地面照明，以在其飞行器着陆、起飞和地面运动期间为飞行员提供支持。agl系统通常包括电源(例如，恒流调节器或ccr)、变压器和被布置在经由变压器连接至电源的一个或多个电路中的多个灯具。
2、空中交通管制操作员以及维护或机场工程部两者可以提供对agl系统的控制和监测、甚至包括对灯的个体或群组级别的控制。需要不同的通信方法来为所有这些agl装备提供(通常基于电力线通信技术)适当的控制命令。通过说明的方式，从ep 1523864和ep1606785中已知一种具有能够与多个照明设备通信的控制单元和中央通信单元的航空站照明系统。照明设备经由电力供应线连接至控制单元和中央通信单元。中央通信单元与照明设备之间的通信通过正交频分复用(ofdm)技术经由电力供应线执行，在正交频分复用技术中，将数据流分割到有限频率范围中的多个窄带信道上，以减少干扰和串扰。照明设备在其端部包括能够与中央通信单元通信的可寻址通信网关设备。经由电力供应线进行的数据通信可以包括用于操作照明设备的控制命令，并且可以包括由布置在照明设备附近的传感器捕获的测量数据。
3、沿着电力供应线，在每个节点处布置了电绝缘变压器以及照明设备。通信网关设备被布置在变压器的次级侧，在照明设备的一侧。由于这些变压器通常会衰减高频信号，因此必须使用专用变压器来允许高频信号通过，从而增加了安装成本。然而，可用频带通常被限制在约190khz，从而限制了数据带宽。
4、大多数agl电路被布置为串联电路。这种拓扑进一步限制了可以通过用于监测照明系统的操作状况的电路的信息量。带宽不允许传递从各种传感器获得的附加信息或存储在设备处的历史数据。此外，出于安全原因，状态状况信息通常集中存储在控制和监测系统内，维护人员的访问能力有限。
5、由于agl灯提供了覆盖航空站的重要区域的分布式灯具系统，因此期望将在灯具中嵌入附加传感器，从而使得能够捕获安全关键数据，比如机场的环境状况、飞行器的经过和其他地面交通等。所有这些传感器都可以产生大量数据，该数据必须实时传输至中央处理单元(比如在机场操作中心和控制塔处)，因此需要上述电力线通信技术无法提供的增加的带宽。
6、克服有限带宽的一个选项是在agl灯具之间提供额外的布线，比如光纤电缆。然而，考虑到航空站面积很大，这是一种昂贵的解决方案。为了增加通信带宽，因此需要允许单个灯以无线方式直接与专用服务器通信，从而为各种用户应用程序提供更多信息。
7、然而，将射频(rf)天线并入这种灯具中受到很大约束。首先，在机场，灯具需要具有最小的喷气气流暴露、着陆飞行器的冲击，并且必须满足在机械性能、水密性、操作温度范围和寿命方面的特定faa(联邦航空管理局)和/或icao(国际民用航空组织)要求。另外，在agl灯具的特定情况下，这些灯具是需要与地面齐平的嵌入灯具。此外，agl灯具包括封闭的金属外壳，使得无线rf信号极难穿过外壳。
8、wo 2005/094135公开了一种具有集成天线的嵌入灯。顶盖包括用于容纳合适棱镜的一个或多个孔径，该棱镜刚性地紧固至顶盖并且旨在发送相应光束。天线位于棱镜的与相应孔径相对应的壁中并且是根据已知技术(例如，丝网印刷)获得的。天线的端子通过穿过插入在棱镜与顶盖之间的密封件内部的电连接而连接至内部电路。根据变体，天线容纳在密封件内部，或者位于(例如，通过丝网印刷获得)其面向棱镜的内表面上。天线非常靠近孔径的定位允许信号的发射/接收，而不会在由孔径标识的方向上减弱和/或衰减。然而，上述解决方案的一个缺点是顶盖与棱镜之间的密封非常困难，特别是由于与天线的电连接必须另外穿过密封件。很难获得机场管理局要求的长时间(比如10年以上)的水密性。wo2005/094136公开了一种类似的设备，但是顶盖由可注塑模制材料(合成树脂)制成且天线在模制操作之前被引入模具中，并且被封装在顶盖中。然而，与金属外壳相比，合成树脂和其他可注塑模制材料由于机械性能和耐温/耐磨性较弱而对于机场灯具不是优选的。
技术实现思路
1、因此，在本领域中需要提供一种灯具(比如用于机场灯并且特别是用于agl)，以可靠的方式集成rf天线。本领域需要提供一种灯具，允许传送和收集更大量的信息以用于改进控制和数据感测。在本领域中还需要提供允许更容易且更快的维护和监测的灯具。
2、根据本公开的第一方面，因此提供了一种如本公开和所附权利要求中阐述的灯具。灯具具体地是引导灯具、嵌入灯具，或两者的组合。具体地，灯具是航空地面灯。
3、根据本公开的灯具包括光源、壳体和天线，该天线被配置为发射和/或接收射频信号。光源被布置在壳体中。壳体包括基本上(完全)由导电材料制成的主体部分，该导电材料优选地是金属，比如铸铝或铸铁。主体部分(可以是指灯具的覆盖盖子)具有外表面，该外表面有利地指暴露的表面或外部表面。第一凹部被布置在外表面中。第一凹部在外表面中具有提供通向凹部的通道的第一开口，并且优选地包括与第一开口相对的底部。第一凹部的底部和/或壁可以基本上由导电材料制成。主体部分有利地包括周向边缘，并且所述第一凹部有利地被布置成邻近周向边缘。天线容纳在第一凹部中。有利地，天线完全包含在第一凹部中，而没有突出部分向外延伸超过第一开口或外表面。在一些示例中，天线被布置在第一凹部中，使得所述天线与第一凹部的外围边缘齐平或先从该外围边缘凹入。
4、主体部分可以是指灯具的盖子。主体部分可以包括由相应光学窗口封闭的一个或多个贯通开口，并且一个或多个光源被配置为通过一个或多个光学窗口发射光。一个或多个贯通开口可以被布置在相应的第二凹部中，该第二凹部有利地与天线的第一凹部不同且间隔开。
5、根据第一方面，天线是定向天线。此外或替代性地，天线是平面天线。天线可以具有基本上平行于第一凹部的底部或平行于第一凹部的第一开口的平面。天线可以被布置在第一凹部底部上，比如与第一凹部底部接触。
6、根据第二方面，天线包括与谐振长度相关联的轴线。天线安装在第一凹部中，其轴线基本上平行于周向边缘的局部切线。通过周向边缘的平面限定灯具的安装平面，天线的轴线有利地平行于安装平面。天线的垂直于谐振长度轴线的另一轴线可以被布置成相对于安装平面倾斜，例如当第一凹部的底部倾斜时。
7、利用上述任意特征，rf天线可以设置在导电灯具上，同时仍然沿着有用方向获得可行的天线信号(增益)，比如朝向其他邻近灯具，特别是获得uwb通信信号，或者朝向无线电基站单元(radio base unit)，特别是获得5g(蜂窝)通信信号。这在包括相对较厚或较大的金属壳体部分的灯具(比如agl灯具和其他(室外)嵌入灯具)中是特别有用的，否则很难从灯具中获得合适的天线信号。由于天线相对于灯具的外表面凹入，因此天线在灯具的体积外部的暴露最小或甚至被避免，并且保持较高的抗机械冲击或喷气气流能力。此外，第一凹部可以例如利用合适的封装化合物很容易地水密密封。这种封装化合物有利地不会显著影响或削弱无线天线信号。这些方面对于室外灯具尤其重要，特别是对于嵌入灯、具体是对于航空地面灯或其他机场嵌入或基本上齐平安装的灯尤其重要。
8、为了获得期望的信号覆盖，同时将天线的占用面积保持最小，可以提供相应天线例如围绕周向边缘以多个角度取向间隔开的多个第一凹部。以分布式角位置设置多个天线可以改善信号覆盖。在一个有利的示例中，至少第二凹部和相应的天线相对于第一凹部和相应的(第一)天线被布置在主体部分的对角线或直径相对端部处。因此，两个可能相同的天线可以沿主体部分的周向边缘对角地或直径相对地(彼此大约180°)布置，以在期望方向上获得可行信号。第二天线可以被配置为与第一天线同时和/或同步操作。在第一天线故障的情况下，第二天线可以充当备用天线。替代性地，一旦安装了灯具，具有朝向基站的最佳取向的天线就可以用于进行操作，而其他天线可能保持不工作。这允许在安装期间灯具相对于基站或其他无线电信标(例如，邻近灯具)更灵活地定位，从而减少安装工作量。不同的天线可以操作用于不同的无线通信技术，例如，第一天线用于蜂窝通信技术，并且第二天线用于uwb信号。在这种情况下，天线可以具有不同的尺寸和/或几何形状，并且可以具有不同的类型。每个天线可以包括其单独的驱动器和通信网关设备，或者天线可以耦接至相同或单个驱动器和/或通信网关设备。
9、有利地，主体部分可以包括斜坡部分，该斜坡部分相对于灯具的安装平面倾斜。安装平面可以是指由主体部分的周向边缘或灯具的周向边缘限定的平面。第一凹部有利地被布置在斜坡部分上。斜坡部分有利地邻近周向边缘并且可以具有在垂直于周向边缘的局部切线的平面中测量的与安装平面成5°到30°之间的倾斜角度。斜坡部分的斜率使得外表面相对于安装平面的高度从周向边缘向内增大。有利地，外表面具有相对于灯具的安装平面升高的中心部分或内部部分。斜坡部分可以沿周边延伸至内部部分。
10、有利地，天线(例如，在贴片、缝隙、vivaldi或环形天线的情况下)的平面被布置成相对于比如由主体部分的周向边缘限定的安装平面倾斜，有利地与安装平面成在垂直于周向边缘的局部切线的平面中测量的5°到30°之间的角度。天线平面的倾斜有利地使得天线(平面)相对于安装平面的高度从周向边缘向内增大。有利地，天线的倾斜角度在5°到20°之间，比如在5°到17°之间。这些倾斜角度可以对应于主体部分的外表面的斜坡角度并且有助于实现最小暴露，同时改善天线信号在有用方向上的方向性，比如在平行于安装平面并且相对于周向边缘径向向外的方向(例如，水平方向)上的方向性。
11、有利地，天线被配置为使得沿着主体部分的周向边缘的径向方向并且平行于由周向边缘的平面限定的安装平面，天线(当安装在第一凹部中时)的辐射图案在朝向周向边缘的方向上的增益比在相反方向上的增益高出至少2dbi、有利地至少3dbi、有利地至少4dbi、有利地至少5dbi。
12、在示例性实施例中，天线可以是贴片、缝隙、vivaldi或环形天线。天线有利地是贴片天线。这种贴片天线可以包括以一定距离间隔开彼此堆叠的至少三个导电层(71，72，73)。有利地将这些多个导电层调谐到不同的(例如邻近的)谐振频率。通过这样做，可以增加天线的带宽而不增加天线占用面积并且仅会极小地增加天线厚度。
13、有利地，天线被配置为发射和/或接收频率范围在3.1ghz到10.6ghz之间、优选地在3.1ghz到4.7ghz之间的射频信号。灯具可以包括合适的通信模块，比如或包括被配置用于在给定频率范围内操作的天线驱动器。通信模块有利地容纳在由壳体限定的内部空间中。主体部分可以形成内部空间的覆盖件，并且可以包括从内部空间到第一凹部的通孔，在该通孔中可以提供从通信模块到天线的馈线。
14、根据本公开的第二方面，提供了一种航空站信号发送系统，该航空站信号发送系统包括根据第一方面的多个灯具以及被配置用于与该多个灯具进行数据通信的中央通信单元。该多个灯具以及可能的中央通信单元包括耦接至相应天线的无线数据通信设备。无线数据通信设备可以被配置用于与以下各项中的一项或多项有关的测量数据的无线(例如蜂窝)通信：环境状况、气象状况、(外来)物体的存在、(外来)物体的移动、以及与相应灯具和/或光源相关的状态状况，以及可能地表示航空站信号发送系统的状况或用于操作航空站信号发送系统的控制信号的进一步数据。测量数据由结合在灯具中的一个或多个传感器设备捕获。无线数据通信设备可以经由电力供应线与通信设备通信或协作以进行数据通信，通过所述电力供应线为至少一个灯具供电。
1.一种航空地面灯具(60)，包括：
2.如权利要求1所述的航空地面灯具，其中，所述第一天线的所述平面基本上平行于所述第一凹部的底部(671)或平行于所述第一开口(672)的平面。
3.如权利要求1或2所述的航空地面灯具，其中，所述第一天线(19)包括与谐振长度相关联的轴线，其中，所述主体部分(62)包括周向边缘(623)，并且所述第一凹部(67)邻近所述周向边缘，并且其中，所述第一天线安装在所述第一凹部中，所述第一天线的所述轴线基本上平行于所述周向边缘的局部切线。
4.如前述权利要求中任一项所述的航空地面灯具，其中，所述天线被配置为使得：沿着所述主体部分的周向边缘(623)的径向方向并且平行于由所述周向边缘的平面限定的安装平面，当所述第一天线安装在所述第一凹部中时，所述第一天线的辐射图案在朝向所述周向边缘的方向上的增益比在相反方向上的增益高出至少3dbi。
5.如前述权利要求中任一项所述的航空地面灯具，其中，所述外表面进一步包括与所述主体部分的周向边缘(623)邻近的斜坡部分(625)，其中，所述斜坡部分相对于由所述周向边缘(623)限定的安装平面(64)倾斜，其中，所述第一凹部(67)被布置在所述斜坡部分上，优选地，所述斜坡部分具有在垂直于所述周向边缘的局部切线的平面中测量的与所述安装平面成5°到30°之间的倾斜角度。
6.如前述权利要求中任一项所述的航空地面灯具，其中，所述第一天线的所述平面被布置成相对于所述安装平面(64)倾斜5°到30°之间的角度(α)。
7.如前述权利要求中任一项所述的航空地面灯具，其中，所述主体部分包括从所述外表面延伸的贯通开口，其中，所述贯通开口被光学窗口(621，622)封闭，其中，所述光源被配置为通过所述光学窗口发射光，其中，所述光学窗口和所述第一凹部在所述外表面上间隔开。
8.如前述权利要求中任一项所述的航空地面灯具，其中，所述第一天线被布置在所述第一凹部中，使得所述第一天线与所述第一凹部的外围边缘齐平或从所述外围边缘凹入。
9.如前述权利要求中任一项所述的航空地面灯具，其中，所述第一天线是贴片天线(70，80)、缝隙天线、vivaldi天线和环形天线中的至少一个。
10.如前一项权利要求所述的航空地面灯具，其中，所述第一天线是贴片天线(70，80)。
11.如前一项权利要求所述的航空地面灯具，其中，所述第一天线包括以一定距离间隔开彼此堆叠的至少三个导电层(71，72，73)。
12.如前述权利要求中任一项所述的航空地面灯具，其中，所述第一天线被配置为发射和/或接收在3.1ghz和10.6ghz之间、优选地在3.1ghz和4.7ghz之间的频率范围中的射频信号。
13.如前述权利要求中任一项所述的航空地面灯具，进一步包括通信模块(18)，所述通信模块耦接至所述第一天线并且被配置为驱动所述第一天线，其中，所述通信模块被布置在所述壳体中，并且其中，所述主体部分(62)包括从所述第一凹部(67)延伸的通孔(674)，其中，被配置为将所述第一天线(19)连接至所述通信模块(18)的馈线(195)被布置在所述通孔中。
14.如前述权利要求中任一项所述的航空地面灯具，包括封装化合物(675)，所述封装化合物被布置在所述第一凹部中并且覆盖所述第一天线，优选地其中，所述第一天线嵌入在所述封装化合物中，优选地其中，所述封装化合物与在所述第一凹部外围的所述外表面的一部分基本上齐平。
15.如前述权利要求中任一项所述的航空地面灯具，其中，所述壳体包括安装盘，并且所述主体部分是所述安装盘的盖体，可选地，所述安装盘由导电材料制成。
16.如前一项权利要求所述的航空地面灯具，其中，所述主体部分(62)包括限定所述安装平面(64)的周向边缘(623)，其中，所述外表面(620)包括中心部分(624)和外围部分(625)，所述外围部分围绕所述中心部分并且延伸至所述周向边缘，其中，所述中心部分相对于所述安装平面升高，并且所述外围部分从所述周向边缘向所述中心部分以5°到30°之间的角度(β)倾斜，其中，所述第一凹部(67)定位在所述斜坡部分中，并且其中，所述主体部分包括由相应光学窗口(621，622)封闭的至少一个贯通开口，并且所述光源被配置为通过所述光学窗口发射光，其中，所述至少一个贯通开口被布置在与所述第一凹部间隔开的相应第二凹部(65，66)中。
17.如前述权利要求中任一项所述的航空地面灯具，进一步包括被布置在所述主体部分(62)中的第二凹部(67’)以及被布置在所述第二凹部中的被配置为发射和/或接收射频信号的第二天线，并且其中，所述第一凹部(67)和所述第二凹部(67’)被布置在所述主体部分的相反侧。
18.如前述权利要求中任一项所述的航空地面灯具，其中，所述第一凹部包括在所述底部(671)中的凹槽(673)，并且所述主体部分包括通向所述凹槽(673)的钻孔(674)，其中，所述钻孔和所述凹槽容纳连接至所述第一天线(19)的电线(195)。
