(57)【要約】      （修正有）【課題】危険場所で使用される耐圧防爆構造を有する全閉容器に取り付けることができる安全保持器とアンテナが一体化されたアンテナ装置を低コストで実現する。【解決手段】共通のプリント基板３９に、安全保持器を構成する阻止コンデンサ４０，４１，４３，４４とアンテナエレメント４９が実装されたアンテナ装置である。前記阻止コンデンサは前記プリント基板の両面に分散して実装され、前記アンテナエレメントはＪ型アンテナとして前記プリント基板の両面に分散して形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
共通のプリント基板に、安全保持器を構成する阻止コンデンサとアンテナエレメントが実装されたことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記阻止コンデンサは前記プリント基板の両面に分散して実装され、前記アンテナエレメントはＪ型アンテナとして前記プリント基板の両面に分散して形成されていることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記阻止コンデンサは前記プリント基板の一方の面に集中して実装され、前記アンテナエレメントはｙ型アンテナとして前記プリント基板の前記阻止コンデンサが実装された面に集中して形成されていることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記プリント基板はフレキシブル基板であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項５】
耐圧防爆構造を有する全閉容器に取り付けられることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナ装置に関し、詳しくは、危険場所で使用される耐圧防爆構造を有する全閉容器に取り付けられる無線ＬＡＮアクセスポイントなどの無線機器のアンテナ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、各種産業分野において、無線ＩＣタグを応用したシステムが開発され、実用化されている。また、プラントシステムにおいても、フィールド機器と制御システムとの間における各種の信号を無線で伝送することが行われつつある。
【０００３】
ところで、これらの無線機器を可燃性ガスや引火性物質の蒸気などの爆発性雰囲気が生じる可能性のある危険場所に設置するのにあたっては、特許文献１に記載されているように、無線機器を、耐圧防爆構造を有する全閉容器に収納することが望ましい。耐圧防爆構造の全閉容器とは、容器の内部で爆発を生じた場合に、その容器が爆発圧力に耐えるとともに、爆発による火炎が容器外部の可燃性ガスや引火性物質の蒸気などに点火しないように構成されたものである。
【０００４】
全閉容器内に無線機器を収納するのにあたり、アンテナについても、無線機器に対しては本来のアンテナとして機能し、無線機器の電源系統が故障してもアンテナを介して容器外部の爆発性雰囲気への電源系統に起因するエネルギーの流出を阻止して爆発を未然に防止するように構成されている。
【０００５】
図８は、このような観点に基づき構成された従来のアンテナ装置の一例を示す構成説明図である。図８において、ソケット１は安全保持器を構成するものであり、円筒形に形成されていて、内部には直列接続された阻止コンデンサ２,３がエポキシ樹脂で封止されている。直列接続されたコンデンサの一端にはＭ型コネクタ４が取り付けられ、他端には図示しない無線機器と接続するための同軸ケーブル５が接続されている。同軸ケーブル５のシールド線はアース線６に接続されている。
【０００６】
そして、このソケット１は、全閉容器７に設けられている内周に螺子溝が形成された取付孔７に螺合され、Ｏリング９を介して所定の耐圧防爆性能を満足する状態で取り付けられている。
【０００７】
図８の構成において、Ｍ型コネクタ４に螺合される図示しないアンテナで受信した高周波信号は、阻止コンデンサ２,３を介して図示しない無線機器に入力される。一方、阻止コンデンサ２,３は、無線機器から全閉容器７外に、所定以上のエネルギーが出力されることを阻止する。
【０００８】
図９は、従来のアンテナ装置の他の例を示す構成説明図である。図９において、プリント基板１０の両面にはグラウンドパターン１１が形成されていて、これら両面のグラウンドパターン１１は一定の間隔で設けられた多数のスルーホール１２を介して電気的に接続されている。
【０００９】
プリント基板１０の上面に形成されたグラウンドパターン１１の一部は円形部と直線部よりなる鍵穴状に除去され、露出部１３として形成されている。
【００１０】
露出部１３の円形部のほぼ中央には、グラウンドパターン１１と直流的に絶縁された矩形のグラウンドパターン１４が形成されている。このグラウンドパターン１４には、図示しないアンテナと接続される同軸ケーブル１５のシールド線１６がたとえば半田付けで固着されている。
【００１１】
露出部１３の直線部の中心部分には、長手方向に沿って信号線パターン１７が形成されていて、一端には同軸ケーブル１５の中心導体１８がたとえば半田付けで固着され、他端には図示しない無線機器と接続するためのコネクタ１９が設けられている。そして、信号線パターン１７の途中には、所定の間隔で２個の阻止コンデンサ２０，２１が設けられている。
【００１２】
図９の構成において、図示しないアンテナから異常高圧が入力されても、信号線パターン１７の途中に設けられた２個の阻止コンデンサ２０，２１は異常高圧が無線機器に侵入しないように阻止するので、無線機器を異常高圧から保護できる。
【００１３】
特許文献１には、内部に阻止用コンデンサがエポキシ樹脂で封止された安全保持装置の構成が記載されている。
特許文献２には、本質安全防爆の条件を満足するアンテナ部バリア装置の構成が記載されている。
【００１４】
【特許文献１】実開平６−５７０４２号公報
【特許文献２】特開平１０−１３１３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかし、図８の構成によれば、外部からアンテナを着脱するためにＭ型コネクタを設けていることから、部品コストが高くなるという問題がある。また、阻止コンデンサ２,３の実装組立も手作業で行うために、工数がかかるという問題点があった。
【００１６】
また、図９の構成では、グラウンドパターン１１と１４が何らかの原因で短絡すると、内部回路が外部と電気的に導通してしまうことになり、内部のエネルギーが外部に放出されるおそれがある。
【００１７】
本発明は、これらの問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、危険場所で使用される耐圧防爆構造を有する全閉容器に取り付けることができる安全保持器とアンテナが一体化されたアンテナ装置を低コストで実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
このような問題を解決する請求項１記載の発明は、
共通のプリント基板に、安全保持器を構成する阻止コンデンサとアンテナエレメントが実装されたことを特徴とするアンテナ装置である。
【００１９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のアンテナ装置において、
前記阻止コンデンサは前記プリント基板の両面に分散して実装され、前記アンテナエレメントはＪ型アンテナとして前記プリント基板の両面に分散して形成されていることを特徴とする。
【００２０】
請求項３記載の発明は、請求項１記載のアンテナ装置において、
前記阻止コンデンサは前記プリント基板の一方の面に集中して実装され、前記アンテナエレメントはｙ型アンテナとして前記プリント基板の前記阻止コンデンサが実装された面に集中して形成されていることを特徴とする。
【００２１】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載のアンテナ装置において、
前記プリント基板はフレキシブル基板であることを特徴とする。
【００２２】
請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載のアンテナ装置において、
耐圧防爆構造を有する全閉容器に取り付けられることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
これらのアンテナ装置によれば、安全保持器とアンテナが一体化されたアンテナ装置を低コストで実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明について、図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施例を示す構成説明図である。図２は図１のアンテナ装置ＡＮＴの具体的な構成説明図であって、（Ａ）はプリント基板３９の表面を示し、（Ｂ）はプリント基板３９の裏面を示し、（Ｃ）は等価回路図を示している。
【００２５】
図１において、全閉容器内３０には無線機器としてたとえば無線ＬＡＮ基地局３１が収容されている。無線ＬＡＮ基地局３１には、電源配線３２を介して電源が供給され、有線ＬＡＮケーブル３３を介して情報の授受が行われる。電源配線３２、有線ＬＡＮケーブル３３は、それぞれケーブルグランド３４、３５を介して耐圧防爆性能を保持した状態で、全閉容器３０内に引き込まれている。
【００２６】
全閉容器３０に設けられている内周に螺子溝が形成された取付孔３６には、ハウジング３７の一端に形成された螺子部３８を螺合することにより、本発明に基づくアンテナ装置ＡＮＴが取り付けられる。
【００２７】
本発明に基づくアンテナ装置ＡＮＴは、図２に示すように短冊状に形成されたプリント基板３９を中心にして構成されている。
【００２８】
ハウジング３７に収納されるプリント基板３９の一端近傍の一方の面には２個の阻止コンデンサ４０、４１がプリントパターン４２を介して直列接続されて実装され、他方の面には２個の阻止コンデンサ４３、４４がプリントパターン４５を介して直列接続されて実装されている。
【００２９】
阻止コンデンサ４０の一端に接続されたプリントパターン４６には、伝送路４７を介して無線ＬＡＮ基地局３１が接続されている。なお、これら阻止コンデンサ４０、４１、４３、４４および伝送路４７の接続端部を含むプリント基板３９の一端近傍は、前述のようにハウジング３７に収納されてエポキシ樹脂４８により樹脂封止されている。
【００３０】
プリント基板３９のハウジング３７の他端開口部から突出する部分の両面には、たとえばＪ型アンテナエレメントとして機能するように、図２に示すような所定形状の複数のプリントパターン４９が形成されている。これらのプリントパターン４９は、阻止コンデンサ４０、４１、４３、４４を介して伝送路４７と接続されている。
【００３１】
なお、ハウジング３７の他端開口部には、このプリント基板３９のハウジング３７の他端開口部から突出する部分を収納するとともに、外観のデザイン性を高めるように形成されたアンテナカバー５０が設けられている。
【００３２】
プリント基板３９のハウジング３７から突出する部分の表面には、図２（Ａ）に示すようにアンテナエレメントとしてＪ字形のプリントパターン４９ａが形成され、各辺の途中には、図２（Ｂ）に示す裏面に形成されたプリントパターン４９ｂ、４９ｃと電気的に接続するためのスルーホール４９ｄ、４９ｅが設けられている。これらのスルーホール４９ｄ、４９ｅは、アンテナエレメントへの給電点となるものであり、これらの位置を適切に設計することで、アンテナエレメントへの最適なマッチングを取ることができる。
【００３３】
プリント基板３９のハウジング３７に収納される部分の端部近傍の表面には、グラウンドパターン５１が形成されていて、伝送路４７として用いる同軸ケーブルの外被シールド線４７ａが半田付けされている。
【００３４】
伝送路４７として用いる同軸ケーブルの中心導体４７ｂは、阻止コンデンサ４０の一端に接続されたプリントパターン４６に半田付けされている。阻止コンデンサ４１の他端に接続されたプリントパターン５２には、裏面に形成されたプリントパターン４９ｂと電気的に接続するためのスルーホール５３が設けられている。
【００３５】
プリント基板３９のハウジング３７に収納される部分の端部近傍の裏面には、プリントパターン５４が形成されている。このプリントパターン５４は阻止コンデンサ４３の一端に接続されるとともに、スルーホール５５を介してグラウンドパターン５１と接続され手いる。
【００３６】
このように構成することにより、図８のようなアンテナを取り付けるコネクタ４が不要となることでコストダウンが図れる。また、阻止コンデンサ４０、４１、４３、４４およびアンテナエレメント４９を同一のプリント基板３９上に実装することで、阻止コンデンサの取付工数を削減でき、アンテナ自身のコストを削減できる。
【００３７】
なお、アンテナは、Ｊ型アンテナに限るものではなく、たとえば逆ＦアンテナなどのＪ型アンテナ以外の構成でもよい。
【００３８】
また、アンテナは、単一周波数に同調できるものに限るものではなく、複数の周波数に同調可能な構成であってもよい。
【００３９】
また、アンテナエレメントは、必ずしもプリントパターンに限るものではなく、チップアンテナ部品などにより実現されていてもよい。
【００４０】
また、図３に示すように、阻止コンデンサを全閉容器の一部に樹脂封止してもよい。
【００４１】
また、図４に示すように、全閉容器に複数のアンテナ装置を取り付けてもよい。
【００４２】
ところで、図２に示したＪ型アンテナは、スルーホール４９ｄ、４９ｅを介して給電部に接続していることから、所望の周波数に同調させるのにあたってはこれらスルーホール４９ｄ、４９ｅのインピーダンスを考慮しなければならず、調整に比較的工数を要することがある。
【００４３】
このような図２の構成におけるスルーホールの課題は、図５のようにアンテナエレメントをプリント基板５６の一方の面に形成することで解決できる。
【００４４】
図５は図１のアンテナ装置ＡＮＴの他の具体的な構成説明図であって、ｙ型アンテナエレメントとして機能する例であり、（Ａ）はプリント基板５６の表面を示し、（Ｂ）は等価回路図を示している。
【００４５】
ハウジング３７に収納されるプリント基板５６の一端近傍の表面には、４個の阻止コンデンサ５７〜６０がプリントパターン６１〜６６を介して実装されるとともに、プリントパターン６２には同軸ケーブル４７の外部導体４７ａが半田付けされ、プリントパターン６５には中心導体４７ｂが半田付けされている。
【００４６】
阻止コンデンサ５７と５８はプリントパターン６１を介して直列接続され、阻止コンデンサ５７の他端はＬ字型に形成されたプリントパターン６２の一端に接続され、阻止コンデンサ５８の他端は長手方向に直線的に形成されたプリントパターン６３の一端に接続されている。
【００４７】
阻止コンデンサ５９と６０はプリントパターン６１と平行に形成されたプリントパターン６４を介して直列接続され、阻止コンデンサ５９の他端はＬ字型に形成されたプリントパターン６２の折り曲げ辺と直交するように形成されたプリントパターン６５の一端に接続され、阻止コンデンサ６０の他端はプリントパターン６３と平行になるように長手方向に直線的に形成されたプリントパターン６６の直線部分６６ａの一端に接続されている。プリントパターン６６の直線部分６６ａの他端には、直線部分６６ａの延長部６６ｂと延長部６６ｂと平行な分岐部６６ｃが形成されている。
【００４８】
ここで、プリントパターン６３は伝送信号周波数の１／４波長の長さに形成され、プリントパターン６６は全長が伝送信号周波数の１／２波長の長さに形成され、直線部分６６ａと延長部６６ｂと分岐部６６ｃはそれぞれほぼ１／４波長の長さに形成されている。そして、プリントパターン６６はアルファベット小文字のｙ字形状に形成されているので、本発明ではこれを「ｙ型アンテナ」あるいは「ｙ型アンテナエレメント」という。
【００４９】
図６は図５のように構成されるアンテナのシミュレーション結果例図であり、図７は試作品の特性測定結果例図である。シミュレーションされたリターンロスは２．３ＧＨｚ〜２．５ＧＨｚで共振し、２．４ＧＨｚが中心周波数になっている。試作品での測定結果でもシミュレーション結果と同等の結果が得られており、２．４ＧＨｚ帯のアンテナとして機能することが確認できている。
【００５０】
図５のｙ型アンテナによれば、図２のようなスルーホールを用いることなくプリント基板５６の同一面に４個の阻止コンデンサ５７〜６０を実装できることから、アンテナＡＮＴの組立工数および調整工数を大幅に削減でき、低コストで特性の優れたアンテナが実現できる。
【００５１】
なお、図５において、プリント基板５６はフレキシブル基板であってもよい。
【００５２】
また、アンテナ部のエレメントを別の金属で作製し、阻止コンデンサが実装されたプリント基板に接続するようにしてもよい。
【００５３】
また、４個の阻止コンデンサを３個にして本質安全防爆の「ia規格」に対応させてもよい。
【００５４】
さらに、上記実施例では、アンテナ装置が耐圧防爆構造を有する全閉容器に取り付けられる例について説明したが、取付対象は耐圧防爆構造を有する全閉容器に限るものではなく、各種の無線機器に取り付けてもよい。
【００５５】
以上説明したように、本発明によれば、安全保持器とアンテナが一体化されたアンテナ装置を低コストで実現することができ、危険場所で使用される耐圧防爆構造を有する全閉容器に取り付けられる無線ＬＡＮアクセスポイントなどの無線機器のアンテナ装置として好適である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の一実施例を示す構成説明図である。
【図２】図１のアンテナ装置ＡＮＴの具体的な構成説明図である。
【図３】本発明に基づくアンテナ装置の取り付け例図である。
【図４】本発明に基づくアンテナ装置の他の取り付け例図である。
【図５】図１のアンテナ装置ＡＮＴの他の具体的な構成説明図である。
【図６】図５のように構成されるアンテナのシミュレーション結果例図である。
【図７】図５のように構成されるアンテナ試作品の特性測定結果例図である。
【図８】従来のアンテナ装置の一例を示すブロック図である。
【図９】従来のアンテナ装置の他の例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５７】
３０  全閉容器
３９、５６  プリント基板
４０、４１、４３、４４、５７〜６０  阻止コンデンサ
４２、４５、４６、４９、５１、５２、５４、６１〜６６  プリントパターン
４７  同軸ケーブル
４８  エポキシ樹脂
５０  アンテナカバー
４９ｄ、４９ｅ、５３、５５  スルーホール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図８】
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【図９】
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【図６】
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【図７】
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