(57)【要約】【課題】小型で設置場所を選ばない無線装置及び無線装置を具備する計測装置を提供すること。【解決手段】水道、ガス、電気などの使用量を計測する計測装置１００において、無線通信を行う無線装置２００を具備し、無線装置２００は、接地導体を有する平面状の接地板２０１と、接地板２０１上に設けたループアンテナ２０４と、ループアンテナ２０４に対して信号の給電を行う信号給電手段２０３と、信号給電手段２０３に電源を供給する電池２０５とで構成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水道、ガス、電気などの使用量を計測する計測装置において、無線通信を行う無線装置を具備し、前記無線装置は、接地導体を有する平面状の接地板と、前記接地板上に設けたアンテナと、前記アンテナに対して信号の給電を行う信号給電手段と、前記信号給電手段に電源を供給する電池とで構成され、前記アンテナをループアンテナとして構成することを特徴とする計測装置。
【請求項２】
前記ループアンテナの一端は前記接地板に接続され、前記ループアンテナの他端は前記信号給電手段に接続され、前記ループアンテナのループ面が前記接地板に対して垂直となるように形成されることを特徴とする請求項１記載の計測装置。
【請求項３】
前記信号給電手段は、第１コンデンサ、第２コンデンサ及び信号源から構成され、
前記第１コンデンサと前記第２コンデンサと前記ループアンテナと前記接地板が電気的に直列に接続され、
前記第１コンデンサは前記ループアンテナと前記第２コンデンサに接続され、前記第２コンデンサは前記接地板と前記第１コンデンサに接続され、前記信号源は前記第２コンデンサの両端子間に接続され、
前記第１コンデンサの容量値を前記第２コンデンサの容量値よりも小さく設定する請求項２記載の計測装置。
【請求項４】
直流成分を通過させ、送受信信号が使用する無線周波数の帯域を減衰させる信号帯域阻止フィルタを備え、前記信号給電手段と前記電池は前記信号帯域阻止フィルタを介して電気的に接続される請求項１から３記載の計測装置。
【請求項５】
水道、ガス、電気などの使用量を計測する計測装置から出力される計測値を送受信する無線装置において、接地導体を有する平面状の接地板と、前記接地板上に設けたアンテナと、前記アンテナに対して信号の給電を行う信号給電手段と、前記信号給電手段に電源を供給する電池を備え、前記アンテナをループアンテナとして構成する無線装置。
【請求項６】
前記ループアンテナの一端は前記接地板に接続され、前記ループアンテナの他端は前記信号給電手段に接続され、前記ループアンテナのループ面が前記接地板に対して垂直となるように形成されることを特徴とする請求項５記載の無線装置。
【請求項７】
前記信号給電手段は、第１コンデンサ、第２コンデンサ及び信号源から構成され、
前記第１コンデンサと前記第２コンデンサと前記ループアンテナと前記接地板が電気的に直列に接続され、
前記第１コンデンサは前記ループアンテナと前記第２コンデンサに接続され、前記第２コンデンサは前記接地板と前記第１コンデンサに接続され、前記信号源は前記第２コンデンサの両端子間に接続され、
前記第１コンデンサの容量値を前記第２コンデンサの容量値よりも小さく設定する請求項６記載の無線装置。
【請求項８】
直流成分を通過させ、送受信信号が使用する無線周波数の帯域を減衰させる信号帯域阻止フィルタを備え、前記信号給電手段と前記電池は前記信号帯域阻止フィルタを介して電気的に接続される請求項５から７記載の無線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水道やガス、電気などの使用量を計測する計測装置において、無線通信機能を有する無線装置を具備した計測装置及び前記計測装置から出力される計測値を送受信する無線装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、計測装置で計測した水道、ガス、電気などの使用量を、計測装置に接続された無線装置によって無線通信を利用して収集する自動検針システムが導入されている。無線装置の設置位置は、壁、計測装置の筐体のような金属物、配管が近接する環境であり、設置場所を選ばない小型でかつ金属の影響に強い無線装置が望まれていた。
【０００３】
従来の無線装置は、低背である逆Ｆ型アンテナで構成され、設置位置を限定することにより金属など周囲の影響を回避していた（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０９−０２７０９２号公報
【特許文献２】特開平１１−０８６１７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の構成では、アンテナの構造が複雑となることから無線装置のサイズが大きくなり、さらに無線装置の設置における自由度が低くなっていた。
【０００６】
本発明は、上記従来の課題に鑑み、小型で設置場所を選ばない無線装置を具備する計測装置及び計測装置から出力される計測値を送受信する無線装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の計測装置は、無線通信を行う無線装置を具備し、その無線装置は、接地導体を有する平面状の接地板と、接地板上に設けたアンテナと、アンテナに対して信号の給電を行う信号給電手段と、信号給電手段に電源を供給する電池とで構成され、アンテナをループアンテナとして構成するものである。
【０００８】
これによれば、無線装置は小型化し、設置場所を限定する必要がなくなるにも関わらず、計測装置として高い通信性能が獲得できる。
【０００９】
また、本発明の無線装置は、接地導体を有する平面状の接地板と、接地板上に設けたアンテナと、アンテナに対して信号の給電を行う信号給電手段と、信号給電手段に電源を供給する電池を備え、アンテナをループアンテナとして構成するものである。
【００１０】
これによれば、無線装置は小型化し、設置場所が限定されなくなる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の計測装置は、無線装置を小型化し、かつ設置場所の限定を必要としないものであり、その結果として高い通信性能を有した計測装置を実現できる。また、無線装置においては、小型化が実現され、また設置場所が限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１における計測装置の概略図
【図２】本発明の実施の形態１におけるアンテナ装置の構成図
【図３】本発明の実施の形態１における整合回路の構成図
【図４】接地板のＺ方向の長さＬとアンテナの放射効率との関係を示す図
【図５】接地板のＺ方向の長さＬとアンテナの入力インピーダンスＺ１１の実部、虚部との関係を示す図
【図６】ループアンテナと電池間の距離Ｄとアンテナの放射効率との関係を示す図
【図７】直列コンデンサと並列コンデンサの位置を入れ替えた場合の整合回路の構成図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
第１の発明は計測装置に関するもので、無線通信を行う無線装置を具備し、無線装置は、接地導体を有する平面状の接地板と、接地板上に設けたアンテナと、アンテナに対して信号の給電を行う信号給電手段と、信号給電手段に電源を供給する電池とで構成され、アンテナをループアンテナとして構成するものである。
【００１４】
これによれば、無線装置は小型化し、設置場所を限定する必要がなくなるにも関わらず、計測装置として高い通信性能が獲得できる。
【００１５】
第２の発明は、第１の発明のループアンテナにおいて、ループアンテナの一端を接地板に接続し、ループアンテナの他端を信号給電手段に接続し、ループアンテナのループ面が接地板に対して垂直となるように形成するものである。
【００１６】
これによれば、ループアンテナを経由して接地板に流れる電流により発生する磁流アンテナから水平偏波が放射され、かつ接地板に直接流れる電流により発生する電流アンテナから垂直偏波が放射され、これら水平偏波と垂直偏波が直交するので、計測装置の近傍のいかなる位置に導体があっても、通信性能が低下しない。
【００１７】
第３の発明は、第２の発明の信号給電手段において、第１コンデンサ、第２コンデンサ及び信号源から構成され、第１コンデンサと第２コンデンサとループアンテナと接地板が電気的に直列に接続され、第１コンデンサはループアンテナと第２コンデンサに接続され、第２コンデンサは接地板と第１コンデンサに接続され、信号源は第２コンデンサの両端子間に接続され、第１コンデンサの容量値は第２コンデンサの容量値よりも小さく設定されるものである。
【００１８】
これによれば、特に４００ＭＨｚ帯の周波数を扱う場合に整合回路の実現が容易となる。
【００１９】
第４の発明は、第１から３の発明の計測装置において、直流成分を通過させ、送受信信号が使用する無線周波数の帯域を減衰させる信号帯域阻止フィルタを備え、前記信号給電手段と前記電池は前記信号帯域阻止フィルタを介して電気的に接続される。
【００２０】
これにより、電源ラインに送受信信号がながれて、電源ラインがアンテナとして動作することを防ぎ、アンテナの特性を安定させることができる。
【００２１】
第５の発明は水道、ガス、電気などの使用量を計測する計測装置から出力される計測値を送受信する無線装置に関するもので、接地導体を有する平面状の接地板と、接地板上に設けたアンテナと、アンテナに対して信号の給電を行う信号給電手段と、信号給電手段に
電源を供給する電池とで構成され、アンテナをループアンテナとして構成するものである。
【００２２】
これによれば、無線装置が小型化され、設置場所が限定されない。
【００２３】
第６の発明は、第５の発明のループアンテナにおいて、ループアンテナの一端を接地板に接続し、ループアンテナの他端を信号給電手段に接続し、ループアンテナのループ面が接地板に対して垂直となるように形成するものである。
【００２４】
これによれば、ループアンテナを経由して接地板に流れる電流により発生する磁流アンテナから水平偏波が放射され、かつ接地板に直接流れる電流により発生する電流アンテナから垂直偏波が放射され、これら水平偏波と垂直偏波が直交するので、無線装置の近傍のいかなる位置に導体があっても、通信性能が低下しない。
【００２５】
第７の発明は、第６の発明の信号給電手段において、第１コンデンサ、第２コンデンサ及び信号源から構成され、第１コンデンサと第２コンデンサとループアンテナと接地板が電気的に直列に接続され、第１コンデンサはループアンテナと第２コンデンサに接続され、第２コンデンサは接地板と第１コンデンサに接続され、信号源は第２コンデンサの両端子間に接続され、第１コンデンサの容量値は第２コンデンサの容量値よりも小さく設定するものである。
【００２６】
これによれば、特に４００ＭＨｚ帯の周波数を扱う場合に整合回路の実現が容易となる。
【００２７】
第８の発明は、第５から７の発明の無線装置において、直流成分を通過させ、送受信信号が使用する無線周波数の帯域を減衰させる信号帯域阻止フィルタを備え、前記信号給電手段と前記電池は前記信号帯域阻止フィルタを介して電気的に接続される。
【００２８】
これにより、電源ラインに送受信信号がながれて、電源ラインがアンテナとして動作することを防ぎ、アンテナの特性を安定させることができる。
【００２９】
以下、本発明の計測装置を実施するための最良の形態について、図面に沿って説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００３０】
（実施の形態１）
以下に、本発明の計測装置の実施の形態１の詳細について説明する。
【００３１】
図１は本発明の計測装置１００を示す図であり、計測装置１００には配管を接続する接続部１０１と、配管を流れるガスや水道の流量計測値を表示する表示部１０２と、表示部１０２の覆う開閉自在の蓋部１０３が備えられている。また、表示部１０２の周辺には、流量計測値を外部の無線端末に送信し、また無線端末と何らかの無線信号を送受信する無線装置２００が備えられている。
【００３２】
次に、図２を用いて無線装置２００の構成について詳細を説明する。なお、図２においてＸ、ＹおよびＺは各々の座標軸を示すものである。また、図２では、説明を行う上で無線装置２００の内部構成を直接描いているが、実際は下記に説明する個々の構成はケース体で覆われている。
【００３３】
図２において、接地板２０１は、接地導体を有する接地板である。送受信回路２０２は、接地板２０１上に設けられ、送信信号を生成し出力し、入力された受信信号を処理する
送受信回路である。なお、送受信回路２０２は、送信回路のみ、または受信回路のみであってもよい。
【００３４】
整合回路２０３は、接地板２０１上に設けられ、後述するループアンテナ２０４と送受信回路２０２に接続され、後述するループアンテナ２０４へ効率よく給電するため、ループアンテナ２０４と送受信回路２０２との間のインピーダンスの整合を行う整合回路である（特許請求の範囲における信号給電手段に相当する）。
【００３５】
図３は、整合回路２０３の構成例を示す図である。直列コンデンサと並列コンデンサにて構成される。ループアンテナ２０４は放射抵抗が小さいため、損失の非常に小さい整合回路が必要である。インダクタはコンデンサに比べて損失が大きいため、整合回路に使用すると、放射効率が劣化し、利得が大幅に低下する。よって、コンデンサによる整合回路の構成が望ましい。
【００３６】
ループアンテナ２０４は、形成するループ面が接地板２０１の面に対して略垂直になるように設けられ、２つの給電端の一方が整合回路２０３と電気的に接続し、もう一方が接地板２０１と電気的に接続するループ状の導体からなるループアンテナである。
【００３７】
ループアンテナ２０４は、全長が送受信する電波の波長以下である。また、ループアンテナ２０４のループの形状は板状の導体をコの字型となるように直角に折り曲げて形成しているが、図１のような矩形でなくてもループ面が接地板２０１の面に対して略垂直になる形状であればよい。また、ループアンテナ２０４は、接地板２０１の端に設けられている。
【００３８】
電池２０５は２つの端子が後述する信号帯域阻止フィルタ２０７を経由して送受信回路２０２と接地板２０１とに電気的に接続され、送受信回路２０２に電力を供給する電池である。電源ラインによって物理的に接続される。
【００３９】
設置物２０６は本発明のアンテナ装置をＸ方向に設置する表面を導体で構成された設置物である（図１に則すると計測装置１００の側面に相当する）。
【００４０】
信号帯域阻止フィルタ２０７は、直流成分を通過させ、送受信信号が使用する無線周波数の帯域を減衰させるフィルタである。一般的に電源ラインがアンテナとして動作することは好ましくない。電源ラインの引き回しによりアンテナとしての特性が大きくばらつくためである。信号帯域阻止フィルタ２０７により、電源ラインに送受信信号がながれて、電源ラインがアンテナとして動作することを防ぐことができる。
【００４１】
図３では、並列共振回路により信号帯域阻止フィルタ２０７を構成している。インダクタンスLとコンデンサCの定数は、並列共振周波数が、送受信信号で使用する無線周波数の帯域となるように設定する。または自己共振周波数が無線周波数の帯域にあるインダクタを使用する。
【００４２】
なお、信号帯域阻止フィルタ２０７は、直流成分を通過させ送受信信号が使用する無線周波数の帯域を減衰させるフィルタであればよいので、並列共振回路の形態でなくてもよく、インダクタのみで構成してもよい。
【００４３】
以上のように構成された本発明のアンテナ装置について、その動作を説明する。図１において地面がＸＹ平面と平行であり、Ｚ軸方向の偏波を垂直偏波、垂直偏波に直交する偏波を水平偏波とする。送受信回路２０２によってループアンテナ２０４に給電され、図１の破線のような２つの経路（以下、経路Ａ、経路Ｂと称する）にて電流は流れる。
【００４４】
経路Ａはループアンテナ２０４を経由して接地板２０１に流れる経路である。ＸＹ平面上をループ状に電流が流れ、図１の点線のようなループ軸方向の磁流が発生し水平偏波を放射する。ループアンテナ２０４は磁流を放射源とする磁流アンテナとして動作する。
【００４５】
経路Ｂは接地板２０１にＺ軸方向に流れる経路である。接地板２０１内のＺ軸方向にループアンテナ素子があるので、Ｚ軸方向に電流が流れ、垂直偏波を放射する。接地板２０１は電流を放射源とする電流アンテナとして動作する。
【００４６】
磁流アンテナは、磁流方向が金属面と平行であるとき利得が高くなり、直交するとき利得が低下する。反対に電流アンテナは、電流方向が金属面と平行であるとき利得が低下し、直交するとき利得が高くなる。
【００４７】
設置物２０６が無線装置２００からみて図１のようにＸ方向もしくはＹ方向にあるとき、ループアンテナ２０４は磁流アンテナとして動作するため、利得が高くなる。接地板２０１は電流アンテナとして動作するため、利得が大きく低下する。よって、設置物２０６がＸ、Ｙ方向から接近したとき、磁流アンテナとして動作する。
【００４８】
設置物２０６が無線装置２００からみてＺ方向にあるとき、ループアンテナ２０４は磁流アンテナとして動作するため、利得が大きく低下する。接地板２０１は電流アンテナとして動作するため、利得が高くなる。よって、設置物２０６がＺ方向から接近したとき、電流アンテナとして動作する。
【００４９】
つまり、本発明の無線装置２００を導体からなる設置物２０６のどの方向につけてもアンテナ利得が劣化することがない。
【００５０】
以上によれば、無線装置２００をどの方向から設置してもアンテナ特性が劣化せず、設置場所を選ばない無線装置２００を実現できる。また波長に対して小さいループアンテナ２０４を接地板２０１に載せるだけの構成であり、小型で簡易な構成で実現できる。
【００５１】
なお、本発明は計測装置１００の近傍に金属性の配管や壁などがあることや、また計測装置１００自体が金属性である場合であっても、無線通信の性能を劣化させないことを目的とするものである。したがって、計測装置１００が何を計測するかは本質的ではなく、例えば計測装置１００は、電気使用量を計測するメータであっても本発明を適用できる。また、無線装置２００に関しても、必ずしも計測装置１００の近傍に具備される必要はなく、例えば計測装置と外部無線端末との無線通信を中継する無線中継器にも適用できる。
【実施例１】
【００５２】
接地板２０１の寸法について説明する。図４は接地板２０１のＺ方向の長さＬとアンテナの放射効率との関係を示す図である。図５は接地板２０１のＺ方向の長さＬとアンテナの入力インピーダンスＺ１１の実部、虚部との関係を示す図である。接地板２０１の長さとともに放射効率が高くなる。入力インピーダンスの虚部は誘導性を示し、接地板２０１の長さが５０〜９０ｍｍ付近のとき、もっとも低い。インピーダンスが高くなると、インピーダンス整合のためのコンデンサの容量が小さくなり、整合が難しくなる。つまり、接地板２０１の長さは５０〜９０ｍｍ付近とするのがよい。
【実施例２】
【００５３】
ループアンテナ２０４と電池２０５との距離について説明する。図６はループアンテナ２０４と電池２０５間の距離Ｄとアンテナの放射効率との関係を示す図である。ｈはループアンテナ２０４のＸ方向つまり高さ方向の寸法を表す。ループの高さにかかわらず、ル
ープアンテナ２０４と電池２０５間の距離が１０ｍｍ以下になると大幅に放射効率が低下する。つまり、ループアンテナ２０４と電池２０５との距離は１０ｍｍ以上とするのがよい。
【実施例３】
【００５４】
整合回路２０３について説明する。図７は、図３に対して直列コンデンサと並列コンデンサの位置を入れ替えた場合の整合回路２０３の構成例を示す図である。周波数を４３４ＭＨｚ、アンテナの入力インピーダンスを実部１Ω、虚部１８０Ωとしたときの整合例を示す。
【００５５】
図３のようにアンテナから見て直列コンデンサが最初にある場合、直列コンデンサＣ１は２．１２ｐＦ、並列コンデンサＣ２は５１ｐＦとなる。しかし、図７のようにアンテナから見て並列コンデンサが最初にある場合、直列コンデンサＣ１は０．２９ｐＦ、並列コンデンサＣ２は１．７５ｐＦとなり、コンデンサの容量値が小さくなる。特に直列コンデンサの容量値は０．５ｐＦ以下となり非常に小さくなるため、非常に高精度なコンデンサが必要となり実現が難しい。よって、４００ＭＨｚ帯においては図３のようなアンテナから見て直列コンデンサが最初にある整合回路の構成が望ましい。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明のアンテナ装置は、水道、ガス、電気などの計測装置に取り付ける無線装置に限らず、配管や壁などに取り付ける無線中継器に対しても適用できる。
【符号の説明】
【００５７】
１００  計測装置
２００  無線装置
２０１  接地板
２０２  送受信回路
２０３  整合回路
２０４  ループアンテナ
２０５  電池
２０６  設置物
２０７  信号帯域阻止フィルタ
【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６】
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【図７】
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