(57)【要約】  無線装置は、接地板と、接地板の表面上に設けられたループアンテナと、計測した値に応じた信号をループアンテナに給電する給電部とを備える。この無線装置は任意の場所に設置でき、小型化できる。
2010023778.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被計測量の値を計測する計測ユニットと、
表面を有する接地板と、
前記接地板の前記表面上に設けられたループアンテナと、
前記接地板に接続された接地端と、前記計測した値に応じた信号を前記ループアンテナに給電する給電端とを有する給電部と、
を備えた計測装置。
【請求項２】
前記ループアンテナは、前記接地板の前記表面の第１の接続点に接続された第１の端部と、前記接地板の前記表面の第２の接続点に接続された第２の端部とを有する導体帯を含み、
前記導体帯の前記第１の端部は前記接地板の前記第１の接続点に接続され、
前記ループアンテナは、前記接地板の前記表面と垂直なループ平面内に含まれるループ形状を有する、請求項１記載の計測装置。
【請求項３】
前記給電部は、
前記信号を供給する給電端子を有する通信回路と、
前記ループアンテナと前記通信回路の前記給電端子との間に接続された整合回路と、
を含み、
前記整合回路は、
前記通信回路の前記給電端子と前記接地端との間に接続された並列コンデンサと、
前記ループアンテナと前記給電端子との間に接続されて、前記並列コンデンサより小さい容量を有する直列コンデンサと、
を含む、請求項２記載の計測装置。
【請求項４】
前記接地板は、前記ループ平面に垂直に延びる電流アンテナとして機能する部分を含む、請求項２に記載の計測装置。
【請求項５】
前記給電部に電源を供給する電池をさらに備えた、請求項１に記載の計測装置。
【請求項６】
表面を有する接地板と、
前記接地板の前記表面上に設けられたループアンテナと、
前記接地板に接続された接地端と、信号を前記ループアンテナに給電する給電端とを有する給電部と、
を備えた無線装置。
【請求項７】
前記ループアンテナは、前記接地板の前記表面の第１の接続点に接続された第１の端部と、前記接地板の前記表面の第２の接続点に接続された第２の端部とを有する導体帯を含み、
前記導体帯の前記第１の端部は前記接地板の前記第１の接続点に接続され、
前記ループアンテナは、前記接地板の前記表面と垂直なループ平面内に含まれるループ形状を有する、請求項６記載の無線装置。
【請求項８】
前記給電部は、
前記信号を供給する給電端子を有する通信回路と、
前記ループアンテナと前記通信回路の前記給電端子との間に接続された整合回路と、
を含み、
前記整合回路は、
前記通信回路の前記給電端子と前記接地端との間に接続された並列コンデンサと、
前記ループアンテナと前記給電端子との間に接続されて、前記並列コンデンサより小さい容量を有する直列コンデンサと、
を含む、請求項７記載の無線装置。
【請求項９】
前記接地板は、前記ループ平面に垂直に延びる電流アンテナとして機能する部分を含む、請求項７に記載の無線装置。
【請求項１０】
前記給電部に電源を供給する電池をさらに備えた、請求項６に記載の無線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線装置、及びその無線装置を備えており、水道やガス、電気の使用量などの被計測値を計測して無線通信で送信する計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、水道、ガス、電気などの使用量を計測する計測装置と、計測装置で計測した使用量を無線通信で送信する無線装置とを備え、使用量を収集する自動検針システムが導入されている。無線装置は、壁、計測装置の筐体のような金属物、配管が近接する場所に配置されることが多いので、小型でかつ金属の影響を受けにくいことが望まれている。【０００３】
特許文献１，２は低背である逆Ｆ型アンテナを有する無線装置を備えた計測装置を開示している。これらの計測装置では、設置する場所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るので、任意の場所には設置できない。さらにこれらの逆Ｆアンテナは複雑な構造を有するので、無線装置のサイズを小さくすることは困難である。
【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
【発明の開示】
【０００４】
無線装置は、接地板と、接地板の表面上に設けられたループアンテナと、計測した値に応じた信号をループアンテナに給電する給電部とを備える。この無線装置は任意の場所に設置でき、小型化できる。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】図１は本発明の実施の形態における計測装置の斜視図である。
【図２】図２は実施の形態における計測装置の無線装置の構成図である。
【図３】図３は実施の形態における無線装置の整合回路の構成図である。
【図４】図４は実施の形態における無線装置のアンテナの特性を示す。
【図５】図５は実施の形態におけるアンテナの特性を示す。
【図６】図６は実施の形態におけるアンテナの特性を示す。
【図７】図７は比較例の整合回路の構成図である。
【図８】図８は実施の形態による無線装置のケース内の斜視図である。
【図９】図９は実施の形態による他の無線装置のケース内の斜視図である。
【図１０】図１０は実施の形態によるさらに他の無線装置のケース内の斜視図である。
【図１１】図１１は実施の形態によるさらに他の無線装置のケース内の斜視図である。
【符号の説明】
【０００６】
１００Ａ    計測ユニット
２０１    接地板
２０１Ｃ    接続点（第１の接続点）
２０１Ｄ    接続点（第２の接続点）
２０２    通信回路
２０２Ａ    給電端子
２０３    整合回路
２０４    ループアンテナ
２０４Ａ    端部（第１の端部）
２０４Ｂ    端部（第２の端部）
２０５    電池
３０１    給電部
３０１Ａ    給電端
３０１Ｂ    接地端
１２０４    導体帯
２２０４    ループ平面
Ｃ１    直列コンデンサ
Ｃ２    並列コンデンサ
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１は本発明の実施の形態による計測装置１００の斜視図である。計測装置１００は計測ユニット１００Ａと無線装置２００とを備える。計測ユニット１００Ａは被計測量の値を計測する計測部１２０Ａと、配管１０１Ａを接続する接続部１０１と、計測部１２０Ａが計測した値を表示する表示部１０２と、表示部１０２を開閉自在に覆う蓋部１０３とを備える。実施の形態では、計測ユニット１００Ａすなわち計測部１２０Ａは被計測量として、配管１０１Ａを流れるガスや水道等の流体の量の値を計測する。無線装置２００は表示部１０２の周辺に設けられており、計測した値を外部の無線端末に無線通信で送信し、無線端末と無線信号を送受信する。無線装置２００は設置面２０６に設置されており、ケース２００Ａを有する。設置面２０６は計測部１２０Ａの表面の一部である。【０００８】
図２は無線装置２００の構成図である。図２において、互いに直角のＸ軸とＹ軸とＺ軸とを定義する。Ｘ軸は設置面２０６に垂直である。また、図２では、無線装置２００の構成を説明するために、無線装置２００のケース２００Ａは記載されていない。接地板２０１は導体よりなり、表面２０１Ａと、表面２０１Ａの反対側の裏面２０１Ｂとを有する。通信回路２０２は接地板２０１の裏面２０１Ｂに設けられ、送信信号を出力し、入力された受信信号を処理する送受信回路である。なお、通信回路２０２は送信信号を出力して受信信号が入力されない送信回路でもよい。または通信回路２０２は送信信号を出力せず、受信信号が入力される受信回路でもよい。【０００９】
整合回路２０３は接地板２０１の表面２０１Ａ上に設けられ、ループアンテナ２０４と通信回路２０２に接続されている。通信回路２０２は整合回路２０３に接続された給電端子２０２Ａを有する。通信回路２０２は計測した値に応じた信号を発生する。整合回路２０３と通信回路２０２は、その信号をループアンテナ２０４へ給電する給電部３０１を構成している。整合回路２０３はアンテナ２０４に効率よく給電するために、ループアンテナ２０４と通信回路２０２との間のインピーダンスの整合を行う。【００１０】
ループアンテナ２０４は端部２０４Ａ、２０４Ｂを有するコの字形状を有する導体帯１２０４よりなり、接地板２０１と共に矩形状のループ形状を形成している。端部２０４Ａ、２０４Ｂは接地板２０１の表面２０１Ａの接続点２０１Ｃ、２０１Ｄにそれぞれ接合している。ループアンテナ２０４の端部２０４Ａは給電部３０１の整合回路２０３と電気的に接続され、端部２０４Ｂは接地板２０１と電気的に接続されている。ループアンテナ２０４と接地板２０１はループ形状を有する導体からなるループアンテナを形成する。【００１１】
ループアンテナ２０４の全長は送受信する電波の波長以下である。ループアンテナ２０４は板帯形状の導体帯１２０４を折り曲げて形成されている。このように、ループアンテナ２０４の矩形状のループ形状を含むループ平面２２０４は接地板２０１に対して実質的に垂直である。ループ形状は矩形状でなくてもよい。ループアンテナ２０４は接地板２０１の表面２０１ＡのＺ軸の方向の端に設けられている。【００１２】
電池２０５は通信回路２０２と接地板２０１とに電気的に接続され、通信回路２０２に電力を供給する。計測部１２０Ａの表面である設置面２０６は導体よりなる。【００１３】
図３は整合回路２０３と通信回路２０２を含む給電部３０１の回路図である。整合回路２９３は直列コンデンサＣ１と並列コンデンサＣ２よりなる。直列コンデンサＣ１は通信回路２０２の給電端子２０２Ａと給電端３０１Ａすなわち接地板２０１の接続点２０１Ｃに接続されている。並列コンデンサＣ２は、給電端子２０２Ａと接地端３０１Ｂとの間に接続され、通信回路２０２に並列に接続されている。ループアンテナ２０４は小さい放射抵抗を有するので、整合回路２０３の損失は非常に小さくなる必要がある。インダクタはコンデンサに比べて損失が大きいので、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、整合回路２０３はインダクタを含まずコンデンサを有することが望ましい。通信回路２０２の給電端子２０２Ａから供給される信号の周波数が４３４ＭＨｚであり、アンテナの入力インピーダンスＺ１１の実部Ｒｅ（Ｚ１１）が１Ω、虚部Ｉｍ（Ｚ１１）が１８０Ωであるときの整合回路２０３の動作を説明する。図３に示す整合回路２０３では、直列コンデンサＣ１の容量は２．１２ｐＦとなり、並列コンデンサＣ２の容量は５１ｐＦとなる。このように、直列コンデンサＣ１の容量は並列コンデンサＣ２の容量より小さい。【００１４】
無線装置２００の動作を説明する。図２において、Ｘ軸とＹ軸とを含むＸＹ平面は地面と平行である。Ｚ軸に平行な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。通信回路２０２と整合回路２０３とを有する給電部３０１は給電端３０１Ａと接地端３０１Ｂとを有する。給電端３０１Ａはループアンテナ２０４の端部２０４Ａに接続されている。給電部３０１の接地端３０１Ｂは、接地板２０１の表面２０１Ａの接続点２０１ＣからＺ軸と平行の方向に位置する接続点２０１Ｅに接続されている。給電部３０１が給電端３０１Ａからループアンテナ２０４の端部２０４Ａに給電すると、経路Ｒ１、Ｒ２に電流Ｉ１、Ｉ２がそれぞれ流れる。【００１５】
経路Ｒ１はループアンテナ２０４を経由して接地板２０１に電流Ｉ１が流れる経路である。電流Ｉ１はＸＹ平面と平行なスープ平面２２０４内でループアンテナ２０４と接地板２０１とで形成されるループ形状内をＺ軸と平行にＸＹ平面に垂直に流れる磁流Ｍ１を発生させ、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。【００１６】
経路Ｒ２は接地板２０１の接続点２０１Ｅから接続点２０１ＣまでＺ軸に平行に電流Ｉ２が流れる経路である。接地板２０１内をＺ軸と平行に流れる電流Ｉ２により、垂直偏波を放射する。接地板２０１の表面２０１Ａの接続点２０１Ｅから接続点２０１Ｃまでの部分２０１Ｆは電流を放射源とする電流アンテナとして動作する。接地板２０１の表面２０１Ａの部分２０１ＦはＺ軸の方向に延び、すなわちＸＹ平面とループ平面２２０４とに垂直に延びる。【００１７】
磁流アンテナの利得は、磁流の方向が導体面と平行であるときには高く、磁流の方向が導体面と直交するとき低い。それに対して、電流アンテナの利得は、電流の方向が導体面と平行であるとき低く、導体面と直交するとき利得が高くなる。【００１８】
設置面２０６が無線装置２００からＸ軸もしくはＹ軸の方向に沿って位置しているとき、ループアンテナ２０４は磁流アンテナとして動作するので高い利得を有する。接地板２０１は電流アンテナとして動作するので、その利得は大きく低下する。よって、設置面２０６がＸ軸やＹ軸の方向から接近したとき、ループアンテナ２０４は磁流アンテナとして動作する。【００１９】
設置面２０６が無線装置２００からＺ軸の方向に位置しているとき、ループアンテナ２０４は磁流アンテナとして動作するので、その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ので高い利得を有する。よって、設置面２０６が無線装置２００からＺ軸の方向に位置しているときには、無線装置２００は電流アンテナとして動作する。このように、無線装置２００が導体からなる設置面２０６からどの方向に位置しても、無線装置２００のアンテナは高い利得を有する。【００２０】
また、ループアンテナ２０４の全長は送受信する電波の波長以下であるので、ループアンテナ２０４のループ形状の径は波長より小さくなり、かつ接地板２０１に載せられているので、無線装置２００は小型で簡易な構造を有する。【００２１】
なお、計測部１２０Ａはガスや水道の使用量の代わりに、電気の使用量の値を計測し、無線装置２００はその値を送信してもよい。また、無線装置２００は計測部１２０Ａの近傍に設置される必要はなく、例えば計測部１２０Ａ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。【００２２】
図４は接地板２０１のＺ軸の方向の長さＬとアンテナの放射効率との関係を示す。図４に示すように、接地板２０１の長さＬが大きくなると放射効率が高くなる。図５は接地板２０１の長さＬとアンテナの入力インピーダンスＺ１１の実部Ｒｅ（Ｚ１１）と虚部Ｉｍ（Ｚ１１）との関係を示す。入力インピーダンスＺ１１の虚部Ｉｍ（Ｚ１１）は誘導性を示し、接地板２０１の長さＬが５０〜９０ｍｍ付近のとき、インピーダンスＺ１１はもっとも低い。インピーダンスＺ１１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、通信回路２０２とアンテナ２０４の整合が難しくなる。したがって、接地板２０１の長さＬは５０〜９０ｍｍ付近が好ましい。【００２３】
ループアンテナ２０４と電池２０５とのＺ軸の方向の距離Ｄについて説明する。図６は距離Ｄとループアンテナ２０４の放射効率との関係を示す。ループアンテナ２０４の導体帯１２０４のＺ軸の方向の幅Ｈにかかわらず、ループアンテナ２０４と電池２０５間の距離Ｄ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Ｄは１０ｍｍ以上とするのがよい。【００２４】
図７は比較例の給電部３０２の回路図である。図７において、図３に示す給電部３０１と同じ部分には同じ参照番号を付し、その説明を省略する。図７に示す給電部３０２は図３に示す給電部３０１の整合回路２０３の代わりに整合回路３０３を備える。給電部３０２は、接地板２０１の表面２０１Ａの接続点２０１Ｃと接続点２０１Ｅにそれぞれ接続された給電端３０２Ａと接地端３０２Ｂとを有する。整合回路３０３は直列コンデンサＣ１１と並列コンデンサＣ１２よりなる。直列コンデンサＣ１１は通信回路２０２の給電端子２０２Ａと給電端３０２Ａすなわち接地板２０１の接続点２０１Ｃに接続されている。並列コンデンサＣ１２は、給電端３０２Ａと接地端３０２Ｂとの間に接続されている。このように、図7に示す整合回路３０３は、図３に示す整合回路２０３に対して並列コンデンザの接続される位置が異なる。通信回路２０２の給電端子２０２Ａから供給される信号の周波数が４３４ＭＨｚであり、アンテナの入力インピーダンスＺ１１の実部Ｒｅ（Ｚ１１）が１Ω、虚部Ｉｍ（Ｚ１１）が１８０Ωであるときの整合回路２０３、３０３の動作を説明する。図３に示す整合回路２０３では、直列コンデンサＣ１の容量は２．１２ｐＦとなり、並列コンデンサＣ２の容量は５１ｐＦとなる。図７に示す整合回路３０３では、直列コンデンサＣ１１の容量は０．２９ｐＦとなり、並列コンデンサＣ１２の容量は１．７５ｐＦとなり、コンデンサＣ１１、Ｃ１２の容量はコンデンサＣ１、Ｃ２より小さくなる。特に直列コンデンサＣ１１の容量は０．５ｐＦより小さく非常に小さいので、高価な非常に高精度なコンデンサを直列コンデンサＣ１１として用いる必要がある。よって、４００ＭＨｚ帯においては図３に示す整合回路２０３はコンデンサＣ１、Ｃ２として安価なコンデンサを用いることができ好ましい。【００２５】
図８は無線装置２００のケース２００Ａ内の斜視図である。図８に示すように、ループアンテナ２０４を接地板２０１上の一端辺上に配置されている。電池２０５は接地板２０１外であって、かつループアンテナ２０４と対面する位置に配置される。電池２０５は接地板２０１上に設けたコネクタからケーブル線を介して電気的に接続されている。電池２０５の極とケーブル線は半田付けにより固定されている。実施の形態１では、接地板２０１の長さを５０ｍｍ、ループアンテナ２０４と電池２０５との距離を５２ｍｍ、ループアンテナ２０４の高さを１７ｍｍとしている。このような構成とすることで、アンテナ利得が劣化することがない。【００２６】
図９は実施の形態における他の無線装置１２００のケース２００Ａ内の斜視図である。図９において、図８に示す無線装置２００と同じ部分には同じ参照番号を付して、その説明を省略する。【００２７】
図９に示すように、ループアンテナ２０４は接地板２０１上の一端辺上に配置されている。電池２０５は接地板２０１外であってループアンテナ２０４と対面する位置に配置されている。ループアンテナ２０４上に補強部８０２を設けている。補強部８０２は、ループアンテナ２０４の延びる方向に表面を凸状に形成して設けられている。無線装置１２００では、接地板２０１の長さを５０ｍｍ、ループアンテナ２０４と電池２０５との距離を５２ｍｍ、ループアンテナ２０４の高さを１７ｍｍとしている。【００２８】
ループアンテナ２０４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、かつ一定の通信特性を得るためには一定以上の寸法を採らなくてはならないので、製造工程でループアンテナ２０４が意図せずに変形する場合がある。補強部８０２を設けることで、ループアンテナ２０４の強度が増す。なお、ループアンテナ２０４の強度向上により得られる効果は、製造工程に限らない。また、補強部８０２は、ループアンテナ２０４の表面を凹状にして形成してもよい。【００２９】
図１０は実施の形態によるさらに他の無線装置２２００のケース２００Ａ内の斜視図である。図１０において、図９に示す無線装置１２００と同じ部分には同じ参照番号を付して、その説明を省略する。【００３０】
ループアンテナ２０４と電池２０５との距離は１０ｍｍ以上とするのが好ましい。図１０に示すようにループアンテナ２０４のループ平面に対して電池２０５を垂直に配置することで、ループ平面に対する電池２０５の射影面積が小さくなり、放射効率の低下を緩和することができる。【００３１】
図１１は実施の形態によるさらに他の無線装置３２００のケース２００Ａ内の斜視図である。図１１において、図１０に示す無線装置２２００と同じ部分には同じ参照番号を付して、その説明を省略する。【００３２】
無線装置３２００では、ループアンテナ２０４のループ平面に対して電池２０５を垂直に配置することで、ループ平面に対する電池２０５の射影面積が小さくなり、放射効率の低下を緩和することができる。また、ループアンテナ２０４上に補強部８０２とともに補強部８０３を設けている。補強部８０３は、ループアンテナ２０４の折曲部を凹状に形成されたものであり、ループアンテナ２０４の強度を増す。【００３３】
図８から図１１に示す無線装置２００、１２００、２２００、３２００では、電池２０５は接地板２０１と離れているが、接地板２０１上に電池２０５を配置してもよい。【００３４】
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。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明による無線装置を備えた計測装置は任意の場所に設置でき小型化できる。その無線装置は、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として有用である。
【図１】
2010023778.tif 000003
【図２】
2010023778.tif 000004
【図３】
2010023778.tif 000005
【図４】
2010023778.tif 000006
【図５】
2010023778.tif 000007
【図６】
2010023778.tif 000008
【図７】
2010023778.tif 000009
【図８】
2010023778.tif 000010
【図９】
2010023778.tif 000011
【図１０】
2010023778.tif 000012
【図１１】
2010023778.tif 000013
【国際調査報告】
2010023778.tif 000014
2010023778.tif 000015