(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線ゲージ装置であって、
・  無線送受信機と少なくとも１つのセンサを備え、第１の側部と第２の側部を有する、プリント回路基板と；
・  前記プリント回路基板と電気的に接続される電源と；
前記無線送受信機に電気的に接続され、前記プリント回路基板の第１の側部に設けられる、アンテナと；
・  前記プリント回路基板、前記電源及び前記アンテナを収納し、密度０．８から１．２ｇ／ｃｍ３のポリウレタン製である、ケーシングと；
を備え、前記ケーシングは前記アンテナを覆って成形され該アンテナを収納し、前記ケーシング内に保護層が配され、前記保護層は、前記アンテナの周囲のみに設けられ、前記プリント回路基板の第１の側部と該プリント回路基板の第２の面にある第２の側部の対応する部分に延在し、前記保護層は更に、前記プリント回路基板の第１の側のアンテナの形状に合致し、厚さ４から８ｍｍ、最大密度５０ｋｇ／ｍ３、比誘電率１から２．７である、前記無線ゲージ装置。
【請求項２】
前記保護層は、独立気泡プラスチック材で製作される、請求項１に記載の無線ゲージ装置。
【請求項３】
前記独立気泡プラスチック材は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン及びポリスチレンから成る群から選択される、請求項２に記載の無線ゲージ装置。
【請求項４】
前記保護層は２枚のシートから成るプラスチック材で製作され、前記シートの間にガスが取り込まれる、請求項１に記載の無線ゲージ装置。
【請求項５】
前記保護層は、ガスが充填された剛性保護ケーシングである、請求項１に記載の無線ゲージ装置。
【請求項６】
前記保護層の密度は１０から５０ｋｇ／ｍ３である、請求項１から５の何れかに記載の無線ゲージ装置。
【請求項７】
前記保護層の比誘電率は１から２．４である、請求項１から６の何れかに記載の無線ゲージ装置。
【請求項８】
前記アンテナはトレースアンテナであり、前記トレースアンテナは前記プリント回路基板の表面に配置され、前記保護層は前記プリント回路基板の第１の面にのみ延在し、前記第１の面は、前記トレースアンテナが前記プリント回路基板に配置されている領域に対応する、請求項１から７の何れかに記載の無線ゲージ装置。
【請求項９】
前記アンテナは、前記プリント回路基板の第１の側部に埋め込まれる、請求項１から８の何れかに記載の無線ゲージ装置。
【請求項１０】
前記ケーシングは着色顔料を含む、請求項１から９の何れかに記載の無線ゲージ装置。
【請求項１１】
前記ケーシングは、前記プリント回路基板、前記電源及び前記アンテナから該ケーシングの外面までの距離が最低１０ｍｍであるような大きさである、請求項１から１０の何れかに記載の無線ゲージ装置。
【請求項１２】
前記少なくとも１つのセンサは、前記ケーシングで覆われていない、請求項１から１１の何れかに記載の無線ゲージ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して無線ゲージ装置とその製造方法に関し、より具体的には、ロバスト構造を持ちつつ無線通信を向上させる無線ゲージ装置とその製造方法である。
【背景】
【０００２】
周囲の物理的又は環境的条件をモニタ及び決定する、空間的に分散された無線ゲージ装置から成る無線ネットワークは、本技術分野ではよく知られている。このような例の一つとして、無線ゲージ装置をごみ容器に取り付け、ごみ容器の満杯レベルや満杯率を決定する無線ゲージ装置の使用が含まれる。通常、このようなゲージは、例えば温度変化や物理的衝撃、湿気、ガス、その他の化学物質等のある厳しい環境に曝される。例えば、中東のような地域にあるごみ容器の外気温は、日中は摂氏１００度近くから夜間は摂氏０度まで変化し得る。また、こうしたごみ容器に集められた廃棄物やごみには有機物も含まれ、これらは分解してメタンや二酸化炭素等のガスを発生する。廃棄物には塗料や他の材料等の溶剤も含まれ、これらは気化したり腐食を起こしたりすることもある。さらに、ごみ容器には数十Ｇ程度の加速度／衝撃といった物理的ストレスが加わることもある。またさらに、ゲージが火災に遭う場合もあり得る。この様な場合、ゲージが直に炎に曝されたときでも最低数分間は動作しなくてはならず、摂氏約５０度の熱に曝されたときでも約３０分間動作しなくてはならない。これにより、ゲージはアラームをトリガーしたり特定の法令・規則を遵守したりすることができる。
【０００３】
前述の問題に対処するために、ゲージは通常プラスチック製のハウジングを備え、その中に電子素子を収納している。例えば、ゲージは電子素子を実質的に収納する適切なプラスチック材と一体化され、前述した厳しい環境からゲージを守るようにしてもよい。もともと、こうしたゲージは無線動作を要求されるため、適切に機能する無線ユニットを備える必要がある。こうした無線ユニットは通常、セルラーネットワーク規格で動作する。このような場合、ゲージはバッテリー式デバイスでバッテリーの寿命も長いと期待されるため、こうしたゲージのアンテナも効率的に動作する必要がある。しかし、ロバスト性要件（即ち、プラスチックハウジング）のために、こうしたゲージは外部アンテナ構成を利用することができず、アンテナはハウジング内部に配置される必要がある。そして、アンテナを収納するプラスチックハウジングは、アンテナの性能を劇的に劣化させる。例えば、こうしたアンテナはより多くの電力を必要としたり、ゲージの送信機が信号を送信する間の電力消費を増やしたりする。また、こうしたアンテナはゲージの受信機が信号を受信するときの感度も下げ、その結果、動作時間も短くしてしまう。
【０００４】
したがって、前述の議論を踏まえると、無線ゲージ装置に関する前述の欠点を克服するために、ロバスト構造を持ちながら無線通信を向上させる必要がある。
【摘要】
【０００５】
本開示は、前述の問題を少なくとも一部解決する無線ゲージ装置を提供するものである。
【０００６】
また、本開示は無線ゲージ装置の製造方法も提供するものである。
【０００７】
本開示の実施形態は、ある態様において次の無線ゲージ装置、即ち、
・  無線送受信機と少なくとも１つのセンサを備え、第１の側部と第２の側部を有する、プリント回路基板と；
・  前記プリント回路基板と電気的に接続される電源と；
・  前記無線送受信機に電気的に接続され、前記プリント回路基板の第１の側部に設けられる、アンテナと；
・  前記プリント回路基板、前記電源及び前記アンテナを収納し、密度0.8-1.2 g/cm3のポリウレタン製である、ケーシングと
を備え、前記ケーシングは前記アンテナを覆って成形され該アンテナを収納し、前記ケーシング内に保護層が配され、前記保護層は、前記アンテナの周囲のみに設けられ、前記プリント回路基板の第１の側部と該プリント回路基板の第２の面にある第２の側部の対応する部分に延在し、前記保護層は更に、前記プリント回路基板の第１の側のアンテナの形状に合致し、厚さ4から8 mm、最大密度50 kg/m3、比誘電率1から2.7である、前記無線ゲージ装置を提供する。
【０００８】
本開示の実施形態は、別の態様において無線ゲージ装置の製造方法を提供する。前記方法は、
・  アンテナの周囲に保護層を配置することと；
・  モールドの支持構造体にプリント回路基板、電源及び前記アンテナを配置することと；
・  前記モールドにポリウレタン樹脂を充填することと；
・  前記ポリウレタンの樹脂を硬化させることと；
・  前記モールドを取り外すことと；
・  前記支持構造体を取り外すことと；
・  前記支持構造体によって空けられた空間にポリウレタン樹脂を充填すること；
を含む。
【０００９】
本開示の実施形態は、本技術分野における前述の問題を排除する、又は少なくとも一部対応するものであり、ロバスト構造で無線通信を向上させる無線ゲージ装置を提供する。
【００１０】
本開示の追加的な態様、利点、特徴及び目的は、添付の図面及び例示的実施形態の詳細説明によって明らかにされる。これらは、後で添付される特許請求の範囲と共に解釈されよう。
【００１１】
当然ながら、本開示の特徴は、添付の特許請求の範囲に定義される開示範囲から逸脱することなく様々に組み合わせることが許容される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
前述した概要と以下の例示的実施形態の詳細説明は、添付の図面と合わせて読むことでより理解されることになる。本開示を説明する目的で、本開示の例示的構成を図面に示す。ただし、本開示はここで記載される特定の方法及び手段に限定されるものではない。また、当業者であれば、図面は正確な縮尺率で描かれていないことも理解されよう。同じ構成要素は可能な限り同一番号で示すようにした。
以下、本開示の実施形態を、一例として次の図面を参照しながら説明する。
【図１】本開示の実施形態に従う無線ゲージ装置の斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ'線に沿った無線ゲージ装置の断面図である。
【図３】図１の無線ゲージ装置の上面図である。
【図４】図４Ａ及び４Ｂは、それぞれ、図２の無線ゲージ装置のアンテナを取り囲むように構成される保護層の上面図及び側面図である。
【図５】本開示の実施形態に従う、無線ゲージ装置の製造方法のステップ図である。
【図６】本開示の別の実施形態に従う無線ゲージ装置の斜視図である。  添付の図面において、下線付きの番号は、その番号が書かれている場所の要素又はその番号に隣接する要素を表わすのに使用される。下線無しの番号は、その番号を繋ぐ線によって特定される要素に関連付けられる。番号に下線が無く矢印を伴って書かれている場合、その番号は矢印が示す汎用要素を特定するのに使用される。
【実施形態の詳細説明】
【００１３】
次に、本開示の例示的実施形態とそれを実装し得る方法を詳述していく。本開示を実行する幾つかの方法が説明されているが、本開示を実行又は遂行する他の実施形態も可能であることは、当業者には理解されよう。
【００１４】
本開示の実施形態は、ある態様において次の無線ゲージ装置、即ち、
・  無線送受信機と少なくとも１つのセンサを備え、第１の側部と第２の側部を有する、プリント回路基板と；
・  前記プリント回路基板と電気的に接続される電源と；
・  前記無線送受信機に電気的に接続され、前記プリント回路基板の第１の側部に設けられる、アンテナと；
・  前記プリント回路基板、前記電源及び前記アンテナを収納し、密度0.8-1.2 g/cm3のポリウレタン製である、ケーシングと
を備える無線ゲージ装置であって、前記ケーシングは前記アンテナを覆って成形され該アンテナを収納し、前記ケーシング内に保護層が配され、前記保護層は、前記アンテナの周囲のみに設けられ、前記プリント回路基板の第１の側部と該プリント回路基板の第２の面にある第２の側部の対応する部分に延在し、前記保護層は更に、前記プリント回路基板の第１の側のアンテナの形状に合致し、厚さ4-8 mm、最大密度50 kg/m3、比誘電率1-2.7である、前記無線ゲージ装置を提供する。
【００１５】
ある実施形態では、プリント回路基板（ＰＣＢ）は一般ＦＲ４材で製作される。「ＦＲ」は「難燃性（flame retardant）」を意味し、ＦＲ４の燃焼安全性が燃焼性規格に準拠していることを表わしている。ＦＲ４材は構成部材（エポキシ樹脂、織りガラス繊維強化部材、臭素系難燃剤等）から作られている。あるいは、織りガラスとセラミック充填炭化水素等のような他の適切な材料でＰＣＢが製作されてもよい。ＰＣＢは更に、矩形や円形、多角形といったあらゆる適切な形状で構成されてもよい。
【００１６】
ＰＣＢには、種々の電子部品及び電源が電気的に（動作可能なように）設置又は接続される。ある実施形態によれば、こうした種々の電子部品には、少なくとも１つのセンサ、無線送受信機、マイクロコントローラ、メモリ等が含まれる。これら種々の電子部品が、主として本開示の無線ゲージ装置のような無線ゲージの動作に必要な全ての電子部品を包含していることは、理解されるべきである。
【００１７】
ある実施形態によれば、これら種々の電子部品（少なくとも１つのセンサ、無線送受信機、マイクロコントローラ等）は、例えばリフロー半田接合技術によって、ＰＣＢに電気的に設置又は接続される。
【００１８】
ある実施形態によれば、少なくとも１つのセンサは、ごみ容器の満杯レベルや満杯率を決定するように動作する満杯レベルセンサや満杯率センサである。例えば、こうしたセンサは、超音波センサや赤外線センサ、圧力センサ、重量センサ、超広帯域無線センサ、ＣＣＤカメラセンサ、レーザーセンサ等から成る群から選択することができる。別の実施形態によれば、本開示の無線ゲージ装置は、加速度計や湿度センサ、ガスセンサ、周辺光センサ、温度センサ等から成る群から選択された他のセンサを備えてもよい。
【００１９】
本開示の無線送受信機には、無線信号を送信する送信機と無線信号を受信する受信機が含まれる。ある実施形態では、セルラー規格で動作可能なセルラー送受信機が無線送受信機に含まれる。また、無線送受信機には無線信号を送受信するモデムも含めることができる。
【００２０】
ある実施形態によれば、本開示のマイクロコントローラは、データ及びプログラムデータを格納するメモリを備える。プログラムデータには、無線ゲージ装置の動作パターンを規定する命令が含まれる。例えば、プログラムデータには、ごみ容器の満杯レベル又は満杯率をモニタし、所定の条件に基づいて検知データを送信するといったセンサの機能動作パターンを規定する命令が含まれる。
【００２１】
ある実施形態によれば、電源は工業用リチウムイオン電池である。当然ながら、電源はリチウム−塩化チオニル型の電池等のあらゆる適切な種類の電源でもよい。電源は、無線ゲージ装置が動作するように種々の電子部品とアンテナに必要な電力を供給する。
【００２２】
本開示のアンテナは、無線送受信機と電気的に接続される。ある実施形態によれば、本開示のアンテナはトレースアンテナである。トレースアンテナはプリント回路基板の表面に配置されてもよく、保護層はプリント回路基板の第１の面にのみ延在する。この面は、トレースアンテナがプリント回路基板に配置されている領域に対応する。ある実施形態によれば、アンテナ（トレースアンテナ又は別の種類のアンテナ）は、プリント回路基板の第１の側部に埋め込まれ、具体的には、ＰＣＢの一部にアンテナが規定されている。例えば、アンテナがＰＣＢの一部を、（アンテナのトポロジーを規定する）金属トレースがプリントされている基板として含んでいる。あるいは、アンテナは別の（例えば、ＦＲ４材製の）ＰＣＢであって、無線ゲージ装置のメインＰＣＢに動作可能にかつ構造的に接続されていてもよい。さらに、アンテナはＧＳＭ（登録商標）や符号分割多元接続（Code Division Multiple Access；ＣＤＭＡ）、汎用パケット無線システム（General packet radio service；ＧＰＲＳ）、ローカルエリア無線ネットワーク（ＷｉＦｉ、ＷＬＡＮ等）、ブルートゥース（登録商標）等のような標準的なセルラーネットワークで動作可能であるように構成される。 
【００２３】
実施形態によっては、アンテナは、実質的に平坦なドーム構造の形状を有するように構成されてもよい。ある実施例では、アンテナは次の大きさ、即ち、長さが約65 mm、高さが約28 mm、厚さが約1 mmから1.6 mmで構成されてもよい。
【００２４】
前述の通り、本開示のアンテナは、厚さが約4-8 mmの保護層で覆われている。厚さは例えば、約5-7 mmや約4-6 mm、約6-8 mmでもよい。さらに、アンテナの形状に合致する形状を持つように保護層を形成しなくてはならないことも理解されるべきである。例えば、保護層も実質的に平坦な構造の形状を有し、次の大きさ、即ち（図４Ａ及び４Ｂで示す）、長さが約65 mm、高さが約28 mm、厚さが約6 mmから1.6 mmで構成されてもよい。 保護層はアンテナ全体を覆う単層であってもよく、アンテナの両側に結合される保護層のペアであってもよい。また、保護層は適切な接着剤や糊を使ってＰＣＢの各側に装着されてもよい。実施形態によっては、アンテナがプリント回路基板に配置されたトレースアンテナであるため、保護層がプリント回路基板の両側に設けられてもよい。
【００２５】
ある実施形態によれば、保護層は独立気泡プラスチック材で製作される。独立気泡プラスチック材は好ましくは、雨や日光に影響されない、軽量かつ剛性のあるプラスチック材である。ある実施例では、独立気泡プラスチック材は、ポリエチレンや、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリスチレン等から成る群から選択される。
【００２６】
前述の通り、保護層は最大50 kg/m3の密度を有する。具体的には、保護層は密度、即ち、独立気泡プラスチック材の質量と体積の比率が最大50 kg/m3である。この50 kg/m3という値は、独立気泡プラスチック材製の立方体の体積が1 m3であるとき、質量が最大50 kgであるということを示している。したがって、（長さ約65 mm、高さ約28 mm、厚さ約4-8 mmの大きさを持つ）保護層は、こうした立方体（体積1 m3、最大質量50 kgの独立気泡プラスチック材製立方体）から切り出された一部ということになる。保護層の密度は、好ましくは最低10 kg/m3である。
【００２７】
また前述の通り、保護層の比誘電率は1-2.7である。比誘電率（dielectric constant／relative permittivity）は、物質の誘電率と真空の誘電率の比である。それは、物質が電束を集中させられる範囲を表わし、比透磁率の電気的等価量である。ある実施例では、保護層の比誘電率は1から2.4の間である。別の実施例では、ケーシングの比誘電率は4から7の間である。
【００２８】
ある実施形態によれば、本開示の保護層は前述とは異なって構成されながら同じ特性を有していてもよい。ある実施例では、保護層は２枚のシートから成るプラスチック材で製作され、それらのシートの間にガスが取り込まれる。あるいは、ガスで満たされた剛性保護ケーシングとなるように保護層が形成されてもよい。
【００２９】
本開示の実施形態によれば、ケーシングは、実質的に半球台（hemispherical frustum）形状を有するように構成される（その最良形態を図１及び２に示す）。ある実施例では、ケーシングは、無線ゲージ装置にロバスト性を与える堅牢なケーシングであってもよい。例えば、プリント回路基板や電源、アンテナからケーシングの外面までの距離が最低10 mmであるようなサイズを持つケーシングでもよい。（本願では超音波センサとも呼ばれる）超音波近接センサが使用される場合、センサはケーシングで覆われないようにする。
【００３０】
そのため、実施形態によっては、少なくとも１つのセンサはケーシングで覆われていない。具体的には、ケーシングは、高さ方向に（即ち、上部から下部に）延びる開口部と、少なくとも１つのセンサ側に開口端を備え、その開口部を通じて少なくとも１つのセンサが見えていて、アクセスすることができる。
【００３１】
前述の通り、本開示のケーシングは、密度0.8-1.2 g/cm3（即ち、800-1200 kg/m3）のポリウレタンで製作されている。
【００３２】
本開示の実施形態は、別の態様において無線ゲージ装置の製造方法を提供する。前記方法は、
・  アンテナの周囲に保護層を配置することと；
・  モールドの支持構造体にプリント回路基板、電源及び前記アンテナを配置することと；
・  前記モールドにポリウレタンを充填することと；
・  前記ポリウレタンの樹脂を硬化させることと；
・  前記モールドを取り外すことと；
・  前記支持構造体を取り外すことと；
・  前記支持構造体によって空けられた空間にポリウレタン樹脂を充填すること
を含む。
【００３３】
ある実施例では、アンテナに保護層が接着される。即ち、保護層がアンテナのＰＣＢ部分のそれぞれの側（上部又は下部）に接着される。
【００３４】
実施形態によっては、モールド内で電源とアンテナをＰＣＢに固定するために使用する支持構造体を挿入することができる。前述の通り、ケーシングは実質的に半球台形状に構成することができる。したがって、モールドも半球台形状に構成することもできる。この場合、モールドは、中空構造の中に半球台形状の空洞を備えることになる（これは、少なくとも１つのセンサを覆わないようにする必要がある場合に提供される）。
【００３５】
超音波センサが使用される実施形態によれば、ＰＣＢと電源、アンテナが支持構造体に配置されるとき、ＰＣＢにある少なくとも１つのセンサはモールドの（円錐台形状を持つ）中空構造に隣接して配置される。具体的には、モールドは少なくとも１つのセンサに隣接して配置されるように構成された中空構造を備え、それによって、モールドにポリウレタン樹脂を充填してケーシングが形成される際、少なくとも１つのセンサがある位置の上部に開口部が形成されるようにする。
【００３６】
ある実施形態によれば、ポリウレタン樹脂は、従来の最も一般的な方法として、ポリオールとジイソシアネート又はポリイソシアネートを反応させることによって形成される。ポリウレタンを作るのに使われるイソシアネートとポリオールの両方とも、１分子当たりの平均官能基数は２以上である。通常、製造原理には、液体イソシアネートと樹脂の混合物を特定のストイキ比で与え、均一な混合物が得られるまでそれを撹拌することが含まれる。
【００３７】
ある実施例では、ポリウレタン樹脂は、モールドを傾けた姿勢でモールドの底部から上部に向かって注入される。また、ポリウレタン樹脂をモールドに注入する前に測定が行われる。例えば、モールドの中空構造が少なくとも１つのセンサに隣接して配置されているかというような測定が行われる。
【００３８】
その後、ポリウレタン樹脂はモールド内で所定時間が経過すると硬化し、ＰＣＢと電源、アンテナに一貫性とロバスト性を与えられる。そして、モールドが取り外される。すなわち、ＰＣＢと電源、アンテナを収納するケーシングがモールドから取り出される。さらに、支持構造体が取り外され、支持構造体によって空けられた空間にはポリウレタン樹脂が再度充填される。この結果、ＰＣＢと電源、アンテナには中実のロバストケーシングが得られる。これは事実上永久で、開けることができない。これにより、本開示の無線ゲージ装置の不正変更も防止される。
【００３９】
本開示の無線ゲージ装置は、ロバスト構造を持ちつつ無線通信も向上させる。例えば、無線ゲージ装置の製造で用いられるアンテナの構成及び材料の様々な特性（密度や比誘電率等）は、無線通信を向上させる。
【００４０】
ある実施形態によれば、無線ゲージ装置の無線通信の向上は、無線通信を行うアンテナの効率に関して決定される。
【００４１】
次に、表１を参照すると、本開示の無線ゲージ装置に用いられる（保護層を持つ）アンテナの効率が、（こうした保護層の無い）従来のアンテナの効率と比較されながら示されている。また、表１で示す通り、アンテナが GPRS850 MHz（周波数帯） ch192のような標準セルラーネットワークで動作する場合のアンテナ効率が計算されている。表１は、アンテナ効率を計算する際に考慮された、アンテナの様々な他の側面も示している。例えば、表１には、ＥＵＴ ＩＤ、即ち被試験装置ＩＤ（アンテナのＩＤやアンテナを備える無線ゲージ装置のＩＤでもよい）や最大レベル（dBm）、即ち１ミリワットに対する最大電力の比が含まれる。表１には、アンテナの回転台（方位角及び傾斜角等）やアンテナの偏波等、他の側面も含まれる。
［表１］
0005882528.tif 000002
【００４２】
表に示す通り、GPRS850 MHz周波数帯のEUT 924（保護層無しの従来アンテナ）は水平偏波で方位角138o 、傾斜角0oであり、最大電力比が約16.17 dBmで動作する（無線信号を送信又は受信する）。同様に、GPRS850 MHz周波数帯のEUT 1203（保護層無しの従来アンテナ）は水平偏波で方位角140o 、傾斜角0oであり、最大電力比が約18.30 dBmで動作する。しかし、GPRS850 MHz周波数帯のEUT 2361（本開示に基づく保護層を持つアンテナ）は垂直偏波で方位角129o 、傾斜角90oであり、最大電力比が約24.06 dBmで動作する。同様に、GPRS850 MHz周波数帯のEUT 2362（保護層を持つアンテナ）は垂直偏波で方位角129o 、傾斜角90oであり、最大電力比が約23.30 dBmで動作する。EUT 924・1203の最大電力比をEUT 2361・2362のそれと比較すると、EUT 2361・2362が完全されたアンテナ効率を持つことが明白に示されている。例えば、最大電力比は5から8 dBmの範囲で大きくなっていることが分かる。加えて、GPRS850 MHz周波数帯のEUT 1694（保護層付きの従来アンテナ）は水平偏波で方位角166o 、傾斜角0oであるとき、最大電力比が約20.42 dBmで動作し、EUT 924・1203（従来アンテナ）の最大電力比よりも大きい。
【００４３】
次に、表2を参照すると、アンテナが GSM1900 MHz（周波数帯） ch663のような別の標準セルラーネットワークで動作する場合のアンテナ効率が計算されている。
［表２］
0005882528.tif 000003
【００４４】
表に示す通り、GSM1900 MHz周波数帯のEUT 924（保護層無しの従来アンテナ）は水平偏波で方位角158o 、傾斜角0oであり、最大電力比が約20.49 dBmで動作する。同様に、GSM1900 MHz周波数帯のEUT 1203（保護層無しの従来アンテナ）は水平偏波で方位角159o 、傾斜角0oであり、最大電力比が約19.62 dBmで動作する。しかし、GSM1900 MHz周波数帯のEUT 2361（本開示に基づく保護層を持つアンテナ）は垂直偏波で方位角199o 、傾斜角90oであり、最大電力比が約25.43 dBmで動作する。同様に、GSM1900 MHz周波数帯のEUT 2362（保護層を持つアンテナ）は垂直偏波で方位角258o 、傾斜角45oであり、最大電力比が約24.97 dBmで動作する。EUT 924・1203の最大電力比をEUT 2361・2362のそれと比較すると、EUT 2361・2362が完全されたアンテナ効率を持つことが明白に示されている。例えば、最大電力比は4から6 dBmの範囲で大きくなっていることが分かる。加えて、GSM1900 MHz周波数帯のEUT 1694（保護層付きの従来アンテナ）は水平偏波で方位角174o 、傾斜角0oであるとき、最大電力比が約25.28 dBmで動作し、EUT 924・1203（従来アンテナ）の最大電力比よりも大きい。
【００４５】
前述の実施例に基づくと、保護層付きアンテナの効率は、900 MHz周波数帯で平均値が約3 dBm、1900 MHz周波数帯で平均値が約6 dBmである。したがって、こうした改善、例えば3 dBの改善により、信号送信に必要な電力を50％削減し、（アンテナと電気的に接続する）無線送受信機の受信感度を100％改善する結果が生まれる。
【００４６】
本開示は、ロバスト構造を持ちつつ無線通信を向上させる無線ゲージ装置を提供してきた。こうした無線ゲージ装置は、温度変化や物理的衝撃、湿気、ガス、その他の化学物質等のある厳しい環境での使用に適しているものである。また、無線ゲージ装置、とりわけ、無線ゲージ装置の製造で用いられるアンテナ構成及び材料の様々な特性は、無線通信を向上させる。さらに、本開示の無線ゲージ装置は、こうした無線通信の向上により、電源寿命も延すことができる。例えば、物理的又は環境的条件（加速度、湿度、ガス、光、温度等）を遠隔でモニタして決定するために、こうした無線ゲージ装置が（ごみ容器以外の）様々な領域で適用可能であることが分かる。
【００４７】
以下、図面の内容を詳細に説明する。
【００４８】
図１を参照すると、本開示の実施形態に従う無線ゲージ装置１００の斜視図が示されている。無線ゲージ装置１００は、実施的に半球台形状を持つケーシング１０２を備える。この実施形態では、ケーシング１０２は、高さ方向に（即ち、上部から下部に）延びる開口部１０４を備え、その最良形態が図２に示されている。ケーシング１０２は外面１０６も備える。
【００４９】
図２を参照すると、図１のＡ−Ａ'線に沿った無線ゲージ装置１００の断面図が示されている。図の通り、ケーシング１０２はプリント回路基板（ＰＣＢ）２００と電源２０２、アンテナ２０４を収納する。ＰＣＢ２００には、種々の電子部品が電気的に（動作可能なように）設置又は接続される。こうした種々の電子部品には、少なくとも１つのセンサ２１０（主には超音波センサ等の満杯率センサ）やマイクロコントローラ２１２、無線送受信機２１４等が含まれるが、これらに限定されない。ＰＣＢ２００は、電源２０２とアンテナ２０４に動作可能に接続される。アンテナ２０４は、無線送受信機２１４と電気的に接続される。アンテナ２０４は、保護層２２０に覆われる。
【００５０】
ＰＣＢ２００と電源２０２、アンテナ２０４は、ケーシング１０２内の支柱２３０のような支持構造体によって支持される。具体的には、支柱２３０は、ケーシング１０２の製造中にモールド内でＰＣＢ２００と電源２０２、アンテナ２０４を支えるのに使用される。ケーシング１０２が準備（成形）されると、支柱２３０によって空いた空間には、そこを埋めるポリウレタン樹脂が注入される。ケーシング１０２は、目的の構造体に簡単に取り付けられるようにする、ナット挿入物等の取付ポイント２３２も備える。
【００５１】
図３を参照すると、図１の無線ゲージ装置１００の上面図が示されている。図の通り、少なくとも１つのセンサ２１０はケーシング１０２に覆われていない。すなわち、開口部１０４を通じて少なくとも１つのセンサ２１０が見えていて、アクセスすることができる。図３は、図2の無線ゲージ装置１００の関連部品も描いている。
【００５２】
図４Ａ及び４Ｂを参照すると、それぞれ、保護層２２０の上面図及び側面図を示している。図の通り、保護層２２０は、実質的に平坦なドーム構造の形状を有するように構成される。具体的には、保護層２２０がアンテナ２０４（又はアンテナのトポロジー）に適切に合致する又は覆うような形状を持つように、保護層２２０が構成される。
【００５３】
図5を参照すると、本開示の実施形態に従う無線ゲージ装置の製造方法５００のステップ図が示されている。具体的には、方法５００は、図１から３と組み合わせて説明した無線ゲージ装置１００の製造方法のステップを示している。
【００５４】
ステップ５０２で、アンテナの周囲に保護層が配される。
【００５５】
ステップ５０４で、モールドの支持構造体にプリント回路基板、電源及びアンテナが配置される。
【００５６】
ステップ５０６で、モールドにポリウレタン樹脂が充填される。
【００５７】
ステップ５０８で、モールド内のポリウレタンの樹脂が硬化させられる。
【００５８】
ステップ５１０で、モールドが取り外される。モールドを取り外すと、プリント回路基板、電源及びアンテナを収納するケーシング（硬化ポリウレタン）が形成される。
【００５９】
ステップ５１２で、支持構造体が取り外される。
【００６０】
ステップ５１４で、支持構造体によって空けられた空間にポリウレタン樹脂が充填される。
【００６１】
ステップ５０２から５１４は単なる例示であって、他の選択肢も提供することができる。すなわち、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、１つ又は複数のステップを加えたり、１つ又は複数のステップを除いたり、１つ又は複数のステップを別の順序で実行したりすることができる。例えば、方法５００は、アンテナに保護層を接着することを含んでもよい。
【００６２】
図６は、本開示の別の実施形態に従う無線ゲージ装置の斜視図である。この実施形態では、少なくとも１つのセンサは、ケーシングの開口部が不要であるように選択され、例えば、超広帯域レーザーセンサが使用される。
【００６３】
前述した本開示の実施形態の変更は、添付の特許請求の範囲に定義される開示範囲から逸脱しない限り可能である。本開示を記述及び請求するのに使用される「含む」、「備える」、「組み込む」、「有する」、「在る」等の表現は、非限定的に解釈されることを意図したものであり、明示されない項目や部品、要素等が存在してもよい。単数表現もまた、複数を含むものと解釈されるべきものである。
【要約】無線ゲージ装置及びその製造方法が開示される。無線ゲージ装置は、無線送受信機及びセンサを備え、第１の側部と第２の側部を有するプリント回路基板と；プリント回路基板と電気的に接続される電源と；無線送受信機に電気的に接続され、プリント回路基板の第１の側部に設けられるアンテナと； プリント回路基板、電源及びアンテナを収納するケーシングを備える。ケーシングは密度0.8-1.2 g/cm3のポリウレタンで製作されている。アンテナはケーシング内に配された保護層に覆われる。ケーシングはアンテナを覆うように収納し、該保護層は、アンテナの周囲のみに設けられ、プリント回路基板の第１の側部と第２の側部に延在し、前記保護層は更に、プリント回路基板の第１の側のアンテナの形状に合致し、厚さ4から8 mm、最大密度50 kg/m3、比誘電率1から2.7である。
【選択図】図2【図１】
0005882528.tif 000004
【図２】
0005882528.tif 000005
【図４】
0005882528.tif 000006
【図５】
0005882528.tif 000007
【図３】
0005882528.tif 000008
【図６】
0005882528.tif 000009