無線センサ受信装置、及び、無線センサ装置
【課題】設置される設備側の改版や周辺からの影響を受けたり、また、無線センサ受信装置の受信感度等の諸特性を劣化させることなく、受信アンテナ部の形状小型化、薄型化を達成できる無線センサ受信装置を提供する。
【解決手段】アンテナ素子８１１〜８１３は、誘電体基体と、アンテナ導体膜とを含み、部品搭載基板８０の一面上に配置されている。誘電体基体は部品搭載基板８０を構成する材料よりも誘電率の高い誘電体材料によって構成されている。アンテナ導体膜は誘電体基体によって支持されている。アンテナ素子８１１〜８１３のそれぞれのアンテナ導体膜は、互いに直列に接続されている。
【解決手段】アンテナ素子８１１〜８１３は、誘電体基体と、アンテナ導体膜とを含み、部品搭載基板８０の一面上に配置されている。誘電体基体は部品搭載基板８０を構成する材料よりも誘電率の高い誘電体材料によって構成されている。アンテナ導体膜は誘電体基体によって支持されている。アンテナ素子８１１〜８１３のそれぞれのアンテナ導体膜は、互いに直列に接続されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線センサ受信装置、及び、無線センサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
センサによって検知された温度や湿度等のデータを、無線センサ送信装置により、隔地に配置された無線センサ受信装置に送信する無線センサ装置は、例えば、特許文献１などにより知られている。
【０００３】
この種の無線センサ装置は、温度、湿度または照度の計測値を利用する機器から、無線センサ送信装置を空間的に離間させ、無線センサ送信装置によって得られたデータを、無線センサ受信装置に送って計測値を集中管理することができるし、また、無線センサ送信装置を移動、携帯することができるなど、多様な形態での利用が可能となる。
【０００４】
無線センサ受信装置では、無線センサ送信装置から無線通信された信号を検出しなければならないが、検出可能な信号レベルの下限値は、受信アンテナ部と、受信回路部の受信感度特性に依存する。このため、受信感度特性が悪いと、検出できる信号レベルの下限値がより大きいレベルとなり、より微弱な信号レベルを検出しにくくなる。また、受信感度特性は、無線センサ送信装置と無線センサ受信装置間の距離(通信距離)や無線センサ受信装置周辺の耐ノイズ環境性に影響を及ぼし、受信感度が悪いほど、通信距離や耐ノイズ環境性は劣化することになる。
【０００５】
そこで、この種の無線センサ装置においては、いかにして、受信感度を向上させるかが、重要な課題となる。受信感度に影響を及ぼす受信回路部及び受信アンテナ部のうち、受信回路部は回路構成を工夫することによって、受信感度の向上に対応することが可能であるが、受信アンテナ部には、機械的、物理的制約があるために、常に、理想的状態で用いるというわけには行かない。
【０００６】
例えば、受信アンテナ部を、無線周波数の１/２又は１/４波長に近い長さで、垂直に立つモノポールタイプとした場合、無線周波数ｆを３００MHｚにしたとすると、１/４波長では２５０ｍｍ、１/２波長では５００ｍｍの長さのアンテナが必要となる。無線周波数ｆを１０００MHｚまで上げた場合でも、１/４波長では７５ｍｍ、１/２波長では１５０ｍｍの長さが必要になるから、無線センサ受信装置の小型化、薄型化に限界が生じる。
【０００７】
しかも、受信アンテナ部を、モノポールタイプによって構成した場合、アンテナの受信感度、アンテナ利得等の特性を最大に引き出すためには、接地電極面積として、アンテナを中心に、半径が無線周波数の１/２波長に相当する円の面積を必要とする。このような理想的なモノポールタイプのアンテナが構成できれば、アンテナの持つ受信感度特性を十分に発揮できる。
【０００８】
しかし実際には、無線センサ受信装置は、空調設備等の内部に設置され、システム部品搭載基板に実装され設置されることが多い。このため、接地電極の面積は、無線センサ受信装置と、部品搭載基板の接地電極の配置とその面積に依存せざるをえなくなり、モノポールタイプの諸特性を確保するに必要な接地電極面積を確保することは困難である。
【０００９】
また、アンテナは、モノポールタイプを意識して構成されていても、設置される設備側の大きな改版がない限り、その受信感度やアンテナ利得等の諸特性は、最大限に引き出されていることはなく、設置される設備の周囲に影響されざるをえない。
【００１０】
また、アンテナ部は、無線センサ受信装置より、１/４波長又は１/２波長突出する形態になるので、設置される設備の影響も受ける他、通行人等の影響も受けやすくなり、状況によっては、アンテナの特性は、さらに劣化する場合がある。
【００１１】
モノポールタイプのアンテナに代えて、ダイポールタイプのアンテナを用いた場合も、同様の問題を生じる。
【特許文献１】特開２００２−１４０７２公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の課題は、設置される設備側の改版や周辺からの影響を受けたり、また、無線センサ受信装置の受信感度等の諸特性を劣化させることなく、受信アンテナ部の形状小型化、薄型化を達成できる無線センサ受信装置及びそれを用いた無線センサ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述した課題を解決するため、本発明に係る無線センサ受信装置は、部品搭載基板と、アンテナ素子と、受信回路部と、信号処理部とを含む。前記部品搭載基板は、一面に前記アンテナ素子と、前記受信回路部と、前記信号処理部とを有し、これらは順次に接続されている。
【００１４】
前記アンテナ素子は、複数個であって、それぞれは、誘電体基体と、アンテナ導体膜とを含み、前記部品搭載基板の前記一面上に配置されている。前記誘電体基体は、前記部品搭載基板を構成する材料よりも誘電率の高い誘電体材料によって構成されている。前記アンテナ導体膜は、前記誘電体基体によって支持されており、前記アンテナ素子のそれぞれのアンテナ導体膜は、互いに直列に接続されている。
【００１５】
上述した本発明に係る無線センサ受信装置の特徴は、アンテナ素子の点にある。即ち、アンテナ素子は、複数個であって、それぞれは、誘電体基体と、アンテナ導体膜とを含み、部品搭載基板の一面上に配置されている。アンテナ導体膜は誘電体基体によって支持されており、アンテナ素子のそれぞれのアンテナ導体膜は、互いに直列に接続されている。
【００１６】
従って、従来のモノポールタイプやダイポールタイプのアンテナと異なって、高さ方向に突出していることがないので、無線センサ受信装置が設置される設備の周囲からの影響を受けにくくなる。また、モノポールタイプではないので、受信感度特性等について、接地電極面積の中央部にアンテナ部が配置されなければならない等の制約も受けない。
【００１７】
更に、基板の部品搭載面側に、複数個のアンテナ素子が配置されることによりアンテナ部が構成される為、アンテナ素子を配置する面積と、裏面に形成される接地電極面積とを、任意に調整することができる。また、周囲設備との配置関係、無線センサ受信装置全体のサイズ、及び、部品搭載基板の外形寸法も、任意に調整することができる。
【００１８】
結局、本発明によれば、従来と比べ、設置される設備側の改版や周辺からの影響を受けたりまた、無線センサ受信装置の受信感度等の諸特性を劣化させることなく、アンテナ部の形状小型化、薄型化を達成できる。
【００１９】
更に、複数のアンテナ素子に分かれているので、個々のアンテナ素子を、反りや割れを生じることなく、必要な特性が得られるように、個別に選択、使用することができる。
【００２０】
しかも、アンテナ導体膜を支持する誘電体基体は、部品搭載基板を構成する材料よりも誘電率の高い誘電体材料によって構成されているから、アンテナ特性を、誘電率の高い誘電体基体に持たせ、また、装置全体としての機械的強度を、誘電率が低くて、機械的強度に優れた部品搭載基板によって確保することができる。
【００２１】
本発明に係る無線センサ受信装置は，無線センサ送信装置と組み合わされ、無線センサ装置を構成する。無線センサ送信装置は、センサにより物理量を検出し、センサから出力される検出信号を信号処理部によって処理し、信号処理部から供給される信号を、送信回路部によってアンテナ部に供給し、空中に放射しえるから、センサにより検出された物理量を、無線センサ受信装置によって受信することができる。測定対象となる物理量には、温度、湿度、照度、加速度、衝撃等の諸量が含まれる。
【００２２】
本発明の他の特徴及びそれによる作用効果は、添付図面を参照し、実施例によって更に詳しく説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１は、無線センサ送信装置１０と、本発明に係る無線センサ受信装置８とを組み合わせた無線センサ装置のブロック図である。無線センサ送信装置１０は、センサ部２に備えられた複数のセンサ２１〜２３により物理量を検出し、センサ２１〜２３から出力される検出信号を信号処理部４によって処理し、信号処理部４から供給される信号を、送信回路部５によってアンテナ部６に供給し、空中に放射する。センサ２１〜２３において、測定対象となる物理量には、温度、湿度、照度、加速度、衝撃等の諸量が含まれる。センサ２１〜２３の個数及び種類は、測定対象となっている物理量に応じて準備される。
【００２４】
無線センサ受信装置８は、アンテナ６から放射された物理量の信号を受信する。無線センサ受信装置８は、部品搭載基板８０と、アンテナ部８１と、受信回路部８２と、信号処理部８３とを含む。図2は無線センサ受信装置の平面図、図３は図2に示した無線センサ受信装置の正面図である。
【００２５】
部品搭載基板８０は、一面（部品搭載面）にアンテナ部８１と、受信回路部８２と、信号処理部８３とを有する。これらは、図１に示した状態で順次に接続されている。部品搭載基板８０の部品搭載面の裏面には、アンテナ部８１の形成エリア以外の箇所に、ベタパターンの接地電極GNDが形成されている。
【００２６】
アンテナ部８１は、３個のアンテナ素子８１１〜８１３によって構成されている。但しアンテナ素子８１１〜８１３の個数は３個に限らず、それよりも多くてもよい。また、２個であってもよい。これらのアンテナ素子８１１〜８１３は、たとえば、(縦)8×(横)3×(厚み)2ｍｍの形状を持ち、横方向、縦方向、及び、横方向というように、方向を変えながら、配置されている。従って、アンテナ素子８１１〜８１３の内側には、アンテナ素子８１１〜８１３によって囲まれた開口面積が生じる。
【００２７】
開口面積と対向する裏面側には、接地電極GNDは設けない。接地電極GNDのない開口面積と、接地電極GNDの面積は、アンテナ利得や受信感度特性に影響を及ぼす。接地電極GNDのない開口面積が大きければ大きい程好ましいが、部品搭載基板８０の平面形状には当然限界があり、アンテナ素子８１１〜８１３も当然に平面積を有する。そこで、アンテナ素子８１１〜８１３の平面形状に関しては、部品搭載基板８０の面積内での最適設計がなされる。
【００２８】
図４はアンテナ素子８１１〜８１３の平面図、図５は図４に示したアンテナ素子８１１〜８１３の正面図である。アンテナ素子８１１〜８１３のそれぞれは、誘電体基体８４と、アンテナ導体膜８５とを含み、部品搭載基板８０の一面上に配置されている。誘電体基体８４は、部品搭載基板８０を構成する材料よりも誘電率の高い誘電体材料によって構成されている。具体的には、部品搭載基板８０は、その外形寸法の自由度が効き、設備内への実装度の自由度にも効果のある基板材料、例えばFR4から構成される。その比誘電率は4〜5である。これに対して、誘電体基体８４は、例えば、比誘電率7〜8の範囲にある高誘電率のセラミック材料にて構成される。誘電体基体８４は、FR4と比べると、外形寸法や実装性についての自由度が制約されてくるため、部品搭載基板８０に配置しやすい形態(8×3×2ｍｍ)にて構成されている。
【００２９】
アンテナ導体膜８５は、誘電体基体８４によって支持されている。より具体的には、第１の導体片８５１を、部品搭載基板８０の一面に、一方向に所定の間隔で形成するとともに、他面に、第１の導体片８５１と同一のピッチで、同方向に第２の導体片８５２を形成する。そして、誘電体基体８４を厚み方向に貫通する第３の導体片８５３及び第４の導体片８５４により、ヘリカル接続となるように、第１の導体片８５１及び第２の導体片８５２の端部を順次に接続する。これにより、第１の導体片６２、第３の導体片８５３、第２の導体片８５２及び第４の導体片８５４によって囲まれた開口部が生じる。この開口部の面積は、ほぼ、第１の導体片８５１及び第２の導体片８５２の有効長Ｘと、第３の導体片８５３及び第４の導体片８５４の有効長Ｙとの積ＸＹによって定まる。
【００３０】
インビーダンスの共振点を、無線送信する周波数にあわせるには、開口面積、巻き数、基板材料の誘電率を調整すればよい。無線送信周波数が下がる程、開口面積、巻き数、又は誘電率を上げなければならない。開口面積を上げるには、誘電体基体８４の厚み、又は、アンテナ形成部の床面積を大きくすればよいが、アンテナ形成部の形状も大きくなり、装置形状も大きくなる。
【００３１】
一方、巻き数や基板材料の誘電率を上げれば、装置形状を大きくすることなく、インピーダンスを下げることができる。巻き数を上げるとパターン長が増えるため、パターンによる導体損失も増加するが、誘電体基体８４を構成する材料の比誘電率(εr)を上げれば、巻き数を減らすことができる。これにより、パターンによる導体損失を低減でき、アンテナ部６としての損失が増大することなく、形状を小型化できる。
【００３２】
アンテナ素子８１１〜８１３のそれぞれのアンテナ導体膜８５は、互いに直列に接続されている。図６は、アンテナ素子８１１〜８１３の接続によるアンテナ回路の回路図である。図示するように、アンテナ素子８１１は、アンテナ導体８５によるインダクタL１１を有しており、インダクタL１１の両端にキャパシタC１１、C１２を接続したπ型回路として表現される。アンテナ素子８１２も、アンテナ導体８５によるインダクタL２１を有しており、インダクタL２１の両端にキャパシタC２１、C２２を接続したπ型回路として表現される。更に、アンテナ素子８１３も、アンテナ導体８５によるインダクタL３１を有しており、インダクタL３１の両端にキャパシタC３１、C３２を接続したπ型回路として表現される。キャパシタC１１、C１２、C２１、C２２、C３１、C３２は、一般には、集中定数として、誘電体基体８４に備えられたものではなく、アンテナ素子８１１〜８１３のアンテナ導体８５と接地電極GNDとの間に発生するキャパシタである。
【００３３】
アンテナ素子８１１〜８１３の接続において、まず、アンテナ素子８１１の一端側では、インダクタL４１及びキャパシタC４１の直列接続回路を通して接地された回路として表現される。アンテナ素子８１１の他端側では、アンテナ素子８１１とアンテナ素子８１２の一端とを、直列のキャパシタC４２によって接続し、アンテナ素子８１１の他端側を、インダクタL４２を通して接地した回路として表現される。アンテナ素子８１２の他端側では、アンテナ素子８１２とアンテナ素子８１３の一端とを、直列のインダクタL４３によって接続し、インダクタL４３の両端のうち、アンテナ素子８１２の接続側を、キャパシタC４３によって接地し、アンテナ素子８１３の接続側を、インダクタL４４を通して接地した回路として表現される。
【００３４】
更に、アンテナ素子８１３の他端を、インダクタL４５を通して受信回路部に導き、インダクタL４５の受信回路部側を、キャパシタC４４を通して接地した回路として表現される。但し、図６は、単に一例を示すに過ぎず、これに限定される趣旨ではない。
【００３５】
上述したように、アンテナ素子８１１〜８１３は、複数個であって、それぞれは、誘電体基体８４と、アンテナ導体膜８５とを含み、部品搭載基板８０の一面上に配置されている。アンテナ導体膜８５は誘電体基体８４によって支持されており、アンテナ素子８１１〜８１３のそれぞれのアンテナ導体膜８５は、互いに直列に接続されている。この構造によれば、従来のモノポールアンテナやダイポールアンテナと異なって、アンテナ部が高さ方向に突出していることがないので、無線センサ受信装置８が設置される設備の周囲からの影響を受けにくくなる。また、モノポールタイプではないので、受信感度特性等について、GND面積の中央部にアンテナ部が配置されなければならいない等の制約も受けない。
【００３６】
更に、部品搭載基板８０の部品搭載面側に、複数個のアンテナ素子８１１〜８１３が配置されることによりアンテナ部が構成されるから、アンテナ素子８１１〜８１３を配置する面積と、裏面に形成される接地電極GNDの面積とを、任意に調整可能である。周囲設備との配置関係や無線センサ受信装置８の全体サイズを、部品搭載基板８０の外形寸法に応じて調整可能である。
【００３７】
結局、本発明によれば、従来と比べ、設置される設備側の改版や周辺からの影響を受けたり、また、無線センサ受信装置８の受信感度等の諸特性を劣化させることなく、アンテナ部の形状小型化、薄型化を達成できる。
【００３８】
更に、複数のアンテナ素子８１１〜８１３に分かれているので、個々のアンテナ素子８１１〜８１３を、反りや割れを生じることなく、必要な特性が得られるように、個別に選択、使用することができる。しかも、アンテナ導体膜８５を支持する誘電体基体８４は、部品搭載基板８０を構成する材料よりも誘電率の高い誘電体材料によって構成されているから、アンテナ特性を、誘電率の高い誘電体基体８４に持たせ、装置全体としての機械的強度を、機械的強度に優れた部品搭載基板８０によって確保することができる。
【００３９】
但し、図４及び図５は、単に、採用しえるアンテナ素子構造の一例を示すのみであって、このような構造に限定する趣旨ではない。たとえば、誘電体基体８４の内部に導体パターンとして内蔵させた構造などを採用することもできる。
【００４０】
本発明に係る無線センサ受信装置８と組み合わされて無線センサ装置を構成する無線センサ送信装置１０は、無線センサ受信装置８との良好な組み合わせが可能であれば、特に制限はない。次に、組み合わせに適した無線センサ送信装置の一例を示す。
【００４１】
図７は本発明に係る無線センサ送信装置１０の平面図、図８は図７に示した無線センサ送信装置１０の正面図、図９は図７、図８に示した無線センサ送信装置１０の部分破断底面図、図１０は図７〜図９に示した無線センサ送信装置１０の底面図、図１１は図７〜図１０に示した無線センサ送信装置１０のブロック図である。図示の無線センサ送信装置１０は、モジュール化されており、誘電体基体１と、センサ２１〜２３と、センサ回路３１〜３３と、信号処理部４と、送信回路部５と、アンテナ部６と、電池９１とを含む。
【００４２】
誘電体基体１は、絶縁材料で構成されていればよく、有機系絶縁材料、無機系絶縁材料又は複合絶縁材料の何れを用いてもよい。また、全体が誘電体材料で構成されていてもよいし、誘電体材料層と磁性材料層との組み合わせであってもよい。
【００４３】
センサ２１〜２３は、誘電体基体１の一面に搭載されている。測定対象となる物理量には、温度、湿度、照度、加速度、衝撃等の諸量が含まれる。各種のセンサを組み合わせて用いてもよいし、一種のセンサとして構成してもよい。
【００４４】
図１１を参照すると、モジュール一個当たりのセンサ個数はｎ（ｎ＝１、２、３、．．．）となっている。センサ回路３１〜３ｎは、センサ２１〜２ｎに個別的に備えられる。個数ｎは任意である。図示の実施例は、ｎ＝２の場合を示している。以下、ｎ＝２として説明する。
【００４５】
センサ回路３１〜３３は、センサ２１〜２３のそれぞれに個別的に備えられ、センサ２１〜２３で検出された信号を、後段の信号処理部４に対する伝送及び処理に適した信号に変換し、これを出力する。センサ回路３１〜３３は、センサ２１〜２３の内部要素として、センサ２１〜２３と一体に構成されていてもよい。図示実施例では、センサ回路３１〜３３は、センサ２１〜２３とは独立の回路として、誘電体基体１の一面に搭載されている。
【００４６】
信号処理部４は、センサ２１〜２３またはセンサ回路３１〜３３から出力される検出信号を処理する回路部分であって、誘電体基体１の一面に搭載されている。
【００４７】
送信回路部５は、信号処理部４から供給される信号を、アンテナ部６に供給する回路であって、誘電体基体１の一面に搭載されている。
【００４８】
誘電体基体１の他面には、接地電極７が設けられている。接地電極７は、いわゆる「ベタ塗り」（広域パターン）であるが、アンテナ部６の下側に位置する部分には形成しない。アンテナ部６に対する接地電極７の悪影響を回避するためである。
【００４９】
電池９１は、センサ２１〜２３、信号処理部４及び送信回路部５に電源を供給するものであって、誘電体基体１の他面、即ち、接地電極７のある側に組み付けられている。図示の実施例では、電池９１は、外周が円形状のいわゆる「コイン型」であり、外周面が誘電体基体１の他面において、その外部に出ないように、面内に設けられている。より具体的には、絶縁性合成樹脂などで構成されたホルダ９２の内部に配置されている。ホルダ９２は、一面が、誘電体基体１の他面に設けられた接地電極７の面上に接着などの手段によって取り付けられている。ホルダ９２の内部には、電池９１の陽極、電極に接触する端子９３、９４が備えられている。
【００５０】
アンテナ部６は、誘電体基体１に組み付けられている。図示のアンテナ部６は、誘電体基体１の一面上において、その周辺に設けられている。図示の誘電体基体１は、一例として、外形が四角形状であり、アンテナ部６はその一つの隅部に配置されている。
【００５１】
アンテナ部６は、基本的には、図４及び図５に図示した構造をとることができる。即ち、ヘリカル状であって、誘電体基体１の厚み方向にある面と平行な方向に巻軸を有する。このアンテナ部６は、センサ回路３１〜３３、センサ２１〜２３、信号処理部４及び送信回路部５の配置領域の側部において、誘電体基体１に組みつけられている。このような配置構造であると、アンテナ部６から放射される電磁界のうち、アンテナ部６の側部に放射される電磁界は、側部に存在するセンサ回路３１〜３３、センサ２１〜２３、信号処理部４及び送信回路部５などに含まれる導体又は導体パターンによる吸収，減衰作用を受ける。この結果、アンテナ部６は、誘電体基体１上における位置に対応した特定方向のアンテナ指向性を有するに至る。
【００５２】
図示実施例の場合、誘電体基体１の他面には、接地電極７及び電池９が設けられているので、アンテナ部６から放射される電磁界は、接地電極７及び電池９による吸収，減衰作用を受ける。このため、アンテナ指向性が、更にシャープになる。
【００５３】
アンテナ指向性は、アンテナ部６の構造自体に依存するほか、誘電体基体１上におけるアンテナ部６の位置に依存する。従って、誘電体基体１上におけるアンテナ部６の位置を選定することにより、アンテナ指向性をある程度任意に調整することができる。例えば、巻軸の方向に対して交差する方向で最大となるようにすることもできるし、巻軸の方向で最大となるようにすることもできる。
【００５４】
更に、アンテナ部６は、図４及び図５を参照して説明した受信アンテナと同様の構造、即ち、アンテナ導体を用いて、ヘリカル巻に構成されている。この構成によれば、その形状効果により、アンテナ部６の全長を著しく短縮できる。このため、形状を著しく小型化した無線センサ送信装置１０を提供することができる。
【００５５】
また、アンテナ導体は、誘電体基体１の厚み方向にある面と平行な一方向に巻き進むから、アンテナ部６に流れる高周波電流磁界のうち、接地電極を貫通する成分を著しく減少させ、高周波電流磁界による渦電流の発生を抑制することができる。更に、全体を小型化したにもかかわらず、電磁ノイズがアンテナ部６に乗るのを回避し得る。
【００５６】
しかも、図示の無線センサ送信装置１０は、電池９１を含み、電池９１は、センサ２１〜２３、信号処理部４及び送信回路部５に電源を供給する。従って、無線センサ送信装置１０を新たに設置する場合、及び、設置後に任意の場所に移動する場合には、電源の確保について設置環境に制約を受けることがなくなり、ＡＣ電源のない環境に自由に設置して用いることができる。即ち、設置環境に制約を受けることがない。
【００５７】
図示の無線センサ送信装置１０において、電池９１は、誘電体基体１の他面(接地電極側)に組み付けられている。即ち、誘電体基体１の一面側に、センサ２１〜２３、信号処理部４及び送信回路部５を配置し、他面に電池９１を配置する構造である。したがって、小型、薄型、且、軽量の無線センサ送信装置１０を実現することができる。
【００５８】
電池９１は、好ましくは、外周が円形状であり、誘電体基体１の面内にある。このような構成によれば、全体の平面外形寸法を、電池９１の外径による影響を受けず、専ら、誘電体基体１の平面積によって定まる形状まで小型化できる。
【００５９】
ところで、無線センサ送信装置１０を電池駆動とした場合、無線センサ送信装置１０自身の小型化の要請と、消費電流の低減化の要請とを共に満たすことは技術的困難性を伴う。例えば、小型化、薄型化、及び、軽量化の要請からアンテナ部６の形状を小型化した場合、無線センサ送信装置１０に必要とされる消費電流が増加することとなるから、電池寿命が、半年〜１年間という短期間で終了してしまう不都合を生じてしまいかねない。
【００６０】
勿論、単三電池２本を用いて、３．０Ｖ電源をつくるなど、電池の大容量化、大型化を図れば、電池寿命を長期間に渡って維持することはできるが、反面、小型化、薄型化、及び、軽量化の要請に充分に応えることができなくなる。
【００６１】
さらに、無線センサ送信装置１０自身の小型化の要請、及び、消費電流の低減化の要請とを共に実現するためには、より低いアンテナ部６ヘの入力電力で、通信距離が増大できなければならない。そのためには、アンテナ部６の損失を低下させるとともに、電磁界の輻射効率を上げなければならない。
【００６２】
上記要請に関して、アンテナ導体は、誘電体基体１の面と平行な一方向に巻き進むから、アンテナ部６に流れる高周波電流磁界のうち、接地電極７を貫通する成分を著しく減少させ、高周波電流磁界による渦電流の発生を抑制することができる。更に、全体を小型化したにもかかわらず、電磁ノイズがアンテナ部６に乗るのを回避し得る。
【００６３】
しかも、アンテナ部６は、ヘリカル状であって、誘電体基体１の厚みを開口部の２辺とするから、開口部の面積をコントロールすることにより、アンテナ利得を向上させることができる。
【００６４】
この結果、無線センサ送信装置１０自身の小型化の要請、及び、消費電流の低減化の要請とを共に実現し、アンテナ部６の低損失化、電磁界の輻射効率の向上を達成することができる。即ち、より低いアンテナ部６ヘの入力電力で、通信距離を増大させ、アンテナ部６の前段に備えられる回路部の消費電力を低減化させ、無線センサ装置全体での消費電流の低減化、ひいては、電池寿命及び連続動作時間の長期化を達成することができる。
【００６５】
アンテナ部６は、好ましくは、電池９１の搭載領域外に備えられる。また、アンテナ部６の占有領域内には、アンテナ部６以外の電気的要素、例えば、導体パターン又は他の部品を配置しない構成が好ましい。このような構成によれば、電気信号や、電磁界のアンテナ部６に対する干渉を回避し、ノイズの発生を抑制できる他、渦電流漏れが低減され、アンテナ利得が向上する。
【００６６】
図１２は無線センサ送信装置１０の更に別の例を示す平面図、図１３は図１２に示した無線センサ送信装置１０の部分断面図、図１４は図１２及び図１３に示した無線センサ送信装置１０の底面図である。この例の特徴は、アンテナ部６を、誘電体基体１の一辺に沿って、そのほぼ全長にわたって設けた点にある。アンテナ部６は、誘電体基体１に直接に設けられている。アンテナ部６と対応する部分には、接地電極７は設けられていない。
【００６７】
図１５は本発明に係る無線センサ装置の別の構成を示すブロック図である。図において、先に示した図面に表れた構成部分に相当する部分については、同一の参照符号を付してある。図示するように、図示実施例において、１個の無線センサ送信装置に対して、ｍ個の無線センサ受信装置８０１〜８０ｍが備えられている。これらは、互いに異なる位置に配置されているものとする。無線センサ受信装置８０１〜８０ｍの個数ｍ（ｍ＝１、２、３、．．．）は任意でよい。
【００６８】
無線センサ受信装置８０１〜８０ｍのそれぞれは、無線センサ送信装置１０から送信された無線信号を、受信アンテナ部８１及び受信回路８２によって受信し、信号処理装置８３で処理する。そして、処理結果を、中央管理装置等に送信する。これにより、隔地で測定された物理量を、別々の場所に設置された受信装置８０１〜８０ｍで個別的に受信し、機器に対する制御を実行することができる。
【００６９】
以上、好ましい実施例を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の変形態様を採り得ることは自明である。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明に係る無線センサ受信装置と、無線センサ送信装置とを組み合わせた無線センサ装置のブロック図である。
【図２】本発明に係る無線センサ受信装置の平面図である。
【図３】図２に示した無線センサ受信装置の正面図である。
【図４】アンテナ素子の平面図である。
【図５】図４に示したアンテナ素子の正面図である。
【図６】アンテナ素子の接続によるアンテナ回路の回路図である。
【図７】本発明に係る無線センサ送信装置の平面図である。
【図８】図７に示した無線センサ送信装置の正面図である。
【図９】図７、図８に示した無線センサ送信装置の部分破断底面図である。
【図１０】図７〜図９に示した無線センサ送信装置の底面図である。
【図１１】図７〜図１０に示した無線センサ送信装置のブロック図である。
【図１２】無線センサ送信装置の更に別の例を示す平面図である。
【図１３】図１２に示した無線センサ送信装置の部分断面図である。
【図１４】図１２及び図１３に示した無線センサ送信装置１０の底面図である。
【図１５】本発明に係る無線センサ装置の別の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００７１】
８ 無線センサ受信装置
８１ アンテナ部
８１１〜８１３ アンテナ素子
１０ 無線センサ送信装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線センサ受信装置、及び、無線センサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
センサによって検知された温度や湿度等のデータを、無線センサ送信装置により、隔地に配置された無線センサ受信装置に送信する無線センサ装置は、例えば、特許文献１などにより知られている。
【０００３】
この種の無線センサ装置は、温度、湿度または照度の計測値を利用する機器から、無線センサ送信装置を空間的に離間させ、無線センサ送信装置によって得られたデータを、無線センサ受信装置に送って計測値を集中管理することができるし、また、無線センサ送信装置を移動、携帯することができるなど、多様な形態での利用が可能となる。
【０００４】
無線センサ受信装置では、無線センサ送信装置から無線通信された信号を検出しなければならないが、検出可能な信号レベルの下限値は、受信アンテナ部と、受信回路部の受信感度特性に依存する。このため、受信感度特性が悪いと、検出できる信号レベルの下限値がより大きいレベルとなり、より微弱な信号レベルを検出しにくくなる。また、受信感度特性は、無線センサ送信装置と無線センサ受信装置間の距離(通信距離)や無線センサ受信装置周辺の耐ノイズ環境性に影響を及ぼし、受信感度が悪いほど、通信距離や耐ノイズ環境性は劣化することになる。
【０００５】
そこで、この種の無線センサ装置においては、いかにして、受信感度を向上させるかが、重要な課題となる。受信感度に影響を及ぼす受信回路部及び受信アンテナ部のうち、受信回路部は回路構成を工夫することによって、受信感度の向上に対応することが可能であるが、受信アンテナ部には、機械的、物理的制約があるために、常に、理想的状態で用いるというわけには行かない。
【０００６】
例えば、受信アンテナ部を、無線周波数の１/２又は１/４波長に近い長さで、垂直に立つモノポールタイプとした場合、無線周波数ｆを３００MHｚにしたとすると、１/４波長では２５０ｍｍ、１/２波長では５００ｍｍの長さのアンテナが必要となる。無線周波数ｆを１０００MHｚまで上げた場合でも、１/４波長では７５ｍｍ、１/２波長では１５０ｍｍの長さが必要になるから、無線センサ受信装置の小型化、薄型化に限界が生じる。
【０００７】
しかも、受信アンテナ部を、モノポールタイプによって構成した場合、アンテナの受信感度、アンテナ利得等の特性を最大に引き出すためには、接地電極面積として、アンテナを中心に、半径が無線周波数の１/２波長に相当する円の面積を必要とする。このような理想的なモノポールタイプのアンテナが構成できれば、アンテナの持つ受信感度特性を十分に発揮できる。
【０００８】
しかし実際には、無線センサ受信装置は、空調設備等の内部に設置され、システム部品搭載基板に実装され設置されることが多い。このため、接地電極の面積は、無線センサ受信装置と、部品搭載基板の接地電極の配置とその面積に依存せざるをえなくなり、モノポールタイプの諸特性を確保するに必要な接地電極面積を確保することは困難である。
【０００９】
また、アンテナは、モノポールタイプを意識して構成されていても、設置される設備側の大きな改版がない限り、その受信感度やアンテナ利得等の諸特性は、最大限に引き出されていることはなく、設置される設備の周囲に影響されざるをえない。
【００１０】
また、アンテナ部は、無線センサ受信装置より、１/４波長又は１/２波長突出する形態になるので、設置される設備の影響も受ける他、通行人等の影響も受けやすくなり、状況によっては、アンテナの特性は、さらに劣化する場合がある。
【００１１】
モノポールタイプのアンテナに代えて、ダイポールタイプのアンテナを用いた場合も、同様の問題を生じる。
【特許文献１】特開２００２−１４０７２公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の課題は、設置される設備側の改版や周辺からの影響を受けたり、また、無線センサ受信装置の受信感度等の諸特性を劣化させることなく、受信アンテナ部の形状小型化、薄型化を達成できる無線センサ受信装置及びそれを用いた無線センサ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述した課題を解決するため、本発明に係る無線センサ受信装置は、部品搭載基板と、アンテナ素子と、受信回路部と、信号処理部とを含む。前記部品搭載基板は、一面に前記アンテナ素子と、前記受信回路部と、前記信号処理部とを有し、これらは順次に接続されている。
【００１４】
前記アンテナ素子は、複数個であって、それぞれは、誘電体基体と、アンテナ導体膜とを含み、前記部品搭載基板の前記一面上に配置されている。前記誘電体基体は、前記部品搭載基板を構成する材料よりも誘電率の高い誘電体材料によって構成されている。前記アンテナ導体膜は、前記誘電体基体によって支持されており、前記アンテナ素子のそれぞれのアンテナ導体膜は、互いに直列に接続されている。
【００１５】
上述した本発明に係る無線センサ受信装置の特徴は、アンテナ素子の点にある。即ち、アンテナ素子は、複数個であって、それぞれは、誘電体基体と、アンテナ導体膜とを含み、部品搭載基板の一面上に配置されている。アンテナ導体膜は誘電体基体によって支持されており、アンテナ素子のそれぞれのアンテナ導体膜は、互いに直列に接続されている。
【００１６】
従って、従来のモノポールタイプやダイポールタイプのアンテナと異なって、高さ方向に突出していることがないので、無線センサ受信装置が設置される設備の周囲からの影響を受けにくくなる。また、モノポールタイプではないので、受信感度特性等について、接地電極面積の中央部にアンテナ部が配置されなければならない等の制約も受けない。
【００１７】
更に、基板の部品搭載面側に、複数個のアンテナ素子が配置されることによりアンテナ部が構成される為、アンテナ素子を配置する面積と、裏面に形成される接地電極面積とを、任意に調整することができる。また、周囲設備との配置関係、無線センサ受信装置全体のサイズ、及び、部品搭載基板の外形寸法も、任意に調整することができる。
【００１８】
結局、本発明によれば、従来と比べ、設置される設備側の改版や周辺からの影響を受けたりまた、無線センサ受信装置の受信感度等の諸特性を劣化させることなく、アンテナ部の形状小型化、薄型化を達成できる。
【００１９】
更に、複数のアンテナ素子に分かれているので、個々のアンテナ素子を、反りや割れを生じることなく、必要な特性が得られるように、個別に選択、使用することができる。
【００２０】
しかも、アンテナ導体膜を支持する誘電体基体は、部品搭載基板を構成する材料よりも誘電率の高い誘電体材料によって構成されているから、アンテナ特性を、誘電率の高い誘電体基体に持たせ、また、装置全体としての機械的強度を、誘電率が低くて、機械的強度に優れた部品搭載基板によって確保することができる。
【００２１】
本発明に係る無線センサ受信装置は，無線センサ送信装置と組み合わされ、無線センサ装置を構成する。無線センサ送信装置は、センサにより物理量を検出し、センサから出力される検出信号を信号処理部によって処理し、信号処理部から供給される信号を、送信回路部によってアンテナ部に供給し、空中に放射しえるから、センサにより検出された物理量を、無線センサ受信装置によって受信することができる。測定対象となる物理量には、温度、湿度、照度、加速度、衝撃等の諸量が含まれる。
【００２２】
本発明の他の特徴及びそれによる作用効果は、添付図面を参照し、実施例によって更に詳しく説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１は、無線センサ送信装置１０と、本発明に係る無線センサ受信装置８とを組み合わせた無線センサ装置のブロック図である。無線センサ送信装置１０は、センサ部２に備えられた複数のセンサ２１〜２３により物理量を検出し、センサ２１〜２３から出力される検出信号を信号処理部４によって処理し、信号処理部４から供給される信号を、送信回路部５によってアンテナ部６に供給し、空中に放射する。センサ２１〜２３において、測定対象となる物理量には、温度、湿度、照度、加速度、衝撃等の諸量が含まれる。センサ２１〜２３の個数及び種類は、測定対象となっている物理量に応じて準備される。
【００２４】
無線センサ受信装置８は、アンテナ６から放射された物理量の信号を受信する。無線センサ受信装置８は、部品搭載基板８０と、アンテナ部８１と、受信回路部８２と、信号処理部８３とを含む。図2は無線センサ受信装置の平面図、図３は図2に示した無線センサ受信装置の正面図である。
【００２５】
部品搭載基板８０は、一面（部品搭載面）にアンテナ部８１と、受信回路部８２と、信号処理部８３とを有する。これらは、図１に示した状態で順次に接続されている。部品搭載基板８０の部品搭載面の裏面には、アンテナ部８１の形成エリア以外の箇所に、ベタパターンの接地電極GNDが形成されている。
【００２６】
アンテナ部８１は、３個のアンテナ素子８１１〜８１３によって構成されている。但しアンテナ素子８１１〜８１３の個数は３個に限らず、それよりも多くてもよい。また、２個であってもよい。これらのアンテナ素子８１１〜８１３は、たとえば、(縦)8×(横)3×(厚み)2ｍｍの形状を持ち、横方向、縦方向、及び、横方向というように、方向を変えながら、配置されている。従って、アンテナ素子８１１〜８１３の内側には、アンテナ素子８１１〜８１３によって囲まれた開口面積が生じる。
【００２７】
開口面積と対向する裏面側には、接地電極GNDは設けない。接地電極GNDのない開口面積と、接地電極GNDの面積は、アンテナ利得や受信感度特性に影響を及ぼす。接地電極GNDのない開口面積が大きければ大きい程好ましいが、部品搭載基板８０の平面形状には当然限界があり、アンテナ素子８１１〜８１３も当然に平面積を有する。そこで、アンテナ素子８１１〜８１３の平面形状に関しては、部品搭載基板８０の面積内での最適設計がなされる。
【００２８】
図４はアンテナ素子８１１〜８１３の平面図、図５は図４に示したアンテナ素子８１１〜８１３の正面図である。アンテナ素子８１１〜８１３のそれぞれは、誘電体基体８４と、アンテナ導体膜８５とを含み、部品搭載基板８０の一面上に配置されている。誘電体基体８４は、部品搭載基板８０を構成する材料よりも誘電率の高い誘電体材料によって構成されている。具体的には、部品搭載基板８０は、その外形寸法の自由度が効き、設備内への実装度の自由度にも効果のある基板材料、例えばFR4から構成される。その比誘電率は4〜5である。これに対して、誘電体基体８４は、例えば、比誘電率7〜8の範囲にある高誘電率のセラミック材料にて構成される。誘電体基体８４は、FR4と比べると、外形寸法や実装性についての自由度が制約されてくるため、部品搭載基板８０に配置しやすい形態(8×3×2ｍｍ)にて構成されている。
【００２９】
アンテナ導体膜８５は、誘電体基体８４によって支持されている。より具体的には、第１の導体片８５１を、部品搭載基板８０の一面に、一方向に所定の間隔で形成するとともに、他面に、第１の導体片８５１と同一のピッチで、同方向に第２の導体片８５２を形成する。そして、誘電体基体８４を厚み方向に貫通する第３の導体片８５３及び第４の導体片８５４により、ヘリカル接続となるように、第１の導体片８５１及び第２の導体片８５２の端部を順次に接続する。これにより、第１の導体片６２、第３の導体片８５３、第２の導体片８５２及び第４の導体片８５４によって囲まれた開口部が生じる。この開口部の面積は、ほぼ、第１の導体片８５１及び第２の導体片８５２の有効長Ｘと、第３の導体片８５３及び第４の導体片８５４の有効長Ｙとの積ＸＹによって定まる。
【００３０】
インビーダンスの共振点を、無線送信する周波数にあわせるには、開口面積、巻き数、基板材料の誘電率を調整すればよい。無線送信周波数が下がる程、開口面積、巻き数、又は誘電率を上げなければならない。開口面積を上げるには、誘電体基体８４の厚み、又は、アンテナ形成部の床面積を大きくすればよいが、アンテナ形成部の形状も大きくなり、装置形状も大きくなる。
【００３１】
一方、巻き数や基板材料の誘電率を上げれば、装置形状を大きくすることなく、インピーダンスを下げることができる。巻き数を上げるとパターン長が増えるため、パターンによる導体損失も増加するが、誘電体基体８４を構成する材料の比誘電率(εr)を上げれば、巻き数を減らすことができる。これにより、パターンによる導体損失を低減でき、アンテナ部６としての損失が増大することなく、形状を小型化できる。
【００３２】
アンテナ素子８１１〜８１３のそれぞれのアンテナ導体膜８５は、互いに直列に接続されている。図６は、アンテナ素子８１１〜８１３の接続によるアンテナ回路の回路図である。図示するように、アンテナ素子８１１は、アンテナ導体８５によるインダクタL１１を有しており、インダクタL１１の両端にキャパシタC１１、C１２を接続したπ型回路として表現される。アンテナ素子８１２も、アンテナ導体８５によるインダクタL２１を有しており、インダクタL２１の両端にキャパシタC２１、C２２を接続したπ型回路として表現される。更に、アンテナ素子８１３も、アンテナ導体８５によるインダクタL３１を有しており、インダクタL３１の両端にキャパシタC３１、C３２を接続したπ型回路として表現される。キャパシタC１１、C１２、C２１、C２２、C３１、C３２は、一般には、集中定数として、誘電体基体８４に備えられたものではなく、アンテナ素子８１１〜８１３のアンテナ導体８５と接地電極GNDとの間に発生するキャパシタである。
【００３３】
アンテナ素子８１１〜８１３の接続において、まず、アンテナ素子８１１の一端側では、インダクタL４１及びキャパシタC４１の直列接続回路を通して接地された回路として表現される。アンテナ素子８１１の他端側では、アンテナ素子８１１とアンテナ素子８１２の一端とを、直列のキャパシタC４２によって接続し、アンテナ素子８１１の他端側を、インダクタL４２を通して接地した回路として表現される。アンテナ素子８１２の他端側では、アンテナ素子８１２とアンテナ素子８１３の一端とを、直列のインダクタL４３によって接続し、インダクタL４３の両端のうち、アンテナ素子８１２の接続側を、キャパシタC４３によって接地し、アンテナ素子８１３の接続側を、インダクタL４４を通して接地した回路として表現される。
【００３４】
更に、アンテナ素子８１３の他端を、インダクタL４５を通して受信回路部に導き、インダクタL４５の受信回路部側を、キャパシタC４４を通して接地した回路として表現される。但し、図６は、単に一例を示すに過ぎず、これに限定される趣旨ではない。
【００３５】
上述したように、アンテナ素子８１１〜８１３は、複数個であって、それぞれは、誘電体基体８４と、アンテナ導体膜８５とを含み、部品搭載基板８０の一面上に配置されている。アンテナ導体膜８５は誘電体基体８４によって支持されており、アンテナ素子８１１〜８１３のそれぞれのアンテナ導体膜８５は、互いに直列に接続されている。この構造によれば、従来のモノポールアンテナやダイポールアンテナと異なって、アンテナ部が高さ方向に突出していることがないので、無線センサ受信装置８が設置される設備の周囲からの影響を受けにくくなる。また、モノポールタイプではないので、受信感度特性等について、GND面積の中央部にアンテナ部が配置されなければならいない等の制約も受けない。
【００３６】
更に、部品搭載基板８０の部品搭載面側に、複数個のアンテナ素子８１１〜８１３が配置されることによりアンテナ部が構成されるから、アンテナ素子８１１〜８１３を配置する面積と、裏面に形成される接地電極GNDの面積とを、任意に調整可能である。周囲設備との配置関係や無線センサ受信装置８の全体サイズを、部品搭載基板８０の外形寸法に応じて調整可能である。
【００３７】
結局、本発明によれば、従来と比べ、設置される設備側の改版や周辺からの影響を受けたり、また、無線センサ受信装置８の受信感度等の諸特性を劣化させることなく、アンテナ部の形状小型化、薄型化を達成できる。
【００３８】
更に、複数のアンテナ素子８１１〜８１３に分かれているので、個々のアンテナ素子８１１〜８１３を、反りや割れを生じることなく、必要な特性が得られるように、個別に選択、使用することができる。しかも、アンテナ導体膜８５を支持する誘電体基体８４は、部品搭載基板８０を構成する材料よりも誘電率の高い誘電体材料によって構成されているから、アンテナ特性を、誘電率の高い誘電体基体８４に持たせ、装置全体としての機械的強度を、機械的強度に優れた部品搭載基板８０によって確保することができる。
【００３９】
但し、図４及び図５は、単に、採用しえるアンテナ素子構造の一例を示すのみであって、このような構造に限定する趣旨ではない。たとえば、誘電体基体８４の内部に導体パターンとして内蔵させた構造などを採用することもできる。
【００４０】
本発明に係る無線センサ受信装置８と組み合わされて無線センサ装置を構成する無線センサ送信装置１０は、無線センサ受信装置８との良好な組み合わせが可能であれば、特に制限はない。次に、組み合わせに適した無線センサ送信装置の一例を示す。
【００４１】
図７は本発明に係る無線センサ送信装置１０の平面図、図８は図７に示した無線センサ送信装置１０の正面図、図９は図７、図８に示した無線センサ送信装置１０の部分破断底面図、図１０は図７〜図９に示した無線センサ送信装置１０の底面図、図１１は図７〜図１０に示した無線センサ送信装置１０のブロック図である。図示の無線センサ送信装置１０は、モジュール化されており、誘電体基体１と、センサ２１〜２３と、センサ回路３１〜３３と、信号処理部４と、送信回路部５と、アンテナ部６と、電池９１とを含む。
【００４２】
誘電体基体１は、絶縁材料で構成されていればよく、有機系絶縁材料、無機系絶縁材料又は複合絶縁材料の何れを用いてもよい。また、全体が誘電体材料で構成されていてもよいし、誘電体材料層と磁性材料層との組み合わせであってもよい。
【００４３】
センサ２１〜２３は、誘電体基体１の一面に搭載されている。測定対象となる物理量には、温度、湿度、照度、加速度、衝撃等の諸量が含まれる。各種のセンサを組み合わせて用いてもよいし、一種のセンサとして構成してもよい。
【００４４】
図１１を参照すると、モジュール一個当たりのセンサ個数はｎ（ｎ＝１、２、３、．．．）となっている。センサ回路３１〜３ｎは、センサ２１〜２ｎに個別的に備えられる。個数ｎは任意である。図示の実施例は、ｎ＝２の場合を示している。以下、ｎ＝２として説明する。
【００４５】
センサ回路３１〜３３は、センサ２１〜２３のそれぞれに個別的に備えられ、センサ２１〜２３で検出された信号を、後段の信号処理部４に対する伝送及び処理に適した信号に変換し、これを出力する。センサ回路３１〜３３は、センサ２１〜２３の内部要素として、センサ２１〜２３と一体に構成されていてもよい。図示実施例では、センサ回路３１〜３３は、センサ２１〜２３とは独立の回路として、誘電体基体１の一面に搭載されている。
【００４６】
信号処理部４は、センサ２１〜２３またはセンサ回路３１〜３３から出力される検出信号を処理する回路部分であって、誘電体基体１の一面に搭載されている。
【００４７】
送信回路部５は、信号処理部４から供給される信号を、アンテナ部６に供給する回路であって、誘電体基体１の一面に搭載されている。
【００４８】
誘電体基体１の他面には、接地電極７が設けられている。接地電極７は、いわゆる「ベタ塗り」（広域パターン）であるが、アンテナ部６の下側に位置する部分には形成しない。アンテナ部６に対する接地電極７の悪影響を回避するためである。
【００４９】
電池９１は、センサ２１〜２３、信号処理部４及び送信回路部５に電源を供給するものであって、誘電体基体１の他面、即ち、接地電極７のある側に組み付けられている。図示の実施例では、電池９１は、外周が円形状のいわゆる「コイン型」であり、外周面が誘電体基体１の他面において、その外部に出ないように、面内に設けられている。より具体的には、絶縁性合成樹脂などで構成されたホルダ９２の内部に配置されている。ホルダ９２は、一面が、誘電体基体１の他面に設けられた接地電極７の面上に接着などの手段によって取り付けられている。ホルダ９２の内部には、電池９１の陽極、電極に接触する端子９３、９４が備えられている。
【００５０】
アンテナ部６は、誘電体基体１に組み付けられている。図示のアンテナ部６は、誘電体基体１の一面上において、その周辺に設けられている。図示の誘電体基体１は、一例として、外形が四角形状であり、アンテナ部６はその一つの隅部に配置されている。
【００５１】
アンテナ部６は、基本的には、図４及び図５に図示した構造をとることができる。即ち、ヘリカル状であって、誘電体基体１の厚み方向にある面と平行な方向に巻軸を有する。このアンテナ部６は、センサ回路３１〜３３、センサ２１〜２３、信号処理部４及び送信回路部５の配置領域の側部において、誘電体基体１に組みつけられている。このような配置構造であると、アンテナ部６から放射される電磁界のうち、アンテナ部６の側部に放射される電磁界は、側部に存在するセンサ回路３１〜３３、センサ２１〜２３、信号処理部４及び送信回路部５などに含まれる導体又は導体パターンによる吸収，減衰作用を受ける。この結果、アンテナ部６は、誘電体基体１上における位置に対応した特定方向のアンテナ指向性を有するに至る。
【００５２】
図示実施例の場合、誘電体基体１の他面には、接地電極７及び電池９が設けられているので、アンテナ部６から放射される電磁界は、接地電極７及び電池９による吸収，減衰作用を受ける。このため、アンテナ指向性が、更にシャープになる。
【００５３】
アンテナ指向性は、アンテナ部６の構造自体に依存するほか、誘電体基体１上におけるアンテナ部６の位置に依存する。従って、誘電体基体１上におけるアンテナ部６の位置を選定することにより、アンテナ指向性をある程度任意に調整することができる。例えば、巻軸の方向に対して交差する方向で最大となるようにすることもできるし、巻軸の方向で最大となるようにすることもできる。
【００５４】
更に、アンテナ部６は、図４及び図５を参照して説明した受信アンテナと同様の構造、即ち、アンテナ導体を用いて、ヘリカル巻に構成されている。この構成によれば、その形状効果により、アンテナ部６の全長を著しく短縮できる。このため、形状を著しく小型化した無線センサ送信装置１０を提供することができる。
【００５５】
また、アンテナ導体は、誘電体基体１の厚み方向にある面と平行な一方向に巻き進むから、アンテナ部６に流れる高周波電流磁界のうち、接地電極を貫通する成分を著しく減少させ、高周波電流磁界による渦電流の発生を抑制することができる。更に、全体を小型化したにもかかわらず、電磁ノイズがアンテナ部６に乗るのを回避し得る。
【００５６】
しかも、図示の無線センサ送信装置１０は、電池９１を含み、電池９１は、センサ２１〜２３、信号処理部４及び送信回路部５に電源を供給する。従って、無線センサ送信装置１０を新たに設置する場合、及び、設置後に任意の場所に移動する場合には、電源の確保について設置環境に制約を受けることがなくなり、ＡＣ電源のない環境に自由に設置して用いることができる。即ち、設置環境に制約を受けることがない。
【００５７】
図示の無線センサ送信装置１０において、電池９１は、誘電体基体１の他面(接地電極側)に組み付けられている。即ち、誘電体基体１の一面側に、センサ２１〜２３、信号処理部４及び送信回路部５を配置し、他面に電池９１を配置する構造である。したがって、小型、薄型、且、軽量の無線センサ送信装置１０を実現することができる。
【００５８】
電池９１は、好ましくは、外周が円形状であり、誘電体基体１の面内にある。このような構成によれば、全体の平面外形寸法を、電池９１の外径による影響を受けず、専ら、誘電体基体１の平面積によって定まる形状まで小型化できる。
【００５９】
ところで、無線センサ送信装置１０を電池駆動とした場合、無線センサ送信装置１０自身の小型化の要請と、消費電流の低減化の要請とを共に満たすことは技術的困難性を伴う。例えば、小型化、薄型化、及び、軽量化の要請からアンテナ部６の形状を小型化した場合、無線センサ送信装置１０に必要とされる消費電流が増加することとなるから、電池寿命が、半年〜１年間という短期間で終了してしまう不都合を生じてしまいかねない。
【００６０】
勿論、単三電池２本を用いて、３．０Ｖ電源をつくるなど、電池の大容量化、大型化を図れば、電池寿命を長期間に渡って維持することはできるが、反面、小型化、薄型化、及び、軽量化の要請に充分に応えることができなくなる。
【００６１】
さらに、無線センサ送信装置１０自身の小型化の要請、及び、消費電流の低減化の要請とを共に実現するためには、より低いアンテナ部６ヘの入力電力で、通信距離が増大できなければならない。そのためには、アンテナ部６の損失を低下させるとともに、電磁界の輻射効率を上げなければならない。
【００６２】
上記要請に関して、アンテナ導体は、誘電体基体１の面と平行な一方向に巻き進むから、アンテナ部６に流れる高周波電流磁界のうち、接地電極７を貫通する成分を著しく減少させ、高周波電流磁界による渦電流の発生を抑制することができる。更に、全体を小型化したにもかかわらず、電磁ノイズがアンテナ部６に乗るのを回避し得る。
【００６３】
しかも、アンテナ部６は、ヘリカル状であって、誘電体基体１の厚みを開口部の２辺とするから、開口部の面積をコントロールすることにより、アンテナ利得を向上させることができる。
【００６４】
この結果、無線センサ送信装置１０自身の小型化の要請、及び、消費電流の低減化の要請とを共に実現し、アンテナ部６の低損失化、電磁界の輻射効率の向上を達成することができる。即ち、より低いアンテナ部６ヘの入力電力で、通信距離を増大させ、アンテナ部６の前段に備えられる回路部の消費電力を低減化させ、無線センサ装置全体での消費電流の低減化、ひいては、電池寿命及び連続動作時間の長期化を達成することができる。
【００６５】
アンテナ部６は、好ましくは、電池９１の搭載領域外に備えられる。また、アンテナ部６の占有領域内には、アンテナ部６以外の電気的要素、例えば、導体パターン又は他の部品を配置しない構成が好ましい。このような構成によれば、電気信号や、電磁界のアンテナ部６に対する干渉を回避し、ノイズの発生を抑制できる他、渦電流漏れが低減され、アンテナ利得が向上する。
【００６６】
図１２は無線センサ送信装置１０の更に別の例を示す平面図、図１３は図１２に示した無線センサ送信装置１０の部分断面図、図１４は図１２及び図１３に示した無線センサ送信装置１０の底面図である。この例の特徴は、アンテナ部６を、誘電体基体１の一辺に沿って、そのほぼ全長にわたって設けた点にある。アンテナ部６は、誘電体基体１に直接に設けられている。アンテナ部６と対応する部分には、接地電極７は設けられていない。
【００６７】
図１５は本発明に係る無線センサ装置の別の構成を示すブロック図である。図において、先に示した図面に表れた構成部分に相当する部分については、同一の参照符号を付してある。図示するように、図示実施例において、１個の無線センサ送信装置に対して、ｍ個の無線センサ受信装置８０１〜８０ｍが備えられている。これらは、互いに異なる位置に配置されているものとする。無線センサ受信装置８０１〜８０ｍの個数ｍ（ｍ＝１、２、３、．．．）は任意でよい。
【００６８】
無線センサ受信装置８０１〜８０ｍのそれぞれは、無線センサ送信装置１０から送信された無線信号を、受信アンテナ部８１及び受信回路８２によって受信し、信号処理装置８３で処理する。そして、処理結果を、中央管理装置等に送信する。これにより、隔地で測定された物理量を、別々の場所に設置された受信装置８０１〜８０ｍで個別的に受信し、機器に対する制御を実行することができる。
【００６９】
以上、好ましい実施例を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の変形態様を採り得ることは自明である。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明に係る無線センサ受信装置と、無線センサ送信装置とを組み合わせた無線センサ装置のブロック図である。
【図２】本発明に係る無線センサ受信装置の平面図である。
【図３】図２に示した無線センサ受信装置の正面図である。
【図４】アンテナ素子の平面図である。
【図５】図４に示したアンテナ素子の正面図である。
【図６】アンテナ素子の接続によるアンテナ回路の回路図である。
【図７】本発明に係る無線センサ送信装置の平面図である。
【図８】図７に示した無線センサ送信装置の正面図である。
【図９】図７、図８に示した無線センサ送信装置の部分破断底面図である。
【図１０】図７〜図９に示した無線センサ送信装置の底面図である。
【図１１】図７〜図１０に示した無線センサ送信装置のブロック図である。
【図１２】無線センサ送信装置の更に別の例を示す平面図である。
【図１３】図１２に示した無線センサ送信装置の部分断面図である。
【図１４】図１２及び図１３に示した無線センサ送信装置１０の底面図である。
【図１５】本発明に係る無線センサ装置の別の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００７１】
８ 無線センサ受信装置
８１ アンテナ部
８１１〜８１３ アンテナ素子
１０ 無線センサ送信装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
部品搭載基板と、アンテナ素子と、受信回路部と、信号処理部とを含む無線センサ受信装置であって、
前記部品搭載基板は、一面に前記アンテナ素子と、前記受信回路部と、前記信号処理部とを有し、これらは順次に接続されており、
前記アンテナ素子は、複数個であって、それぞれは、誘電体基体と、アンテナ導体膜とを含み、前記部品搭載基板の前記一面上に配置されており、
前記誘電体基体は、前記部品搭載基板を構成する材料よりも誘電率の高い誘電体材料によって構成されており、
前記アンテナ導体膜は、前記誘電体基体によって支持されており、
前記アンテナ素子のそれぞれのアンテナ導体膜は、互いに直列に接続されている、
無線センサ受信装置。
【請求項２】
請求項１に記載された無線センサ受信装置であって、前記アンテナ導体膜は、インダクタンス要素を構成する無線センサ受信装置。
【請求項３】
請求項２に記載された無線センサ受信装置であって、前記アンテナ導体膜は、キャパシタンス要素を含む無線センサ受信装置。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れかに記載された無線センサ受信装置であって、前記アンテナ導体膜は、スパイラル部分を有する無線センサ受信装置。
【請求項５】
無線センサ受信装置と、無線センサ送信装置とを含む無線センサ装置であって、
前記無線センサ受信装置は、請求項１乃至４の何れかに記載されたものでなり、
前記無線センサ送信装置は、前記無線センサ受信装置に対して、無線センサ信号を送信する、
無線センサ装置。
【請求項６】
請求項５に記載された無線センサ装置であって、前記無線センサ送信装置は、送信部品搭載基板と、センサ部と、センサ信号処理部と、送信回路部と、送信アンテナ部とを含んでおり、
前記送信部品搭載基板は、一面に前記センサ部と、前記センサ信号処理部と、前記送信回路部とを有しており、
前記センサ部は、物理量を検出するものであり、
前記センサ信号処理部は、前記センサ部から出力される検出信号を処理する回路であり、
前記送信回路部は、前記センサ信号処理部から供給される信号を送信する回路であり、
前記送信アンテナ部は、前記送信部品搭載基板に組みつけられている、
無線センサ送信装置。
【請求項７】
請求項６に記載された無線センサ装置であって、前記送信アンテナ部は、ヘリカル状のアンテナ導体膜を含み、前記アンテナ導体膜は、前記送信部品搭載基板の厚み方向にある面と平行な方向に巻軸を有し、前記送信部品搭載基板上における位置に対応したアンテナ指向性を有する、無線センサ装置。
【請求項１】
部品搭載基板と、アンテナ素子と、受信回路部と、信号処理部とを含む無線センサ受信装置であって、
前記部品搭載基板は、一面に前記アンテナ素子と、前記受信回路部と、前記信号処理部とを有し、これらは順次に接続されており、
前記アンテナ素子は、複数個であって、それぞれは、誘電体基体と、アンテナ導体膜とを含み、前記部品搭載基板の前記一面上に配置されており、
前記誘電体基体は、前記部品搭載基板を構成する材料よりも誘電率の高い誘電体材料によって構成されており、
前記アンテナ導体膜は、前記誘電体基体によって支持されており、
前記アンテナ素子のそれぞれのアンテナ導体膜は、互いに直列に接続されている、
無線センサ受信装置。
【請求項２】
請求項１に記載された無線センサ受信装置であって、前記アンテナ導体膜は、インダクタンス要素を構成する無線センサ受信装置。
【請求項３】
請求項２に記載された無線センサ受信装置であって、前記アンテナ導体膜は、キャパシタンス要素を含む無線センサ受信装置。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れかに記載された無線センサ受信装置であって、前記アンテナ導体膜は、スパイラル部分を有する無線センサ受信装置。
【請求項５】
無線センサ受信装置と、無線センサ送信装置とを含む無線センサ装置であって、
前記無線センサ受信装置は、請求項１乃至４の何れかに記載されたものでなり、
前記無線センサ送信装置は、前記無線センサ受信装置に対して、無線センサ信号を送信する、
無線センサ装置。
【請求項６】
請求項５に記載された無線センサ装置であって、前記無線センサ送信装置は、送信部品搭載基板と、センサ部と、センサ信号処理部と、送信回路部と、送信アンテナ部とを含んでおり、
前記送信部品搭載基板は、一面に前記センサ部と、前記センサ信号処理部と、前記送信回路部とを有しており、
前記センサ部は、物理量を検出するものであり、
前記センサ信号処理部は、前記センサ部から出力される検出信号を処理する回路であり、
前記送信回路部は、前記センサ信号処理部から供給される信号を送信する回路であり、
前記送信アンテナ部は、前記送信部品搭載基板に組みつけられている、
無線センサ送信装置。
【請求項７】
請求項６に記載された無線センサ装置であって、前記送信アンテナ部は、ヘリカル状のアンテナ導体膜を含み、前記アンテナ導体膜は、前記送信部品搭載基板の厚み方向にある面と平行な方向に巻軸を有し、前記送信部品搭載基板上における位置に対応したアンテナ指向性を有する、無線センサ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２００６−３３９７９２（Ｐ２００６−３３９７９２Ａ）
【公開日】平成１８年１２月１４日（２００６．１２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１５９３７５（Ｐ２００５−１５９３７５）
【出願日】平成１７年５月３１日（２００５．５．３１）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１２月１４日（２００６．１２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年５月３１日（２００５．５．３１）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
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