CN105247733A - 无线装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无线装置，即使无线装置(100)缩小，也能够使天线(1)、电路基板(2)、导电线(3)整体作为天线来进行工作，得到高效的天线性能。本发明的实施方式的无线装置(100)具有：用于发送/接收波长λ的电波的天线(1)；与天线(1)连接的电路基板(2)；电源(4)；以及用于连接电路基板(2)与电源(4)的导电线(3)，天线(1)的长度、电路基板(2)的长度和导电线(3)的长度之和为大致λ/2。

Description

无线装置

技术领域

本发明涉及无线装置。例如，安装在燃气表或电表等测量单元的无线装置、对这些测量单元的电波的发送/接收进行中继的无线装置。此外，还涉及例如要求天线以及电路基板的小型化的无线装置。

背景技术

近年来，在设置于独立住宅或公寓等建筑物的燃气表或电表中，针对它们的使用量，查表人不用到访各个家庭而能够通过无线通信进行数据收集的自动查表系统正在普及。该自动查表系统，由于要通过无线设备的发送功率、接收灵敏度以及天线性能来决定能够通信的范围，因而要求高性能的无线特性。此外，正开始导入一种为了确保无线性能而在中途经由具有天线、无线部以及微型计算机的中继器从而低成本且向更远发送查表数据的系统。另一方面，表以及中继器，若考虑到设置作业的简化以及确保设置场所的必要性，则要求轻量且小型化。

在专利文献1中，提出有变更金属设备与主基板的电连接，以避免天线性能变差且使装置小型化的技术。

专利文献1的天线，通过改变将主基板与金属设备电连接的连接图案的长度，从而使由天线以外的金属设备引起的无用谐振移动到频带外，以避免天线性能变差。而且，由于未对设备实施屏蔽，因而没有因向天线的地线接近而导致的天线辐射特性的变差，且有助于无线装置的小型化。

现行技术文献

专利文献1：JP特开2012-253588号公报

发明内容

所要解决的技术问题

然而，当使用的电波的波长设为λ时，在专利文献1的无线装置中，作为天线而使用的连接图案，需要接近于λ/2的整数倍的长度，因此在配置连接图案的主基板与金属设备之间需要较大的空间，存在使无线装置变大的问题。例如，在使用的电波的频率是500MHz时，连接图案需要接近于30厘米的整数倍的长度，且需要在主基板与金属设备之间设置与其对应的空间，而使无线装置变得大型化。

本发明提供一种具有高效的天线特性的小型的无线装置。

本发明的实施方式中的无线装置具有：用于发送/接收波长λ的电波的天线；与天线连接的电路基板；电源；以及用于连接电路基板与电源的导电线，天线的长度、电路基板的长度和导电线的长度之和为大致λ/2。

发明效果

根据本发明的实施方式的无线装置，天线的长度、电路基板的长度和导电线的长度之和为大致λ/2。根据本发明的实施方式的无线装置，天线、电路基板以及导电线呈一体，其整体作为天线来进行工作。使电路基板以及用于连接电路基板与电源的导电线作为天线的一部分来进行工作，能够实现无线装置的小型化。此外，即使天线以及电路基板的长度较短，也能够通过调整导电线的长度，从而实现高效的天线特性。例如，通过使天线、电路基板以及导电线呈一体且其整体的长度满足λ/2，能够实现高效的天线特性。

附图说明

图1是表示本发明的第1实施方式的无线装置的图。

图2是表示本发明的第1实施方式的天线的图。

图3是表示本发明的第1实施方式的电路基板的图。

图4是表示本发明的第1实施方式的电池的图。

图5是表示将本发明的第1实施方式的天线、电路基板、导电线的整体长度设为λ/2时的天线电流分布的图。

图6是表示使本发明的第1实施方式的天线、电路基板、导电线的整体长度变化时的天线辐射效率的图。

图7是表示本发明的第2实施方式的无线装置的图。

图8是表示本发明的第2实施方式的无源部件的图。

图9是表示本发明的第2实施方式的无源部件的图。

图10是表示使用于从本发明的第2实施方式的电池提供电源的导电线的连接状态变化时的天线辐射效率的图。

具体实施方式

本发明的实施方式的无线装置具有：用于发送/接收波长λ的电波的天线；与天线连接的电路基板；电源；以及用于连接电路基板与电源的导电线，天线的长度、电路基板的长度和导电线的长度之和为大致λ/2。由此，无线装置整体作为偶极子天线来进行工作，能够从整体辐射电磁波。

在实施方式中，可以为：天线的长度为大致λ/4。由此，从电路基板向天线供电的供电点处的电流值变为最大，无线装置整体进行谐振，能够高效地辐射电磁波。

在实施方式中，可以为：电路基板的长度与导电线的长度之和为大致λ/4。由此，从电路基板向天线供电的供电点处的电流值变为最大，无线装置整体进行谐振，能够高效地辐射电磁波。

在实施方式中，可以为：电源是电池，导电线是从电池延伸出的导电线，且通过导电线上所设置的连接器来与电路基板连接。通过使从电池延伸出的导电线作为天线的一部分来进行工作，能够使无线装置小型化。

在实施方式中，可以为：在电路基板上设置有地线，电路基板的长度是电路基板和天线的连接位置、与电路基板和导电线的连接位置之间的地线的长度。此外，在实施方式中，可以为：电路基板呈长方形状，电路基板的长度是电路基板的长边的长度。通过使导电线与电路基板作为天线的一部分来进行工作，能够使无线装置小型化。

在实施方式中，可以为：电路基板的面积是天线的面积的一半以下。在本发明的实施方式的结构中，由于能够使电路基板的面积小于天线的面积，因此能够使无线装置小型化。

在实施方式中，可以为：天线是板状倒F天线，天线的长度是天线的周长的一半的长度。例如，通过将这种天线的长度、电路基板的长度和导电线的长度之和设为大致λ/2，从而使无线装置整体作为偶极子天线来进行工作，能够从整体辐射电磁波。

在实施方式中，可以为：导电线的正极侧呈高频上未连接。由此，使导电线的正极侧的线与负极侧的线相抵消后的天线电流流向一个方向，因此，辐射的电磁波进一步变强，能够进一步提高天线效率。

在实施方式中，可以为：无线装置还具有用于去除导电线的正极侧的高频信号分量的无源部件。例如，无源部件可以去除频率为c/λ(c是电磁波的传播速度)的信号分量。此外，例如，无源部件可以包括电感器。此外，例如，无源部件也可以包括电感器和与电感器并列连接的电容器。通过使无线装置具有如上所述的无源部件，从而使导电线的正极侧的线与负极侧的线相抵消后的天线电流流向一个方向，因此，辐射的电磁波进一步变强，能够进一步提高天线效率。

本发明的实施方式的无线装置，可以具有用于发送/接收波长λ的电波的天线和与天线连接的电路基板，从电源向电路基板提供电力的导电线的长度、电路基板的长度和天线的长度之和为大致λ/2。由此，无线装置整体作为偶极子天线来进行工作，能够从整体辐射电磁波。

在实施方式中，可以为：天线的长度为大致λ/4。由此，从电路基板向天线供电的供电点处的电流值变为最大，无线装置整体进行谐振，能够进一步高效地辐射电磁波。

以下，针对本发明的实施方式，参照附图来进行说明。此外，在以下说明的实施方式是例示，并不限定本发明。

(实施方式1)

图1是表示本发明的第1实施方式的无线装置100的图。无线装置100具有：用于发送/接收波长λ的电波的天线1；与天线1连接的电路基板2；电源4；用于连接电路基板1与电源4的导电线3；以及树脂壳体10。

天线1例如是倒F型的天线，具有如图1那样的板状天线的构造。其中，用于本发明的天线并不限定于倒F型的天线，例如，也可以是单极子型以及倒L型的天线。作为本实施方式的天线，能够使用线状天线、板状天线、平面天线等各种天线。

在电路基板2上，搭载有进行电磁波的发送/接收的无线部22(图7)、和对其进行控制的微型计算机21(图7)，在这些电子部件上搭载有用于从电源4提供电力的连接端子8。天线1经由供电线6而与电路基板2的供电点2连接，并经由短路线7而与电路基板2的地线连接。

导电线3是与电源4连接的被覆膜覆盖的导电线，在其顶端设置有用于与电路基板2连接的连接器13(图4)。

电源4例如是电池。在该电池4中，例如，并联连接的多个锂电池形成封装件，从其1个电池的正极侧和负极侧延伸出导电线3。在本实施方式中，使用呈一体地封装了在顶端设置有连接器13(图4)的导电线3的电池4。通过使连接器13与电路基板2的端子8连接，从而向电路基板2提供电力。此外，图1所示的本实施方式的电池4，虽然包含5个锂电池，但该结构只是一个示例，电池的种类或个数能够任意选择。例如，也可以代替锂电池而使用干电池。

树脂壳体10，由AES树脂或ABS树脂等非金属材料形成。

在本实施方式中，在具有天线1、λ/4以下的长度的电路基板2、以及使导电线3一体化的电池4的无线装置中，通过调整天线1、电路基板2和导电线3的合计长度，从而使它们整体作为天线来进行工作，产生出高效的天线特性。

在此，针对各结构要素的长度进行说明。图2是表示本实施方式的天线1的图。天线1是板状倒F天线时，该天线1的长度是天线1的周长的一半的长度。例如，如图2所示，在天线1是长方形的倒F天线时，长边长度La与短边长度Lb之和成为天线1的长度。

图3是表示电路基板2的图。在电路基板2上，以规定的图案设置了作为地线功能的导电体12。电路基板2的供电点5以及端子8经由地线12而电连接。本实施方式中的电路基板2的长度是向天线1供电的供电点5与端子8之间的地线12的长度。若换言之，则电路基板2的长度是从供电点5至导电线3为止的地线12的长度。该地线12的长度有助于天线特性。供电点5与端子8通过地线12而直线连接时，该直线的长度Lc为电路基板2的长度。此外，在通过迂回的地线12的图案连接了供电点5与端子8时，该迂回的地线12的图案的长度为电路基板2的长度。此外，如图3的示例，在电路基板2为长方形，且在长边方向的两端部附近设置了供电点5以及端子8时，电路基板2的长度能够称为电路基板2的长边的长度。

图4是表示电池4的图。从并联配置了电池4中的多个锂电池的本体部分延伸出导电线3，该导电线3的长度Lc是有助于天线特性的导电线3的长度。此外，在与电路基板2的端子8连接的连接器13的尺寸较大时，导电线3的长度中可以包含连接器13的长度。此外，在导电线3中设置了电子部件时，该电子部件也可以包含在导电线3的长度中。

导电线3的正极侧的线与负极侧的线的长度在设计上几乎相同，但在双方的长度不同时，较长的线有助于天线特性。此外，电池本体部分(锂电池部分)的长度无助于天线特性。

由于天线1、电路基板2以及电池4与商品的外观设计或商品性能有较大相关，因此必须以某种程度确定的尺寸进行设计，基于这些尺寸，天线特性会产生很大变动。

因此，通过将天线1、电路基板2以及电池4的导电线3呈一体地使整体作为天线来进行工作，无线装置100能够小型化，并且能得到高效的天线特性。

特别地，当使用的电波的波长为λ时，若将天线1的长度设为大致λ/4，且电路基板2的长度与导电线3的长度之和设为大致λ/4，则进行犹如λ/2的偶极子天线那样的工作。

图5表示以上述尺寸形成无线装置100的各结构要素时的天线电流振幅的分布。天线1、电路基板2以及电池4的导电线3，从表现形式上看成为λ/2的偶极子天线，因此，天线电流振幅如图5的天线电流分布30那样。天线1的顶端与电池4由于是开放端，因此电流为零，电路基板2上的向天线1供电的供电点5附近，天线电流的振幅变为最大。即，引起了谐振现象，能期望高效的天线特性。

因此，通过为了从表现形式上看实现λ/2的偶极子天线而调整导电线3的长度，能够使天线特性提高。

图6表示将天线1与电路基板2的长度设为固定而使导电线3的长度变更时的天线辐射效率。

在使用设为λ/4的长度的天线1，且调整导电线3的长度而将电路基板2与导电线3的合计长度设为λ/4时，整体长度成为λ/2，天线辐射效率得到-3.6dB。

在将包含天线1的整体长度设为λ/3时，由于不引起谐振现象，因而天线辐射效率为-9dB。

如此，通过将天线1的长度、电路基板2的长度和导电线3的长度之和的整体长度设为大致λ/2，能够得到高效的天线特性。

此外，一般而言，在使用倒F型的天线的无线装置中，电路基板的面积比天线大。另一方面，在本实施方式中，由于能够使电路基板2的面积小于天线1的面积，因此能够使无线装置100小型化。例如，能够将电路基板2的面积设为天线1的面积的一半以下。

(实施方式2)

图7是表示本发明的第2实施方式的无线装置100的图。图8是表示电路基板2上所设置的无源部件23的图。本实施方式的导电线3的正极侧的线通过无源部件23，对于高频带或某特定频率而言从表现形式上看呈未连接状态，能够得到进一步高效的天线特性。

无源部件23例如包括连接器25。无源部件23，例如，连接于电路基板2上的微型计算机21与端子8之间。此时，可以向无线部22经由微型计算机21提供电力。此外，无源部件23也可以连接于无线部22与端子8之间，此时，可以经由无线部22向微型计算机21提供电力。此外，也可以为：无源部件23与端子8连接，且通过从该无源部件23分别向微型计算机21以及无线部22延伸出的布线来将微型计算机21及无线部22与无源部件23连接。此外，微型计算机21与无线部22可以呈一体地形成。无源部件23，与导电线3的正极侧的线连接，其去除导电线3的正极侧的线的高频信号分量。例如，无源部件23去除频率为c/λ的信号分量。在此，c是电磁波的传播速度。即，无源部件23去除所使用的电波的频率的信号分量。

在此，若将频率设为f，将电感值设为L，则电感器25的阻抗Z通过以下公式(1)来表示。

[公式1]

Z＝2πfL(1)

对于想要去除的频率，通过选定电感器25以使电路基板2侧看上去犹如未连接那样的高阻抗，从而能够去除想要去除的频率的信号分量，能够得到高效的天线特性。

此外，如图9所示，无源部件23可以包括：电感器25；和与电感器25并联连接的电容器26。通过这样的电路结构，与上述同样，能够去除导电线3的正极侧的线的高频信号分量，以提高天线效率。

在此，将电容值设为C时，频率f、电感值L以及电容值C的关系由以下公式(2)来表示。

[公式2]

$f=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{LC}}---\left(2\right)$

通过选定电感值L以及电容值C以使频率f成为想要去除的频率，从而能够去除想要去除的频率的信号分量，能够得到高效的天线特性。

在导电线3的正极侧的线与电路基板2呈高频上连接时，那里流动的天线电流会产生抵消导电线3的负极侧的线中流动的电流的作用，因此，对天线特性会产生不良影响。

图10是表示在使用长度λ/4的天线1时呈高频上连接了导电线3的正极侧的线时的天线效率与未连接时的天线效率的图。

在以高频的方式连接了电路基板2与导电线3的正极侧的线时，天线效率为-10dB。

另一方面，对于使用频率而言，由于从表现形式上看呈未连接，因此若在电路基板2上的微型计算机21以及/或者无线部22与导电线3的正极侧的线之间插入电感器25，则天线效率成为-5.3dB，与呈高频上连接之时相比，天线效率提高了4.7dB。

本发明的实施方式的结构，对于所使用的电波的波长λ较长的情况特别有用。例如，在λ＝500MHz时，λ/2成为约30厘米，若要使天线1以及电路基板2实现λ/2，则物理上会使树脂壳体10变大。然而，根据本发明的实施方式，能够将天线1的长度设为λ/4(约15厘米)、电路基板2以及电池4的导电线3的长度之和设为λ/4来实现同等性能，因此树脂壳体10能够比前者缩小约30％。

本发明的实施方式的无线装置100，即使电路基板2的长度缩短，也能够通过调整导电线3的长度来实现高效的天线特性。此外，使电路基板2或导电线3作为天线的一部分来进行工作，因此，能够实现无线装置100的小型化。

根据本发明的实施方式，即使无线装置100缩小，也能够使整体作为天线来进行工作，得到高效的天线性能。通过使天线1、电路基板2、导电线3的整体作为天线来进行工作，能够产生高效的天线特性。天线1以及电路基板2由于根据商品的特征来决定尺寸，因此，通过调整导电线3的长度，特别是将整体长度设为λ/2，能够得到高效的天线性能。由于天线1、电路基板2、导电线3的整体作为天线来进行工作，因此，能够实现无线装置100的小型化。

产业上的利用可能性

本发明在要求无线装置的小型化的技术领域中特别有用。

标号的说明：

1-天线

2-电路基板

3-导电线

4-电池

10-树脂壳体

23-无源部件

100-无线装置。

Claims (15)

1.一种无线装置，具有：

天线，其用于发送/接收波长λ的电波；

电路基板，其与所述天线连接；

电源；和

导电线，其用于连接所述电路基板与所述电源，

所述天线的长度、所述电路基板的长度和所述导电线的长度之和为大致λ/2。

2.根据权利要求1所述的无线装置，其特征在于，

所述天线的长度为大致λ/4。

3.根据权利要求1或2所述的无线装置，其特征在于，

所述电路基板的长度与述导电线的长度之和为大致λ/4。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的无线装置，其特征在于，

所述电源是电池，

所述导电线是从所述电池延伸出的导电线，

通过所述导电线上所设置的连接器来与所述电路基板连接。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的无线装置，其特征在于，

在所述电路基板上设置有地线，

所述电路基板的长度是所述电路基板和所述天线的连接位置、与所述电路基板和所述导电线的连接位置之间的地线的长度。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的无线装置，其特征在于，

所述电路基板呈长方形状，

所述电路基板的长度是所述电路基板的长边的长度。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的无线装置，其特征在于，

所述电路基板的面积是所述天线的面积的一半以下。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的无线装置，其特征在于，

所述天线是板状倒F天线，

所述天线的长度是所述天线的周长的一半的长度。

9.根据权利要求1～8中任一项所述的无线装置，其特征在于，

所述导电线的正极侧呈高频上未连接。

10.根据权利要求1～9中任一项所述的无线装置，其特征在于，

还具有：

无源部件，其用于去除所述导电线的正极侧的高频信号分量。

11.根据权利要求10所述的无线装置，其特征在于，

所述无源部件去除频率为c/λ的信号分量，其中c为电磁波的传播速度。

12.根据权利要求10或11所述的无线装置，其特征在于，

所述无源部件包括电感器。

13.根据权利要求10或11所述的无线装置，其特征在于，

所述无源部件包括：

电感器；和

电容器，其与所述电感器并联连接。

14.一种无线装置，具有：

天线，其用于发送/接收波长λ的电波；和

电路基板，其与所述天线连接，

从电源向所述电路基板提供电力的导电线的长度、所述电路基板的长度和所述天线的长度之和为大致λ/2。

15.根据权利要求14所述的无线装置，其特征在于，

所述天线的长度为大致λ/4。