JP2006279677A - 無線通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 外部機器に接続された接続線にアンテナからの高周波電流が流れて、アンテナのインピーダンスマッチングが崩れ、アンテナ利得が低下するといったことを防止する。
【解決手段】 アンテナ２が接続されたプリント基板３に、接続線１０が接続され、接続線１０は外部機器に接続される。接続線１０にフェライトコア２０が取り付けられる。フェライトコア２０によって、接続線１０が高周波的にショート状態とされ、外部機器のインピーダンスが高くなり、アンテナ２からの高周波電流がプリント基板９を通じて接続線１０に流れなくなる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、メータ等の外部機器がプリント基板に電気的に接続され、このプリント基板をグランドプレーンとした接地アンテナを有する無線通信装置に関する。

自動検針システムにおけるガスメータ等の外部機器が接続された無線通信装置は、例えば４２９ＭＨｚ帯の特定小電力無線を使用して、端末通信装置とデータ通信を行う。

この無線通信装置を図５に示す。箱体１にアンテナ２が取り付けられ、プリント基板３が箱体１に内装される。プリント基板３上に、無線信号の送受信を行う高周波回路４、外部機器との通信を行うための外部有線インタフェース回路５、無線通信や外部機器との通信を制御する制御回路６およびアンテナ２と各回路とのインピーダンスマッチングを行うマッチング回路７が実装され、各回路が印刷配線によって接続される。さらに、プリント基板３に、電池８および端子台９が実装される。端子台９に、外部機器と電気的な接続を図るための接続線１０が接続され、接続線１０は箱体１から外部に引き出される。

そして、アンテナ２はプリント基板３に給電部１１を介して接続される。アンテナ２は、プリント基板３上に形成されている導電部をグランドプレーンとする１／４波長のホイップアンテナとされ、整合した接地型アンテナを構成している。無線周波数の高周波電流は、破線で示す矢印のように、アンテナ２を流れ、給電部１１を経て、プリント基板３をグランドプレーンとする。このような接地型アンテナは、特許文献１に記載されている。
特開２００２−３７４１１２号公報

１／４波長のホイップアンテナにより接地型アンテナを構成する場合、グランドプレーンの適切な大きさは、使用する無線周波数の波長で決定される。例えば、無線周波数４２９ＭＨｚでは、波長は約７０ｃｍであり、１／４波長は、約１７．５ｃｍとなる。したがって、上記のようにアンテナを構成するには、プリント基板の導電部長さが１／４波長以上であることが必要となる。

しかしながら、近来の制御回路設計技術により、制御回路等を搭載するプリント基板は小型化されている。プリント基板の導電部長さが１／４波長を下回ることになり、このグランドプレーンは使用無線周波数に対して過小である。そこで、アンテナと高周波回路との間にマッチング回路を追加することによって、アンテナとのインピーダンス整合を行っている。すなわち、等価的にグランドプレーンを大きく見せかけ補償するために、マッチング回路によって、グランドプレーンとインピーダンスマッチングするようにアンテナ電流を制御する。

しかし、外部機器が接続される無線通信装置では、プリント基板に外部機器への接続線が接続されているので、接続線を通じた外部機器への高周波電流の流出が発生する。接続線のインピーダンスが変動し、アンテナとグランドプレーンとのインピーダンスマッチングが最適状態を外れ、グランドプレーンの効果が不安定となる。そのため依然として、この接続線の影響により、グランドプレーンの大きさが変わることになり、アンテナ利得が低下して、安定した無線通信の動作が困難である。

また、接続線のない状態でアンテナのインピーダンスマッチングをとった場合、使用中における接続線を通じた外部機器への高周波電流流出により、アンテナのインピーダンスマッチングが崩れる。そのため、アンテナ利得が低下して、無線通信性能が劣化してしまう。

本発明は、上記に鑑み、接続線からの高周波電流の流出を防ぐことにより、安定した無線通信を行える無線通信装置の提供を目的とする。

本発明は、箱体に、無線通信用のアンテナと、プリント基板に形成された無線通信回路とが設けられ、前記アンテナが前記プリント基板に接続されて、該プリント基板をグランドプレーンとした接地型アンテナが構成され、前記プリント基板に、外部機器を電気的に接続するための接続線が接続され、該接続線に高周波電流が流れないように接続線を高周波的にショートする高周波電流抑止手段が設けられたものである。

高周波電流抑止手段は、高周波電流のエネルギーを吸収する抵抗素子、あるいは高周波電流のエネルギーを反射させることによって電流の通過を阻止するインダクタンス素子等を用いて、接続線を高周波的にショート状態とする。このとき、プリント基板側から見て、外部機器が見かけ上、高インピーダンスとなる。その結果、接続線にアンテナからの高周波電流が流れにくくなる。

そして、無線通信回路は、マッチング回路を有し、接続線が高周波的にショートされた状態でアンテナのインピーダンスマッチングが最適となるように前記マッチング回路が調整される。

高周波電流抑止手段は、接続線に対してフェライトコアを取り付けてなるものである。フェライトコアは、接続線に流れる電流により発生する磁界を吸収して、高周波電流のエネルギーを減衰するので、特に高周波数の電流に対して効果的である。なお、高周波電流抑止手段を設けても、低周波電流の流れは阻止されないので、外部機器との通信等は可能である。

プリント基板に、接続線を接続するための端子部が設けられ、該端子部の近傍にフェライトコアが配される。箱体内に、フェライトコアを位置決めする保持部が設けられる。フェライトコアは、プリント基板に近い位置に配置するのが好ましく、接続線に流れ出す高周波電流を低減できる。そして、フェライトコアを位置決めしておくことにより、接続線に対してフェライトコアの位置ずれを防止でき、接続線のインピーダンスの変動をなくせる。

また、接続線は、箱体内から外部にブッシュを通って配線され、フェライトコアが前記ブッシュに装着される。ブッシュは箱体内への水等の侵入を防ぐものであり、これを利用してフェライトコアを取り付けることができる。したがって、フェライトコアの位置決めもできる。

フェライトコアが２分割された構造である場合、箱体は、開閉可能なケース本体およびカバーを有する箱体において、分割されたフェライトコア部品がそれぞれ前記ケース本体とカバーとに設けられ、前記ケース本体に対して前記カバーを閉じたときに、２つのフェライトコア部品が組み合わさって、接続線の貫通した前記フェライトコアが形成される。

このような構造にすれば、箱体を組み立てることにより、自動的に接続線に対してフェライトコアを取り付けることができ、作業が容易となる。

本発明によると、接続線を通じて外部機器が接続されても、接続線に高周波電流が流出するのを防止でき、外部機器の接続に関係なく安定したグランドプレーンを形成できる。したがって、アンテナのインピーダンスマッチングを最適な状態に維持でき、アンテナ利得の減少を防止でき、安定した無線通信動作を実現することができる。

本実施形態の無線通信装置を図１に示す。無線通信装置は、自動検針システムに使用されるものであって、図５に示した従来のものと基本的な構成は同じである。自動検針システムでは、センタ装置と端末網制御装置とが通信回線を通じてデータ通信を行い、端末網制御装置に無線親機がケーブルを介して接続され、無線親機と無線通信する無線子機が設けられる。無線親機や無線子機には、ガスメータ、水道メータ、電気メータといったメータやセンサ、スイッチといった接点機器等の外部機器が接続線１０を介して接続される。

ここで、本実施形態の無線通信装置が無線親機あるいは無線子機として使用される。メータ等の外部機器からのデータが、無線通信装置から端末網制御装置を経てセンタ装置に送信される。無線親機の場合には、端末網制御装置のような上位の通信機器が接続されることがあり、これも外部機器とされ、無線通信装置は、センタ装置からのデータを外部機器を通じて受信する。

本無線通信装置では、接続線１０にアンテナ２からの高周波電流が流れないように、接続線１０にフェライトコア２０が取り付けられている。フェライトコア２０は、箱体１の外側に取り付けられ、箱体１から外部に引き出された接続線１０が、筒状のフェライトコア２０を貫通して配線される。

このフェライトコア２０は、接続線１０を高周波的にショートして、回路側から見て接続線と外部機器とのインピーダンスを高周波的に高くする高周波電流抑止手段として機能する。すなわち、アンテナ２からの高周波電流がプリント基板３の導電部を通じて接続線１０に流れたとき、フェライトコア２０が接続線１０から発生する磁界を吸収することにより、高周波電流が流れにくくなる。すなわち、接続線１０が高インピーダンスとなる。これによって、高周波電流の伝播が抑えられ、接続線１０を通じた外部機器への高周波電流の流出が防止されるので、アンテナのインピーダンスマッチングが崩れず、アンテナ利得の低下を防止できる。したがって、外部機器が電気的に接続されても、無線通信性能には影響されない安定したグランドプレーンを実現でき、無線通信動作が安定する。

ここで、フェライトコア２０がプリント基板３に近いほど、高周波電流の流れる距離が短くなり、高周波電流の流出抑止効果が高まる。そこで、フェライトコア２０を箱体１の内部に配置する。プリント基板３からフェライトコア２０までの距離が短くなり、外部機器の接続に影響されずに安定したグランドプレーンを形成できる。

接続線１０は端子台９に接続されているので、図２に示すように、フェライトコア２０を端子台９の近傍に配置するとよい。このとき、フェライトコア２０を位置決めするための保持部２１が設けられる。保持部２１は、端子台９の近傍に設置され、フェライトコア２０を挟み込んで保持する。フェライトコア２０は、プリント基板３のより近くに配置されることになり、高周波電流抑止の効果がさらに高まる。しかも、保持部２１によりフェライトコア２０の遊動が規制されるので、フェライトコア２０を貫通して配された接続線１０の位置ずれがなくなり、インピーダンスの変動がなくなる。

また、他の実施形態を図３に示す。箱体１は、下ケース２２、本体ケース２３、カバー２４によって構成され、壁面等に固定される下ケース２２に本体ケース２３が取り付けられ、本体ケース２３の下部は開口され、この開口を覆うカバー２４が開閉可能に設けられる。そして、接続線１０は、本体ケース２３の下部に形成された貫通孔を通って外部に引き出される。この貫通孔には、接続線１０の保護および箱体１内部への水、異物等の侵入を防ぐ目的でゴム製ブッシュ２５が嵌め込まれ、接続線１０がブッシュ２５を貫通している。

このブッシュ２５にフェライトコア２０が取り付けられる。ブッシュ２５は本体ケース２３から外部に突出しており、この突出部分がフェライトコア２０を貫通して、フェライトコア２０がブッシュ２５に係合される。

これにより、接続線１０はフェライトコア２０を貫通して配線され、フェライトコア２０により高周波電流の流出が防止される。また、フェライトコア２０はブッシュ２５によって固定されるので、外れたり位置ずれすることがなくなり、フェライトコア２０の効果を半永久的に維持できる。

また、フェライトコア２０は、筒状に限らず、分割フェライトコアを用いてもよい。図４に示すように、フェライトコア２０は２分割され、半円筒状の２つのフェライトコア部品２６、２７を組み合わせてなる。一方のフェライトコア部品２６は、本体ケース２３の下部に取り付けられ、他方のフェライトコア部品２７は、カバー２４に取り付けられる。接続線１０は、２つのフェライトコア部品２６、２７に挟まれて配線される。

本体ケース２３のフェライトコア部品２６の上を通るように、接続線１０が置かれる。本体ケース２３にカバー２４を被せると、２つのフェライトコア部品２６、２７が嵌合して、筒状のフェライトコア２０が形成され、接続線１０はフェライトコア２０を貫通して、箱体１から引き出されることになる。

このようなフェライトコア２０の構造にすれば、箱体1を組み立てることによって自動的にフェライトコア２０を接続線１０に対して取り付けることができ、取付作業が容易になる。

ところで、上記の無線通信装置は必ず接続線１０を介して外部機器と接続される。そこで、接続線１０にフェライトコア２０を取り付けた状態において、アンテナ２のインピーダンスマッチングが最適状態となるように、マッチング回路７を調整しておく。マッチング回路７は、例えばコイル、コンデンサ、抵抗等の各素子によって構成され、所定の共振を生じさせる一般的な回路である。アンテナ２のインピーダンスとプリント基板３の導電部とのインピーダンスの整合がとれるように、各素子が選定される。

このように、接続線１０が高周波的にショートされた状態でアンテナ１のインピーダンスマッチングが最適となるようにマッチング回路７を調整することにより、個別の無線通信装置の設置状況や外部機器の接続状況に関係なく、高利得なアンテナを実現でき、安定した無線通信を確立することができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で上記実施形態に多くの修正および変更を加え得ることは勿論である。本無線通信装置は、自動検針システム以外にセキュリティシステム、監視システム等のデータ通信システムにおける無線通信可能な通信装置としても利用できる。

また、高周波電流抑止手段として、フェライトコアを用いる代わりに、高周波的にインピーダンスを増大させる素子であればよく、コイルあるいは抵抗を接続線に接続して、接続線に流れる高周波電流を遮断するようにしてもよい。

本発明の無線通信装置の内部構造を示す図 他の形態の無線通信装置の内部構造を示す図 他の形態の無線通信装置を示し、（ａ）は箱体の正面図、（ｂ）は箱体の側面図、（ｃ）は箱体の底面図、（ｄ）はカバーを開けた箱体の内部正面図 分割フェライトコアを用いたときの箱体の分解斜視図 従来の無線通信装置の内部構造を示す図

符号の説明

１ 箱体
２ アンテナ
３ プリント基板
４ 高周波回路
７ マッチング回路
１０ 接続線
２０ フェライトコア
２１ 保持部
２２ 下ケース
２３ 本体ケース
２４ カバー
２５ ブッシュ
２６ フェライトコア部品
２７ フェライトコア部品

Claims (7)

1. 箱体に、無線通信用のアンテナと、プリント基板に形成された無線通信回路とが設けられ、前記アンテナが前記プリント基板に接続されて、該プリント基板をグランドプレーンとした接地型アンテナが構成され、前記プリント基板に、外部機器を電気的に接続するための接続線が接続され、該接続線に高周波電流が流れないように接続線を高周波的にショートする高周波電流抑止手段が設けられたことを特徴とする無線通信装置。
2. 高周波電流抑止手段は、接続線に対してフェライトコアを取り付けてなることを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
3. プリント基板に、接続線を接続するための端子部が設けられ、該端子部の近傍にフェライトコアが配されたことを特徴とする請求項２記載の無線通信装置。
4. 箱体内に、フェライトコアを位置決めする保持部が設けられたことを特徴とする請求項３記載の無線通信装置。
5. 接続線は、箱体内から外部にブッシュを通って配線され、フェライトコアが前記ブッシュに装着されたことを特徴とする請求項２記載の無線通信装置。
6. 箱体は、開閉可能なケース本体およびカバーを有し、フェライトコアが２分割された構造とされ、分割されたフェライトコア部品がそれぞれ前記ケース本体とカバーとに設けられ、前記ケース本体に対して前記カバーを閉じたときに、２つのフェライトコア部品が組み合わさって、接続線の貫通した前記フェライトコアが形成されることを特徴とする請求項２記載の無線通信装置。
7. 無線通信回路は、マッチング回路を有し、接続線が高周波的にショートされた状態でアンテナのインピーダンスマッチングが最適となるように前記マッチング回路が調整されることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の無線通信装置。

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