JP2009253788A - Wireless communication unit and flowmeter equipped with the same - Google Patents
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Description
本発明は、無線通信回路及びアンテナを備えた無線通信ユニット、並びにその無線通信ユニットを備えた流量計に関する。 The present invention relates to a wireless communication unit including a wireless communication circuit and an antenna, and a flow meter including the wireless communication unit.
アンテナ及び無線通信回路(無線ユニット)を備えた無線通信ユニットは、ガスメータ等の流量計に内蔵するために従来から小型化が要求されている。アンテナの長さが十分にとれ、高周波アースがしっかりとれる状況では、モノポールアンテナが有用であるが、アンテナを小型にした場合、無線ユニットから送信電力を給電しても効率良く電波が放射されず、また無線ユニットの給電部とアンテナとの間で高周波アースがしっかりとれていないとアンテナの放射特性も不安定となる。 A wireless communication unit including an antenna and a wireless communication circuit (wireless unit) has been conventionally required to be miniaturized in order to be built in a flow meter such as a gas meter. Monopole antennas are useful in situations where the length of the antenna is sufficient and high-frequency grounding is solid, but when the antenna is made small, radio waves are not radiated efficiently even if power is supplied from the wireless unit. In addition, if the high-frequency ground is not firmly established between the power supply unit of the wireless unit and the antenna, the radiation characteristics of the antenna also become unstable.
特許文献1には、特定小電力無線電波でガスメータと通信する情報端末内部に情報処理基板の不要輻射を遮蔽するシールド板を設け、アンテナとシールド板とで略ダイポールアンテナ(接地型ダイポールアンテナ)を形成することで、アンテナを小型にしても利得低下を小さくする技術が開示されている。また、特許文献2には、ガスメータの樹脂製外筐体に線状のλ/2ダイポールアンテナを埋め込む技術が開示されている。
特許文献1に記載の技術は、接地型のダイポールアンテナを使用しているが、非接地型に比べて高周波アースをしっかりとることができず、アンテナの放射特性が不安定である。また、この技術は、アンテナ部分の小型化を行うための技術であり、所定サイズのアンテナ部分を機器にどのように埋め込むかを定める技術ではない。 The technique described in Patent Document 1 uses a grounded dipole antenna, but cannot secure a high-frequency ground as compared with a non-grounded type, and the radiation characteristics of the antenna are unstable. Further, this technique is a technique for reducing the size of the antenna part, and is not a technique for determining how to embed an antenna part of a predetermined size in a device.
また、特許文献2に記載のように、線状アンテナをλ/2ダイポールアンテナで構成してガスメータの樹脂製外筐体に埋め込む技術は、さらにガスメータの更なる小型化の要求に応えることができるものではなく、小型化されたガスメータにこの線状アンテナを内蔵すること或いはその外筐体に埋め込むことは困難である。また、このようなガスメータの更なる小型化の要求に応えるためには、アンテナと無線ユニット内のアンテナ給電部との間の距離も稼ぐことができないため、アンテナ給電部では十分な高周波アースをとることができず放射パターンが不安定になる。 In addition, as described in Patent Document 2, the technology in which the linear antenna is configured by a λ / 2 dipole antenna and embedded in the resin outer casing of the gas meter can further meet the demand for further miniaturization of the gas meter. However, it is difficult to incorporate this linear antenna in a miniaturized gas meter or to embed it in the outer casing. Further, in order to meet the demand for further miniaturization of such a gas meter, the distance between the antenna and the antenna feeder in the wireless unit cannot be gained. The radiation pattern becomes unstable.
本発明は、上述のごとき実状を鑑みてなされたものであり、無線ユニットの給電部の高周波アースの良否に拘わらず安定した放射パターンを得ることが可能なアンテナ部分を有し、且つアンテナ部分が搭載された機器の外形をできるだけ小さくすることが可能な無線通信ユニットを提供すること、並びにその無線通信ユニットを搭載した流量計を提供することを、その目的とする。 The present invention has been made in view of the actual situation as described above, and has an antenna portion capable of obtaining a stable radiation pattern regardless of whether the high-frequency ground of the power feeding portion of the wireless unit is good, and the antenna portion is It is an object of the present invention to provide a wireless communication unit capable of minimizing the external shape of the mounted device and to provide a flow meter equipped with the wireless communication unit.
上述の課題を解決するために、本発明の無線通信ユニットは、無線通信回路を搭載した基板を備えた無線通信ユニットであって、前記無線通信回路に接続した2本のアンテナエレメントから構成される非接地型ダイポールアンテナを、前記基板上に設けたことを特徴としたものである。 In order to solve the above-described problem, a wireless communication unit of the present invention is a wireless communication unit including a substrate on which a wireless communication circuit is mounted, and includes two antenna elements connected to the wireless communication circuit. An ungrounded dipole antenna is provided on the substrate.
本発明の流量計は、上述の無線通信ユニットを備えたことを特徴としたものである。 The flowmeter of the present invention is characterized by including the above-described wireless communication unit.
本発明によれば、アンテナ部分で、無線ユニットの給電部の高周波アースの良否に拘わらず安定した放射パターンを得ることが可能となり、且つアンテナ部分が搭載された流量計等の機器の外形をできるだけ小さくすることが可能となる。 According to the present invention, it is possible to obtain a stable radiation pattern at the antenna portion regardless of the quality of the high-frequency grounding of the power supply unit of the wireless unit, and to make the external shape of a device such as a flow meter equipped with the antenna portion as much as possible. It can be made smaller.
以下、本発明に係る無線通信ユニットを流量計に搭載するものとして例示するが、流量計に限らず、例えば無線式火災警報器、無線式ガス漏れ警報器、ハンディターミナルなど、他の電子機器に搭載してもよい。これらの機器により無線検針システムやセキュリティシステムを構築することもできる。なお、本発明に係る無線通信ユニットを搭載する他の電子機器としては、このような計測に関する分野に使用する機器に限ったものではない。また、本発明に係る流量計について、以下にガスメータを例に挙げて説明するが、水道メータ等の他の流量計にも同様に適用できる。 Hereinafter, the wireless communication unit according to the present invention will be exemplified as being mounted on a flow meter. However, the present invention is not limited to the flow meter, and may be applied to other electronic devices such as a wireless fire alarm, a wireless gas leak alarm, and a handy terminal. May be installed. A wireless meter reading system and a security system can be constructed using these devices. In addition, as another electronic device which mounts the radio | wireless communication unit which concerns on this invention, it is not restricted to the apparatus used for the field | area regarding such a measurement. Further, the flow meter according to the present invention will be described below by taking a gas meter as an example, but it can be similarly applied to other flow meters such as a water meter.
図1は、本発明に係るガスメータの一構成例を示す図、図2は、図1のガスメータにおける無線回路部/制御部の詳細を示すブロック図、図3は、図1のガスメータのアンテナによる放射パターンを示す図である。 FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a gas meter according to the present invention, FIG. 2 is a block diagram showing details of a radio circuit unit / control unit in the gas meter of FIG. 1, and FIG. 3 is based on an antenna of the gas meter of FIG. It is a figure which shows a radiation pattern.
図1で例示するガスメータ1は、無線通信ユニット10を備えている。無線通信ユニット10は、基板11上に無線通信回路の一例としての無線回路部/制御部13が設けられている。さらに、本発明では、無線通信ユニット10の基板11上に、無線回路部/制御部13に接続された小型のアンテナエレメント12a,12bも設けられている。
A gas meter 1 illustrated in FIG. 1 includes a
この無線通信ユニット10においては、この2本のアンテナエレメント12a,12bを使用して非接地型ダイポールアンテナを構成している。このダイポールアンテナは、図1におけるアンテナエレメント12aの上端とアンテナエレメント12bの下端との距離を、受信又は送信する波長の約λ/2の長さで形成している。この長さは、使用する周波数帯に応じて決めればよい。このように、無線通信ユニット10においてはλ/2ダイポールアンテナを形成している。また、アンテナエレメント12a,12bのダイポール形成部分(上述の約λ/2に相当する長さの部分)は、図1に示すように直線状に限ったものではない。勿論、コイルを入れるなどにより電気的に約λ/2の長さで形成してもよいし、受信/送信の状態を犠牲にすることでより短い長さに形成することもできる。
In the
非接地型ダイポールアンテナの形成について図2を参照して例示する。無線回路部/制御部13は、ガスメータ1の電源部20から電源を供給され、ガスメータ1の図示しない主制御部に接続された制御部/メータインターフェース部18によってデータの送受信が制御される。無線回路部/制御部13は、この制御部/メータインターフェース部18と、無線送信を行う送信回路16と、無線受信を行う受信回路17と、無線の送信/受信の切り換えを行うアンテナ切換回路15とを備えている。
The formation of a non-grounded dipole antenna will be illustrated with reference to FIG. The wireless circuit unit /
また、アンテナエレメント12a,12bとしては、例えば小型セラミックアンテナや基板11上にプリントしたパターンアンテナ等を採用すればよい。アンテナエレメント12a,12bのインピーダンスは通常50Ωであるため、2本使用して非接地ダイポールアンテナとするためには、送信回路16及び受信回路17でなる無線送受信回路とインピーダンス整合を行う必要があるため、図2のように、無線送受信回路のアンテナ切換回路15と2本のアンテナエレメント12a,12bとの間に整合回路14を挿入して、インピーダンス変換と非接地とするための回路変換を行っている。
As the
このような構成により、送信時には、制御部/メータインターフェース部18が、アンテナ切換回路15に対して送信側に切り換えるよう制御すると共に、送信信号を送信回路16に出力し、送信回路16がその送信信号を変調してアンテナ切換回路15へ出力し、整合回路14を経てアンテナエレメント12a,12bに変調後の送信信号が給電され、アンテナエレメント12a,12bが空間に電波として放射する。一方、受信時には、制御部/メータインターフェース部18が、アンテナ切換回路15に対して受信側に切り換えるよう制御すると共に、アンテナエレメント12a,12bで受けた電波から整合回路16を経て受信した受信信号を復調するように受信回路17を制御し、受信回路17が復調処理を実行して復調後の受信信号を制御部/メータインターフェース部18に出力する。
With such a configuration, at the time of transmission, the control unit /
このように、本発明の無線通信ユニット10は、無線回路部/制御部13に接続した2本のアンテナエレメント12a,12bを、非接地型ダイポールアンテナを構成するように設けているため、アンテナ部分となる2本のアンテナエレメント12a,12bで、無線回路部/制御部13の給電部の高周波アースの良否に拘わらず安定した放射パターンを得ることが可能となる。また、しっかり高周波アースがとれていない同サイズのモノポールアンテナと比べるとアンテナ利得を3dB上げることが期待できる。
As described above, the
また、本発明の無線通信ユニット10は、このような非接地型ダイポールアンテナを無線通信回路の基板11上に設けているため、すなわち長さが必要となるアンテナ部分を基板11上の無線回路部/制御部13の設置領域を利用して設けているため、アンテナ部分が搭載されたガスメータ1の外形をできるだけ小さくすることが可能となる。つまり、本発明では、小型になったガスメータ1にλ/2ダイポールアンテナを内蔵することが容易になり、また小型のガスメータ1に内蔵する無線通信ユニット10を小型にする場合にも、上述のように給電部での高周波アースを十分にとることをあまり考慮しなくてもよい。
Further, since the
次に、無線通信ユニット10のガスメータ1への好ましい搭載例について図1及び図3を参照して説明する。このガスメータ1は、無線通信ユニット10を搭載することにより無線通信用アンテナ内蔵型ガスメータとなる。
Next, a preferable example of mounting the
ガスメータ1に内蔵した基板(無線ユニット基板)11はガスメータ1と同じく立てた状態で設置する。このとき、実装する2本のアンテナエレメント12a,12bは図1に示すように、ガスメータ1の下部に配置した基板11の端部に垂直方向に配置する。この場合、アンテナエレメント12a,12bが垂直方向に配置され電界面放射特性は垂直偏波となる。そのときのアンテナエレメント2本で構成したダイポールアンテナの垂直偏波放射特性は、図3の放射パターン31,32に示すようになり、ガスメータが家屋等の壁に設置されること、並びに通信時のハンディターミナル等の相手機器の持ち位置などを考慮すると、好ましい放射パターンになると言える。このように、ガスメータ1においては、2本のアンテナエレメント12a,12bが鉛直方向に向くように基板11を設置してなることが好ましい。
A substrate (wireless unit substrate) 11 built in the gas meter 1 is installed in a standing state in the same manner as the gas meter 1. At this time, the two
また、図示しないが、2本のアンテナエレメント12a,12bを水平方向に配置してもよく、その場合、水平偏波となる。このような水平偏波は、水道メータ等の地面に設置する流量計に特に有用となる。
Although not shown, the two
1…ガスメータ、10…無線通信ユニット、11…基板、12a,12b…アンテナエレメント、13…無線回路部/制御部、14…整合回路、15…アンテナ切換回路、16…整合回路、16…送信回路、17…受信回路、18…制御部/メータインターフェース部、20…電源部、31,32…放射パターン。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Gas meter, 10 ... Wireless communication unit, 11 ... Board | substrate, 12a, 12b ... Antenna element, 13 ... Wireless circuit part / control part, 14 ... Matching circuit, 15 ... Antenna switching circuit, 16 ... Matching circuit, 16 ... Transmission circuit , 17 ... receiving circuit, 18 ... control unit / meter interface unit, 20 ... power supply unit, 31, 32 ... radiation pattern.
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