JP2011217358A

JP2011217358A - 無線機

Info

Publication number: JP2011217358A
Application number: JP2011034892A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Korogi; 武志興梠
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2010-03-19
Filing date: 2011-02-21
Publication date: 2011-10-27
Anticipated expiration: 2031-02-21
Also published as: JP5613589B2

Abstract

【課題】電波による無線通信を介して検出信号を送信又は受信する無線機において、機器の小型化とアンテナ利得の両立を図る。
【解決手段】回路基板２０に設けられた切り欠き部に高さ寸法の大きな部品である電池１２などが配置される。回路基板２０の切り欠き部を挟んで一端側２０ａにアンテナ２５ａが配置され、他端側２０ｂから回路基板２０のグランドと接続された導体２９が筐体１０の内壁に沿って延出される。これにより、回路基板２０のグランドが強化され、アンテナ２５ａの利得が向上する。
【選択図】図２

Description

本発明は、無線にて信号の送信又は受信を行う無線機に関するものである。

近年、人体の接近に応じて照明器具の点灯を制御するために、人体感知センサが広く用いられている。従来の人体感知センサは、壁面や天井からセンサ部のみが露出し、回路基板などの本体部は壁面又は天井の内側に設置されており、壁面や天井の裏面に配設された電線を介して商用電源や照明装置などに接続されている。

一方、特許文献１には、電波による無線通信を介して検出信号を送信する人体感知センサが提案されている。ただし、この人体感知センサは電線を介して電力が供給されるので、設置に際して配線作業を必要とする。すなわち、従来の人体感知センサを既存の住宅に追加的に設置するには、壁や天井に穴を開け、壁や天井の裏側に配線作業を必要としている。

このような配線作業を廃するために、リチウム電池などの長寿命電池を電源とし、無線により信号を送信する人体感知センサが提案されている。こうした電池及び無線送信回路を内蔵した人体感知センサは、従来の人体感知センサと異なり、センサ部だけでなく回路基板や電池及びアンテナ装置なども壁面や天井から露出されるため、近傍を通過する通行者に違和感を感じさせないようにすべく、外観上目立たなくするために如何にコンパクトに設計するかが重要である。

ところが、単に回路基板をコンパクトに設計する場合、それに伴い、無線通信に用いられる電波の波長に対して無線送信回路のグランドの長さが短くなるために、アンテナの利得が低下するという問題が生ずる。

同様の問題は、人体感知センサに限られず、無線にて信号の送信又は受信を行う無線機に共通する問題である。

特開２００６−２５３０９２号公報

本発明は、上記従来例の問題を解決するためになされたものであり、電波による無線通信を介して検出信号を送信又は受信する無線機において、機器の小型化とアンテナ利得の両立を図ることを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の無線機は、アンテナと、前記アンテナが接続された無線通信回路を備え、電波による無線通信を介して信号を送信又は受信する無線機において、前記無線通信回路は、凹状の切り欠き部を有する回路基板上に形成され、前記切り欠き部を挟んで一端側にアンテナが配置され、他端側から前記回路基板のグランドと接続された導体が延出されていることを特徴とする。

この発明において、前記アンテナを除き前記回路基板に実装される配線パターン及び電気電子回路の全ての等価的な電気長と、前記導体の電気長との、合成の電気長が、無線通信に用いられる搬送波の波長の１／４であることが好ましい。

この発明において、前記回路基板を収容する樹脂成形によってなる筐体を備え、前記導体は、前記筐体の内壁に沿って延出されていることが好ましい。

この発明において、前記導体は、前記回路基板の他端側から一端側に亘って延出されていることが好ましい。

この発明において、前記導体の表面には、絶縁性を有する被覆が形成されていることが好ましい。

この発明において、前記切り欠き部には、前記回路基板の前記無線通信回路に電力を供給する電池が配設され、前記導体の前記グランドと接続されていない側の先端部は、前記電池の負電極に直接的に接続されていることが好ましい。

この発明において、前記筐体の内壁には、該筐体を補強するためのリブが形成され、前記リブには、前記導体を挟み込んで保持するための凹部が形成されていることが好ましい。

本発明の無線機によれば、切り欠き部を挟んで一端側にアンテナが配置され、他端側から回路基板のグランドと接続された導体が延出されているので、無線通信回路のグランドが強化され、アンテナの利得を向上させることができる。また、回路基板の切り欠き部に高さ寸法の大きな部品を配置することができるので、無線機の高さ寸法を抑制することが容易となる。

本発明の無線機が組み込まれた人体感知センサの使用状態を示す斜視図。本発明の第１実施形態による人体感知センサのカバーを外した状態における構成を示す正面図。同人体感知センサの筐体の周辺部の構成を示す断面図。本発明の第２実施形態による人体感知センサのカバーを外した状態における構成を示す正面図。本発明の変形例として、無線機が組み込まれた電子機器のカバーを外した状態における構成を示す正面図。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による無線機を用いて構成された人体感知センサについて説明する。人体感知センサ１は、電池を電源とし、電波による無線通信を介して検出信号を送信するものであって、図１に示すように、例えば天井に両面粘着テープや接着剤、ねじ等によって取り付けられる。壁面に設けられたスイッチ２には、人体感知センサ１から送信される検出信号を受診するための無線受信部が設けられている。また、スイッチ２は天井に設けられた照明装置３に電線４を介して接続されている。

スイッチ２は、例えばトライアックなどの無接点スイッチ素子を用いた電子式スイッチ（負荷制御装置）であり、機械的に接点を開閉させる従来の２線式スイッチを配線工事不要で置き換えることが可能である。それに合わせて、人体感知センサ１も配線工事不要で既存の住宅などに追加的に設置可能である。人体感知センサ１及びスイッチ２の間は、例えば特定小電力無線などの電波による無線通信が可能であり、人体感知センサ１によって人の存在が検出されると、検出信号がスイッチ２に対して送信され、スイッチ２は照明装置３を点灯させる。さらに、人体感知センサ１によって人の存在が検出されなくなると一定時間経過後、非検出信号がスイッチ２に対して送信され、スイッチ２は照明装置３を消灯させる。

図２に、人体感知センサ１の一例として人体感知センサ１Ａのカバーを外した状態における構成を示す。この人体感知センサ１Ａは、上記のように両面粘着テープなどによって天井に取り付けられるものであり、その筺体１０は、正面視で略円形であり、人体感知センサ１Ａの外部から無線送信部２５を絶縁し、不意な静電気の飛来から無線送信部２５を保護するために、樹脂成形によって形成されている。筺体１０の実装面（上記両面粘着テープなどによって天井に取り付けられる面とは反対側の面）１０ａの中央には、赤外線センサ、照度センサなどで構成されたセンサ部１１が設けられている。センサ部１１は、例えば正面視円形である。また、実装面１０ａには、回路基板２０及び電池１２などが実装されている。

回路基板２０は、その外周の一部が筐体１０の円形に対応して円弧状であり、また外周の他の一部がセンサ部１１及び電池１２を避けるように直角に切り欠かれている。すなわち、回路基板２０は、互いに直交する第１辺２１及び第２辺２２を有し、第１辺２１と第２辺２２が９０度をなす側が切り欠き部である。さらに、センサ部１１に対して第１辺２１及び第２辺２２がそれぞれほぼ等距離となるように（図１の構成例では、センサ部１１の円形にほぼ外接するように）、実装面１０ａに配置されている。このように、回路基板２０の切り欠き部に高さ寸法の大きな部品であるセンサ部１１及び電池１２を配置することができるので、人体感知センサ１Ａの高さ寸法を抑制することが容易となる。

回路基板２０には、センサ部１１の検出信号を電波による無線通信を介して送信する無線送信部（無線通信回路）２５と、センサ部１１及び無線送信部２５を制御する制御部２６と、さらにこの人体感知センサ１Ａを設置する際に正しく電波が送信されているかどうかを確認するための操作部２７などが設けられている。

制御部２６は、例えば演算処理を行うＣＰＵや制御プログラムなどを記憶したＲＯＭや演算結果を一時的に記憶するためのＲＡＭなどで構成され、センサ部１１による検出結果、具体的には、赤外線センサが特定波長の赤外線を検出した又はそれを検出しなくなったこと、照度センサによる周囲の明るさが一定の輝度以上又は未満であることなどを総合的に判断し、判断結果に応じて所定の検出信号又は非検出信号を送信するか否かを決定する。無線送信部２５は、制御部２６からの検出信号又は非検出信号を所定周波数の電波信号に変換してアンテナ２５ａから送信する。アンテナ２５ａは、筐体１０に設けられた水平な回転軸の周りに回転可能である。アンテナ２５aの電気長（electrical length）は、無線通信に用いられる搬送波の波長の１／４程度が望ましい。

また、無線送信部２５は、発振回路などを備えており、所定の周波数の搬送電波を発振し、その搬送信号に検出信号などを重畳させて送信する。操作部２７は、通常の使用モードと新規設定時又は設定変更時における登録モードを切り替えるための動作モード切替スイッチ２７ａ、人体感知センサ１Ａによる照明装置３の点灯及び消灯を自動的に制御する周囲環境の明るさを選択するための明るさ設定トリマ２７ｂ、人体感知センサ１Ａによって人の存在が確認されなかった後、照明装置３を点灯させるための点灯保持時間設定スイッチ２７ｃ、登録モード時に使用される確認スイッチ２７ｄ及び登録スイッチ２７ｅなどが設けられている。

ところで、人体感知センサ１Ａの筐体１０の小型化を図りつつ、アンテナの利得の低下を抑制するためには、回路基板２０に形成されているグランドの長さを長くすることが有効である。しかしながら、筐体１０のサイズダウンが要求されるなか、限られた回路基板２０の大きさで無線送信部２５グランドを強化する必要がある。そこで、本実施形態においては、回路基板２０の切り欠き部を挟んで一端側２０ａにアンテナ２５ａを配置し、他端側２０ｂから回路基板２０のグランド端子（コネクタ）２８と接続された導体２９を引き出すことにより、グランドを強化している。すなわち、グランド端子２８は、回路基板２０の他端側２０ｂにおいてグランドと接続されているため、無線送信部２５のグランドは、導体２９の先端まで延長され、筐体１０の内壁の略全周に亘って形成されることとなる。これにより、無線送信部２５のグランドが強化され、アンテナ２５ａの利得を向上させることができる。

導体２９は、いわゆる地線（counterpoise）と呼ばれるものであって、筐体１０の内壁に沿って、回路基板２０の他端側２０ｂから一端側２０ａに亘って延出されている。これにより、限られたサイズの筐体１０にあっても、導体２９の長さを最大に獲ることが可能となり、効率よく無線送信部２５のグランドを強化することができる。このとき、電波による無線通信の搬送周波数の逆数と伝搬速度（光速）の積で表される当該無線通信の搬送波の波長であるλ（ラムダ）なる長さの値に対して、凹状の切り欠き部を有する回路基板の、アンテナ２５ａの取付け部（図２の符号ＡＡ）から回路基板２０の外周に沿う経路Ｃを経て最遠端の位置である他端（図２の符号ＢＢ）に至るまでの長さが、以下の関係を有することが望ましい。すなわち、アンテナ２５ａを除いて回路基板２０に実装されるグランド電位パターンや各種電位を伝達する配線パターン及び回路基板２０に実装される電気電子回路の全ての等価的な電気長と、導体２９の電気長との、合成の電気長が、λの１／４倍（四半波長）に相当することが望ましい。ここで、回路基板２０の他端側２０ｂから一端側２０ａに亘る電気長（electrical length）をλの１／４倍（四半波長）に相当する電気長に設計するため、一般的に知られたアンテナ利得試験において、導体２９の長さをパラメータとして、無線信号の搬送波が設計上の規定の受信レベルを超えて受波できるように導体２９の長さを決定すればよい。このように設計した回路基板２０は、アンテナ２５ａを除いて回路基板２０に実装される配線パターン及び電気電子回路の全ての等価的な電気長と、導体２９の電気長との、合成の電気長が、無線通信に用いられる搬送波の波長の１／４倍（四半波長）と等価になっているのである。このように導体２９の長さを適切に設定することにより、アンテナ利得を十分に確保できるようになる。

図３は、筐体１０の周縁部と導体の断面を示している。筐体１０の周縁部には、適宜間隔を隔てて、リブ１０ｂが形成されている。リブ１０ｂは、筐体１０の実装面１０ａから周縁部の内壁１０ｃに亘って形成され、筐体１０の強度を高めている。また、リブ１０ｂと内壁１０ｃの接合部には、導体２９を保持するための凹部１０ｄが形成されている。

導体２９は、金属線２９ａと、金属線２９ａの表面に形成された絶縁性を有する被覆２９ｂなどによって構成されている。絶縁性を有する被覆２９ｂによって、金属線２９ａと他の電気的構成との短絡を防止できる。なお、リブ１０ｂに形成されている凹部１０ｄは、導体２９と同等かそれより僅かに小さい幅寸法で形成されている。従って、凹部１０ｄに導体２９が嵌挿されることにより、導体２９が確実に保持され、アンテナ２５ａの利得の向上機能の信頼度が高められる。

本実施形態の人体感知センサ１Ａにおいて、無線送信部２５は、センサ部１１の検出信号を電波による無線通信を介して送信する送信機能を司っているが、用途に応じて種々の変形が可能である。例えば、無線による受信機能が必要な無線機器（上述の実施形態においては、スイッチ２）に本発明の無線機を適用する場合にあっては、無線送信部２５に替えて無線受信部（無線通信回路）を設ければよい。また、無線による送信機能と受信機能を必要とする機器にあっては、無線送信部２５及び無線受信部を設ければよい。このことは、本願発明の導体２９を適用する対象が、無線受信機のみならず、無線送信機でも、無線送受信機でもよく、一般の無線機に広く適用できることを意味している。

（第２実施形態）
図４は、第２実施形態による無線機を用いて構成された人体感知センサ１Ｂを示している。人体感知センサ１Ｂは、導体２９が電池１２の負電極に直接的に接続されている。すなわち、導体２９のグランド端子２８と接続されていない側の先端部には、電池１２が装填されたとき、負電極と接続される端子２９ｃが設けられている。

この第２実施形態の人体感知センサ１Ｂによれば、導体２９の先端部が電池１２の負電極に直接的に接続されているので、電池１２の負電極と回路基板２０のグランドを接続する導体を別途設ける必要がない。これにより、人体感知センサの構成を簡素なものとすることができ、コストダウンを図ることができる。

なお、本発明は上記実施形態の構成に限られることなく、少なくとも回路基板２０の切り欠き部を挟んで一端側２０ａにアンテナ２５ａが配置され、他端側２０ｂから回路基板２０のグランドと接続された導体２９が延出されていればよい。

また、本発明は種々の変形が可能であり、グランドを延長するために用いられる導体の長さや形状は、通信に用いられる電波の波長に応じて設定することができる。例えば、リブ１０ｂを筐体１０の内壁全周に亘って追加し、必要に応じて導体２９を筐体１０の内壁に沿って周回させることにより、波長に対応する長さの導体２９を確実に保持できるようになる。また、導体を螺旋状に巻回したり、筐体１０の内壁に沿ってミアンダ状に形成することにより、グランドの長さを長くすることができる。また、導体２９とグランドとの接続は、図２等に示すコネクタによるものに限られず、はんだによるものであってもよい。

また、無線機は上述した円盤状の人体感知センサに組み込まれた形態に限られることなく、例えば、図５に示すように、通常の箱形の無線機能を備えた電子機器にも広く適用できる。この電子機器１Ｃにおいては、無線機はアンテナ２５ａと、無線通信回路を構成する回路基板４０と、回路基板４０の切り欠き部に配置される電池１２と、回路基板４０及び電池１２などを収容する筐体３０等によって構成されている。アンテナ２５ａは、回路基板４０の一端側４０ａに配置され、切り欠き部を挟んだ他端側４０ｂから回路基板４０のグランド端子４８と接続された導体４９が引き出される。この電子機器１Ｃにおいても、回路基板４０のグランドを強化する観点から、導体４９は筐体３０の内壁に沿って回路基板４０の一端側４０ａまで延出される形態が望ましい。

１Ａ人体感知センサ（無線機）
１０筐体
１２電池
２０回路基板
２５ａアンテナ
２９導体

Claims

アンテナと、前記アンテナが接続された無線通信回路を備え、電波による無線通信を介して信号を送信又は受信する無線機において、
前記無線通信回路は、凹状の切り欠き部を有する回路基板上に形成され、
前記切り欠き部を挟んで一端側にアンテナが配置され、他端側から前記回路基板のグランドと接続された導体が延出されていることを特徴とする無線機。
前記アンテナを除き前記回路基板に実装される配線パターン及び電気電子回路の全ての等価的な電気長と、前記導体の電気長との、合成の電気長が、無線通信に用いられる搬送波の波長の１／４であることを特徴とする請求項１に記載の無線機。
前記回路基板を収容する樹脂成形によってなる筐体を備え、
前記導体は、前記筐体の内壁に沿って延出されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の無線機。
前記導体は、前記回路基板の他端側から一端側に亘って延出されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の無線機。
前記導体の表面には、絶縁性を有する被覆が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の無線機。
前記切り欠き部には、前記回路基板の前記無線通信回路に電力を供給する電池が配設され、
前記導体の前記グランドと接続されていない側の先端部は、前記電池の負電極に直接的に接続されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の無線機。
前記筐体の内壁には、該筐体を補強するためのリブが形成され、
前記リブには、前記導体を挟み込んで保持するための凹部が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の無線機。