JP2012235417A - 無線モジュール及び無線システム - Google Patents
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Abstract
【課題】 小型で通信距離を長くすることが可能であるとともに、低コストで量産性の高い無線モジュールを提供する。
【解決手段】 誘電体チップアンテナ3,3、無線IC4、及び整合回路5が回路基板2の同一面上に実装されており、所定間隔で2つ配された誘電体チップアンテナ3,3にそれぞれ接続された配線パターン67,67が互いの間隔を狭めながら整合回路5のキャパシタ51(リアクタンス成分を利用)にそれぞれ接続され、短縮ダイポールアンテナを構成している。
【選択図】 図2
【解決手段】 誘電体チップアンテナ3,3、無線IC4、及び整合回路5が回路基板2の同一面上に実装されており、所定間隔で2つ配された誘電体チップアンテナ3,3にそれぞれ接続された配線パターン67,67が互いの間隔を狭めながら整合回路5のキャパシタ51(リアクタンス成分を利用)にそれぞれ接続され、短縮ダイポールアンテナを構成している。
【選択図】 図2
Description
本発明は、アンテナ一体型の無線モジュールと当該無線モジュールを用いた無線システムに関する。
ワイヤレスネットワークに欠かせない通信技術としては無線LAN(Wireless LAN)やWPAN(Wireless Personal Area
Network)が挙げられる。一般的には、WPANは短距離通信を可能とする技術を使用する。このような技術の1つはBluetooth(登録商標)であり、IEEE802.15規格の基盤として使用された。その後、近距離無線通信技術に係る規格が整備され、低消費電力化の実現を図るため、IEEE802.15.4規格を用いた次世代のワイヤレス通信規格としてZigbee(登録商標)が提唱され、導入されつつある。Zigbee(登録商標)は、その論理層以上の機器間の通信プロトコルについてはZigbee Allianceが仕様の策定を行っている。
Network)が挙げられる。一般的には、WPANは短距離通信を可能とする技術を使用する。このような技術の1つはBluetooth(登録商標)であり、IEEE802.15規格の基盤として使用された。その後、近距離無線通信技術に係る規格が整備され、低消費電力化の実現を図るため、IEEE802.15.4規格を用いた次世代のワイヤレス通信規格としてZigbee(登録商標)が提唱され、導入されつつある。Zigbee(登録商標)は、その論理層以上の機器間の通信プロトコルについてはZigbee Allianceが仕様の策定を行っている。
IEEE802.15.4規格の主な特徴としては、低転送レートで短距離通信を行なうことにより低消費電力化が図られていること、マルチホップ転送の実現が容易であること、ノンビーコンモードがサポートされていること、親子デバイス間の同期シーケンスが不要であること、パケットサイズが比較的短いこと、などが挙げられる。
家庭用電化製品、ホームコントロール、情報通信サービス、エネルギー管理、健康モニタリング、ビルディングオートメーションなど多種多様のアプリケーションにワイヤレス通信による制御が普及しつつある。
これらワイヤレス通信に使用される無線モジュールには、小型で通信距離を長くすることが要求されており、従来、無線モジュールを小型化する取り組みがなされている。
特許文献1には、電気、ガス、水道等の使用量の積算値を遠隔取得するためのメータ装置に備わる無線ユニットに関し、無線回路を実装した無線基板と、該無線基板に対して略直交して配置され、電波を送受信するダイポールアンテナを実装したアンテナ基板とを有し、高周波的な長さが前記無線回路に用いる電波の波長λの略λ/2に相当する給電線の一端が前記アンテナ基板のダイポールアンテナが実装されている面と反対側の面に接続されるとともに、もう一端が前記アンテナ基板を実装している前記無線基板の面と反対側の面に接続されている構成の無線ユニットが記載されている。
特許文献2には、アンテナ一体型の無線モジュールに関し、表面に平面接地導体が設けられると共に高周波ICチップが実装された誘電体基板の前記表面上に、前記高周波ICチップの周囲側面及び上部を間に空間を設けて覆う凹部を有する誘電体カバーを固定し、前記誘電体カバーの外部側面又は凹部底面にアンテナ用導体パターンを形成し、前記アンテナ用導体パターンと高周波ICチップを高周波伝送経路で接続する構成のアンテナ一体型の高周波ICパッケージが記載されている。
特許文献3には、USB接続端子などで外付け接続して通信する無線モジュールに関し、U字型形状を有する半波長ダイポールアンテナを誘電体基板上の導体パターンによって形成し、マイクロストリップ線路により給電する構成の通信モジュールが記載されている。
しかしながら、特許文献1と2に記載の無線モジュールでは、回路基板から垂直に立設した基材にアンテナが取り付けられており、無線モジュールの厚み寸法が大きくなってしまうという問題がある。いっぽう、特許文献3に記載の無線モジュールは、いわゆるマイクロストリップアンテナであり、構造が単純でアンテナの厚み寸法の薄型化が容易であるが、誘電体基板の特性によって全体のサイズが決まることから、無線モジュール全体を小型化することが難しかった。 今後、ワイヤレス通信制御システムの普及をさらに促進するためには、出来るだけ消費電力を抑えた上で、小型で通信距離を長くすることが可能な無線モジュールであるとともに、低コストで量産性の高い無線モジュールが必要とされる。また、簡易にネットワークを形成し得る無線システムの要望がある。
そこで、本発明の目的は、小型で通信距離を長くすることが可能であるとともに、低コストで量産性の高い無線モジュール、並びに、当該無線モジュールを用いて簡易にネットワークを形成し得る無線システムを提供することにある。
本発明の無線モジュールは、誘電体チップアンテナと、無線ICと、これらが実装された回路基板とを備え、前記誘電体チップアンテナと前記無線ICとが前記回路基板上で整合回路を介して導体接続されていることを特徴とする。
本発明によれば、前記誘電体チップアンテナと前記無線ICとが前記回路基板上で整合回路を介して導体接続されている構成であるから、前記整合回路でインピーダンス整合をとりながら、前記誘電体チップアンテナで通信距離を長くしつつ小型化することが可能となる。
前記誘電体チップアンテナは、面実装型のチップアンテナであればよく、市販の誘電体チップアンテナが適用可能である。前記無線ICは、RF通信モジュール用に設計されたIC(マイコンIC)であり、IEEE802.15.4規格に適合させることで、低消費電力化の実現を図ることが容易となる。前記整合回路は、インピーダンス整合を図るために、キャパシタやインダクタを適宜組み合わせた回路である。
本発明は、前記誘電体チップアンテナ,無線IC,及び整合回路が前記回路基板の同一面上に実装されていることを特徴とする。
本発明によれば、前記誘電体チップアンテナ,無線IC,及び整合回路が前記回路基板の同一面上に実装されている構成であるから、無線モジュールの厚み寸法を薄くすることが容易となる。
本発明は、前記誘電体チップアンテナが所定間隔で2つ配されており、これら誘電体チップアンテナにそれぞれ接続された配線パターンが互いの間隔を狭めながら前記整合回路に接続され、短縮ダイポールアンテナを構成していることを特徴とする。
本発明によれば、前記誘電体チップアンテナが所定間隔で2つ配されていることで、均一な指向性を得やすい構成となっており、かつ、これら誘電体チップアンテナにそれぞれ接続された配線パターンが互いの間隔を狭めながら前記整合回路に接続されて短縮ダイポールアンテナを構成していることから、さらに小型化することができる。
本発明は、前記整合回路に接続された配線パターンのうち、前記誘電体チップアンテナ側の配線パターンの最小間隔が、前記無線IC側の配線パターンの最大間隔と同じか狭くなっていることを特徴とする。
本発明によれば、前記誘電体チップアンテナ側の配線パターンの最小間隔が、前記無線IC側の配線パターンの最大間隔と同じか狭くなっていることで、前記誘電体チップアンテナ側の配線パターンの経路を長くすることができ、その分だけ無線モジュールの長さを短くすることができる。
そして、前記無線モジュールが複数使用され、ワイヤレス制御によるネットワークが構成されて、本発明の無線システムとなる。
本発明の無線システムは、IEEE802.15.4規格を用いた次世代のワイヤレス通信規格としてZigbee(登録商標)を採用することができ、これによって、低消費電力化の実現を図ることが容易となる。そして、例えばメッシュ型ネットワークを構成することで、ネットワークの大規模化が容易となり、マルチホップ通信機能によって、ワンホップの距離が短くとも遠くのデバイスと通信可能となる。前記無線システムは、周波数帯が2.4GHz帯の無線ネットワークに好適である。
既知の無線システムでは、ワイヤレス制御によるネットワークに参加する際には、ランダムなアドレスが割り振られているが、この場合、アドホック機能が働き、ルーティングが変更されると、別のアドレスが割り振られるため、アプリケーション上でのネットワーク管理が煩雑なものとなる。
そこで本発明では、前記ネットワークに参加する前記無線モジュールには、固定アドレスが割り当てられることを特徴とする。
本発明によれば、前記ネットワークに参加する前記無線モジュールには、固定アドレスが割り当てられる構成であるから、前記ネットワークに参加したそれぞれの前記無線モジュールのアドレスが固定されるので、アドホック機能が働いてルーティングが変更された場合においても、アドレスが変更されず、アプリケーション上でのネットワーク管理が簡易なものとなる。
本発明では、例えば、前記ネットワークに参加する前記無線モジュールに、前記無線モジュール毎のIEEEアドレスと固定ショートアドレスとを関連付けた固定アドレスが割り当てられる構成とすることで、世界的にユニークなIEEEアドレスと、固定ショートアドレスとを関連付けておき、それぞれの前記無線モジュールに保有させることで、ユニークな固定アドレスを付与することができ、別のネットワークと信号が衝突する虞がない。そして、前記固定ショートアドレスが、1バイトで表現できるアドレス範囲で管理されていることで、2バイトで表現できるアドレス範囲で管理されている場合に比べて、前記無線モジュールに搭載された前記無線ICのメモリ資源を節約しつつ、最大255台までの前記無線モジュールを前記ネットワークに参加させることができる。
本発明の無線モジュールによれば、前記誘電体チップアンテナと前記無線ICとが前記回路基板上で整合回路を介して導体接続されている構成であるから、前記整合回路でインピーダンス整合をとりながら、前記誘電体チップアンテナで通信距離を長くしつつ小型化することが可能となる。また、前記誘電体チップアンテナ,無線IC,及び整合回路が前記回路基板の同一面上に実装されている構成とすることで、無線モジュールの厚み寸法を薄くすることが容易となる。そして、前記誘電体チップアンテナが所定間隔で2つ配されていることで、均一な指向性を得やすい構成となっており、かつ、これら誘電体チップアンテナにそれぞれ接続された配線パターンが互いの間隔を狭めながら前記整合回路に接続されて短縮ダイポールアンテナを構成することで、さらに小型化することができる。さらに、前記誘電体チップアンテナ側の配線パターンの最小間隔が、前記無線IC側の配線パターンの最大間隔と同じか狭くなっていることで、前記誘電体チップアンテナ側の配線パターンの経路を長くすることができ、その分だけ無線モジュールの長さを短くすることができる。
そして、前記無線モジュールが複数使用され、ワイヤレス制御によるネットワークが構成されて、本発明の無線システムとなり、前記ネットワークに参加する前記無線モジュールには、固定アドレスが割り当てられる構成とすることで、前記ネットワークに参加したそれぞれの前記無線モジュールのアドレスが固定されるので、アドホック機能が働いてルーティングが変更された場合においても、アドレスが変更されず、アプリケーション上でのネットワーク管理が簡易なものとなる。例えば、前記ネットワークに参加する前記無線モジュールに、前記無線モジュール毎のIEEEアドレスと固定ショートアドレスとを関連付けた固定アドレスが割り当てられる構成とすることで、世界的にユニークなIEEEアドレスと、固定ショートアドレスとを関連付けておき、それぞれの前記無線モジュールに保有させることで、ユニークな固定アドレスを付与することができ、別のネットワークと信号が衝突する虞がない。そして、前記固定ショートアドレスが、1バイトで表現できるアドレス範囲で管理されていることで、2バイトで表現できるアドレス範囲で管理されている場合に比べて、前記無線モジュールに搭載された前記無線ICのメモリ資源を節約しつつ、
最大255台までの前記無線モジュールを前記ネットワークに参加させることができる。これら本発明によって、小型で通信距離を長くすることが可能であるとともに、低コストで量産性の高い無線モジュール、並びに、当該無線モジュールを用いて簡易にネットワークを形成し得る無線システムが実現する。
最大255台までの前記無線モジュールを前記ネットワークに参加させることができる。これら本発明によって、小型で通信距離を長くすることが可能であるとともに、低コストで量産性の高い無線モジュール、並びに、当該無線モジュールを用いて簡易にネットワークを形成し得る無線システムが実現する。
本発明を実施するための形態を図面に基づいて以下に説明する。
(本発明の無線モジュール)
図1は、本発明の実施形態の無線モジュール1を例示する斜視図であり、図2は、本実施形態の無線モジュール1の要部を示す平面図である。図2では、アンテナ部の配線を説明するため、シールド板8の一部を一点鎖線による破断線でその内部を図示している。本実施形態の無線モジュール1は、23本のコネクタピン9が備わった回路基板2の底面2aに、2つの誘電体チップアンテナ3と、無線IC4と、チップキャパシタ,チップインダクタ、チップ抵抗などの回路構成部品が実装され、シールド板8が取り付けられた無線モジュールである。この無線モジュール1は、アンテナ一体型無線ICモジュールという表現もできる。
図1は、本発明の実施形態の無線モジュール1を例示する斜視図であり、図2は、本実施形態の無線モジュール1の要部を示す平面図である。図2では、アンテナ部の配線を説明するため、シールド板8の一部を一点鎖線による破断線でその内部を図示している。本実施形態の無線モジュール1は、23本のコネクタピン9が備わった回路基板2の底面2aに、2つの誘電体チップアンテナ3と、無線IC4と、チップキャパシタ,チップインダクタ、チップ抵抗などの回路構成部品が実装され、シールド板8が取り付けられた無線モジュールである。この無線モジュール1は、アンテナ一体型無線ICモジュールという表現もできる。
本実施形態の無線モジュール1は、周波数帯が2.4GHz帯の無線ネットワークに適用され、前記無線IC4は、RF通信モジュール用に設計されたIC(マイコンIC)であり、IEEE802.15.4規格を用いた次世代のワイヤレス通信規格としてのZigbee(登録商標)をインストールすることで、低消費電力化の実現を図っている。
前記誘電体チップアンテナ3は、面実装型のチップアンテナを採用しており、市販の誘電体チップアンテナが適用される。誘電体チップアンテナ3,3と無線IC4の給電点61,61とは、回路基板2上に形成された整合回路5を介して配線電極6によって導体接続されている(図2)。前記整合回路5は、誘電体チップアンテナ3と無線IC4とのインピーダンス整合を図るために、キャパシタやインダクタを適宜組み合わせた回路であり、図2に示す例では、キャパシタ51,51,52にて整合回路5を構成しており、図4に示す例では、キャパシタ51,51,52,53にて整合回路5を構成している。なお、前記整合回路5は、これらの構成例に限定されるものではなく、キャパシタを3つ以上組み合わせる構成、キャパシタを1つとインダクタを2つ組み合わせる構成、キャパシタを2つとインダクタを2つ組み合わせる構成等が適宜設定される。
図2に示す例では、誘電体チップアンテナ3,配線電極67,キャパシタ51(リアクタンス成分を利用),配線電極65(給電点が符号61),無線IC4の順番で電気接続されており、かつ、配線電極65と配線電極65の間にキャパシタ52がブリッジ接続されている。そして、これらキャパシタ51,51,52とこれら接続部の配線電極とを組み合わせて整合回路5を構成している。これらキャパシタ51,51,52は、市販のチップキャパシタが適用され、所定範囲でコイル成分や容量成分を適宜選択して、特性インピーダンスを所望の値に設定する。なお、図2では、キャパシタ51,51とキャパシタ52とを組み合わせているが、インダクタンス51,51とキャパシタ52とを組み合わせる場合もある。
本実施形態の回路基板2は、四角形状を呈し、アルミナ、ガラス、ガラスエポキシ等の絶縁性の基材上に、銅、アルミ、ニッケル、金等の導体からなる配線電極6が形成されており、前記回路構成部品が実装されて、絶縁膜が施されている。回路基板2の両側端部には、位置合わせのための半円状のノッチ11が形成されている。
本実施形態では、前記誘電体チップアンテナ3,3が所定間隔(符号L1)で2つ配されており、これら誘電体チップアンテナ3,3にそれぞれ接続された配線パターン67,67が互いの間隔を狭めながら整合回路5に接続され、短縮ダイポールアンテナを構成している(図2や図4等)。つまり、整合回路5から誘電体チップアンテナ3までの配線電極67が半波長に足りない分を補って、電気回路上でアンテナを伸ばしていることとなる。したがって、この短縮ダイポールアンテナの構成によって、無線モジュール1を、さらに小型化することができる。
そして、前記シールド板8を囲むようにして23本のコネクタピン9が配されており、これらコネクタピン9の外側にはグランド電極68が形成されている(図2)。グランド電極68の端部から誘電体チップアンテナ3の側面までの最短距離を符号L2とすると、前記間隔L1に対して距離L2が同じか若干長く設定されており、一対の配線パターン67と誘電体チップアンテナ3との組み合わせで両手を広げたような形、又は逆ハの字形状を呈しており、このアンテナ形状によってアンテナ指向性を広くしている。
図2に示す例では、前記整合回路5に接続された配線パターンのうち、誘電体チップアンテナ3側の配線パターン67,67の最小間隔(符号W1)が、無線IC4側の配線パターン65,65の最大間隔と同じか狭くなっている。これによって、誘電体チップアンテナ3側の配線パターン67の経路を長くすることができ、その分だけ無線モジュール1の長さを短くすることができる。
図4に示す例では、図2に示す無線モジュール1において、誘電体チップアンテナ3側の配線パターン67,67の最小間隔W1の辺りで、配線電極67と配線電極67の間にキャパシタ53がブリッジ接続されており、これは、高周波ノイズの影響をより受け難くするためである。なお、説明の都合上、図4では、シールド板8並びに配線電極68とその周辺上の実装回路部品を省略している。
図5に示す例では、図2に示す無線モジュール1において、誘電体チップアンテナ3,3を回路基板2の底面2aに実装し(図5(a))、整合回路5と無線IC4を回路基板2の平面2bに実装して(図5(b))、誘電体チップアンテナ3側の配線パターン67,67の終端側に形成されたスルーホール59,59を介して電気接続する構成としている。これは、誘電体チップアンテナ3,3が前記シールド板8(無線IC4の実装側に配されるシールド板8)の影響をより受け難くするためである。なお、説明の都合上、図5では、シールド板8並びに配線電極68とその周辺上の実装回路部品を省略している。なお、本実施形態は、この構成に限られるものではなく、前記誘電体チップアンテナ3,3と整合回路5を回路基板2の上面に実装し、前記無線IC4を回路基板2の下面に実装して、スルーホールを介して電気接続する構成としても良い。上述の回路基板2の底面2aと平面2bとは両者の相対的な位置関係を示すものであり、符号2aの絶対的な位置は下に限定されず、上の場合や横の場合もあり得る。
(本発明の無線システム)
本発明の実施形態の無線システム100は、複数の前記無線モジュール1と、制御機能を有する1つ以上の通信機器10を組み合わせて、ワイヤレス制御によるネットワークが構成される。制御機能を有する通信機器10は、携帯情報端末、モバイルPC、ソフトウエアパッケージとしてのアンドロイド(登録商標)を搭載した携帯電話等が適用されるが、前記無線モジュール1を制御機能を有する通信機器10として取り扱う場合もある。
本発明の実施形態の無線システム100は、複数の前記無線モジュール1と、制御機能を有する1つ以上の通信機器10を組み合わせて、ワイヤレス制御によるネットワークが構成される。制御機能を有する通信機器10は、携帯情報端末、モバイルPC、ソフトウエアパッケージとしてのアンドロイド(登録商標)を搭載した携帯電話等が適用されるが、前記無線モジュール1を制御機能を有する通信機器10として取り扱う場合もある。
図8は、本実施形態の無線モジュール1を適用した無線システム100の通信接続を例示する模式図である。本実施形態では、無線モジュール1にZigbee(登録商標)をインストールしており、無線送受信動作の低消費電力化が図られている。そして、マルチホップ通信機能によって、ワンホップの距離が短くとも遠くのデバイスと通信可能となる。
図9は、本実施形態の無線モジュール1を適用した無線システム100の通信ネットワークを例示する構成図である。本実施形態の無線システム100は、使用者の携帯情報端末10をリモートコントローラとし、無線モジュール1とCCDカメラ,光センサ,赤外線センサ,超音波センサ等の各種センサとを組み合わせたワイヤレスセンサとから構成されるホームコントロールシステムである。
本実施形態によれば、デバイスコストと設置コストの低廉化が図られる。さらには、ファームウエアを乗せ換えるように追加設計することで、マルチベンダのデバイスを相互運用することも実現可能となる。
図10は、本実施形態の無線モジュール1を適用した無線システム100の通信ネットワークを例示する構成図である。本実施形態の無線システム100は、室内の複数個所に配された無線機器10と、室内の複数個所と住居周囲の複数個所に配された照明機器と無線モジュール1とをそれぞれ組み合わせたワイヤレス照明器具とから構成されるハウスライティングコントロールシステムである。
本実施形態によれば、オペレータの介在なしに、ネットワークを自動的に形成し、より大きな規模に拡張することが可能となる。つまり、ネットワークアドレスの自動アサインが可能となり、多数のデバイスを同一ネットワーク(メッシュネットワーク)に接続させることで、親−子−孫−…の関係でネットワークの形成が図られる。
(無線システムの実施例)
図6と図7は、上記実施形態の無線モジュール1を適用した無線システム100の実施例を示す通信状態の遷移図であり、図6(a)〜(c),図7(d)〜(f)はそれぞれ通信状態を示している。図6と図7では、説明をわかり易くするため、3つの無線モジュール1に、それぞれ符号1A、1B、1Cを付与し、制御機能を有する通信機器10を、アンドロイド(登録商標)を搭載した携帯電話としている。そして、サンプルシステムとして、フードコートでの呼び出しシステムを想定して以下に説明する。
図6と図7は、上記実施形態の無線モジュール1を適用した無線システム100の実施例を示す通信状態の遷移図であり、図6(a)〜(c),図7(d)〜(f)はそれぞれ通信状態を示している。図6と図7では、説明をわかり易くするため、3つの無線モジュール1に、それぞれ符号1A、1B、1Cを付与し、制御機能を有する通信機器10を、アンドロイド(登録商標)を搭載した携帯電話としている。そして、サンプルシステムとして、フードコートでの呼び出しシステムを想定して以下に説明する。
前記制御端末10と子機1A,1B,1Cとは、WPANでネットワークを形成しており、図示しないが、これら子機1A,1B,1Cには磁気スイッチが内蔵され、テーブル50上には磁石が配されており、子機1A,1B,1Cがテーブル50上に置いてある状態では、未使用状態を保持している(図6(a))。なお、前記磁気スイッチは、光センサなどの各種センサに変更することができる。
前記子機1Aを持ち上げると内蔵された磁気スイッチがOFFになり自動的に、制御端末10に使用中信号S1を送信する(図6(b))。使用中信号S1を受信した制御端末10は、その子機1Aが使用状態であって顧客に渡っていることを認識する。そして、前記顧客が注文したフード(例えばラーメンやカレー)が出来上がると、制御端末10から呼び出し信号M1を子機1Aに送信する(図6(c))。呼び出し信号M1を受信した子機1Aは、図示しないが、内蔵されたLEDやブザーによって前記顧客に前記フードが出来がったことを知らせる。呼び出された前記顧客は、子機1Aを持ってカウンターに来て、注文したフードを受け取る。返却された子機1Aをテーブル50上の所定位置に置くと内蔵された磁気スイッチがONになり、自動的に、制御端末10が子機1Aが未使用であることを認識できる。
前記子機1Aと同様に、子機1Bを持ち上げると自動的に、制御端末10に使用中信号S2を送信し(図7(d))、子機1Bに対応する顧客が注文したフードが出来上がると、制御端末10から呼び出し信号M2を子機1Bに送信され(図7(e))、子機1Cを持ち上げると自動的に、制御端末10に使用中信号S3が送信される(図7(f))。
また、図示しないが、顧客が、順番待ち状態のときに子機1A(または1B,1C)の確認ボタンを押すと、制御端末10に順番確認の依頼信号が送信され、依頼信号を受信した制御端末10は、管理している待ち順番の応答信号を子機1A(または1B,1C)に送信し、子機1A(または1B,1C)は、その順番をLEDの点滅回数やLEDインジケータ等で知らせる。
一般に、中継器(ルータ)機能を持ったノードが複数あって、その間を子機が渡り歩くシステムでは、子機それぞれのルーティングが変更されることが頻繁に生じ易い。そこで、64ビットのMACアドレスを使用したアドレッシングモードを使用する方法が考えられる。このアドレッシングモードは、無線IC(制御マイコンIC)それぞれに固有に割り振られているユニークな番号を使用するものである。しかし、64ビットのMACアドレスを使用したアドレッシングモードは、無線ICのメモリ資源を大量に使用して、通信量を増大させるので、実用的ではない。そこで、この場合には、制御端末または中継器(ルータ)は、子機を特定するためにアドレス(ショートアドレスと呼ばれ、一般に16ビットで表現される。)を付与する方法があるが、アドホック機能が働くことで、ルーティングの変更毎に、前記アドレスが変更されてしまい、制御端末アプリケーションの子機管理が複雑になってしまう。しかし、Zigbee(登録商標)では、ルーティングが変更されるとショートアドレが変わってしまうのが現状である。
Zigbee(登録商標)の従来手法で、固定のショートアドレスを使用する場合には、子機が使用する前記ショートアドレスを子機内の不揮発性メモリに保存しておき、固定ショートアドレスとして使用する。このときの前提条件としては、PANIDと呼ばれるネットワークの番号を予め固定しておき、PANIDが他のシステムと重複しないように考慮する必要があるが、運用上困難である。
そこで、Zigbee(登録商標)のPANID管理手法を踏襲しつつ、本実施形態の無線システム100では、PANで使用する全ノードのMACアドレスを全ノードの不揮発性メモリに保存し管理することで、Zigbee(登録商標)のアドレッシング手法の基本であるショートアドレスを使用しつつも必ず同じアドレスを割り振るように設定し、前記アドレッシングモードを使用せずに子機の特定を可能とする構成としている。
つまり、前記ネットワークに参加する無線モジュール1に、前記無線モジュール毎のIEEEアドレスと固定ショートアドレスとを関連付けた固定アドレスが割り当てられる構成としている。これによれば、世界的にユニークなIEEEアドレスと、固定ショートアドレスとを関連付けておき、それぞれの無線モジュール1に保有させることで、ユニークな固定アドレスを付与することができ、別のネットワークと信号が衝突する虞がない。そして、前記固定ショートアドレスが、1バイトで表現できるアドレス範囲で管理されていることで、2バイトで表現できるアドレス範囲で管理されている場合に比べて、無線モジュール1に搭載された無線IC4のメモリ資源を節約しつつ、最大255台までの無線モジュール1を前記ネットワークに参加させることができる。
より具体的なルールとしては、前記固定アドレスは、0x0000〜0x00FEまで割り振られ、このアドレスは、PANを確定したときに固定される。そして、固定された以後は、各ノードは、その固定アドレスで永続的にネットワークに参加する。ちなみに、アドレス0x0000は、コーディネータ(親機)と呼ばれ、ネットワークを構築できる機能をもったPANでただ一台のノードである。また、アドレス0x0001,0x0002〜UPは、エンドデバイス(子機)と呼ばれるノードであり、0x0001から使用して行く。また、アドレス0x00FE,0x00FD〜Downは、ルータ(中継機)と呼ばれるノードであり、0x00FEから使用して行く。なお、本実施形態は、上述のルールに限られるものではなく、前記ネットワークに参加する無線モジュール1に固定アドレスが割り当てられる構成となっていれば良い。
(無線モジュールのアンテナ特性)
図1と図2に示す本実施形態の無線モジュール1について、そのアンテナ指向特性を測定した。測定場所は、石川県工業試験場の電波半無響室であり、測定周波数は2440MHzとした。図3は、無線モジュール1のアンテナ指向特性を示すチャート図であり、図(a)はX−Y特性を示し、図3(b)はY−Z特性を示し、図3(c)はZ−X特性を示している。前記チャート図内の符号Vは垂直偏波であり、符号Hは水平偏波を示している。アンテナ垂直設置時の垂直偏波方向の指向特性には、ヌル点(不感点)がない(図3(a))。このことからも、均一で広いアンテナ指向特性であることが判る。この無線モジュール1の通信距離は、最大400mであり、既知のIEEE802.15.4規格を用いた無線モジュールとしては、その通信距離が飛躍的に長くなっている。本実施形態によれば、均一で広い指向性であるとともに、通信距離を長くすることで、アンテナ設置計画の立案が容易となり、通信状態の安定化が図られる。
図1と図2に示す本実施形態の無線モジュール1について、そのアンテナ指向特性を測定した。測定場所は、石川県工業試験場の電波半無響室であり、測定周波数は2440MHzとした。図3は、無線モジュール1のアンテナ指向特性を示すチャート図であり、図(a)はX−Y特性を示し、図3(b)はY−Z特性を示し、図3(c)はZ−X特性を示している。前記チャート図内の符号Vは垂直偏波であり、符号Hは水平偏波を示している。アンテナ垂直設置時の垂直偏波方向の指向特性には、ヌル点(不感点)がない(図3(a))。このことからも、均一で広いアンテナ指向特性であることが判る。この無線モジュール1の通信距離は、最大400mであり、既知のIEEE802.15.4規格を用いた無線モジュールとしては、その通信距離が飛躍的に長くなっている。本実施形態によれば、均一で広い指向性であるとともに、通信距離を長くすることで、アンテナ設置計画の立案が容易となり、通信状態の安定化が図られる。
以上、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではない。前記誘電体チップアンテナ3,3と配線パターン67による短縮ダイポールアンテナは1組に限られず、2組以上とすることも可能である。このように、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能であることは言うまでもない。
1 無線モジュール、
2 回路基板、
3 誘電体チップアンテナ、
4 無線IC(マイコンIC)、
5 整合回路、
6、65、67、68 配線電極、
8 シールド板、
9 コネクタピン、
10 制御機能を有する通信機器、
100 無線システム
2 回路基板、
3 誘電体チップアンテナ、
4 無線IC(マイコンIC)、
5 整合回路、
6、65、67、68 配線電極、
8 シールド板、
9 コネクタピン、
10 制御機能を有する通信機器、
100 無線システム
Claims (7)
- 誘電体チップアンテナと、無線ICと、これらが実装された回路基板とを備え、前記誘電体チップアンテナと前記無線ICとが前記回路基板上で整合回路を介して導体接続されていることを特徴とする無線モジュール。
- 前記誘電体チップアンテナが所定間隔で2つ配されており、これら誘電体チップアンテナにそれぞれ接続された配線パターンが互いの間隔を狭めながら前記整合回路に接続され、短縮ダイポールアンテナを構成していることを特徴とする請求項1記載の無線モジュール。
- 前記誘電体チップアンテナ,無線IC,及び整合回路が前記回路基板の同一面上に実装されていることを特徴とする請求項1または2記載の無線モジュール。
- 前記整合回路に接続された配線パターンのうち、前記誘電体チップアンテナ側の配線パターンの最小間隔が、前記無線IC側の配線パターンの最大間隔と同じか狭くなっていることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項記載の無線モジュール。
- 前記請求項1から4のいずれか一項記載の無線モジュールが複数使用され、ワイヤレス制御によるネットワークが構成されることを特徴とする無線システム。
- 前記ネットワークに参加する前記無線モジュールには、固定アドレスが割り当てられることを特徴とする請求項5記載の無線システム。
- 前記ネットワークに参加する前記無線モジュールには、前記無線モジュール毎のIEEEアドレスと固定ショートアドレスとを関連付けた固定アドレスが割り当てられ、前記固定ショートアドレスが、1バイトで表現できるアドレス範囲で管理されていることを特徴とする請求項5または6記載の無線システム。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011104231A JP2012235417A (ja) | 2011-05-09 | 2011-05-09 | 無線モジュール及び無線システム |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN113964507A (zh) * | 2021-09-28 | 2022-01-21 | 东北电力大学 | 一种用于射频能量收集的电磁超材料贴片天线 |
-
2011
- 2011-05-09 JP JP2011104231A patent/JP2012235417A/ja not_active Withdrawn
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CN113964507B (zh) * | 2021-09-28 | 2023-10-27 | 东北电力大学 | 一种用于射频能量收集的电磁超材料贴片天线 |
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