JP5061030B2 - Antenna device and load control system using the same - Google Patents
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Description
本発明は、ループアンテナを用いて信号を送信又は受信するアンテナ装置と、そのアンテナ装置を用いて信号を送信又は受信し当該信号に応じて負荷を制御する負荷制御システムに関する。 The present invention relates to an antenna device that transmits or receives a signal using a loop antenna, and a load control system that transmits or receives a signal using the antenna device and controls a load according to the signal.
例えば特許文献1に記載された負荷制御システムでは、負荷をオンオフするスイッチが壁面などの造営面に配設され、スイッチが送信機から無線信号を受信し、その信号に基づき負荷の開閉動作を行うように構成されている。このように無線通信を利用することにより、既設のスイッチに替えて又は新規に、例えば高機能なスイッチを、当該負荷制御システムの他の部分との間の配線作業等を行うことなく、容易に配設することができる。高機能なスイッチとしては、例えば、人の存否を検知して自動的に負荷を開閉する熱線式自動スイッチや、設定時刻にスイッチを開閉するタイマスイッチ等が挙げられる。
For example, in the load control system described in
ところで、このような負荷制御システムにおいては、電波による無線通信により送信機とスイッチとの間で無線信号を送受信するほうが、赤外光により送受信する場合よりも、用途によっては望ましい場合がある。すなわち、このような無線通信によれば、例えば、電波の透過性、回折性により、スイッチに信号を送信可能になる送信機のエリアが、赤外光による場合よりも広くなる等のメリットがある。負荷制御システムに用いられる小型のスイッチや送信機において、無線通信により信号を送受信するためのアンテナとしては、通常、微小のループアンテナが好適である。微小ループアンテナは、全長が送信波長の1/10以下程度にまで小さく、微小ダイポールアンテナよりも雑音電界に強い等という特徴を有している。 By the way, in such a load control system, it may be more desirable depending on the use to transmit and receive a radio signal between the transmitter and the switch by radio communication using radio waves than when transmitting and receiving by infrared light. That is, according to such wireless communication, there is a merit that, for example, a transmitter area capable of transmitting a signal to the switch is wider than that by infrared light due to radio wave transmission and diffraction. . In a small switch or transmitter used in a load control system, a minute loop antenna is usually preferable as an antenna for transmitting and receiving signals by wireless communication. The micro loop antenna has a feature that the total length is as small as 1/10 or less of the transmission wavelength, and that it is more resistant to a noise electric field than a micro dipole antenna.
図13及び図14は、従来のスイッチ又は送信機として用いられている、ループアンテナを内蔵したアンテナ装置の一例を示す。アンテナ装置81は、一方の面(前面)に制御回路85等が搭載された回路基板82を有し、その回路基板82の制御回路85等が搭載された面には、導電性の線材であるアンテナエレメント84が回路基板82に略垂直に立設されている。アンテナエレメント84は、その両端部近傍部位で、アンテナエレメント84が立設された面に形成されている回路基板82上の導電性パターン83に接続されており、アンテナエレメント84と導電性パターン83とで環状のループアンテナ80が構成されている。ループアンテナ80と回路基板82とは、筐体850により覆われている。回路基板82には、制御回路85等が搭載された前面及びその反対の面(背面)には、アンテナ装置81を動作させる電気回路を構成する回路素子89が設けられている。回路素子89は、実装面からの実装高さが高い部品である。
13 and 14 show an example of an antenna device incorporating a loop antenna, which is used as a conventional switch or transmitter. The
ところで、このようなアンテナ装置81においては、回路素子89が回路基板82の両面に設けられているため、小型化が困難であるという問題がある。すなわち、回路基板82の背面側には、アンテナエレメント84が設けられていないものの、回路素子89が設けられているため、回路基板82と筐体850との間隔を詰めることができない。他方、回路基板82の前面側では、ループアンテナ80のループで囲まれた部位の面積(ループ面積)を大きくしてアンテナ利得を確保する必要があるため、ループアンテナ80を小型化することができない。そのため、アンテナ利得を損ねることなく、アンテナ装置81すなわち送信機やスイッチを小型化することができない。送信機を小型化することができず、アンテナ利得を確保するために大型化されると、送信機が取り扱いにくくなるという問題が生じる。また、スイッチは、造営面に設けられた配設ボックス内に収まる程度に小型である必要がある場合があり、特にスイッチの奥行き方向の大きさが大きくなると、配設ボックス内にスイッチを取り付けることができず、容易に配設することができなくなる。
本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、小型化とアンテナ利得の増大の両方を達成することが可能なアンテナ装置と、それを用いた負荷制御システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide an antenna device capable of achieving both miniaturization and increase in antenna gain, and a load control system using the antenna device. To do.
上記目的を達成するため、請求項1の発明は、導電性パターンを有する回路基板と、前記回路基板に実装され、前記導電性パターンの一部と共にループアンテナを形成するアンテナエレメントと、前記導電性パターンの一部と前記アンテナエレメントの間に挿入され、前記ループアンテナを構成するキャパシタと、前記回路基板及び前記アンテナエレメントを収容する筐体とを備えたアンテナ装置において、前記回路基板は第1貫通孔及び第2貫通孔を有し、前記アンテナエレメントは、前記回路基板の第1面側に設けられた第1部分と、前記第1面とは反対側の第2面側に設けられ、前記第1部分に連続して形成された第2部分を有し、前記第1部分と前記第2部分は、前記回路基板の第1面及び第2面に垂直で、かつ、前記アンテナエレメントが閉ループを形成する断面において、それぞれ異なる形状を有し、前記第1部分と前記第2部分の連続部は、前記回路基板の一側面を囲むように又は前記回路基板を貫通するように形成され、前記アンテナエレメントの前記第1部分側の一端部は、前記回路基板の縁部に近い前記第1貫通孔に、前記回路基板の前記第1面側から差し込まれて固定され、前記アンテナエレメントの前記第2部分側の他端部は、第2貫通孔に前記回路基板の前記第2面側から差し込まれて固定され、前記導電性パターンの一部は、前記回路基板上の前記第1貫通孔と前記第2貫通孔の近傍及びそれらの間に形成され、前記キャパシタは前記第1貫通孔と前記第2貫通孔の間の前記導電性パターン上に配置されているものである。
In order to achieve the above object, the invention of
請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記筐体の内面のうち、少なくとも前記ループアンテナに対向する箇所に、導電体をインサート成型し、導電性ペーストを塗布又は印刷し、あるいは導電性テープを貼り付けたものである。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, a conductor is insert-molded and a conductive paste is applied or printed on at least a portion of the inner surface of the housing facing the loop antenna, or a conductive layer is formed. Affixed with adhesive tape.
請求項3の発明は、請求項1の発明において、前記筐体の内面のうち、少なくとも前記ループアンテナに対向する箇所に、空気より比誘電率が大きい誘電体を配置したものである。 According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, a dielectric having a relative dielectric constant greater than that of air is disposed at least at a location facing the loop antenna on the inner surface of the casing.
請求項4の発明は、請求項1乃至請求項3のいずれか一項の発明において、前記ループアンテナの共振周波数を調整可能とする可変容量コンデンサと、前記ループアンテナから信号を出力するときに発生する反射波の大きさを計測する反射波計測手段と、前記反射波計測手段により計測された反射波の大きさが最小になるように前記可変容量コンデンサの静電容量を可変制御する制御回路部とをさらに備えたものである。 A fourth aspect of the present invention is a variable capacitor according to any one of the first to third aspects, wherein the resonance frequency of the loop antenna can be adjusted, and a signal is output from the loop antenna. A reflected wave measuring means for measuring the magnitude of the reflected wave, and a control circuit section for variably controlling the capacitance of the variable capacitor so that the magnitude of the reflected wave measured by the reflected wave measuring means is minimized. Are further provided.
請求項5の発明は、請求項1乃至請求項3のいずれか一項の発明において、前記ループアンテナの共振周波数を調整可能とする可変容量コンデンサと、周囲との間の静電容量値を検知する静電容量センサと、前記静電容量センサにより検知された静電容量値に応じて、前記可変容量コンデンサの容量を可変制御する制御回路部とをさらに備えたものである。 According to a fifth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to third aspects, a capacitance value between a variable capacitor capable of adjusting a resonance frequency of the loop antenna and a surrounding is detected. And a control circuit unit that variably controls the capacitance of the variable capacitor according to the capacitance value detected by the capacitance sensor.
請求項6の発明は、負荷に接続されて、少なくとも負荷のオンオフを制御する制御装置と、信号を電波として送信する1又は複数の送信機とを有し、前記制御装置は、前記送信機から電波として送信された信号を受信する受信手段と、電源から負荷への給電路を開閉する開閉手段と、前記受信手段で受信された信号に応じて負荷を制御する制御手段とを備え、前記送信機は、信号を電波として送信する送信手段と、前記送信手段を制御し信号を送信手段から送信させる制御手段とを備えた負荷制御システムにおいて、前記制御装置と前記1又は複数の送信機とのうち少なくとも1つは、請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載のアンテナ装置であるものである。
The invention of
請求項1の発明によれば、筐体の内部の空間を有効に活用し、ループアンテナのループ面積を確保することができる。例えば、回路基板の両面側に、アンテナエレメントの他に回路基板の表面からの実装高さが高くなるような部品が実装されていても、そのために広く確保された空間を活用してループ面積を広くすることができる。従って、アンテナ装置を小型に保ちつつ、より大きなアンテナ利得を得ることが可能になる。 According to the first aspect of the present invention, it is possible to effectively utilize the space inside the housing and secure the loop area of the loop antenna. For example, even if parts that increase the mounting height from the surface of the circuit board in addition to the antenna element are mounted on both sides of the circuit board, the loop area can be reduced by utilizing the space secured for that purpose. Can be wide. Therefore, it is possible to obtain a larger antenna gain while keeping the antenna device small.
請求項2の発明によれば、アンテナ装置のループアンテナに、導電体、導電性ペースト、又は導電性テープを介するようにして外部の導電体が近づいたとしても、ループアンテナから導電体の裏側は電気的に見えず、外部の導電体はループアンテナの共振周波数にさほど影響を与えなくなるので、ループアンテナの共振周波数の変化を小さくすることができる。従って、上述の効果に加えて、周囲の環境によらず、所望する送信周波数におけるアンテナ利得の低下をより小さくすることができる。
According to the invention of
請求項3の発明によれば、アンテナ装置のループアンテナに、誘電体を介して導電体が近づいたとしても、高誘電体の波長短縮効果により、ループアンテナが導電体が近接している影響を比較的受けにくくなるので、ループアンテナの共振周波数の変化を小さくすることができる。従って、上述の効果に加えて、周囲の環境によらず、所望する送信周波数におけるアンテナ利得の低下を小さくすることができる。
According to the invention of
請求項4の発明によれば、制御回路部が、反射波の大きさが最小になるように可変容量コンデンサの容量を可変制御するので、アンテナ装置の設置環境により共振周波数にずれが生じても、その共振周波数のずれを自動的に補正することができる。従って、上述の効果に加えて、所望する送信周波数においてアンテナ利得の低下を小さくすることができる。
According to the invention of
請求項5の発明によれば、制御回路部が静電容量値に応じて可変容量コンデンサの容量を可変制御するので、アンテナ装置に導電体が近接することにより共振周波数にずれが生じても、その共振周波数のずれを自動的に補正することができる。従って、上述の効果に加えて、所望する送信周波数においてアンテナ利得の低下を小さくすることができる。
According to the invention of
請求項6の発明によれば、制御装置又は送信機を、アンテナ利得を確保したままで小型化することができる。従って、送信機をより取り扱いやすくすることができ、又は、制御装置を確実に金属ボックス等内に収納し、容易に造営面に配設することができる。
According to the invention of
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態に係る負荷制御システムの一例として、照明制御システムを示す。照明制御システム101は、照明負荷150と、無線信号を送信する送信機(アンテナ装置)151と、電源(商用交流電源)153と照明負荷150に電線を介して直列接続されたスイッチ(制御装置;アンテナ装置)152等で構成されている。スイッチ152は、外部からユーザが操作可能な操作ハンドル152aを有しており、この操作ハンドル152aの操作又は送信機151から送信され受信した無線信号に応じて照明負荷150を点灯又は消灯させる。また、送信機151には、ユーザにより操作可能な操作ボタン等(図示せず)が設けられている。ここで、負荷として白熱灯からなる照明負荷150を例示するが、これに限定する主旨ではなく、蛍光灯及び蛍光灯電子安定器などの他の照明負荷の他、照明負荷以外の負荷であってもよい。
(First embodiment)
FIG. 1 shows an illumination control system as an example of a load control system according to the first embodiment of the present invention. The
図2は、送信機151のブロック構成を示す。この送信機151には、センサ部151aと、照明負荷150を点灯させるための点灯信号等の制御信号を生成する制御回路部(制御手段)151bと、制御信号を変調及び増幅する変調回路151cと、後述するようにループアンテナを有する信号送信部(送信手段)151dと、スイッチ回路部151eと、電源部151fとを有している。送信機151は、例えば、各部が筐体内に収納された箱体状に構成されており、例えば壁面上に取り付けられて用いられる。送信機151は、無線信号を送信可能なアンテナ装置であり、後述するようにループアンテナ10等が内蔵されて構成されている。
FIG. 2 shows a block configuration of the
センサ部151aは、焦電素子により人体から放射される熱線を検出することで検知エリア内における人の存否を検知する人感センサと、光電変換素子や太陽電池により周囲の明るさを検知する照度センサとを有し、照度センサで検知する周囲の明るさと人感センサで検知した人の存否の検出結果を制御回路部151bに送出する。制御回路部151bは、マイクロコンピュータ等で構成されており、センサ部151aにより、周囲の明るさが基準値よりも暗く、且つ、人体が存在することが検出されたとき、又は後述の操作信号が入力されたときに点灯信号を生成する。点灯信号は、変調回路151cで変調及び増幅された後に、信号送信部151dから無線信号として送信される。スイッチ回路部151eは、ユーザによる操作ボタンの操作に伴い、操作信号を制御回路部151bに送出する。すなわち、ユーザは、操作ボタンを操作することにより、センサ部151aにより検知される人の存否にかかわらず、照明負荷150を強制的に点灯又は消灯させることができる。電源部151fは、例えば電池を電源として各部に動作電源を供給する。
The
図3は、スイッチ152のブロック構成を示す。スイッチ152は、制御回路部(制御手段)152bと、負荷制御部(開閉手段)152cと、無線信号を受信する信号受信部(受信手段)152dと、信号受信部152dで受信した信号を復調及び増幅する復調回路152eと、表示部152fと、スイッチ入力部152gと、電源回路部152hとを有している。スイッチ152は、例えば、合成樹脂製の矩形箱状の器体を有するワイドハンドル形連用スイッチ(JIS C 8304参照)の2個モジュール寸法に形成されており、規格に準拠した取付枠等に取り付けられて、壁面内に埋め込まれているコンセントボックス内に収められ、配設される。スイッチ152は、無線信号を受信可能なアンテナ装置であり、後述するようにループアンテナ10等が内蔵されて構成されている。
FIG. 3 shows a block configuration of the
負荷制御部152cは、電源153から照明負荷150への給電路を開閉するスイッチング素子(例えば、トライアックなど)を有する。制御回路部152bは、マイクロコンピュータ等で構成されており、負荷制御部152cのスイッチング素子をスイッチング制御する。信号受信部152dは、後述するように、ループアンテナにより無線信号を受信可能に構成されている。表示部152fは、例えば、発光ダイオードなどの発光素子を有し、制御回路部152bの制御に基づき、送信機151による制御の有効/無効等、制御状態の表示等を行う。スイッチ入力部152gは、操作ハンドル152aによって押操作されるタクトスイッチを有し、そのタクトスイッチがオンされたときに、操作信号を制御回路部152bに送出する。すなわち、操作ハンドル152aが押操作されてスイッチ入力部152gから操作信号が送出される度に、制御回路部152bの制御により負荷制御部152cのスイッチング素子のスイッチングが行われ、照明負荷150の点灯と消灯が切り換えられる。電源回路部152hは、制御回路部152b等に動作電源を供給する。電源回路部152hは、負荷制御部152cが電源153から照明負荷150への給電路を閉成しているときには、電源153から給電されて動作電源を生成するとともに図示しないコンデンサを充電する。他方、負荷制御部152cが電源153から照明負荷150への給電路を開成しているときには、電源回路部152hは、コンデンサに充電した電荷を利用して動作電源を生成する。このために、本実施形態のスイッチ152は、電源153と照明負荷150に2線で直列接続することが可能となっている。なお、この種の電源回路部152hは従来周知(例えば、特開2000−357443号公報等を参照)であるから、詳細な構成及び動作についての図示並びに説明は省略する。
The
ところで、本実施形態において、送信機151の信号送信部151dとスイッチ152の信号受信部152dのループアンテナは、それぞれ、内部の回路基板の前面及び背面の両側に、その回路基板から張り出すように形成されている。これにより、ループアンテナのループ面積が増加し、ループアンテナの利得が大きくなる。以下、簡略化のため、送信機151又はスイッチ152のループアンテナの構成を説明するのに替えて、送信機151又はスイッチ152に用いられるアンテナ装置1の構成について説明する。アンテナ装置1は、ループアンテナについて、上記のように、送信機151又はスイッチ152と同様の特徴を有し、無線信号を送信又は受信可能に構成されている。アンテナ装置1においては、上記の送信機151、スイッチ152のうち、制御回路部151b,152b、変調回路151cと復調回路152e、及び信号送信部151dと信号受信部152d等を有するものとする。また、その他、操作ハンドル152aやセンサ部151a、負荷制御部152c等、直接無線送信に関係しない部位については、図示及び説明を省略する。
By the way, in the present embodiment, the loop antennas of the
図4、図5、及び図6(a)、(b)は、アンテナ装置1を示す。アンテナ装置1は、箱体状の筐体50の内部に、例えば略矩形形状の回路基板2が収納されて構成されている。筐体50は、例えば合成樹脂製であり、アンテナ装置1の前面側の前面パネル51と、アンテナ装置1の背面側のベース部材52とが接合されて構成されている。回路基板2は、例えば、ベース部材52上に設けられているボス(図示せず)上に回路基板2を貫通するねじ(図示せず)等を螺結することにより、ベース部材52にマウントされている。
4, 5, and 6 (a) and 6 (b) show the
回路基板2には、回路基板2上に形成された導電性パターン3と、この導電性パターン3の一部と回路基板2上に実装されたアンテナエレメント4及び導電性パターン3中に挿入されたキャパシタ(コンデンサ)5で構成されたループアンテナ10と、回路基板2上に実装された無線回路部12、制御回路部13、及びその他の回路素子19などが設けられている。また、回路基板2上には、グランドパターン6、導電性パターン3の一部であってループアンテナ10とグランドパターン6とを接続する接地線7、ループアンテナ10に信号を供給する給電線8などが設けられている。図6(a)、(b)に示すように、回路素子19は、回路基板2の表側及び裏側の両面にそれぞれ配置されている。上記の送信機151、スイッチ152の各部位のうち、制御回路部151b,152bは、アンテナ装置1の制御回路部13及び回路素子19等に相当する。また、変調回路151cと復調回路152e、及び信号送信部151dと信号受信部152dは、無線回路部12、ループアンテナ10、及び回路素子19等に相当する。なお、このアンテナ装置1において、無線回路部12は、信号の送信及び受信を互いに切り替えて行うことができるように構成されているが、これに限られるものではなく、送信又は受信のどちらかのみを行うことができるように構成されていてもよい。
The
回路基板2のうち、右側縁部近傍部位には、第1貫通孔と第2貫通孔の2つの貫通孔2aが形成されている。第1貫通孔2aは、その第1貫通孔2aを容易に形成可能にするために、回路基板2の側縁部から回路基板2の内側に若干離れた位置に設けられており、第2貫通孔2aは、第1貫通孔2aから回路基板2の左右方向中心寄りに若干離れた位置に設けられている。各貫通孔2aは、回路基板2に穴空け加工を施すことにより形成されている。また、回路基板2のうち、左側縁部であって、第2貫通孔2aに対し左方向に位置する一部には、切り欠き部2bが形成されている。切り欠き部2bは、後述するアンテナエレメント4の幅寸法よりも若干大きく回路基板2を切り欠くように形成されている。
In the
図6(a)に示すように、導電性パターン3は、2つの貫通孔2aの近傍及びそれらの間に形成されており、キャパシタ5は、当該導電性パターン3上に配置されている。アンテナエレメント4は、両端部がそれぞれの貫通孔2a内に差し込まれた状態で、はんだ(図示せず)等を用いて、導電性パターン3に電気的に接続するようにして回路基板2に固定されている。これにより、アンテナエレメント4、導電性パターン3、キャパシタ5を含むループを成すループアンテナ10が形成されている。
As shown in FIG. 6A, the
このアンテナ装置1により行う無線通信の周波数をfとすると、無線回路部12は、無線信号を送信するとき、周波数fの信号を出力する。ループアンテナ10は、ループ1周の全長が送信波長λの1/10以下程度になるように、その幅及び高さが設計されており、周波数f(=2π/λ)でロスが最も少なくなる(アンテナ利得の低下を小さくする)ようにインピーダンス調整されている。具体的には、キャパシタ5の静電容量を適宜選択することにより、ループアンテナ11の共振周波数を調整している。また、アンテナの共振周波数が所望する周波数であると仮定して、給電線8と導電性パターン3の接続点から、接地線7と導電性パターン3の接続点までの距離を調整することで、アンテナ入力インピーダンスを調整することができる。
Assuming that the frequency of the wireless communication performed by the
ここで、本実施形態において、アンテナエレメント4は、回路基板2の前面である第1面2j側に設けられた第1部分4aと、背面側すなわち第1面2jとは反対側の第2面2k側に設けられた第2部分4bを有している。第1部分4aと第2部分4bは、連続部4cを介して連続して形成されており、その連続部4cが回路基板2の左側縁部の一部を囲むようにして、第1面2j及び第2面2kに垂直に設けられている。また、第1部分4aと第2部分4bは、アンテナエレメント44がループアンテナ10の一部となる閉ループを形成する断面において、それぞれ異なる形状を有するように設けられている。すなわち、図5に示すように、アンテナエレメント4のうち、第1部分4aの一部である一端部4dは、回路基板2の右側縁部に近い第1貫通孔2aに回路基板2の第1面2j側から差し込まれて固定されている。アンテナエレメント4の第1部分4aは、当該一端部4dから前方に略垂直に延び、その後左方に曲がり、回路基板2の左側縁部の上部で背方に曲がり、切り欠き部2bの内側に収まるように形成されている。第1部分4aは、連続部4cにおいて回路基板2の左側縁部の一部を囲むようにして、第2面2k側の第2部分4bに連続して接続されている。第2部分4bは、連続部4cから背方に延び、右方向に曲がり、第2部分4bの一部であるアンテナエレメント4の他端部4eが、第2貫通孔2aに回路基板2の第2面2k側から差し込まれて固定され、これによりアンテナエレメント4が回路基板2上に固定されている。また、第1部分4aは、前面パネル51の内面51bと回路基板2の第1面2jとの間の空間において、前面パネル51の内面51b近傍に位置し、前面パネル51の内面51bに沿うように形成されている。同様に、第2面2k側においても、第2部分4bは、ベース部材52の内面52bと第2面2kとの間の空間において、ベース部材52の内面52b近傍に位置し、ベース部材52の内面52bに沿うように形成されている。
Here, in this embodiment, the
図に示すように、このアンテナ装置1において、筐体50の厚み方向の大きさは、主に、回路基板2に実装されている部品のうち、アンテナエレメント4を除いた他の部材よりも実装高さが高い回路素子19を考慮して設定されている。すなわち、回路基板2の第1面2j、第2面2kと筐体50の内面51b,52bとの間隔は、回路素子19の実装高さを考慮して、回路素子19が筐体50に接触しない程度に小さく設定されている。従って、アンテナエレメント4は、回路素子19の実装高さと略同程度に、又は回路素子19よりも僅かに筐体50の内面51b,52bに近接する位置まで、回路基板2の第1面2j、第2面2kから突出するように形成されている。
As shown in the figure, in the
図7(a)、(b)は、回路基板2にアンテナエレメント4を取り付ける方法の一例を示す。なお、図において、回路基板2及びアンテナエレメント4のみを図示し、他の部材の図示は省略している。アンテナエレメント4は、その両端部4d,4eをそれぞれ回路基板2の互いに異なる面2j,2kから貫通孔2aに差し込む都合上、回路基板2に固定されている状態よりも端部4d,4e間の距離が離れるようにし、回路基板2をその端部4d,4e間に挟むようにして回路基板2に配される。すなわち、先ず、回路基板2をアンテナエレメント4の端部4d,4e間に挟むようにする。次に、その状態で、アンテナエレメント4を変形させ、アンテナエレメント4の各端部4d,4eを対応する貫通孔2aに差し込む。その後、はんだ付けを行うことにより、図5に示すように、アンテナエレメント4の一部を導電性パターン3に接続すると共に、アンテナエレメント4を回路基板2に固定することができる。
FIGS. 7A and 7B show an example of a method for attaching the
このように、本実施形態においては、筐体50の内部の空間を有効に活用し、ループアンテナ10のループ面積(図5に網掛けにより示す部分)を確保することができる。特に、回路基板2の両面側に、アンテナエレメント4の他に回路基板2の表面からの実装高さが高くなるような回路素子19のような部品が実装されていても、そのために広く確保された筐体50の内部の空間を有効に活用することができる。従って、アンテナ装置1すなわち送信機151又はスイッチ152を小型化しつつ、より大きなアンテナ利得を得ることができ、小型化とアンテナ利得の増大の両方を達成することが可能になる。また、上記のように、切り欠き部2bが形成されているので、アンテナエレメント4を、回路基板2の左側縁部よりも左側方に突出することなく、筐体50の内部に配置することができる。従って、アンテナエレメント4を回路基板2の側縁部を囲むような形状に形成する場合にも、筐体50の幅寸法を大きくすることなく、筐体50の幅寸法を回路基板2の幅寸法に合わせて、アンテナ装置1を小型に保つことができる。さらにまた、アンテナエレメント4は一体に形成されており、回路基板2を挟むようにして取り付け可能であるので、例えば回路基板2の各面2j,2kに互いに別体のアンテナエレメントを用いる場合よりも、部品点数を少なくし、製造工程を簡略化することができ、製造コストをより低減することが可能になる。
As described above, in the present embodiment, the space inside the
ここで、図6(a)に示すように、このアンテナ装置1では、ベース部材52の内面52bのうち、ループアンテナ10に対向する部位に、導電性テープ56が、回路基板2及びアンテナエレメント4に接触しないように貼り付けられている。導電性テープ56は、ループアンテナ10に近い位置に配置されていることにより、アンテナ装置1の共振周波数に影響を及ぼす。従って、このアンテナ装置1は、このように導電性テープ56を配した状態で、所望の共振周波数において整合がとれるように設計されている。このような構成により、アンテナ装置1が、窓ガラス、壁、机など近接したりしても、ループアンテナ10から導電性テープ56の裏側は電気的に見えないため、貼り付けられる面の材質によらず、共振周波数の変化を小さくすることができ、所望する送信周波数においてアンテナ利得の低下をより小さくすることができる。
Here, as shown in FIG. 6A, in this
なお、本実施形態において、図8(a)に示すように、導電性テープ56に替えて、ベース部材52のうち少なくともループアンテナ10に対向する箇所に導電体57をインサートしてベース部材52を成型し、その状態で所望の共振周波数において整合をとるようにしてもよい。また、ベース部材52の内面52bに、導電性ペースト(図示せず)を塗布又は印刷しても、上述と同様の効果が得られる。また、これら導電性テープ56、導電体57、導電性ペーストは、回路基板2の前面すなわち第1面2jに対向する部分にも設けられていてもよく、ループアンテナ10に対向する箇所だけでなく筐体50の一面全面にわたり設けられていてもよい。
In this embodiment, as shown in FIG. 8A, instead of the
また、本実施形態において、図8(b)に示すように、導電性テープ56に替えて、ベース部材52の内面52bのうち少なくともループアンテナ10に対向する箇所に、例えばシート状の誘電体58を配置してもよい。この場合、誘電体58を介してループアンテナ10に導電体が近づいたとしても、高誘電体が有する波長短縮効果により、ループアンテナ10が導電体の影響を受けにくくなる。従って、このように誘電体58を配置することにより、ループアンテナ10の共振周波数の変化を小さくすることができ、周囲の環境によらず、所望する送信周波数において、アンテナ利得の低下を小さくすることができる。誘電体58としては、例えば、比誘電率が10以上である誘電体を用いると特に効果的であるが、空気よりも比誘電率が大きい誘電体を用いることにより、誘電体58を用いない場合と比較してアンテナ利得の低下を小さくする効果を得ることができる。
Further, in this embodiment, as shown in FIG. 8B, instead of the
さらにまた、本実施形態では、導電性パターン3が第1面に設けられているが、導電性パターン3を第2面に設けてもよい。この場合、ループアンテナ10のループ面積が、導電性パターン3が設けられている部分の回路基板2の厚み分だけ増加するため、さらにアンテナ利得を増加させることができる。
Furthermore, in the present embodiment, the
(第2実施形態)
本発明のアンテナ装置の第2実施形態について説明する。図9は、第2実施形態に係るアンテナ装置のブロック構成を示す。第2実施形態に係るアンテナ装置61は、ループアンテナ10のループ中にキャパシタ5と共に直列挿入された可変容量コンデンサ65と、無線回路部12から出力された信号の反射波の大きさを計測する検波回路(反射波計測手段)66とを備えている。また、制御回路部13すなわち送信機151又はスイッチ152の制御回路部151b,152bが、ループアンテナ10の共振周波数を自動的に調整可能に構成されている。検波回路66は、無線回路部12からループアンテナ10に信号を送信する経路中に配置されている。検波回路66は、ループアンテナ10からの反射波を分離する方向性結合器66aと、方向性結合器66aにより分離された入力された反射波の大きさを測定する高周波電圧測定部66bとを有している。方向性結合器66aとしては、例えばサーキュレータ等が用いられる。なお、アンテナ装置61においては、無線回路部のTX(送信側)端子とRX(受信側)端子とのループアンテナ10への接続経路を切り替え、送受信いずれを行うかを切り替えるための切替スイッチ67が設けられている。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the antenna device of the present invention will be described. FIG. 9 shows a block configuration of the antenna device according to the second embodiment. The
アンテナ装置61は、例えば出荷検査工程において、自動的にループアンテナ10の整合をとることができる。すなわち、例えば、制御回路部13をテストモードに設定し、可変容量コンデンサ65の補正キャパシタンス量を所定の値に設定し、切替スイッチ67をTX(送信側)端子側とした状態で、無線回路部12よりテスト信号を出力する。このとき、無線回路部12の出力インピーダンスと、ループアンテナ10の入力インピーダンスの整合状態により、反射波が発生する。この反射波の大きさを無線回路部12内の検波回路66によって計測する。次に、制御回路部13からの制御信号により可変容量コンデンサ65の補正キャパシタンス量を別の値に設定し、同様に反射波の大きさを計測する。このようにして、複数の補正キャパシタンス量に対してそれぞれ反射波の大きさを計測し、制御回路部13により、最も反射波が小さくなる補正キャパシタンス量を求める。補正キャパシタンス量が最も反射波が小さくなるように設定されると、アンテナ装置61が送信を行う場合は切替スイッチ67をそのままで、受信を行う場合は切替スイッチ67をRX(受信側)端子側とし、送信又は受信を実行可能になる。
The
このような構成によれば、アンテナ装置61の出荷検査工程において、従来は手動で行っていた補正キャパシタンス量の調整を自動化できるため、アンテナ装置61の製造コストを低減することができる。さらに、テストモードを実使用状態において定期的に実行することにより、設置環境による共振周波数のずれを定期的に補正し、所望する送信周波数においてアンテナ利得の低下を小さくすることができる。なお、テストモードでは、無線回路部12よりテスト信号を出力する必要があるため、本来行う通信とテストモードとを同時に実行することはできない。例えば、上述のような照明制御システム101において、送信機151とスイッチ152との間で間欠的に通信を行うような場合においては、1つの通信シーケンスが完了した直後は、通信を行わない時間が存在する。この通信を行わない時間を利用してテストモードを実行することにより、本来行うべき通信を妨げることなく、確実にテストモードを実行し、大きなアンテナ利得を維持することができる。
According to such a configuration, in the shipping inspection process of the
(第3実施形態)
本発明のアンテナ装置の第3実施形態について説明する。図10は、第3実施形態に係るアンテナ装置のブロック構成を示す。第3実施形態に係るアンテナ装置71は、上記の第2実施形態に係るアンテナ装置61と同様に、可変容量コンデンサ65を有し、制御回路部13がループアンテナ10の共振周波数を調整可能に構成されている。また、アンテナ装置71は、さらに、検波回路66に替えて、周囲との間の静電容量値を検知する静電容量センサ76を備えている。静電容量センサ76は、例えば、回路基板2上の接地電位に接続されており、ループアンテナ10の近傍部位に設けられている。
(Third embodiment)
A third embodiment of the antenna device of the present invention will be described. FIG. 10 shows a block configuration of an antenna apparatus according to the third embodiment. Similarly to the
アンテナ装置71において、制御回路部13には、予め、静電容量センサ76により検知されることが考えられる種々の静電容量値に対応する可変容量コンデンサ65の調整値が制御テーブルとして設定されている。この制御テーブルは、例えば、アンテナ装置71の周囲に導電体等を近づけたりした状態において、ループアンテナ10のアンテナ利得が大きくなるように可変容量コンデンサ65の調整値を設定し、そのときの当該調整値と静電容量センサ76が検知する静電容量値とを対応づけて設定される。アンテナ装置71の使用時には、制御回路部13は、定期的に又は信号送信前の時点等に、静電容量センサ76が検知する静電容量値に対応する調整値を用いて可変容量コンデンサ65の容量を調整する。
In the
このような構成によれば、アンテナ装置71の置かれている環境の変化に応じ変化する静電容量センサ76の静電容量値を用いて、例えば導電体がループアンテナ10に近づいた場合であっても、ループアンテナ10のアンテナ利得の低下を小さくすることができる。ループアンテナ10を用いて無線信号を送受信しているかどうかにかかわらず、静電容量値を用いてループアンテナ10の共振周波数のずれを適宜自動的に補正することができるので、確実にループアンテナ10のアンテナ利得を維持することが可能になる。
According to such a configuration, for example, a conductor approaches the
なお、本発明は上記実施形態の構成に限定されるものではなく、発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、アンテナ装置の構成は、上述の照明制御システムにおいて、送信機及びスイッチの両方ではなく、送信機又はスイッチのどちらか一方にのみ用いられていてもよい。また、アンテナ装置において、アンテナエレメントは、回路基板の側縁部の一部を囲むように形成されてはおらず、回路基板に、貫通孔2aに加えて形成された他の貫通孔を貫通するようにして一面側から他面側に延設されていてもよい。この場合であっても、回路基板の両面それぞれの側の筐体との間の空間を有効に活用して、ループアンテナのループ面積を大きくすることができ、上述と同様の効果を得ることができる。
In addition, this invention is not limited to the structure of the said embodiment, A various deformation | transformation is possible in the range which does not change the meaning of invention. For example, the configuration of the antenna device may be used not only in the transmitter and the switch but in either the transmitter or the switch in the above-described lighting control system. Further, in the antenna device, the antenna element is not formed so as to surround a part of the side edge portion of the circuit board, and penetrates the circuit board through another through hole formed in addition to the through
また、アンテナ装置は、上述のような壁面に配設される送信機やスイッチ(制御装置)にのみ適用可能なものではない。図11は、例えば、住居のリビング等に用いられ、上述のアンテナ装置1の構成を用いた、ユーザにより操作可能なリモコン装置251を用いることにより、照明負荷150のオンオフ及び明るさ調節操作を行うことができるように構成されている照明制御システム201を示す。この照明制御システム201は、上述の照明制御システム101と比較し、壁面に接地される送信機151に替えて、リモコン装置251を用いている点で相違する。リモコン装置251は、上述の送信機151において、センサ部151aを有していないものであり、操作ボタン(図示せず)の操作に応じて無線信号をスイッチ152に送信可能に構成されている。スイッチ152は、リモコン装置251から送信された無線信号を受信し、その無線信号に基づいて、照明負荷150のオンオフ及び明るさ(輝度)を制御する。このように、リモコン装置251に上述のアンテナ装置1の構成を用いることにより、大きなアンテナ利得を保ち、必要なエリア内で確実にスイッチ152に無線信号を送信可能にしつつ、リモコン装置251を小型化し、より扱いやすくすることができる。また、リモコン装置251は、ループアンテナ10に対向して導電性テープ56が配され、周りに導電体が近接してもアンテナ利得が低下しにくい。従って、リモコン装置251の置かれている環境にさほど気を遣うことなく照明制御システム201の操作を確実に行うことができ、リモコン装置251をさらに扱いやすくすることができる。さらにまた、リモコン装置251は、1つのスイッチ152に対して複数個併用して使用可能にされているものであってもよく、また、スイッチ152とリモコン装置251とが1つの照明負荷150について複数組設けられていてもよい。
Further, the antenna device is not applicable only to the transmitter and the switch (control device) disposed on the wall surface as described above. FIG. 11 is used in, for example, a living room of a residence, and the
図12(a)、(b)は、それぞれ上記いずれかのアンテナ装置を用いた無線通信装置を、トイレの照明器具のオン・オフ制御並びに調光制御の照明制御システム301に応用した例を示す。図12(a)は、トイレを横から見た断面側面図であり、図12(b)は、トイレを向かって右斜め上から透かしてみた透視斜視図である。図12に示す例では、送信機151はトイレ室内の壁面に設けられており、スイッチ152は、照明負荷150に有線接続されて照明負荷150をオン・オフ操作する操作ハンドルを具備した照明操作スイッチと一体化されており、トイレ入り口の外側の壁面に設けられている。受信機として機能するスイッチ152は、例えば、日本のJIS規格のJIS C8304 で規定された外形寸法(ワイドハンドル形連用スイッチの2個モジュール寸法)に形成されている。送信機151は、熱線式の人体感知センサ(不図示)などと一体的に設けられており、この人体感知センサが人体の存在を検知すると、送信機151からスイッチ152に向けて照明負荷150を点灯させるための無線電波信号を送信する。スイッチ152は、送信機151からの信号を受信すると、壁の裏側に設けられた配線を通じて(不図示の照明制御コントロールユニットを介して)照明負荷150を点灯させる。ここで、送信機151とスイッチ152との間における通信を無線信号に替えてLED光の信号により行った場合、図12(a)及び図12(b)のように、トイレドアが閉じる際に送信機151とスイッチ152との間の直線光路をそのトイレドアが遮ってしまうような配置であると、トイレ入室直後にスイッチ152が人体を感知するのは略不可能である。そのため、この照明制御システム301では、LED光路の遮断という不具合を解決すべく、LED光の代わりに電波式を採用し、無線信号の送受信により送信機151とスイッチ152との通信を行っている。電波による無線通信では、送信機151からの無線電波信号は、確実にスイッチ152によって受信される。従って、送信機151とスイッチ152との無線送受信の直線光路上にLED光にとっての障害物が存在していても、電波による無線通信により速やかに照明負荷150を点灯させることができる。このような適用例は、トイレに限らず、クローゼットもありうる。衣類を収容するクローゼットの仕切り部材の内外に送信機151とスイッチ152とが各別に配置され、送信機151とスイッチ152との無線送受信の直線光路上にLED光にとっての障害物が存在してしまう場合が起こりうる。従って、トイレと同様、本願発明のアンテナ装置の使用が適している。
FIGS. 12A and 12B show examples in which a wireless communication device using any one of the antenna devices described above is applied to an
図12に示す例では、送信機151はユーザによって操作されるリモコン装置に設けられている。スイッチ152は、例えば壁面に設けられた照明負荷150のスイッチ等と一体的に設けられていているが、照明負荷150に直接設けられていてもよい。ユーザは、リモコン装置のボタンを操作して、照明負荷150の調光レベル(明るさ)を好みのレベルに調節することができる。この図12では、送信機151は無線信号を電波で発するため、LED送信による指向性の強い旧来のリモコンに比べて、送信機151の送信部をわざわざ意識的にスイッチ152へ向ける必要がない。すなわち、送信機151をどちらへ向けてもスイッチ152へ無線リモコン信号を届けやすいので、送信機151の操作性の向上を図れる。
In the example shown in FIG. 12, the
なお、アンテナ装置は、上述のように照明負荷のオンオフを制御する照明制御システムのほか、送信機から送信された信号に応じて動作をオンオフする空調システムや給湯システム、又は送信機から送信された所定の信号を受信して通報動作を行う防犯システムなど、他の用途に用いられる負荷制御システムにおいても用いることが可能である。すなわち、その負荷制御システムの動作を無線信号を送信することにより遠隔制御するために用いられるような送信機又はリモコン装置や、又はそのような無線信号を受信するスイッチ等の制御装置に、上述したアンテナ装置の構成を用いることにより、当該送信機、リモコン装置、又は制御装置等を、アンテナ利得を保ちつつ小型化することが可能になる。 In addition to the illumination control system that controls the on / off of the illumination load as described above, the antenna device is transmitted from an air conditioning system, a hot water supply system, or a transmitter that is turned on / off according to a signal transmitted from the transmitter. The present invention can also be used in a load control system used for other purposes such as a crime prevention system that receives a predetermined signal and performs a notification operation. That is, a transmitter or a remote control device used to remotely control the operation of the load control system by transmitting a radio signal, or a control device such as a switch that receives such a radio signal is described above. By using the configuration of the antenna device, the transmitter, the remote control device, the control device, or the like can be reduced in size while maintaining the antenna gain.
1,61,71 アンテナ装置
2 回路基板
2a 貫通孔
2j 第1面
2k 第2面
3 導電性パターン
4 アンテナエレメント
4a 第1部分
4b 第2部分
4c 連続部
10 ループアンテナ
12 無線回路部
13 制御回路部
19 回路素子
50 筐体
56 導電性テープ
57 導電体
58 誘電体
65 可変容量コンデンサ
66 検波回路(反射波計測手段)
76 静電容量センサ
101,201,301 照明制御システム(負荷制御システム)
150 照明負荷(負荷)
151 送信機(アンテナ装置)
151b,152b 制御回路部(制御手段)
151c 変調回路(無線回路部)
151d 信号送信部(送信手段、無線回路部)
152 スイッチ(制御装置;アンテナ装置)
152a 操作ハンドル
152c 負荷制御部(開閉手段)
152d 信号受信部(受信手段、無線回路部)
152e 復調回路(無線回路部)
251 リモコン装置(アンテナ装置)
1, 61, 71
76
150 Lighting load (load)
151 Transmitter (antenna device)
151b, 152b Control circuit section (control means)
151c Modulation circuit (wireless circuit part)
151d Signal transmission unit (transmission means, radio circuit unit)
152 switch (control device; antenna device)
152d Signal receiving unit (receiving means, radio circuit unit)
152e Demodulation circuit (wireless circuit part)
251 Remote control device (antenna device)
Claims (6)
前記回路基板に実装され、前記導電性パターンの一部と共にループアンテナを形成するアンテナエレメントと、
前記導電性パターンの一部と前記アンテナエレメントの間に挿入され、前記ループアンテナを構成するキャパシタと、
前記回路基板及び前記アンテナエレメントを収容する筐体とを備えたアンテナ装置において、
前記回路基板は第1貫通孔及び第2貫通孔を有し、
前記アンテナエレメントは、前記回路基板の第1面側に設けられた第1部分と、前記第1面とは反対側の第2面側に設けられ、前記第1部分に連続して形成された第2部分を有し、
前記第1部分と前記第2部分は、前記回路基板の第1面及び第2面に垂直で、かつ、前記アンテナエレメントが閉ループを形成する断面において、それぞれ異なる形状を有し、
前記第1部分と前記第2部分の連続部は、前記回路基板の一側面を囲むように又は前記回路基板を貫通するように形成され、
前記アンテナエレメントの前記第1部分側の一端部は、前記回路基板の縁部に近い前記第1貫通孔に、前記回路基板の前記第1面側から差し込まれて固定され、前記アンテナエレメントの前記第2部分側の他端部は、第2貫通孔に前記回路基板の前記第2面側から差し込まれて固定され、
前記導電性パターンの一部は、前記回路基板上の前記第1貫通孔と前記第2貫通孔の近傍及びそれらの間に形成され、前記キャパシタは前記第1貫通孔と前記第2貫通孔の間の前記導電性パターン上に配置されていることを特徴とするアンテナ装置。 A circuit board having a conductive pattern;
An antenna element mounted on the circuit board and forming a loop antenna together with a part of the conductive pattern;
A capacitor that is inserted between a part of the conductive pattern and the antenna element and constitutes the loop antenna;
In the antenna device comprising the circuit board and a housing for housing the antenna element,
The circuit board has a first through hole and a second through hole,
The antenna element is provided on the first surface side of the circuit board and on the second surface side opposite to the first surface, and is continuously formed on the first portion. Having a second part,
The first part and the second part have different shapes in a cross section perpendicular to the first surface and the second surface of the circuit board and in which the antenna element forms a closed loop,
The continuous part of the first part and the second part is formed so as to surround one side surface of the circuit board or to penetrate the circuit board,
One end of the antenna element on the first portion side is fixed by being inserted into the first through hole near the edge of the circuit board from the first surface side of the circuit board. The other end of the second part side is fixed by being inserted into the second through hole from the second surface side of the circuit board,
A part of the conductive pattern is formed near and between the first through hole and the second through hole on the circuit board, and the capacitor is formed between the first through hole and the second through hole. An antenna device, wherein the antenna device is disposed on the conductive pattern .
前記ループアンテナから信号を出力するときに発生する反射波の大きさを計測する反射波計測手段と、
前記反射波計測手段により計測された反射波の大きさが最小になるように前記可変容量コンデンサの静電容量を可変制御する制御回路部とをさらに備えた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アンテナ装置。 A variable capacitor capable of adjusting the resonance frequency of the loop antenna;
Reflected wave measuring means for measuring the magnitude of the reflected wave generated when a signal is output from the loop antenna;
The control circuit unit variably controls the capacitance of the variable capacitor so that the magnitude of the reflected wave measured by the reflected wave measuring means is minimized. Item 4. The antenna device according to any one of Items 3 to 3.
周囲との間の静電容量値を検知する静電容量センサと、
前記静電容量センサにより検知された静電容量値に応じて、前記可変容量コンデンサの容量を可変制御する制御回路部とをさらに備えた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アンテナ装置。 A variable capacitor capable of adjusting the resonance frequency of the loop antenna;
A capacitance sensor that detects a capacitance value between the surroundings;
4. The control circuit unit according to claim 1, further comprising a control circuit unit that variably controls the capacitance of the variable capacitor according to the capacitance value detected by the capacitance sensor. 5. The antenna device according to one item.
前記制御装置は、前記送信機から電波として送信された信号を受信する受信手段と、電源から負荷への給電路を開閉する開閉手段と、前記受信手段で受信された信号に応じて負荷を制御する制御手段とを備え、
前記送信機は、信号を電波として送信する送信手段と、前記送信手段を制御し信号を送信手段から送信させる制御手段とを備えた負荷制御システムにおいて、
前記制御装置と前記1又は複数の送信機とのうち少なくとも1つは、請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載のアンテナ装置であることを特徴とする負荷制御システム。 A controller connected to a load and controlling at least on / off of the load; and one or more transmitters for transmitting signals as radio waves,
The control device controls a load according to a signal received by the receiving unit, a receiving unit that receives a signal transmitted as a radio wave from the transmitter, an opening / closing unit that opens and closes a power supply path from a power source to the load, and the signal received by the receiving unit Control means for
In the load control system, the transmitter includes a transmission unit that transmits a signal as a radio wave, and a control unit that controls the transmission unit and causes the signal to be transmitted from the transmission unit.
6. The load control system according to claim 1, wherein at least one of the control device and the one or more transmitters is the antenna device according to claim 1.
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