JP6125165B2

JP6125165B2 - 接触を介する案内部材の状態に特徴的な少なくとも１つの物理的な大きさをモニタリングするための、ｐｉｆａアンテナを備えたモジュール

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Publication number: JP6125165B2
Application number: JP2012149517A
Authority: JP
Inventors: デルフィーヌ，ブシュヴェ; パスカル，デビオール
Original assignee: エヌテエヌ−エスエヌエールルルモン
Priority date: 2011-07-04
Filing date: 2012-07-03
Publication date: 2017-05-10
Anticipated expiration: 2032-07-03
Also published as: FR2977732B1; KR20150127837A; RU2012127584A; RU2613001C2; EP2544303A1; EP2544303B1; CN102866012A; JP2013017177A; FR2977732A1

Description

発明の詳細な説明

〔技術分野〕
本発明は、接触を介する案内部材の状態に特徴的な少なくとも１つの物理的な大きさをモニタリングするための、ＰＩＦＡアンテナを備えたモジュール、および、モニタリング用モジュールを最適化するための方法に関する。

本願の文脈における接触を介する案内部材とは、滑動またはローリングすることによって、回転案内または直線案内を実現する任意の案内部材を意味する。該案内部材は、特に滑らかな回転ベアリングまたはローラーベアリングを備え、具体的にはベアリングケースに格納されたベアリングを備える。上記案内部材は、さらに、直線案内デバイス、特に、直線状のトラック上でローリングするローラを備えたプレートであって、直線状のトラック上で循環するプレートを有するタイプの直線案内デバイスを備えている。また、上記案内部材は、直線状ベアリングおよびボールネジ用ナットを備えている。

〔従来技術〕
ある応用分野では、特に公共輸送、エネルギー、または、工業的な生産に関連して、各種施設の信頼性および利用可能性に関連する要件が特に厳しい。これらの要件の結果、これらの施設の磨耗部材、特に回転部材案内用ベアリング、交流発電機のシャフト用ベアリング、鉄道用車軸などの接触を介する案内部材をモニタリングする必要性が生じる。

ただし、これらのベアリングは、異常が現れるまでには、ローラーベアリングの場合であれば例えば数十億回転といった、極めて長い潜在的な寿命を有する。ただし、厳しい作動条件下では、これより短くなることもある。ローラーベアリングの誤動作には様々な原因があり得るが、特に、結合、磨耗、亀裂、ケージの破裂、腐食、剥離などが例としてあげられる。この腐食および剥離は、物質の疲労に起因する、軌道またはローリング体の表面の変化である。

鉄道輸送の分野、特に高速列車の場合には、一般に、検査係りが、耳に頼りにして、欠陥を有するベアリングを検出する。次に、異常の報告がメンテナンス部門に伝達され、メンテナンス部門が、異常なベアリングを交換する計画を立てることになる。

ただし、（駆動を受ける）駆動用車軸のベアリングは、検査係りが検出することは不可能である。この場合、剥離状態が進行するとケージの破裂につながるおそれがあり、ケージが破裂すると脱線が発生する原因にもなりかねない。

このような場合、車両に搭載されているベアリングの欠陥を検出することによって、剥離の開始が検出された場合、即座にメンテナンス作業の計画を立てることを可能にするためのデバイスが必要である。

１つの解決方法は、ベアリングの状態をチェックするため、定期的にベアリングを取り外して、系統的な予防メンテナンスを実施することである。

ただし、このようなメンテナンスは、車両が使用できないことによる高いコストを生じ、また、こうしてチェックを行ったベアリングの大半が欠陥を有していないことから相対的な有効性しか生み出さないという事実に関連して、このような解決方法には大きな欠点がある。

したがって、ベアリングの連続的なモニタリングが、施設の信頼性、利用可能性、維持能力、および、安全性において、特に利用可能性および信頼性において、非常に重要である。

これを実行するために、現在の技術的状況では、鉄道車両に搭載された、物理的な大きさのモニタリングおよび測定を行う自律的なモジュールに関連するシステムであって、物体のローリングパラメータをデータの形式で記録し、また、収集したデータを軌道側に配置された無線通信端末へ伝送するためのホイップアンテナを備えた無線通信システムを構成することができるシステムが知られている。

ただし、ホイップアンテナの使用には、このようなシステムの信頼性に関連する大きな欠点がある。実際に、このホイップアンテナが設けられている非常に金属が多い環境が、このアンテナのミスマッチがおきてしまうという、相当に高いリスクの原因になり得る。

さらに、このようなアンテナは、バラストが舞い上げられることに関連して起こり得る衝撃に耐え得るためには、機械的な観点からは十分に頑丈でないことが分かっている。

気温が低い天候および雪の多い気象条件時には、軌道側に設置されて雪や氷に閉じ込められたバラストが、鉄道車両の通過時に舞い上げられることは、実際に頻繁に発生する。

従来技術では、このような物理的な大きさのモニタリング用モジュールを、他のタイプのアンテナ、例えば、パッチアンテナ、プリントダイポールアンテナ、または、プリントスロットアンテナなどとともに使用することが知られている。

ただし、このようなアンテナも、金属が多い環境に対して非常に敏感であり、上記金属が多い環境は、頻繁なミスマッチによって、上記アンテナの作動を攪乱し得る。

さらに、これらのアンテナを鉄道車両に設置されている、物理的な大きさのモニタリングおよび測定を行う自律的なモジュールに組み込むために、該アンテナのサイズの変更を考えることは困難であろう。なぜならば、ミスマッチ現象が発生することに加えて、サイズを制限すると、その直接的な結果として、これらのアンテナの場合には利得の減少が発生するからである。

〔発明の説明〕
本発明は、上記の従来技術の欠点の全てまたは一部を解消すること、具体的には、接触を介する案内部材のモニタリング（例えばベアリングケースに格納されたベアリングの、頑健な短距離無線通信リンクを介したモニタリング）を可能にする手段を提案することを目的とする。

本発明は、低コストかつ非侵入性を有し、例えば再登録費用の支払いが回避できるという効果を有する解決方法を提供する。なお、非侵入性を有するという理由は、例えば鉄道用軸箱に格納されたローラーベアリングケースに格納されたベアリングの場合、その軸箱を変更することが必要とされるからである。

この目的を達成するために、本発明の一態様は、接触を介する案内部材に特徴的な少なくとも１つの物理的な大きさをモニタリングするためのモジュールであって、外部を向き、かつ、電磁波が透過可能な透過性物質製の保護カバーによって閉じられた金属の空洞部の内部に設けられたＰＩＦＡアンテナを備え、該ＰＩＦＡアンテナが、異なる物質の複数の層を有する基板内に設けられた放射素子を有するモジュールに関する。

特定の各実施形態によれば：
−上記モニタリング用モジュールは、上記金属の空洞部が設けられている部分を有している；
−上記ＰＩＦＡアンテナは、上記金属の空洞部に設けられた金属製支持部に固定されている；
−上記ＰＩＦＡアンテナは、上記放射素子の周囲で折り畳まれた接地面を有している；
−上記接地面は、複数の線部２０、１９、２２、２７、および、１７を有している；
−上記放射素子２１は、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、および、Ｃ５によって、上記接地面が互いに異なる線部１９、２７、２２、２０、および、１７に結合されている；
−上記ＰＩＦＡアンテナは電力線２４の一部を含んでおり、この電力線２４は、コネクタ１０の中央のコア部から延び、また上記電力線２４の一方の端部は、上記接地面の線部２２の円形の空洞部２８内に出てくる；
−上記電源機構は、ＳＭＡ（“ＳｕｂＭｉｎｉａｔｕｒｅｖｅｒｓｉｏｎＡ”：サブミニチュアバージョンＡ）、ＵＭＰ、または、ＵＦＬから選択される型のコネクタを用いて、上記ＰＩＦＡアンテナに接続されている；
−上記放射素子２１は上記電力線２４の一部に接続されている；
−上記ＰＩＦＡアンテナは、該ＰＩＦＡアンテナと電気的に並列に接続された可変コンデンサを、上記コネクタ１０の中央のコア部と接地面との間に有している；
−電磁波が透過可能な上記透過性物質製の保護カバーは、ＨＤＰＥ（“ＨｉｇｈＤｅｎｓｉｔｙＰｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ”：高密度ポリエチレン）またはＬＤＰＥ（“ＬｏｗＤｅｎｓｉｔｙＰｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ”：低密度ポリエチレン）から選択される物質から形成されている；
−上記基板は、第２の物質の２つの層の間に設けられた第１の物質の層から構成されている；
−上記第１の物質はＨＤＰＥ類に属し、上記第２の物質はＰＴＦＥ類に属する；
−上記第２の物質はＡｒｌｏｎ（登録商標）２５Ｎである；
−上記アンテナは、８６８ＭＨｚの共振周波数において最大利得を示す；
−上記アンテナは、以下の寸法を有している：
−４ｍｍ〜２０ｍｍの高さ（つまりＰＩＦＡアンテナの厚さ）；
−４０ｍｍ〜６０ｍｍの長さ；
−１８ｍｍ〜２０ｍｍの幅。

−上記放射素子は矩形面を有している；
−上記接触を介する案内部材は、ベアリングケースに格納されたベアリングである；
−上記部分はヒートシンクまたはカバーから選択される；
本発明は、接触を介する案内部材に特徴的な、少なくとも１つの物理的な大きさをモニタリングするためのモジュールを最適化するための方法であって、以下のステップを含む方法にさらに関する。

−ＰＩＦＡアンテナを、外部を向き、かつ、電磁波が透過可能な透過性物質製の保護カバーによって閉じられた、該モニタリング用モジュールの金属の空洞部の内部に集積すること、および
−異なる物質の複数の層を有する基板内に設けられた放射素子の周囲で折り畳まれた接地面を有する該ＰＩＦＡアンテナを構成すること。

〔図面の簡単な説明〕
本発明の他の特徴および効果は、添付図面を参照した以下に示す記載によって理解されるであろう。

図１は、本発明の一実施形態に係るモニタリング用モジュールの断面図である。

図２は、金属の空洞部の４つの異なるモデル化の例を示す図である。

図３Ａおよび図３Ｂは、ＰＩＦＡアンテナの側面図である。

図４は、ＰＩＦＡアンテナの上面図である。

図５は、金属の空洞部に設置されたＰＩＦＡアンテナの周波数に対する反射係数を示すグラフである。

図６は、ＬＤＰＥ（“ＬｏｗＤｅｎｓｉｔｙＰｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ”：低密度ポリエチレン）製の保護カバーを設けた場合および該保護カバーを設けない場合について、金属の空洞部に設置されたＰＩＦＡアンテナの周波数に対する反射係数を示す２つのグラフである。

図７は、本発明の一実施形態に係るＰＩＦＡアンテナの電気回路図である。

分かり約するために、全ての図面において、類似または同一の部材には同一の参照記号を付与している。

〔一実施形態の詳細な説明〕
本発明は、仏国特許第ＦＲ１１５５９９３号、第ＦＲ１１５５９９４号、および、第ＦＲ１１５５９９５号に記載の、接触を介する案内部材のモニタリング用モジュール１の技術的特徴を全て備えている。

本発明の本実施形態において、対象となる接触を介する案内部材は、鉄道用軸箱に格納されたローラーベアリングケースに格納されたベアリングであるが、この特定の実施形態は本発明の権利範囲を必ずしも限定するものではない。

図１は、接触を介する案内部材（例えば、ベアリングケースに格納されたベアリング）に特徴的な少なくとも１つの物理的な大きさのモニタリング用モジュール１であって、仏国特許第ＦＲ１１５５９９３号、第ＦＲ１１５５９９４号、および、第ＦＲ１１５５９９５号に記載の複数の技術的な基礎的要素、特に、ベアリングの状態の診断結果を伝送するためのユニットを備えたモニタリング用モジュール１を示している。

ベアリングの状態の診断結果を伝送するための該ユニットは、伝送用アンテナをモニタリング用モジュールに集積し、また低電力無線周波数を介して電子的伝送モジュール（無線センサノード）に接続することを可能にする技術的構造を全て備えている。

このモニタリング用モジュール１は、少なくともＰＩＦＡ（“ＰｌａｎａｒＩｎｖｅｒｔｅｄ−ＦＡｎｔｅｎｎａ”：板状逆Ｆアンテナ）アンテナ５の最大利得に対応する周波数帯域において電磁波が透過可能である、透過性物質製の保護カバー４によって閉じられ、かつ外部を向いた、金属の空洞部２の内部に設けられたＰＩＦＡアンテナ５を備えている。

この保護カバー４によって、特に、上記モニタリング用モジュールが厳しい環境（例えば、鉄道車両の台車）に配置される場合に、ＰＩＦＡアンテナ５は保護される。

ＰＩＦＡアンテナ５の保護カバー４は、ＰＥ（“ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ”：ポリエチレン）系の物質で形成され、少なくとも３ｍｍの厚さを有する。

さらに具体的には、この物質は、例えば、８６９ＭＨｚの周波数において、比誘電率がεｒ＝２．１０、誘電損率ｔａｎδ＝１．７．１０^−３のＬＤＰＥ（“ＬｏｗＤｅｎｓｉｔｙＰｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ”：低密度ポリエチレン）である。

ＰＥの効果は、高密度（“ＨＤ”：ｈｉｇｈｄｅｎｓｉｔｙ）であるのか、または、低密度（“ＬＤ”：ｌｏｗｄｅｎｓｉｔｙ）であるのかに関わりなく、衝撃を受けても劣化せずに良好な変形性を有することである。さらに、ＰＥは、８６８ＭＨｚの周波数において、非常に良好な電磁気的挙動を示す。一方で、Ｐｌｅｘｉｇｌａｓ（登録商標）型のポリマーは、ファイバーガラスをベースにしており、脆弱で、衝撃を受けると粉砕される。

別の構成として、ＰＩＦＡアンテナ５の保護カバー４を形成する上記物質は、ＬＤＰＥに比べて堅く、しかも非常に良好な誘電特性を有するＨＤＰＥであってもよい。

金属の空洞部２は、このモニタリング用モジュールの一部内において構成される。この部分は、例えば、カバーまたはヒートシンクに関連する。

本実施形態において、この部分は、アルミニウム合金製のヒレ状部を有するヒートシンク３に関連するが、これに限定されるものではない。

この部分がヒートシンク３に関連する場合、このモニタリング用モジュール１のＰＩＦＡアンテナは、このヒートシンク３によって構成される金属塊に特に適合するように構成される。

さらに、ＰＩＦＡアンテナ５を金属の空洞部２に集積することは、集積として最適である。なぜならば、この集積は、上部、つまり、ヒートシンク３において実施され、したがって、アンテナの離調の潜在的な原因である軸箱のカバーから離れた部分において実施されるからである。

しかも、金属の空洞部において、ＰＩＦＡアンテナ５は、約１０ｍという比較的短い距離に配置された受信機（例えば、軌道わきに配置された無線通信端末）に対して、最適な送信を実施することの実現可能性を保持したままで、外部の環境からは保護されている。

図２は、この金属の空洞部２の４つの異なるモデル化例１１、１２、１３、１４を提示することによって、ＰＩＦＡアンテナを金属の空洞部２に集積し固定する様子を示している。

ＰＩＦＡアンテナ５が金属の空洞部において配置される限り、ＰＩＦＡアンテナ５は同じように放射しないので、金属の空洞部２内では、ＰＩＦＡアンテナ５を最適に固定するための特別な構成が実現される。

金属の空洞部２にＩＦＡアンテナ５を固定するために、中央の機械加工部９を備えた金属製支持部６が設けられる。

この中央の機械加工部９は、アンテナ５の装着時に、ＰＩＦＡアンテナ５が配置され、次に、接地面２０のある部分が金属製支持部６に接触し、かつ、この接地面２０に隣接するＰＩＦＡアンテナ５の側面が金属の空洞部２の角部８に接触はしないが角部８に対向する位置に達するまで、ＰＩＦＡアンテナ５が金属の空洞部２内へ滑り入れられる際に、コネクタ１０を受けるためのものである。こうすることによって、ＰＩＦＡアンテナは、例えば接着剤などの固定手段を用いて、後部支持部に直接固定される。

また、特にコネクタに対して加えられるねじれ力を抑制するためにケーブルを接続するには、中央の機械加工部９が必要であることが理解される。

一方で、電源機構は可変コンデンサを備え、この可変コンデンサが、金属の空洞部内へのＰＩＦＡアンテナの装着時に、所望の周波数に対するＰＩＦＡアンテナの同調を最適化することを可能にする。

この可変コンデンサ（バリキァップ）は、コネクタ１０の中央のコア部と上記接地面との間で、アンテナ５と電気的に並列に接続される。

上記可変コンデンサは、上記アンテナの装着時に、同調の質に直接的に影響するこのような空洞部における配置の許容度と関連して、伝送における利得の最適値が所望の周波数（８６８ＭＨｚ）において得られるように、このＰＩＦＡアンテナ５を周波数において調節することを可能にする。

図３Ａ、図３Ｂ、および、図７はＰＩＦＡアンテナ５の側面図を示し、図４はこのアンテナ５の上面図を示している。

このＰＩＦＡアンテナは平面状の矩形の放射素子２１および接地面を備え、この接地面は、アンテナ５の物理的なサイズを小さくするために、放射素子の周囲で折り畳まれている。

一実施形態において、上記接地面は、接地面が８６８ＭＨｚで共振するように選択された電気長を有する。この接地面は、第１の部分２０、左側方部分１９、放射素子の上方に折り畳まれた部分２２、右側方部分２７、および、部分１７によって実現される上記接地面の戻り部分を備えている。

この放射素子２１は、以下のコンデンサによって、互いに異なる部分２０、１９、２２、２７、および、上記接地面の戻り部分を形成する１７に結合される。

−電力線２４のセクションと上記接地面の側方部分１９との間に設けられ、上記アンテナの電気インピーダンス（５０Ω）に最も大きな度合いで関与するコンデンサＣ１；
−放射素子２１と上記接地面の側方部分２７との間に設けられているコンデンサＣ２；
−放射素子２１と上記接地面の戻り部分１７に対応する部分との間に設けられているコンデンサＣ３；
−放射素子２１と上記接地面の一部２２との間に設けられているコンデンサＣ４、および
−放射素子２１と上記接地面２０の上記部分との間に設けられているコンデンサＣ５。

この放射素子２１は上記接地面２０の上記部分の上方に配置され、電力線２４とコネクタ１０とを備えた電源機構に接続される。

図７において、電力線２４および放射素子２１は、このＰＩＦＡアンテナの「正」極を構成し、２つのインダクタＬ１およびＬ２、ならびに、直列に接続された２つの抵抗器ｒｃ１およびｒｃ２によって表わされる。

これらの抵抗器ｒｃ１およびｒｃ２は、銅製の導体の特徴に起因するジュール効果による損失の制御素子であるが、本実施形態ではこれに限定されるものではない。

上記インダクタＬ１およびＬ２は、放射素子２１および電力線２４のコンポーネントの誘導効果を表わし、コネクタ１０から「見た」インピーダンスに関与する。

上記電源機構は、上記モニタリング用モジュールから送られて来る情報を伝送することを可能にする無線周波数伝送モジュールに対応する。

電力線２４のセクションの第１の端部は、例えばＳＭＡ型のコネクタ１０の中央のコア部から延び、第２の端部は、上記接地面の線部２２の円形の空洞部２８内に、最小の円形の距離約１ｍｍで現れる。電力線２４のセクションのこの役割は、放射素子２１を機械的に維持することである。

上記接地面は、同じ電気長を保持ししたまま、ＰＩＦＡアンテナ５のサイズを小さくすることができるように、接地面２０の上記部分に平行な折り畳まれた部分２２を含む。この電気長は、８６８ＭＨｚで上記アンテナに共振するように選択される。

この平行部分２２は、ＰＩＦＡアンテナ５の入力インピーダンスに対して容量的な効果を有し、コネクタ１０から見た入力インピーダンスにおいて、インダクタンスＬ１およびＬ２に関与する。

折り畳まれた部分２２は、上記線部１７に対応する上記接地面の戻り部分を備えている。この線部１７の長さは、ＰＩＦＡアンテナ５を周波数において同調させるための、つまり、無線周波数の中心を８６８ＭＨｚとし、かつ、このＰＩＦＡアンテナの反射係数Ｓ１１の振幅を最小にするための、調節変数である。

この変数は、アンテナ５の精密な調節を可能にする主調節変数である。この場合、目的は、５０Ωの電気的インピーダンスを達成し、かつ、反射係数Ｓ１１の値を所望の周波数（８６８ＭＨｚ）まで最小化することである。その結果、伝送係数は最大化される。

上記アンテナの作動原理は以下のようである。すなわち、上記放射素子の電力によってこの素子に電流が発生する。この電流の発生によって、折り畳まれた接地面との誘導結合および容量結合ならびに誘導効果を介して、この接地面に表面電流が励起される。このアンテナの放射は、Ａ面では半球状であり、Ｂ面でも半球状である（ただし、振幅は小さい）。このアンテナは、主に（保護壁に対向する位置に配置された）Ａ面に向かって放射するが、そのデザインによって後部（Ｂ面）に向かっても放射する。

上記ＰＩＦＡアンテナの寸法を決定する上記各パラメータの変化によって、ＰＩＦＡアンテナを最適に構成することができるようになる。

このような例として、上記ＰＩＦＡアンテナの寸法を決定するこれらのパラメータのうちの３つを図３Ａに示しており、これらは以下の特性を有する：
−上記電力線と接地面１９の側面との間の距離に対応するパラメータ２５。この距離は、アンテナの入力インピーダンスの大きさの決定に最も大きな度合いで影響し、同調を得るためには５０Ωでなければならない；
−放射素子２１と上記接地面の部分２７との間の距離に対応するパラメータ２６。この距離も、上記アンテナの入力インピーダンスに関与するが、パラメータ２５に比べると影響の程度は小さい。

−上記接地面の部分１７の長さに対応するパラメータ２３。この長さは、周波数におけるアンテナの精密な調節を可能にする主調節変数を構成する。目的は、５０Ωの電気インピーダンス優先的に達成し、かつ、反射係数Ｓ１１の値を所望の周波数（８６８ＭＨｚ）まで最小化することである。その結果、伝送係数は最大化される。

放射素子２１は、異なる物質の複数の層１５、１６を備えた基板内に設けられている。この放射素子２１は、厚さが３５μｍの銅に対応する。

さらに具体的には、この基板は、厚さがそれぞれ８００μｍの第２の物質の２つの層１５の間に、厚さが３．２ｍｍの第１の物質の層１６を備えている。

現在の技術的状況では、ＰＩＦＡアンテナが、金属以外の物質と空気から構成される基板とを備えないことが知られている。

本発明の文脈において、空気以外の物質であって、誘電率ε_ｒおよび透磁率μ_ｒで表わされる電磁気学的特性を有する物質を用いることによって、上記アンテナの物理的なサイズを小さくすることができるようになる。

本発明によれば、上記基板は、異なる厚さ、および、８６８ＭＨｚにおいて異なる複素誘電率の値を有する、少なくとも２つの誘電性物質の積層構造を備えている。

本発明に係る本実施形態において、上記第１の物質は、ＨＤＰＥ（“ＨｉｇｈＤｅｎｓｉｔｙＰｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ”：高密度ポリエチレン）類に属し、上記第２の物質はＰＴＦＥ（“ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ”：ポリテトラフルオロエチレン）類に属する。

本実施形態において、上記第１の物質は不活性プラスチックであり、上記第２の物質はＡｒｌｏｎ（登録商標）２５Ｎに対応する。

上記ＨＤＰＥは、８６８ＭＨｚの周波数において比誘電率がεｒ＝２．１６であり、誘電損率がｔａｎδ＝１．１０^−３である。

物質に関するこの構成は、物質のコストおよび入手可能性に関しては非常に良好な妥協案である。

異なる物質の複数の層１５、１６を備えたこのような基板の使用に関連する効果の１つは、該基板の使用によって、上記アンテナの物理的なサイズを小さくすることができるという事実に関連する。さらに、この基板のもう１つの効果は、該基板の使用によって、上記接地面からの制御された距離において、放射素子の最適な機械的耐性が得られるようになるという事実に関連する。

また、１００％のＡｒｌｏｎ（登録商標）、または、１００％のＰＥＨＢで構成された基板を使用することによって、このＰＩＦＡアンテナ５とは別の寸法決定も可能である。

さらに、上記基板において使用されるこのような各物質は、どちらも、８６８ＭＨｚ（アンテナの所望の動作周波数）において非常に良好な質の電磁気学的特性を有し、損失は５．１０^−３未満である。

ＰＩＦＡアンテナの寸法は、次に記す表１のように指定する。ただし、これに限定されるものではない。

このＰＩＦＡアンテナを製造するという文脈の下において、この表に記した各値はこのアンテナの特性に対して相対的であって、製造の許容差（最大で数十ｍｍまで可能）に依存して異なってもかまわない。

ＰＩＦＡアンテナ５のコネクタ１０によって、ＰＩＦＡアンテナ５を電源機構および電子的伝送モジュール（無線センサノード）に接続することが可能になる。

これは、５０Ωに合わせて構成されたコネクタ１０に対応し、ＳＭＡ１０（“ＳｕｂＭｉｎｉａｔｕｒｅｖｅｒｓｉｏｎＡ”：サブミニチュアバージョンＡ）型、ＵＭＰ１０型、または、ＵＦＬ１０型などであってもよい。

本実施形態では、ＰＩＦＡアンテナのコネクタ１０は、低背コネクタに関連し、したがって、ＵＭＰ型またはＵＦＬ型に関連する。このようなコネクタによって、その小さなサイズのため、ＰＩＦＡアンテナ５を金属の空洞部２により良好に集積することができるようになる。

このＰＩＦＡアンテナ５の効果の１つは、短距離無線デバイスの受信時の出力値および感度値を考慮することによって、上記金属の空洞部内部の伝播において、適切な性能が提供できるだけの十分な利得値をともなった全方向性を有することである。

したがって、ＰＩＦＡアンテナ５は、水平偏光とともに鉛直偏光を受信する能力を有する。このことは、金属の空洞部２内において起こり得るように、非偏光が蔓延していて偏光の選択が困難な内部環境において大変有利となる。

図５に示すように、ＰＩＦＡアンテナ５は金属の空洞部２に固定され、８６８ＭＨｚの共振周波数で最大利得を示し、帯域幅は８ＭＨｚである。必要であれば、保護カバー４の使用を埋め合わせるために、共振周波数を増加させてもかまわない。

このような例として、図６は、金属の空洞部２の内部に固定された伝送用ＰＩＦＡアンテナに対向する位置に設置された、厚さが３．２ｍｍのＬＤＰＥで形成される保護カバー４の影響を示している。したがって、このＰＩＦＡアンテナは８６８ＭＨｚの周波数で放射する。

したがって、この共振周波数は、ＰＩＦＡアンテナ（５）に対向する位置に誘電性物質を付加することによって、埋め合わせることが可能であることがわかる。

例えば、比誘電率がεｒ＝４．５である３ｍｍのＦＲ４を、保護用ＬＤＰＥ製カバーの正面に付加すると、周波数シフトが発生し、送信周波数が８７８ＭＨｚから８６８ＭＨｚに変化する。

使用中のＬＤＰＥより高い誘電率、または、相当大きな防護厚さを有する保護カバーを選択することによっても、類似の結果が得られる。

同様に、帯域幅を変化させることができる効果が、ＰＩＦＡアンテナ５の厚さを修正することによっても得られる。

このＰＩＦＡアンテナは、以下の各ステップによって組み立てられる：
−導電性物質を、水平方向の側面上の接地面の一部２０および２２に関連する基板１５、１６上に堆積させること；
−基板上の物質１５および１６を穿孔して、金属化（metallizatiion）を実施する前に線２４を形成できるようにすること；
−基板の異なる物質層を積層すること；
−ＰＩＦＡアンテナの鉛直方向の側面上の接地面および放射素子を構成する導電性物質をメッキし、押圧すること、および
−基板に開けた上記の穴を金属化することによって線２４を設置可能にすること、および
−上記接地面の線部２０上に、コネクタ１０を溶接すること。

本発明の本実施形態では、アンテナの周波数調節が、空洞部のアンテナの周波数を測定し、そしてバリキャップ（varicap）によって補正するステップによって、反復的に実現可能である。

本発明の一実施形態に係るモニタリング用モジュールの断面図である。金属の空洞部の４つの異なるモデル化の例を示す図である。ＰＩＦＡアンテナの側面図である。ＰＩＦＡアンテナの側面図である。ＰＩＦＡアンテナの上面図である。金属の空洞部に設置されたＰＩＦＡアンテナの周波数に対する反射係数を示すグラフである。ＬＤＰＥ（“ＬｏｗＤｅｎｓｉｔｙＰｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ”：低密度ポリエチレン）製の保護カバーを設けた場合および該保護カバーを設けない場合について、金属の空洞部に設置されたＰＩＦＡアンテナの周波数に対する反射係数を示す２つのグラフである。本発明の一実施形態に係るＰＩＦＡアンテナの電気回路図である。

Claims

接触を介する案内部材の状態に特徴的な、少なくとも１つの物理的な大きさをモニタリングするための、ＰＩＦＡアンテナを備えたモジュールであって、
該ＰＩＦＡアンテナ（５）が、外部を向き、かつ、電磁波が透過可能な透過性物質製の保護カバー（４）によって閉じられた金属の空洞部（２）の内部に設けられ、
該ＰＩＦＡアンテナ（５）が、異なる物質の複数の層を有する基板内に設けられた放射素子（２１）を備えていることを特徴とするモジュール。
上記モニタリング用モジュールが、上記金属の空洞部（２）が設けられた部分（３）を有していることを特徴とする、請求項１に記載のモニタリング用モジュール。
上記ＰＩＦＡアンテナ（５）が、上記金属の空洞部（２）内に設けられた金属製支持部（６）上に固定されていることを特徴とする、請求項１または２に記載のモニタリング用モジュール。
上記ＰＩＦＡアンテナ（５）が、上記放射素子の周囲で折り畳まれた接地面を有していることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のモニタリング用モジュール。
上記接地面が、複数の部分（２０）、（１９）、（２２）、（２７）、および、（１７）を有していることを特徴とする、請求項４に記載のモニタリング用モジュール。
上記放射素子（２１）が、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、および、Ｃ５によって上記接地面の互いに異なる部分（１９）、（２７）、（２２）、（２０）、および、（１７）に結合されていることを特徴とする、請求項５に記載のモニタリング用モジュール。
上記ＰＩＦＡアンテナ（５）が電力線（２４）を備え、電力線（２４）がコネクタ（１０）の中央のコア部から延び、電力線（２４）の端部の一方が上記接地面の線部（２２）の円形の空洞部（２８）内に出ることを特徴とする、請求項４〜６のいずれか一項に記載のモニタリング用モジュール。
上記放射素子（２１）が電力線（２４）に接続されていることを特徴とする、請求項７に記載のモニタリング用モジュール。
ＳＭＡ（“ＳｕｂＭｉｎｉａｔｕｒｅｖｅｒｓｉｏｎＡ”：サブミニチュアバージョンＡ）、ＵＭＰ、または、ＵＦＬから選択される型のコネクタ（１０）を用いて、電源機構が上記ＰＩＦＡアンテナ（５）に接続されていることを特徴とする、請求項８に記載のモニタリング用モジュール。
上記ＰＩＦＡアンテナ（５）が、ＰＩＦＡアンテナ（５）と電気的に並列に接続された可変コンデンサを、コネクタ（１０）の中央のコア部と上記接地面との間に有していることを特徴とする、請求項４〜９のいずれか一項に記載のモニタリング用モジュール。
電磁波が透過可能な上記透過性物質製の保護カバー（４）が、ＨＤＰＥ（“ＨｉｇｈＤｅｎｓｉｔｙＰｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ”：高密度ポリエチレン）またはＬＤＰＥ（“ＬｏｗＤｅｎｓｉｔｙＰｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ”：低密度ポリエチレン）から選択される物質から形成されていることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のモニタリング用モジュール。
上記基板が、第２の物質の２つの層（１５）の間に設けられた第１の物質の層（１６）を含んで構成されていることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれかに記載のモニタリング用モジュール。
上記第１の物質がＨＤＰＥ類に属し、上記第２の物質がＰＴＦＥ類に属することを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のモニタリング用モジュール。
上記第２の物質がＡｒｌｏｎ（登録商標）２５Ｎであることを特徴とする、請求項１３に記載のモニタリング用モジュール。
上記ＰＩＦＡアンテナ（５）が、８６８ＭＨｚの共振周波数において最大利得を示すことを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか一項に記載のモニタリング用モジュール。
上記ＰＩＦＡアンテナ（５）が以下の寸法を有していることを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか一項に記載のモニタリング用モジュール：
−４ｍｍ〜２０ｍｍの高さ
−４０ｍｍ〜６０ｍｍの長さ
−１８ｍｍ〜２０ｍｍの幅。
上記放射素子（２１）が矩形面を有していることを特徴とする、請求項１〜１６のいずれか一項に記載のモニタリング用モジュール。
上記部分（３）が以下の素材のいずれか１つから選択されることを特徴とする、請求項２〜１７のいずれか一項に記載のモニタリング用モジュール：ヒートシンクまたはカバー。
上記接触を介する案内部材が、ベアリングケースに格納されたベアリングであることを特徴とする、請求項１〜１８のいずれか一項に記載のモニタリング用モジュール。
接触を介する案内部材に特徴的な、少なくとも１つの物理的な大きさをモニタリングするためのモジュールを最適化するための方法であって、以下のステップを含むことを特徴とする方法：
−ＰＩＦＡアンテナ（５）を、外部を向き、かつ、電磁波が透過可能な透過性物質製の保護カバー（４）によって閉じられた、該モニタリング用モジュールの金属の空洞部（２）の内部に集積すること、および
−異なる物質の複数の層を有する基板内に設けられた放射素子の周囲で折り畳まれた接地面を有する該ＰＩＦＡアンテナ（５）を構成すること。