JP6878172B2 - ワイヤレスインターホン機器 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信機能を有してコードレスで呼出／通話を実施できるワイヤレスインターホン機器に関する。

ワイヤレス方式のインターホン機器は従来より採用されており、例えば、特許文献１に開示されているように、居室親機と携行可能とした副親機との間で採用されている。
この特許文献１では、映像信号や通話信号を処理する主機能を実装した基板と、無線通信する機能を実装した基板とを別基板とし、更にアンテナをパターン形成した基板を別途設けて親機ケースに収納している。

特開２００９−１３５６７９号公報

無線通信機能を有する機器の小型化およびコストダウンを行うには、すべての回路を１枚の基板に搭載することが望ましいが、上述したように、従来は無線機能を実装した基板及びアンテナパターンを形成した基板と、映像信号や通話信号を処理するインターホン機能を実装した基板とは別基板に実装していた。
これは、アンテナから放射される電波や、アンテナに流れる高周波電流により発生するコモンモード電流が、音声系や映像系の回路へ干渉するのを防止するためであった。
尚、無線通信のための高周波信号の音声系への干渉を低減する為に、インダクタンスとコンデンサによるコモンモードフィルタで対策を行うことは可能であるが、小型化に寄与する対策ではなかった。

そこで、本発明はこのような問題点に鑑み、アンテナやバランの形状や配置を工夫することで、映像信号及び通話信号を処理する回路を実装した基板にアンテナを含む高周波回路を実装しても、映像信号や通話信号にアンテナに流れる高周波電流が影響を及ぼさないワイヤレスインターホン機器を提供することを目的としている。

上記課題を解決する為に、請求項１の発明は、基板にパターン形成した平衡型アンテナにより、１．９ＧＨｚ帯を使用した無線通信により、音声信号及び映像信号を送受して通話を可能とするワイヤレスインターホン機器であって、平衡型アンテナを、基板にパターン形成したバラン部及び不平衡線路を介して同一基板上に形成した無線通信回路に接続し、不平衡線路の周囲に配設されたグランドパターンのバラン部近傍となる縁部に、グランドパターンから一部がはみ出す所定の径の穴を基板に穿設してグランドパターンに切り欠き部を形成し、切り欠き部をチョークコイルとして作用させることで、平衡型アンテナに流れる高周波電流の不一致によるグランドパターンへのコモンモード電流を阻止することを特徴とする。
この構成によれば、不平衡線路の周囲に配設されたグランドパターンのバラン部近傍となる縁部に、所定の径の穴を穿設してグランドパターンの端部にチョークコイルの作用を奏する切り欠きを設けることで、平衡型アンテナに流れる高周波電流の不一致によるコモンモード電流の発生を抑制できる。そのため、アンテナを形成した基板にインターホン回路を実装しても、アンテナから放射される電波のインターホン回路への干渉を低減でき、良好なインターホン動作を実現できる。また、チョークコイルは単純な穴としたため、省スペースで回路形成でき、ワイヤレスインターホン機器の小型化に有効である。

請求項２の発明は、請求項１に移載の構成において、基板は多層基板であって、不平衡線路は多層基板の表面に形成される一方、不平衡線路の下部となる多層基板の内層はグランドパターンで覆われて成り、バラン部は、不平衡線路に連続して多層基板の表面に形成され、且つ不平衡線路に対して４５°の角度で配設された第１バランパターンと、内層に形成されたグランドパターンに接続されて、第１バランパターンと重なる様にパターン形成された第２バランパターンとを有し、更に、第１及び第２バランパターンの線路幅を同一として、線路長を電気長波長の４分の１としたことを特徴とする。
この構成によれば、第１及び第２バランパターンの線路幅を同一とし、線路長を電気長波長の４分の１とすることで、平衡電圧の２つの振幅が同一になり、バラン動作の誤差による動作損失を低減できる。また、バラン部を４５°の角度で不平衡線路に接続したことで、バラン部の実効占有面積を低減させることができ、小型化に有効である。

請求項３の発明は、請求項２に記載の構成において、平衡型アンテナの２つのパターンのうち、一方は多層基板の表面に形成される一方、他方は裏面に形成され、
裏面のパターンは、第２バランパターンの端部とスルーホールを介して接続されて成ることを特徴とする。
この構成によれば、スルーホールを介してバランとアンテナが接続されるため、外観上鋭角に接続されても、高周波電流はパターン連結部に於いてはスルーホールを流れるため、高周波電流がパターンの鋭角な内側に集中して流れるのを回避でき、平衡型アンテナの２つのパターンの平衡状態を保つことができる。

請求項４の発明は、請求項３に記載の構成において、平衡型アンテナは全体で２分の１波長のダイポールアンテナであり、バラン部の線路幅が、下記（１）式に基づき算出された所定の幅に設定されていることを特徴とする。
線路幅Ｗｇ＝（２π・ｄ）／√εｒ ・・・（１）
ここで、Ｗｇ：線路幅、ｄ：多層基板の誘電体部の厚み、εｒ：基板の比誘電率である。
この構成によれば、ダイポールアンテナの特性インピーダンスは７３Ω、無線通信部の特性インピーダンスは５０Ωであるが、バラン部の線路においてインピーダンス変換を行うことができ、利得の低下を防止できる。

請求項５の発明は、請求項４に記載の構成において、ダイポールアンテナは、基板の縁近傍において縁に平行に配置されると共に、２つのアンテナパターンは先端に向けて拡幅形成され、当該拡幅は、基板の縁方向に向けて実施されて成ることを特徴とする。
この構成によれば、ダイポールアンテナの広帯域化を図ることができる。

本発明によれば、不平衡線路の周囲に配設されたグランドパターンのバラン部近傍となる縁部に、所定の径の穴を穿設してグランドパターンの端部にチョークコイルの作用を奏する切り欠きを設けることで、平衡型アンテナに流れる高周波電流によるコモンモード電流の発生を抑制できる。そのため、アンテナを形成した基板にインターホン回路を実装しても、アンテナから放射される電波のインターホン回路への干渉を低減でき、良好なインターホン動作を実現できる。また、チョークコイルは単純な穴としたため、省スペースで回路形成でき、ワイヤレスインターホン機器の小型化に有効である。

本発明に係るインターホン機器を使用したインターホンシステムの一例を示す構成図である。 無線通信部からアンテナに至る線路パターンの概略説明図である。 基板表面に形成したアンテナパターンの説明図である。 基板内層に形成したアンテナパターンの説明図である。 基板裏面に形成したアンテナパターンの説明図であり、基板表側から見た透視図で示している。 バラン部からアンテナに流れる電流の説明図であり、（ａ）は両者を同一面にパターン形成した比較図、（ｂ）は両者を異なる面に形成してスルーホールで連結した場合を示している。 アンテナ給電部の基板断面説明図である。 チョークコイルとしてグランドパターン縁部に形成した丸穴の作用説明図である。 アンテナパターンの形状説明図である。

以下、本発明を具体化した実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明に係るインターホン機器を使用したインターホンシステムの一例を示す構成図であり、玄関子機１と伝送線Ｌ１を介して接続された居室親機２と、この居室親機２と無線通信して呼び出しに応答するためのワイヤレス親機３とを備えた構成を示し、居室親機２とワイヤレス親機３とが、本発明に係るワイヤレスインターホン機器１０である。

図２〜５は、ワイヤレスインターホン機器１０のハウジング内に組み付けられた基板に形成したアンテナパターンの説明図であり、図２は無線通信部からアンテナに至る線路パターンの概略説明図、図３は基板表面に形成したアンテナパターンの説明図、図４は基板内層に形成したアンテナパターンの説明図、図５は基板裏面に形成したアンテナパターンの説明図であり、基板表側から見た透視図で示している。
各図において、１１（１１ａ，１１ｂ）はパターン形成された平衡型アンテナの１つであるダイポールアンテナ（以下、単に「アンテナ」と称する）、１２（１２ａ，１２ｂ）はバラン部、１３は不平衡線路、１４は１．９ＧＨｚ帯の所定の周波数の信号を生成及び受信する高周波回路である無線通信部である。

アンテナ１１は、給電点Ｍを中心に１８０度の角度を有して逆向きに配設された一対のアンテナパターン（第１アンテナパターン１１ａ，第２アンテナパターン１１ｂ）から成り、全体で送信周波数の２分の１波長の長さを有している。
そして、図３，５に示す様に、多層から成る基板２０の表面に第１アンテナパターン１１ａが形成され、基板２０の裏面に第２のアンテナパターン１１ｂが形成されている。

バラン部１２は、基板２０の表面に形成された第１バランパターン１２ａと、基板２０の内層に形成された第２バランパターン１２ｂとで構成され、両者は重ね合わさるよう配置され、同一幅で線路長を電気長波長λｇの４分の１の長さで並行に配設されている。
第１バランパターン１２ａは、図３に示す様に一端が無線通信部１４から延設された不平衡線路１３に接続されて、他端がアンテナ１１の基部である第１アンテナパターン１１ａ給電点に接続されており、ホット電流が流れるパターンとして形成されている。
第２バランパターン１２ｂは、同様に内層に形成されたグランドパターン１５に一端が接続されて、他端が基板２０の裏面に形成された第２アンテナパターン１１ｂの給電点Ｍに接続されており、コールド電流が流れるパターンとして形成されている。

そして、不平衡線路１３とバラン部１２との接続は、バラン部１２による実効占有面積を低減させる為、４５°で行われている。また、バラン部１２とアンテナ１１との接続は、基板２０の縁部に沿ってアンテナ１１をパターン形成する制約上、直角ではなく４５°、１３５°の角度（第１バランパターン１２ａと第１アンテナパターン１１ａとは１３５°、第２バランパターン１２ｂと第２アンテナパターン１１ｂとは４５°の角度）で実施される。

但し、この第２バランパターン１２ｂと第２アンテナパターン１１ｂとは基板２０の異なる層に形成されており、基板２０に貫通形成されたスルーホール１６を介して電気的に接続されている。これは、以下の理由による。

図６（ａ）は第２バランパターン１２ｂと第２アンテナパターン１１ｂを基板２０の同一面にパターン形成した比較例を示し、図６（ｂ）は異なる層にパターン形成して、スルーホール１６で連結した本発明の形態を示している。
上述したように、第１バランパターン１２ａと第１アンテナパターン１１ａとは１３５°で接続され、第２バランパターン１２ａと第２アンテナパターン１１ｂとは４５°で接続されている。そのため、４５°で接続される第２アンテナパターン１１ｂの連結部（給電点Ｍ）は、形成した導体パターンの最短ラインに電流（高周波電流）が流れようとするため、図６（ａ）の矢印ｉ１に示すように連結部の内側に電流集中が発生する。こうなると、アンテナパターンに至る電気長に差異が発生し、電力ロスが発生してしまう。

これを防止するために、４５°で接続される第２アンテナパターン１１ｂと第２バランパターン１２ｂとを異なる層に形成して、両者をスルーホール１６で接続している。
こうすることで、図６（ｂ）の矢印ｉ２、ｉ３に示すように最短コースへ電流が集中するのを防止でき、第１アンテナパターン１１ａと第２アンテナパターン１１ｂの電気長を一致させることができる。
図７はこの説明図で、スルーホール１６形成部位の基板２０の断面説明図である。基板２０に貫通形成したスルーホール１６により第２バランパターン１２ｂと第２アンテナパターン１１ｂとが接続された状態を示し、電流（矢印で示す）がスルーホール１６を介して３次元で流れることで、電気長が短縮されるのを防いでいることを示している。
尚、第１アンテナパターン１１ａと第１バランパターン１２ａとの接続は、１３５°で行われて鋭角ではないため、電気長が設計値から大きく変化するようなことがない。

このように、スルーホール１６を介してバラン部１２とアンテナ１１が接続されるため、外観上鋭角に接続されても、高周波電流はパターン連結部に於いてはスルーホール１６を流れる。そのため、高周波電流がパターンの鋭角な内側に集中して流れるのを回避でき、アンテナ１１の２つのパターンの平衡状態を保つことができる。

次に、バラン部１２の線路幅を説明する。誘電体から成る基板２０を介して異なる層に配置されて、立体的に配置されている同じ線路幅のバラン部１２の線路幅Ｗｇは次式で求めた幅となっている。
Ｗｇ＝２π・ｄ／√εｒ
但し、ｄ：多層基板の誘電体部の厚さ、εｒ：基板の比誘電率である。

このような線路幅とすることで、アンテナ１１の特性インピーダンスは７３Ω、無線通信部１４の特性インピーダンスは５０Ωであるが、バラン部１２の線路においてインピーダンス変換を行うことができ、利得の低下を防止できる。

また、バラン部１２と不平衡線路１３の境界付近にはコモンモード電流を阻止するためのチョークコイルの役割をする穴１７が基板２０に穿設形成されている。
図３に示す様に、穴１７は直径５ｍｍの丸穴であり、不平衡線路１３とバラン部１２との境界部付近であるグランドパターン１５の隅部に、一部がグランドパターン１５からはみ出すよう穿設されている。
この結果、バラン部１２に近いグランドパターン１５の縁部において、対向する鋭端部を有する略円形の切り欠き１５ａが形成される。加えて、グランドパターン１５は、基板２０の表面、内層、裏面のそれぞれに、同一形状で形成されており、グランドパーターン１５の対向する鋭端部を有する略円形の切り欠き１５ａは内層及び裏面にも形成され、３箇所同時に形成される。

この略円形の切り欠き１５ａの作用は以下の様である。図８は、グランドパターン１５の縁部に形成した円形の切り欠き１５ａの作用説明図であり、この図８を参照して説明する。
高周波電流の場合は大半が形成されたパターンの縁に沿って流れる。そのため、図８の矢印で示す様に丸穴により形成された略円形の切り欠き１５ａの鋭角な先端部Ｐ１，Ｐ２では、直線部（グランドパターン１５の端部）と切り欠き１５ａの円周部とで電流の流れが逆になり、あたかも電流がキャンセルされるような流れが発生する。
そして基板２０に穴を開けることで、このキャンセルされる部分を基板２０の表面と内層と裏面の３箇所作り出すことができるし、切り欠き１５ａの円周分（直径×約３倍）電流経路が長くなるので、コイルのない単純な形状でもチョークコイルの作用を効果的に奏させることができる。この結果、コモンモード電流の阻止に効果を奏している。

また図９は、アンテナ１１の形状を示す平面説明図であり、裏面に形成した第２アンテナパターン１１ｂの透視した図を第１アンテナパターン１１ａに重ねて示している。図９においてＱは基板２０の端部に平行する直線であり、アンテナ１１は、直線Ｑ上に形成され、一直線上に形成されている。但し、両アンテナパターン１１ａ，１１ｂとも先端に至るほど基板２０の外側に拡幅して形成し、台形形状としている。こうして広帯域化を図っている。

このように、不平衡線路１３の周囲に配設されたグランドパターン１５のバラン部１２近傍となる縁部に、直径５ｍｍの穴１７を穿設してグランドパターン１５の端部にチョークコイルの作用を奏する切り欠き１５ａを設けたことで、アンテナ１１に流れる高周波電流によるコモンモード電流の発生を抑制できる。そのため、アンテナ１１を形成した基板２０にインターホン回路を実装しても、放射される電波のインターホン回路への干渉を低減でき、良好なインターホン動作を実現できる。
また、チョークコイルは単純な穴としたため、省スペースで回路形成でき、ワイヤレスインターホン機器の小型化に有効である。
更に、第１及び第２バランパターン１２ａ，１２ｂの線路幅Ｗｂを同一にし、線路長を電気長波長の４分の１としたことで、平衡電圧の２つの振幅が同一になり、バラン動作の誤差による動作損失を低減できる。加えて、不平衡線路１３に対して４５°の角度で接続したため、バラン部１２の実効占有面積を低減させることができ、小型化に有効である。

尚、上記実施形態では、穴１７の直径を５ｍｍとしているが、正確に５ｍｍである必要はないし、伝送する周波数により最適な径は異なる。
またアンテナ１１は、基板２０の例えば左右端部というように一対設けて、ダイバーシティアンテナを形成して、切替が成されて使用すると良い。

１０・・ワイヤレスインターホン機器、１１・・アンテナ（ダイポールアンテナ）、１１ａ・・第１アンテナパターン、１１ｂ・・第２アンテナパターン、１２・・バラン部、１２ａ・・第１バランパターン、１２ｂ・・第２バランパターン、１３・・不平衡線路、１４・・無線通信部、１５・・グランドパターン、１５ａ・・切り欠き、１６・・スルーホール、１７・・穴、２０・・基板。

Claims (5)

1. 基板にパターン形成した平衡型アンテナにより、１．９ＧＨｚ帯を使用した無線通信により、音声信号及び映像信号を送受して通話を可能とするワイヤレスインターホン機器であって、
   前記平衡型アンテナを、前記基板にパターン形成したバラン部及び不平衡線路を介して同一基板上に形成した無線通信回路に接続し、
   前記不平衡線路の周囲に配設されたグランドパターンの前記バラン部の近傍となる縁部に、前記グランドパターンから一部がはみ出す所定の径の穴を前記基板に穿設して前記グランドパターンに切り欠き部を形成し、
   前記切り欠き部をチョークコイルとして作用させることで、前記平衡型アンテナに流れる高周波電流の不一致による前記グランドパターンへのコモンモード電流を阻止することを特徴とするワイヤレスインターホン機器。
2. 前記基板は多層基板であって、前記不平衡線路は前記多層基板の表面に形成される一方、前記不平衡線路の下部となる前記多層基板の内層はグランドパターンで覆われて成り、
   前記バラン部は、前記不平衡線路に連続して前記多層基板の表面に形成され、且つ前記不平衡線路に対して４５°の角度で配設された第１バランパターンと、
   前記内層に形成されたグランドパターンに接続されて、前記第１バランパターンと重なる様にパターン形成された第２バランパターンとを有し、
   更に、前記第１及び第２バランパターンの線路幅を同一として、線路長を電気長波長の４分の１としたことを特徴とする請求項１記載のワイヤレスインターホン機器。
3. 前記平衡型アンテナの２つのパターンのうち、一方は前記多層基板の表面に形成される一方、他方は裏面に形成され、
   裏面のパターンは、前記第２バランパターンの端部とスルーホールを介して接続されて成ることを特徴とする請求項２記載のワイヤレスインターホン機器。
4. 前記平衡型アンテナは全体で２分の１波長のダイポールアンテナであり、
   前記バラン部の線路幅が、下記（１）式に基づき算出された所定の幅に設定されていることを特徴とする請求項３記載のワイヤレスインターホン機器。
   線路幅Ｗｇ＝（２π・ｄ）／√εｒ ・・・（１）
   ここで、Ｗｇ：線路幅、ｄ：多層基板の誘電体部の厚さ、εｒ：基板の比誘電率である。
5. 前記ダイポールアンテナは、前記基板の縁近傍において縁に平行に配置されると共に、２つのアンテナパターンは先端に向けて拡幅形成され、
   当該拡幅は、前記基板の縁方向に向けて実施されて成ることを特徴とする請求項４記載のワイヤレスインターホン機器。

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