WO2012070242A1 - 無線機 - Google Patents

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WO2012070242A1
WO2012070242A1 PCT/JP2011/006534 JP2011006534W WO2012070242A1 WO 2012070242 A1 WO2012070242 A1 WO 2012070242A1 JP 2011006534 W JP2011006534 W JP 2011006534W WO 2012070242 A1 WO2012070242 A1 WO 2012070242A1
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conductor
ground
circuit board
radiation conductor
radiation
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PCT/JP2011/006534
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French (fr)
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崇士 渡邊
宇野　博之
杉山　正樹
横網代　義幸
吉川　嘉茂
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パナソニック株式会社
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Priority to JP2012518330A priority patent/JPWO2012070242A1/ja
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/0421—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with a shorting wall or a shorting pin at one end of the element
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/2208—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles associated with components used in interrogation type services, i.e. in systems for information exchange between an interrogator/reader and a tag/transponder, e.g. in Radio Frequency Identification [RFID] systems
    • H01Q1/2233—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles associated with components used in interrogation type services, i.e. in systems for information exchange between an interrogator/reader and a tag/transponder, e.g. in Radio Frequency Identification [RFID] systems used in consumption-meter devices, e.g. electricity, gas or water meters
    • H—ELECTRICITY
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    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/48—Earthing means; Earth screens; Counterpoises
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    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/52—Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure

Definitions

  • the present invention relates to a wireless device, and more particularly, to a wireless device attached to a meter box that houses a gas meter, a power meter, a water meter, and the like.
  • an automatic meter reading system has been introduced in which the amount of gas, electricity, water, etc. used is measured with a meter installed in a building such as a house, and this measurement data is collected by wireless communication.
  • a small radio with a built-in antenna is required from the viewpoint of easy installation in a meter box.
  • Examples of such a radio device include a radio device including a board-mounted plate antenna in which a ground conductor plate and a short-circuit conductor of a radiating conductor portion are connected via a wiring pattern of a printed circuit board.
  • the ground conductor plate is used as the ground of the radiation conductor portion, and is provided between the radiation conductor plate and the printed circuit board (see, for example, Patent Document 1).
  • the longitudinal conductor is provided on the printed circuit board so as to face the printed circuit board.
  • a ground pattern is arranged on the printed circuit board, and a part of the ground pattern in the region facing the longitudinal conductor is removed.
  • the longitudinal conductor portion is electrically connected to the ground pattern via the grounding conductor portion, and is electrically connected to the feeding point of the printed circuit board via the feeding conductor portion. For this reason, a ground pattern is disposed between the printed circuit board and the longitudinal conductor portion in the vicinity of the ground conductor portion (see, for example, Patent Document 2).
  • an automatic meter reading radio including a radio
  • the radio and the plate antenna are accommodated in a resin casing, and the radio is arranged in a metal casing.
  • the plate-like antenna is connected to the metal case by a metal material connecting portion, and the metal case is used as the ground of the plate-like antenna.
  • a power feeding unit is provided between the metal casing and the plate antenna (for example, see Patent Document 3).
  • the antenna is affected by the surrounding metal, and the antenna characteristics such as gain and radiation efficiency are degraded.
  • a radio including a conventional board-mounted plate antenna if the size of the grounding conductor serving as the ground of the radiation conductor is large, deterioration of antenna characteristics due to metal can be prevented, but the size of the radio itself is increased. .
  • the antenna characteristics deteriorate due to the influence of surrounding metal.
  • a radio including a board-mounted plate antenna is attached to a metal surface, a printed circuit board, a ground conductor portion, and a radiation conductor portion are arranged in this order on the metal surface.
  • the printed circuit board is disposed between the ground conductor portion and the metal surface, and the distance between the ground conductor portion and the metal surface is increased. Therefore, the antenna impedance increases due to the influence of the metal surface, and the characteristics of the antenna deteriorate.
  • the conventional wireless communication device is the same as the wireless device including the conventional board-mounted plate antenna.
  • the metal housing used as the ground for the plate antenna is smaller than the size corresponding to the wavelength of the high-frequency signal supplied to the antenna. Big. For this reason, the plate antenna is not easily affected by the metal surface.
  • it is necessary to provide a large metal casing in the vicinity of the plate antenna which increases the size of the wireless device, increases the number of components, and increases the product cost.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a small radio device that suppresses deterioration of antenna characteristics due to metal.
  • a radio includes a radiation conductor that converts a high-frequency signal into a radio wave and radiates, and an electric circuit that is electrically connected to the radiation conductor and supplies the high-frequency signal to the radiation conductor.
  • a circuit board that is mounted; a planar ground conductor that is electrically connected to the electrical circuit of the circuit board, faces the radiation conductor, and constitutes a ground of the radiation conductor; the radiation conductor; and the circuit And a resin housing that houses the substrate and the ground conductor.
  • the ground conductor, the circuit board, and the radiation conductor are arranged in this order in the thickness direction of the circuit board.
  • the present invention has an effect that it is possible to provide a small-sized radio device having the above-described configuration and suppressing a decrease in antenna characteristics due to metal.
  • a radio includes a radiation conductor that converts a high-frequency signal into a radio wave and radiates, and an electric circuit that is electrically connected to the radiation conductor and supplies the high-frequency signal to the radiation conductor.
  • the ground conductor, the circuit board, and the radiation conductor are arranged in this order in the thickness direction of the circuit board.
  • the ground conductor, the circuit board, and the radiation conductor are arranged in this order in the thickness direction of the circuit board, and the ground conductor constitutes the ground of the radiation conductor.
  • the distance between the ground conductor and the radiation conductor can be made as large as possible, the frequency bandwidth of the antenna is widened, and the characteristics of the antenna are excellent.
  • the ground conductor is closest to the metal surface in the radio device.
  • interval of a grounding conductor and a metal surface is narrow and these are electrically couple
  • the ground conductor and a surface of the housing facing the ground conductor may be arranged in parallel to each other.
  • the ground conductor when the casing is attached in parallel to the metal surface such that the surface of the casing facing the ground conductor faces the metal surface, the ground conductor is disposed in parallel to the metal surface. Therefore, the ground conductor can be brought close to the metal surface uniformly, and the entire ground conductor can be electrically coupled to the metal surface, so that deterioration of radiation efficiency can be further improved.
  • the radiation conductor, the ground conductor, and the circuit board may be arranged in parallel to each other.
  • the radio device can be miniaturized.
  • the radiation conductor may be a planar conductor element.
  • the radiation conductor may be constituted by a plate-like inverted F antenna.
  • a planar conductor element such as a plate-like inverted antenna is used as the radiation conductor, so that the size of the radiation conductor can be reduced with respect to the wavelength of the operating frequency.
  • the wireless device electrically connects the electric circuit of the circuit board and the radiation conductor, and supplies a high-frequency signal from the circuit board to the radiation conductor; and a ground portion of the electric circuit of the circuit board; Electrically connecting the radiating conductor, electrically connecting the ground conductor and the ground portion of the electric circuit of the circuit board, and a short-circuit terminal for grounding the radiating conductor to the ground portion of the electric circuit, You may further provide the ground terminal arrange
  • the radiation conductor is electrically connected to the ground conductor via the short-circuit terminal and the ground terminal, and the ground conductor is not directly connected to the radiation conductor. For this reason, even if the ground conductor is attached to the metal surface, the ground conductor is separated from the metal surface, so that the antenna is not easily affected by the metal, and deterioration of radiation efficiency is suppressed.
  • the ground terminal is connected in the vicinity of the short-circuited terminal in the ground part of the electric circuit of the circuit board, the loss of power can be reduced due to the short distance that the current flows between them, thereby preventing the reduction of radiation efficiency. Can be done.
  • the radiation conductor may be configured by wiring formed on a main surface far from the ground conductor among the pair of main surfaces of the circuit board.
  • the wiring included in the circuit board is used as a radiation conductor, thereby reducing the number of components, reducing the size of the wireless device, and reducing the product cost.
  • the radiation conductor may be a linear conductor element.
  • the radiation conductor is constituted by a linear conductor element, the antenna characteristics similar to those of the planar conductor element can be obtained.
  • a conductor layer as the ground conductor may be formed on a main surface far from the radiation conductor among the pair of main surfaces of the circuit board.
  • a layer including the electric circuit may be formed on a main surface closer to the radiation conductor among a pair of main surfaces of the circuit board.
  • the conductor layer as the ground conductor is formed on the circuit board, and the conductor layer, the layer including the electric circuit, and the radiation conductor are overlapped in this order.
  • the conductor layer is brought closest to the metal surface in the radio.
  • interval of a conductor layer and a metal surface is narrow and these can be electrically couple
  • the conductor layer of the circuit board is used as the ground for the radiation conductor, the radio is downsized, the number of parts is reduced, and the cost is reduced.
  • the casing may include a container-like main body having an opening and a lid that closes the opening of the main body.
  • a linear conductor element surrounding the opening is disposed on one of the main body and the lid.
  • the radiation conductor, the circuit board, and the ground conductor are accommodated in the main body so that the radiation conductor is positioned in the vicinity of the opening.
  • the radiation conductor is disposed in the vicinity of the opening of the first casing, and the linear conductor element surrounds the opening, so that the linear conductor element is positioned in the vicinity of the radiation conductor. Therefore, since the linear conductor element and the radiation conductor can be electrically coupled, high radiation efficiency can be obtained even with a wireless device that is sufficiently small with respect to the wavelength of the frequency of the radiated radio wave.
  • FIG. 17 is a block diagram showing a configuration of radio apparatus 100 according to the first embodiment of the present invention.
  • the radio device 100 includes a radiation conductor 101, a circuit board 102, and a ground conductor 103.
  • the radiation conductor 101 converts a high-frequency signal into a radio wave and radiates it.
  • an electric circuit for wireless communication is mounted on the circuit board 102.
  • This electric circuit includes, for example, an integrated circuit.
  • the integrated circuit for wireless communication is electrically connected to the radiation conductor 101, and supplies a high-frequency signal to the radiation conductor 101 in accordance with data from the integrated circuit for data collection.
  • the ground conductor 103 has a planar shape and is electrically connected to the ground portion of the electric circuit of the circuit board 102.
  • the ground conductor 103 faces the radiation conductor 101 and constitutes the ground of the radiation conductor 101.
  • the radiation conductor 101, the circuit board 102, and the ground conductor 103 are arranged in this order in the thickness direction of the circuit board 102, and are housed in a resin casing 104.
  • an integrated circuit for wireless communication when data such as a meter measurement value is acquired, an integrated circuit for wireless communication creates a high-frequency signal in accordance with this data, and gives this to the radiation conductor 101.
  • the radiation conductor 101 converts a high frequency signal into a radio wave and radiates it.
  • the radiation conductor 101, the ground conductor 103, and the circuit board 102 are arranged in this order in the thickness direction of the circuit board 102 in the casing 104.
  • the radiating conductor 101 and the ground conductor 103 are arranged so as to be separated as much as possible. Therefore, when the distance between the radiation conductor 101 and the ground conductor 103 is increased, the frequency bandwidth of the antenna is increased and the characteristics of the antenna are excellent.
  • the wireless device 100 when the wireless device 100 is installed on a metal surface such that the ground conductor 103 is on the metal surface side, the ground conductor 103 comes close to the metal surface. For this reason, the ground conductor 103 and the metal surface are metallicly coupled, and the metal surface functions in addition to the ground conductor 103 as the ground of the radiation conductor 101, so that the size of the ground conductor 103 is smaller than the wavelength of the operating frequency.
  • the antenna impedance does not increase. Therefore, even if the radio device 100 is small, deterioration of antenna characteristics due to metal can be suppressed.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a meter box 200 equipped with a radio device 100 according to the second embodiment of the present invention.
  • the meter box 200 is a box containing a meter for measuring the usage amount of gas, electricity, tap water and the like.
  • the meter box 200 is made of metal, and a display unit 201 is provided on the front wall of the meter box 200.
  • the radio device 100 is attached to the front wall of the meter box 200.
  • the radio device 100 is a specific example of the specific structure of the radiation conductor 101, the circuit board 102, and the ground conductor 103 of the first embodiment.
  • the wireless device 100 is a device that transmits data measured by a meter to a meter-reading terminal carried by a meter-reader of a supplier such as gas, electricity, and tap water by wireless communication.
  • the wireless device 100 has a thin rectangular parallelepiped housing 104 and is attached to the meter box 200 with an attachment such as a screw, a double-sided tape, or a hook.
  • the surface of the second housing 104b of the housing 104 faces the same direction as the front wall of the meter box 200, and the first housing 104a faces the front wall of the meter box 200.
  • the first housing 104a and the front wall of the meter box 200 may be in contact with each other or may be provided at a small interval. However, as will be described later, these intervals may be any distance where the ground conductor 103 and the front wall of the meter box 200 are in the vicinity and are metallically coupled.
  • the radio device 100 includes a circuit and a program for acquiring measurement values from the meter box 200.
  • the method for acquiring the measurement value is not particularly limited.
  • the measured value can be obtained by counting the pulse waveform output from the meter box 200 and measuring the flow rate of gas or the like with the wireless device 100.
  • a mechanism in which the magnet is displaced according to the flow rate is incorporated in the meter box 200, and the measured value can be obtained by detecting the displacement of the magnet with the wireless device 100.
  • a measurement value can be obtained by further providing a unit for converting the movement of the magnet that is displaced according to the flow rate into a pulse waveform, and counting the pulse waveform from this unit with the wireless device 100.
  • the radio device 100 having a mechanism for counting the flow rate may be electrically connected to the meter box 200 by a harness or the like, and obtain a pulse waveform via the harness. Further, the radio device 100 may detect the pulse waveform using a reed switch or the like that is not connected to the meter box 200.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the wireless device 100.
  • FIG. 3 is a perspective view showing the radiation conductor 101, the circuit board 102, and the ground conductor 103 in the wireless device 100.
  • FIG. 4 is a schematic view of the radiation conductor 101, the circuit board 102, and the ground conductor 103 as viewed from the rear side.
  • FIG. 5 is a schematic view of the radiation conductor 101, the circuit board 102, and the ground conductor 103 as viewed from the left side.
  • FIG. 6 is a schematic view of the radiation conductor 101, the circuit board 102, and the ground conductor 103 as viewed from above. The up / down, front / rear and left / right directions are indicated by arrows in FIGS.
  • the housing 104 is made of an electrically insulating resin such as polypropylene or ABS.
  • the housing 104 includes a first housing 104a and a second housing 104b.
  • the first housing 104a is formed in a container shape having an opening. Here, one surface is formed in a rectangular parallelepiped shape.
  • the second housing 104b is formed so as to cover (close) the opening of the first housing 104a, and is formed in a planar shape, for example.
  • the first housing 104a and the second housing 104b are bonded (joined) by bonding, welding, or screws, and the housing 104 is formed.
  • a battery 105 and a circuit board 102 are incorporated in the housing 104.
  • the battery 105 is a power source that supplies power to electronic components and the like mounted on the circuit board 102.
  • the battery 105 is connected to the electric circuit of the circuit board 102 by wiring (not shown) or the like, and is arranged on the second housing 104b side from the circuit board 102.
  • circuit board 102 electronic components constituting an electric circuit are attached to the surface of an insulating substrate, and the electronic components are connected by wiring such as copper foil or silver foil.
  • the electronic component include an integrated circuit for wireless communication (hereinafter referred to as “wireless circuit”) 106 and an integrated circuit for controlling each component (hereinafter referred to as “control circuit”).
  • wireless circuit an integrated circuit for wireless communication
  • control circuit an integrated circuit for controlling each component
  • the wireless circuit 106 includes a transmission circuit for transmitting data by wireless communication, a reception circuit for processing data received by non-new communication, a matching circuit for connecting them, and the like.
  • the radiation conductor 101 and the ground conductor 103 are electrically connected to the electric circuit of the circuit board 102.
  • the radiation conductor 101 converts a high-frequency signal from the circuit board 102 into a radio wave and radiates it, or receives a radio wave from the outside and converts it into a high-frequency signal.
  • the radiation conductor 101 has a flat plate shape and is formed of a conductor such as copper.
  • the radiation conductor 101 is provided with a plurality of slits. The number, size, position, etc. of the slits are adjusted according to the resonance frequency of the radio wave to be transmitted and received.
  • the power supply terminal 107 and the short-circuit terminal 108 are disposed at one end of the radiation conductor 101, and the first support 109 is disposed at the other end.
  • the power supply terminal 107 and the short-circuit terminal 108 are formed integrally with the radiation conductor 101, for example.
  • each of the radiation conductor 101, the power supply terminal 107, and the short circuit terminal 108 is formed by bending a single metal plate having the shapes of the radiation conductor 101, the power supply terminal 107, and the short circuit terminal 108.
  • the power feeding terminal 107 and the short-circuit terminal 108 are electrically connected to the radiation conductor 101, they may be separate. In this case, the power supply terminal 107 and the short-circuit terminal 108 are connected to the radiation conductor 101 by welding or the like.
  • the feeding terminal 107 extends in a direction orthogonal to the radiation conductor 101.
  • the power supply terminal 107 electrically connects the radiating conductor 101 and the radio circuit 106 on the circuit board 102, and supplies a high frequency signal from the radio circuit 106 to the radiating conductor 101.
  • the short-circuit terminal 108 extends in a direction orthogonal to the radiation conductor 101 in parallel with the power supply terminal 107.
  • the short-circuit terminal 108 grounds the radiation conductor 101 to a ground portion formed by wiring in an electric circuit on the circuit board 102.
  • the widths of the power supply terminal 107 and the short-circuit terminal 108 and the distance between them are set to values that allow impedance matching between the radiation conductor 101 and the radio circuit 106.
  • the power supply terminal 107 is connected to the radio circuit 106, and the short-circuit terminal 108 is connected to the ground portion of the circuit board 102 by solder.
  • the connection method is not limited to this as long as they are electrically connected. For example, they may be connected via screws or connectors.
  • the 1st support part 109 supports the radiation
  • FIG. The first support portion 109 has an L shape and is formed of an electrically insulating resin or the like.
  • the first support portion 109 is parallel to the short-circuit terminal 108 and the power supply terminal 107 and extends in a direction orthogonal to the radiation conductor 101, and is provided at a position diagonal to the short-circuit terminal 108 and the power supply terminal 107 in the radiation conductor 101.
  • the radiation conductor 101 faces the circuit board 102 and is arranged parallel to the circuit board 102 with a space therebetween.
  • the ground conductor 103 is opposed to the radiation conductor 101 and constitutes the ground of the radiation conductor 101.
  • the ground conductor 103 has a flat plate shape and is formed of a conductor such as copper.
  • the ground conductor 103 is provided on the opposite side of the radiation conductor 101 with the circuit board 102 interposed therebetween.
  • a ground terminal 110 is disposed at one end portion of the ground conductor 103, and a second support portion 111 is disposed at the other end portion.
  • the ground terminal 110 extends in a direction orthogonal to the ground conductor 103, and the ground terminal 110 electrically connects the ground conductor 103 and the ground portion of the electric circuit of the circuit board 102. As a result, the potential of the ground portion of the circuit board 102 is equal to the potential of the ground conductor 103.
  • connection position between the ground terminal 110 and the ground portion of the circuit board 102 is arranged in the vicinity of the position where the short-circuit terminal 108 is grounded to the ground portion. For this reason, the short-circuit terminal 108 and the ground terminal 110 are not continuous and are provided at intervals.
  • the distance s (FIG. 11) between the connection position of the short-circuit terminal 108 and the connection position of the ground terminal 110 is, for example, 1/20 or less of the wavelength of the radio wave emitted from the radiation conductor 101. It is desirable.
  • the second support portion 111 supports the ground conductor 103 with respect to the circuit board 102 together with the ground terminal 110.
  • the second support portion 111 is formed of an electrically insulating resin or the like and is not electrically connected to the ground terminal 110.
  • the second support portion 111 is parallel to the ground terminal 110 and extends in a direction orthogonal to the radiation conductor 101, and is provided at a position diagonal to the short-circuit terminal 108 and the power supply terminal 107 in the radiation conductor 101.
  • the ground conductor 103 faces the circuit board 102 and is arranged in parallel to the circuit board 102 at an interval.
  • a plate-like inverted F antenna using the ground conductor 103 as the ground of the radiation conductor 101 is configured.
  • a plate-like inverted F antenna is arranged in the first casing 104a so that the ground conductor 103 faces and is parallel to the back surface of the first casing 104a.
  • a battery 105 is arranged in front of the antenna.
  • the opening of the first housing 104a is closed by the second housing 104b, and the wireless device 100 is formed.
  • the back surface of the first housing 104a, the ground conductor 103, the circuit board 102, the radiation conductor 101, and the surfaces of the second housing 104b are arranged so as to face each other and be parallel to each other.
  • the wireless device 100 is installed in the meter box 200 so that the back surface of the first housing 104a faces and is parallel to the front wall portion of the meter box 200.
  • the distance d (see FIG. 12B) between the back surface of the first housing 104a and the front wall of the meter box 200 is such that the ground conductor 103 and the meter box 200 are strongly coupled by capacitance as will be described later.
  • the radio circuit 106 applies a high-frequency signal to the radiating conductor 101 via the power supply terminal 107, and the radiating conductor 101 converts the high-frequency signal into a radio wave and radiates it. To do.
  • the ground conductor 103 is electrically coupled to the meter box 200.
  • the meter box 200 acts as the ground of the radiation conductor 101 in the same manner as the ground conductor 103, so that the ground of the radiation conductor 101 becomes sufficiently large with respect to the wavelength of the radio wave.
  • the radio wave radiation efficiency when the radio device 100 is arranged close to the metal meter box 200 may be larger than the radio wave radiation efficiency of the radio device 100 alone, as will be described later.
  • FIG. 7A is a diagram showing a voltage standing wave ratio (VSWR) with respect to the frequency of the radio wave of the wireless device 100 alone.
  • FIG. 7B shows the voltage standing wave ratio with respect to the frequency of the radio wave of the radio device 100 attached to the meter box 200.
  • VSWR voltage standing wave ratio
  • the resonance frequency of the wireless device 100 alone is 460 MHz.
  • the resonance frequency of the radio device 100 attached to the meter box 200 is 430 MHz. For this reason, when the radio device 100 is attached to the meter box 200, the resonance frequency is shifted by 30 MHz.
  • the bandwidth in which the voltage standing wave ratio is 3 or less when the wireless device 100 is attached to the meter box 200 is equal to the bandwidth of the wireless device 100 alone. That is, when the voltage standing wave ratio is high, the voltage of the reflected wave is large when the radio wave is transmitted, and the power efficiency is deteriorated. Therefore, the voltage standing wave ratio practical for an antenna is generally 3 or less. As shown in FIG. 7A, the bandwidth where the voltage standing wave ratio is 3 or less is approximately 20 MHz when the radio device 100 is a single unit. As shown in FIG. 7B, when the wireless device 100 is attached to the meter box 200, the bandwidth where the voltage standing wave ratio is 3 or less is 20 MHz.
  • the resonance frequency of the wireless device 100 is set to be shifted by 30 MHz from the resonance frequency of the wireless device 100 alone. This provides the lowest voltage standing wave ratio and the best power efficiency.
  • the frequency of the radio wave changes due to some cause, if the frequency of the radio wave is within a bandwidth of 20 MHz centering on the resonance frequency, the voltage standing wave ratio is within 3 or less. This is the same whether the wireless device 100 is a single device or the wireless device 100 is attached to the meter box 200. Therefore, even if the voltage standing wave ratio increases, the radio equipment 100 attached to the meter box 200 can obtain the radiation efficiency equivalent to that of the radio equipment 100 alone.
  • FIG. 9 shows the directivity characteristics of the radio device 100 in the XY and XZ axes when the X, Y, and Z axes are determined as shown in FIG.
  • A-1 indicates the directivity characteristics in the XY axis direction when the radio device 100 is a single unit
  • A-2 indicates the directivity characteristics in the XZ axis direction when the radio device 100 is a single unit.
  • B-1 indicates the directivity characteristic in the XY axis direction when the radio device 100 is mounted on the meter box 200
  • A-2 indicates the XZ axis direction when the radio device 100 is mounted on the meter box 200.
  • the directivity characteristics in are shown. In each graph, a thick line indicates vertical polarization, and a thin line indicates horizontal polarization.
  • the vertical polarization shown in B-1 is recessed as compared with the vertical polarization shown in A-1, so that the directivity characteristic of the radio device 100 mounted on the meter box 200 is the directivity of the radio device 100 alone. Deteriorated compared to characteristics.
  • the horizontal polarization shown in B-1 is larger than the horizontal polarization shown in A-1, the directivity characteristic of the radio device 100 mounted on the meter box 200 is the directivity characteristic of the radio device 100 alone. Compared to, it is greatly improved. Therefore, by attaching the wireless device 100 to the meter box 200 as a whole, the directivity characteristics in the XY axis directions are improved.
  • the horizontal polarization shown in A-2 is equivalent to the horizontal polarization shown in B-2.
  • the vertical polarization shown in A-2 is larger than the vertical polarization shown in B-2, and the directivity characteristics of the radio device 100 attached to the meter box 200 are compared with the directivity characteristics of the radio device 100 alone. Greatly improved.
  • the radiation efficiency of the wireless device 100 alone calculated from the respective directivity characteristics is ⁇ 5 dB
  • the radiation efficiency of the wireless device 100 attached to the meter box 200 is ⁇ 2 dB.
  • the grounding conductor 103 in the wireless device 100 is electrically coupled to the front wall portion of the metal meter box 200 by attaching the wireless device 100 to the meter, and the effective volume of the antenna is increased. This is because. Thus, by attaching the radio device 100 to the meter box 200, antenna characteristics such as directivity and radiation efficiency are improved.
  • the radiation conductor 101, the circuit board 102, and the ground conductor 103 are connected to the circuit under the condition that the size of the radio device 100 is limited to a small size that can be attached to the meter box 200.
  • the size of the radio device 100 is limited to a small size that can be attached to the meter box 200.
  • the circuit board 102 or the like is disposed between the radiation conductor 101 and the ground conductor 103.
  • the radiation conductor 101 and the ground conductor 103 are arranged as far apart as possible, the frequency bandwidth of the antenna is widened, and the characteristics of the antenna can be improved.
  • the size of the wireless device 100 can be kept small without increasing.
  • the ground conductor 103 is as close as possible to the meter box 200, they are electrically coupled, and the ground conductor 103 and the meter box 200 function as a ground for the neglected conductor. Therefore, since this ground becomes larger than the wavelength of the radio wave emitted from the neglected conductor, the wireless device 100 is not easily affected by the surrounding metal. Therefore, even if the size of the ground conductor 103 is not increased, the antenna characteristics can be prevented from being deteriorated due to the radio device 100 being attached to the metal meter box 200 as a whole.
  • the thickness of the radio device 100 can be reduced by providing the radiation conductor 101, the circuit board 102, and the ground conductor 103 in parallel with each other.
  • the ground conductor 103 and the meter box 200 are provided in parallel to each other, they face each other, and the distance between them is set to be constant and small. Therefore, the ground conductor 103 and the meter box can be strongly and electromagnetically coupled in a wide range, and deterioration of antenna characteristics can be further prevented.
  • the radiation conductor 101 is electrically connected to the circuit board 102 by the short-circuit terminal 108 and the power supply terminal 107, and the ground conductor 103 is connected to the circuit board 102 by the ground terminal 110. For this reason, since the radiation conductor 101 is not directly connected to the ground conductor 103, the radiation conductor 101 does not approach the metal meter box 200 even if the ground conductor 103 is brought closer to the metal meter box 200. Thereby, an increase in the impedance of the antenna can be suppressed, and deterioration of the antenna characteristics can be prevented.
  • connection position between the ground terminal 110 and the ground portion of the circuit board 102 is arranged in the vicinity of the position where the short-circuit terminal 108 is grounded to the ground portion. For this reason, the distance through which the current flows is shortened, an increase in the impedance of the antenna is suppressed, and deterioration of the antenna characteristics is prevented.
  • the ground conductor 103 is used as the ground of the radiation conductor 101.
  • the ground layer 123 of the circuit board 120 functions as the ground (ground conductor) of the radiation conductor 101.
  • FIG. 10A is a front view of the radiation conductor 101 and the circuit board 120.
  • FIG. 10B is a side view of the radiation conductor 101 and the circuit board 120.
  • the radiation conductor 101 and the radio circuit 106 are mounted on the circuit board 120.
  • the circuit board 120 is composed of multiple layers, and a layer provided with conductor wiring is stacked on an insulating substrate, and includes a first circuit layer 121, a second circuit layer 122, and a ground layer 123.
  • the first circuit layer 121 and the second circuit layer 122 constitute a circuit for performing wireless transmission and reception, and are formed on the main surface closer to the radiation conductor 101 of the pair of main surfaces of the circuit board 120.
  • the ground layer 123 is composed of a conductor layer made of a conductor such as a metal, and is formed as a ground conductor on a main surface far from the radiation conductor 101 out of a pair of main surfaces of the circuit board 120. Configure.
  • the circuit board 120 is disposed in the first housing 104a so that the ground layer 123 faces the back surface of the first housing 104a, and the opening of the first housing 104a is closed by the second housing 104b. Can be removed.
  • the ground of the circuit board 120 is obtained.
  • the layer 123 faces the front wall portion in parallel. Since the space between the ground layer 123 and the front wall portion is small, the ground layer 123 is electrically coupled to the surface of the front wall portion (by capacitance). Thereby, the ground layer 123 and the surface of the front wall part function as the ground of the radiation conductor 101, and the effective volume of the antenna is increased. Therefore, the wireless device 100 is not easily affected by the surrounding metal, and deterioration of radiation characteristics due to the surrounding metal is prevented. In addition, it is not necessary to provide a large ground in the wireless device 100 in the wireless device 100 used in a low frequency band, and it is possible to reduce the size of the wireless device 100 mounted with an antenna having high radiation characteristics.
  • the third embodiment by assigning one layer of the circuit board 120 having a multilayer structure to the ground of the radiation conductor 101, it is not necessary to separately provide the ground of the radiation conductor 101. Therefore, the size of the radio device 100 is reduced, the number of parts can be reduced, and the product cost can be reduced.
  • the fourth embodiment differs from the second embodiment in the shapes of the first housing and the second housing, but the other parts are the same as those in the second embodiment.
  • FIG. 11 is an exploded perspective view of the wireless device 100. For convenience, the battery and the radio circuit are omitted.
  • the first housing 130a and the second housing 130b of the housing 130 are container-shaped with openings, and are formed of, for example, a resin material such as polypropylene or ABS, which is a material having low loss characteristics with respect to radio waves. Is done.
  • the size of the first housing 130a is equal to the size of the second housing 130b.
  • the first housing 130a and the second housing 130b are overlapped with each other, and are joined and fixed to each other by screws, adhesion, welding, or the like.
  • the circuit board 102, the radiation conductor 101, the power supply terminal 107, the short-circuit terminal 108, the ground conductor 103, and the ground terminal 110 are the same as in the second embodiment.
  • the positions of the power supply terminal 107 and the short-circuit terminal 108 are different from those of the second embodiment.
  • the short-circuit terminal 108 and the power supply terminal 107 are parallel to each other, provided at the ends of the radiation conductor 101 and the circuit board 102, and the distance between them is radiated.
  • the value is set such that impedance matching between the conductor 101 and the radio circuit 106 can be obtained. For this reason, if these conditions are satisfied, the positions of the power supply terminal 107 and the short-circuit terminal 108 are not limited to the positions of the fourth embodiment in the second embodiment.
  • the position of the ground terminal 110 is also different between the second embodiment and the fourth embodiment.
  • the ground terminal 110 is provided at each end of the circuit board 102 and the ground conductor 103, and is connected to the vicinity of the ground position of the short-circuit terminal 108 on the circuit board 102. Therefore, as long as this condition is satisfied, the ground terminal 110 is not limited to the position of the second and fourth embodiments.
  • FIG. 12 (A) is a front view showing a state in which the wireless device 100 is installed in the meter box 200
  • FIG. 12 (B) is a side view of FIG. 12 (A).
  • the first housing 130a is not shown for convenience.
  • the wireless device 100 including the plate-like inverted F antenna is installed on the front wall portion of the meter box 200.
  • the operating frequency of this plate-like inverted F antenna is set to, for example, 433 MHz.
  • the meter box 200 is, for example, a metal measuring device that measures a gas flow rate, and has a rectangular parallelepiped shape.
  • the size of the meter box 200 is set to, for example, a length of 200 mm (0.289 wavelength), a width of 200 mm (0.289 wavelength), and a thickness of 100 mm (0.144 wavelength).
  • the length Lr1 of the radiation conductor 101 is set to 45 mm (0.065 wavelength), and the width Lr2 is set to 66 mm (0.095 wavelength).
  • the length Ls1 of the ground conductor 103 is set to 62 mm (0.089 wavelength), and the width Ls2 is set to 66 mm (0.095 wavelength).
  • the distance h between the circuit board 102 and the radiation conductor 101 is set to 18.5 mm (0.027 wavelength), and the planar distance s between the short-circuit terminal 108 and the short ground terminal 110 is set to 5 mm (0.007 wavelength).
  • the radio device 100 is installed below the display unit 201 arranged on the front wall of the meter box 200. At this time, since the radio device 100 is installed such that the back surface of the first housing 130 a faces the front wall portion of the meter box 200, the ground conductor 103 is close to the meter box 200. A distance d is provided between the back surface of the first housing 130 a and the front wall portion of the meter box 200. This interval d is set to 1/50 wavelength or less, for example. Since the distance d is small, the ground conductor 103 is electrically capacitively coupled to the meter box 200, and the ground conductor 103 is regarded as the same potential as the meter box 200 in terms of high frequency. Therefore, in addition to the ground conductor 103, the meter box 200 functions as the ground of the plate-like inverted F antenna, and a large ground area is ensured even in the small wireless device 100, and high radiation efficiency can be realized.
  • FIG. 13 shows the gain of the radio device 100 alone and the gain of the radio device 100 attached to the meter box 200 with respect to the distance d.
  • the vertical axis represents the gain of the plate-like inverted F antenna.
  • the values other than the interval d are the values shown in FIGS. 12 (A) and 12 (B).
  • the gain when the radio device 100 is a single unit is about ⁇ 8 dB, whereas the gain of the radio device 100 attached to the meter box 200 is about ⁇ 3 dB or more. Therefore, it can be seen that the gain is improved by 5 dB or more by attaching the radio device 100 to the meter box 200. This is presumably because the meter box 200 and the ground conductor 103 are electrically capacitively coupled, and the ground area of the plate-like inverted F antenna is increased.
  • the gain decreases as the distance d between the radio device 100 and the meter box 200 increases to 4 mm, 5 mm, and 10 mm. Every time this distance d increases by 1 mm (0.001 wavelength), the gain deteriorates by 0.2 dB. Therefore, by bringing the ground conductor 103 as close as possible to the meter box 200, these coupling capacities are increased and the gain can be improved.
  • FIG. 14 shows the relationship between the planar distance s between the short-circuit terminal 108 and the ground terminal 110 and the gain of the plate-shaped inverted F antenna when the radio device 100 is attached to the meter box 200.
  • the vertical axis represents the gain of the plate-like inverted F antenna.
  • the values other than the plane distance s are the values shown in FIGS. 12 (A) and 12 (B).
  • the gain is about ⁇ 2.5 dB.
  • the gain is about -4 dB. Therefore, when the distance s is small, the gain increases. This is because, as the distance s between the connection position of the short-circuit terminal 108 and the connection position of the ground terminal 110 in the board circuit is larger, the current flow in the circuit board 102 changes, the current distributed in the ground conductor 103 changes, and the radiation resistance changes. This is thought to be due to a drop in
  • the antenna characteristics at this time Exceeds that of the radio 100 alone.
  • the antenna characteristics improve as the distance between the radio device 100 and the meter box 200 is reduced.
  • the antenna characteristics are excellent by installing the ground terminal 110 in the vicinity of the ground position of the short-circuit terminal 108 on the circuit board 102.
  • the shorter the planar distance s between the short-circuit terminal 108 and the ground terminal 110 in the circuit board 102 the better the antenna characteristics.
  • the radiating conductor 101, the circuit board 102, the ground conductor 103, and the front wall portion of the meter box 200 are arranged in this order and in parallel, thereby reducing the size.
  • excellent antenna characteristics can be obtained.
  • the radiation conductor 101 is electrically connected to the circuit board 102 by the short-circuit terminal 108 and the power supply terminal 107, and the ground conductor 103 is connected to the circuit board 102 by the ground terminal 110, deterioration of the antenna characteristics is prevented. obtain.
  • first casing 130a and the second casing 130b are fixed by screws, adhesion, and welding.
  • first casing 130a and the second casing 130b are welded by the conductor element 132.
  • the point of fixing is different.
  • Other parts are the same as those in the second and fourth embodiments.
  • FIG. 15 is an exploded perspective view of the wireless device 100. For convenience, the battery is omitted.
  • the first housing 130a has a groove 131 on the joint surface with the second housing 130b, and the groove 131 is provided so as to surround the opening of the first housing 130a.
  • a conductor element 132 is fitted in the groove 131.
  • the conductor element 132 is a linear object formed of a metal conductor such as iron or copper. Both ends of the conductor element 132 are connected to each other, and the conductor element 132 is formed in an annular shape.
  • the resistance of the conductor element 132 causes the conductor element 132 to be energized.
  • 132 generates heat.
  • the joining surfaces of the first casing 130a and the second casing 130b are melted by the heat generated from the conductor element 132, and the first casing 130a and the second casing 130b are welded. 130 is formed.
  • the housing 130 is sealed.
  • the radiation conductor 101 when a high frequency signal is given to the radiation conductor 101, the radiation conductor 101 is electrically coupled to a conductor element 132 existing in the vicinity.
  • the conductor element 132 is used as a radiating element, and the effective volume of the antenna is increased, so that the antenna performance is further improved.
  • the casing 130 of the wireless device 100 is sealed, and the contents of the wireless device 100 are blocked from air and water. Therefore, the radiation conductor 101, the ground conductor 103, and the like are not oxidized, and a change in impedance of the radiation conductor 101 is prevented, so that stable antenna characteristics can be maintained.
  • the conductor element 132 used for welding the first and second housings 130b is disposed in the vicinity of the radiation conductor 101, so that they are electrically coupled, and the radiation conductor The radiation performance of 101 is improved.
  • the radio device 100 is arranged in the vicinity of the meter box 200 as in the above embodiment, the characteristics of the antenna are improved. Furthermore, by arranging the radiation conductor 101, the circuit board 102, the ground conductor 103, and the front wall portion of the meter box 200 in this order and in parallel, excellent antenna characteristics can be obtained in the small wireless device 100. Further, by installing the ground terminal 110 in the vicinity of the ground position of the short-circuit terminal 108 on the circuit board 102, the antenna characteristics are excellent.
  • the radiation conductor 101 is electrically connected to the circuit board 102 by the short-circuit terminal 108 and the power supply terminal 107 and the ground conductor 103 is connected to the circuit board 102 by the ground terminal 110, the deterioration of the antenna characteristics is prevented. obtain.
  • the recessed first housing 130a and the flat second housing 130b are used, and in the fourth embodiment, the recessed first housing 130a and the second housing 130b are used. It was.
  • the first housing 130a and the second housing 130b are not limited to these shapes as long as they accommodate components such as the radiation conductor 101.
  • the first housing 130a may be flat and the second housing 130b may be concave.
  • the first housing 130a and the second housing 130b are welded by the linear conductor elements 132.
  • the first housing 130a and the first casing 130a are also formed by the linear conductor elements 132.
  • the two housings 130b can also be fixed.
  • the conductor element 132 has a ring shape in which both ends thereof are connected, but the present invention is not limited to this.
  • both ends of the conductor element 132 may not be connected, and the gap between the both ends may be opened, and one gap may be provided in the conductor element 132.
  • two conductor elements 132 may be arranged with a gap therebetween, and two gaps may be provided in the conductor element 132.
  • the ground conductor 103 is used as the ground of the radiation conductor 101.
  • the ground layer 123 of the circuit board 102 is used as the ground of the radiation conductor 101. You can also.
  • the plate-like inverted F antenna is used as the radiating conductor 101, but the radiating conductor 101 may be composed of other planar conductor elements 132.
  • a linear inverted L antenna, a plate-shaped dipole antenna, or the like is used as a planar conductor element.
  • flat conductors are used for the radiation conductor 101 and the ground conductor 103.
  • a linear conductor element or a metal foil wiring on a circuit board may be used for the radiation conductor. .
  • examples of the linear conductor element include a linear antenna such as a dipole antenna, a loop antenna, or a meander line antenna.
  • the radiation conductor 140 of the linear conductor element is electrically connected to the circuit board 102.
  • the radiation conductor 140 extends perpendicularly from the circuit board 102, then bends at a right angle, and extends parallel to the circuit board 102. Therefore, the radiation conductor 140, the circuit board 102, and the ground conductor 103 are arranged in parallel in this order in the thickness direction of the circuit board 102.
  • a circuit board 102 having a multilayer structure is used as shown in FIG.
  • the circuit board 102 has a circuit layer and a radiation conductor layer, and the metal foil wiring 141 appearing on the surface of the circuit board 102 functions as a radiation conductor layer.
  • the metal foil wiring 141, the circuit layer of the circuit board 102, and the ground conductor 103 are arranged in this order in parallel. In this case, the number of parts is reduced, the size of the radio is reduced, and the product cost is reduced.
  • the metal foil wiring on the circuit board is used for the radiation conductor
  • two circuit boards 102 and 142 are used as shown in FIG.
  • the circuit board 142 is provided perpendicular to the circuit board 102, and a metal foil wiring 143 is arranged on the surface thereof.
  • the metal foil wiring 143 functions as a radiation conductor.
  • the metal foil wiring 143 extends perpendicularly to the circuit board 102, then bends vertically, and extends parallel to the circuit board 102. Therefore, the metal foil wiring 143, the circuit board 102, and the ground conductor 103 are arranged in parallel in this order.
  • the circuit board 102 may be composed of a multilayer board, a double-sided board, or a single-sided board in consideration of the circuit scale, reliability, and the like.
  • the radio device 100 has an effect that high radiation efficiency can be obtained in a state where the radio device 100 is installed in a meter constituted by the metal casing 130, despite the small structure. It is useful as a radio device 100 for an automatic meter reading system such as a meter box 200.

Landscapes

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Abstract

　本発明は、高周波信号を電波に変換して放射する放射導体(101)と、前記放射導体(101)と電気的に接続され、かつ前記放射導体(101)に前記高周波信号を供給する電気回路が搭載された回路基板(102)と、前記回路基板(102)の前記電気回路と電気的に接続され、前記放射導体(101)に対向し、かつ前記放射導体(101)のグラウンドを構成する平面状の接地導体(103)と、前記放射導体(101)、前記回路基板(102)および前記接地導体(103)を収納する樹脂製の筐体(104)とを備える。ここで、前記接地導体(103)、前記回路基板(102)および前記放射導体(101)は、前記回路基板(102)の厚み方向に、この順で配置される無線機(100)である。

Description

無線機
　本発明は、無線機に関し、特に、ガスメータ、電力メータ、水道メータなどを収納するメーターボックスに取り付けられる無線機に関する。
　近年、家屋などの建造物に設置されたメータでガス、電気、水道などの使用量を計測し、この計測データを無線通信によって収集する自動検針システムが導入されている。このような自動検針システムでは、メーターボックスへの設置しやすさの観点から、アンテナを内蔵した小型の無線機が求められている。
　このような無線機として、たとえば、接地導体板と放射導体部の短絡導体とがプリント回路基板の配線パターンを介して接続される基板実装形板状アンテナを含む無線機が挙げられる。この無線機では、接地導体板が、放射導体部のグラウンドとして利用され、放射導体板とプリント回路基板との間に設けられている（例えば、特許文献１参照）。
　また、無線通信装置では、長手導体部が、プリント基板の上に対向して設けられている。プリント基板の上にグラウンドパターンが配され、長手導体部に対向する領域の一部のグラウンドパターンは取り除かされている。そして、長手導体部は、接地用導体部を介してグラウンドパターンと電気的に接続され、給電用導体部を介してプリント基板の給電点と電気的に接続されている。このため、接地用導体部の付近ではグラウンドパターンがプリント基板と長手導体部との間に配置されている（例えば、特許文献２参照）。
　さらに、無線機を含む自動検針用無線機では、樹脂製筐体の中に無線機および板状アンテナが収容され、無線機は金属製筐体の中に配置されている。板状アンテナは金属製筐体に金属材接続部により接続され、金属製筐体は板状アンテナのグラウンドとして利用されている。また、金属製筐体と板状アンテナとの間に給電部が設けられている（例えば、特許文献３参照）。
特開平１０－３１３２１２号公報 特開２００３－９２５１０号公報 特開平９－２７０９２号公報
　しかしながら、放射導体に対するグラウンドのサイズがアンテナの動作周波数の波長に対して小さいと、周囲に存在する金属の影響をアンテナが受け、利得や放射効率などのアンテナ特性が低下してしまう。
　たとえば、従来の基板実装形板状アンテナを含む無線機では、放射導体のグラウンドとなる接地導体のサイズが大きいと、金属によるアンテナ特性の低下が防げるが、無線機自体のサイズが大型化してしまう。
　一方、放射導体のグラウンドのサイズが小さいと、周囲の金属の影響によりアンテナ特性が低下してしまう。特に、基板実装形板状アンテナを含む無線機が金属面に取り付けられると、金属面の上に、プリント回路基板、接地導体部および放射導体部がこの順番で配置される。これにより、接地導体部と金属面との間にプリント回路基板が配され、接地導体部と金属面との間の距離が大きくなる。よって、金属面の影響によりアンテナのインピーダンスが大きくなるため、アンテナの特性が低下してしまう。
　従来の無線通信装置についても、従来の基板実装形板状アンテナを含む無線機と同様である。
　これに対し、従来の自動検針用無線機が金属面に取り付けられても、板状アンテナのグラウンドとして利用される金属製筐体が、アンテナに供給される高周波信号の波長に対応するサイズに比べて大きい。このため、板状アンテナは金属面の影響を受けにくい。しかし、大きな金属製筐体を板状アンテナの近傍に設ける必要があり、無線機のサイズが大型化する上、部品点数が増加し、製品コストがかさんでしまう。
　本発明は、上述した問題を解決するためになされたものであり、金属によるアンテナ特性の低下を抑えた、小型の無線機を提供することを目的とする。
　本発明のある形態に係る、無線機は、高周波信号を電波に変換して放射する放射導体と、前記放射導体と電気的に接続され、かつ前記放射導体に前記高周波信号を供給する電気回路が搭載された回路基板と、前記回路基板の前記電気回路と電気的に接続され、前記放射導体に対向し、かつ前記放射導体のグラウンドを構成する平面状の接地導体と、前記放射導体、前記回路基板および前記接地導体を収納する樹脂製の筐体と、を備える。ここで、前記接地導体、前記回路基板および前記放射導体は、前記回路基板の厚み方向に、この順で配置される。
　本発明は、以上に説明した構成を有し、金属によるアンテナ特性の低下を抑えた、小型の無線機を提供することができるという効果を奏する。
　本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。
本発明の第２実施形態に係る無線機が装着されたメーターボックスを示す斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る無線機を示す分解斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る無線機における放射導体、回路基板および接地導体を示す斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る無線機における放射導体、回路基板および接地導体を後側から視た模式図である。 本発明の第２実施形態に係る無線機における放射導体、回路基板および接地導体を左側から視た模式図である。 本発明の第２実施形態に係る無線機における放射導体、回路基板および接地導体を上側から視た模式図である。 本発明の第２実施形態に係る無線機の電波の周波数に対する電圧定在波比を示すグラフである。 本発明の第２実施形態に係る無線機をメータに取り付けた際の軸を説明するための図である。 本発明の第２実施形態に係る無線機の指向特性を示すグラフである。 本発明の第３実施形態に係る無線機における放射導体および回路基板を示す模式図である。 本発明の第４実施形態に係る無線機を示す分解斜視図である。 本発明の第４実施形態に係る無線機をメーターボックスに設置した状態を示す模式図である。 本発明の第４実施形態に係る無線機の放射効率と、メーターボックスとの間隔ｄとの関係を示すグラフである。 本発明の第４実施形態に係る無線機の放射効率と、短絡端子および接地端子の距離ｓとの関係を示すグラフである。 本発明の第５実施形態に係る無線機を示す分解斜視図である。 本発明の第５実施形態に係る無線機に実装される導体素子の他の構成を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る無線機の構成を示すブロック図である。 本発明の別の実施形態に係る無線機における回路基板および接地導体を示す斜視図である。 本発明のさらに別の実施形態に係る無線機における回路基板および接地導体を示す斜視図である。
　本発明のある形態に係る、無線機は、高周波信号を電波に変換して放射する放射導体と、前記放射導体と電気的に接続され、かつ前記放射導体に前記高周波信号を供給する電気回路が搭載された回路基板と、前記回路基板と電気的に接続され、前記放射導体に対向し、かつ前記放射導体のグラウンドを構成する平面状の接地導体と、前記放射導体、前記回路基板および前記接地導体を収納する樹脂製の筐体とを備える。ここで、前記接地導体、前記回路基板および前記放射導体は、前記回路基板の厚み方向に、この順で配置される。
　この構成によれば、接地導体、回路基板および放射導体が回路基板の厚み方向にこの順で配置され、かつ接地導体が放射導体のグラウンドを構成する。これにより、接地導体と放射導体との間の距離をできるだけ大きくすることができ、アンテナの周波数帯域幅が広くなり、アンテナの特性が優れる。
　しかも、たとえば、このような無線機が金属面に取り付けられると、無線機の中で接地導体が金属面に最も近づけられる。これにより、接地導体と金属面との間隔が狭く、これらが電気的に結合されるため、アンテナの実効体積が大きくなる。よって、動作周波数の波長に対して小さな無線機であっても、金属の影響による放射効率の劣化が防止され得る。
　無線機は、前記接地導体と、前記筐体の前記接地導体に対向する面とが互いに平行に配置されてもよい。
　この構成によれば、接地導体に対向する筐体の面が金属面に対向するように、筐体が金属面に平行に取り付けられると、接地導体は金属面と平行に配置される。よって、接地導体が金属面に対して均一に近づけられ、接地導体の全体が金属面と電気的に結合でき、放射効率の劣化をより改善することが可能となる。
　無線機は、前記放射導体と、前記接地導体と、前記回路基板とが互いに平行に配置されてもよい。
　この構成によれば、放射導体、接地導体および回路基板が互いに平行に配置されることにより、放射導体と接地導体との間の厚みが小さくなり、無線機が小型化され得る。
　無線機は、前記放射導体は平面状の導体素子で構成されてもよい。
　この場合、前記放射導体は板状逆Ｆアンテナで構成されてもよい。
　この構成によれば、板状逆アンテナなどの平面状の導体素子が放射導体として用いられることにより、動作周波数の波長に対して放射導体のサイズを小さくすることができる。
　無線機は、前記回路基板の電気回路と前記放射導体とを電気的に接続し、前記回路基板から前記放射導体に前記高周波信号を供給する給電端子と、前記回路基板の電気回路のグラウンド部と前記放射導体とを電気的に接続し、前記放射導体を前記電気回路のグラウンド部に接地する短絡端子と、前記接地導体と前記回路基板の電気回路のグラウンド部とを電気的に接続し、前記グラウンド部において前記短絡端子が接地された位置の近傍に配置される接地端子とをさらに備えてもよい。
　この構成によれば、短絡端子および接地端子を介して放射導体は接地導体に電気的に接続され、接地導体が放射導体に直接接続されていない。このため、接地導体が金属面に取り付けられても、接地導体は金属面から離れているため、金属の影響をアンテナが受けにくく、放射効率の劣化が抑えられる。
　また、回路基板の電気回路のグラウンド部において接地端子が短絡端子の近傍に接続されることにより、この間を電流が流れる距離が短いことにより、電力の損失が少なくできるため、放射効率の低下が防止され得る。
　無線機は、前記放射導体は前記回路基板の一対の主面のうち前記接地導体から遠い方の主面の上に形成された配線で構成されてもよい。
　この構成によれば、回路基板に含まれる配線が放射導体として利用されることにより、部品点数が削減され、無線機が小型化されるとともに、製品コストが削減される。
　無線機は、前記放射導体は線状の導体素子で構成されてもよい。
　この構成によれば、線状の導体素子により放射導体が構成されても、面状の導体素子と同様のアンテナの特性が得られる。
　無線機は、前記回路基板の一対の主面のうち前記放射導体から遠い方の主面の上に前記接地導体としての導体層が形成されてもよい。
　無線機は、前記回路基板の一対の主面のうち前記放射導体に近い方の主面の上に前記電気回路を含む層が形成されてもよい。
　この構成によれば、回路基板に接地導体としての導体層が形成され、この導体層、電気回路を含む層および放射導体がこの順で重ね合されている。これにより、たとえば、このような無線機が金属面に取り付けられると、無線の中で導体層が金属面に最も近づけられる。このため、導体層と金属面との間隔が狭く、これらが電気的に結合できるため、アンテナの実効体積が大きくなる。よって、動作周波数の波長に対して小さな無線機であっても、金属の影響による放射効率の劣化が防止され得る。
　また、回路基板の導体層が放射導体のグラウンドとして利用されるため、無線機が小型化されるとともに、部品点数が削減され、低コストが実現される。
　無線機は、前記筐体は、開口を有する容器状の本体と、前記本体の開口を塞ぐ蓋とを有してもよい。ここで、前記本体および前記蓋のいずれか一方に、前記開口を囲む線状の導体素子が配置される。また、前記本体に、前記開口の近傍に前記放射導体が位置するようにして、前記放射導体、前記回路基板および前記接地導体が収容されている。
　この構成によれば、第１筐体の開口の近傍に放射導体が配置され、この開口部を線状の導体素子が囲むことにより、線状の導体素子は放射導体の近傍に位置する。よって、線状の導体素子と放射導体とが電気的に結合することができるため、放射する電波の周波数の波長に対して十分に小さな無線機であっても、高い放射効率が得られる。
　以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら具体的に説明する。
　なお、以下では全ての図面を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。
　　（第１実施形態）
　図１７は、本発明の第１実施形態に係る無線機１００の構成を示すブロック図である。
　無線機１００は放射導体１０１、回路基板１０２および接地導体１０３を備える。
　放射導体１０１は、高周波信号を電波に変換して放射する。
　回路基板１０２には、無線通信用の電気回路が搭載されている。この電気回路は、例えば、集積回路を備えている。無線通信用の集積回路は、放射導体１０１と電気的に接続され、データ収集用の集積回路からのデータに応じて放射導体１０１に高周波信号を供給する。
　接地導体１０３は、平面状であって、回路基板１０２の電気回路のグラウンド部と電気的に接続される。接地導体１０３は、放射導体１０１に対向し、かつ放射導体１０１のグラウンドを構成する。
　放射導体１０１、回路基板１０２および接地導体１０３は、回路基板１０２の厚み方向にこの順で配置され、樹脂製の筐体１０４の中に収納される。
　このような無線機１００において、メータの計測値などのデータが取得されると、無線通信用の集積回路は、このデータに応じて高周波信号を作成して、これを放射導体１０１に与える。放射導体１０１は高周波信号を電波に変換して放射する。
　このようにして、第１実施形態では、放射導体１０１、接地導体１０３および回路基板１０２が筐体１０４の中に、回路基板１０２の厚み方向にこの順で配置されることにより、筐体１０４において放射導体１０１および接地導体１０３はこの間ができるだけ離れるように配置される。よって、放射導体１０１と接地導体１０３との間隔が大きくなることにより、アンテナの周波数帯域幅が広くなり、アンテナの特性が優れる。
　また、たとえば、接地導体１０３が金属面側になるように、無線機１００が金属面上に設置されると、接地導体１０３が金属面に近接する。このため、接地導体１０３および金属面が金属的に結合し、接地導体１０３に加えて金属面も放射導体１０１のグラウンドとして機能することにより、接地導体１０３のサイズが動作周波数の波長に対して小さくても、アンテナのインピーダンスが増加しない。よって、無線機１００は小型であっても、金属によるアンテナ特性の劣化を抑えることができる。
　（実施形態２）
　図１は、本発明の第２実施形態に係る無線機１００が装着されたメーターボックス２００を示す斜視図である。
　メーターボックス２００は、ガス、電気および水道水などの使用量を計測するメータを収めた箱である。メーターボックス２００は金属で形成され、メーターボックス２００の前壁には表示部２０１が設けられる。メーターボックス２００の前壁に無線機１００が装着される。
　第２実施形態に係る無線機１００は、第１実施形態の放射導体１０１、回路基板１０２、接地導体１０３の具体的構造等を特定して例示したものである。無線機１００は、例えば、メータにより計測されたデータを無線通信でガス、電気および水道水などの供給業者の検針員が携帯する検針用端末に送信する装置である。無線機１００は、薄い直方体状の筐体１０４を有し、メーターボックス２００にビス、両面テープまたはフック等の取り付け具により取り付けられる。筐体１０４の第２筐体１０４ｂの表面はメーターボックス２００の前壁と同じ方向を向き、第１筐体１０４ａはメーターボックス２００の前壁に面する。第１筐体１０４ａおよびメーターボックス２００の前壁は、接していてもよいし、小さい間隔を隔てて設けられていてもよい。ただし、後述するように、これらの間隔は、接地導体１０３とメーターボックス２００の前壁とが近傍にあって金属的に結合する距離であればよい。
　無線機１００は、メーターボックス２００から計測値を取得する回路およびプログラムを備える。計測値の取得方法として、特に限定されない。たとえば、メーターボックス２００から出力されるパルス波形をカウントし、ガスなどの流量を無線機１００で測定することにより、計測値が得られる。また、流量に応じて磁石が変位する機構がメーターボックス２００に組み込まれており、この磁石の変位を無線機１００で検知することにより、計測値が得られる。さらに、流量に応じて変位する磁石の動きをパルス波形に変換するユニットをさらに設け、このユニットからのパルス波形を無線機１００でカウントすることにより、計測値が得られる。なお、流量をカウントする機構を有する無線機１００は、ハーネスなどによりメーターボックス２００と電気的に接続され、ハーネスを介してパルス波形を取得してもよい。また、無線機１００は、メーターボックス２００と接続されないリードスイッチなどによりパルス波形を検出してもよい。
　図２は、無線機１００の分解斜視図である。図３は、無線機１００における放射導体１０１、回路基板１０２および接地導体１０３を示す斜視図である。図４は、放射導体１０１、回路基板１０２および接地導体１０３を後側から視た模式図である。図５は、放射導体１０１、回路基板１０２および接地導体１０３を左側から視た模式図である。図６は、放射導体１０１、回路基板１０２および接地導体１０３を上側から視た模式図である。なお、上下、前後および左右の方向は、図３～図６の矢印により示される。
　筐体１０４は、ポリプロピレンやＡＢＳなど電気絶縁性を有する樹脂により形成される。筐体１０４は第１筐体１０４ａおよび第２筐体１０４ｂを有する。第１筐体１０４ａは、開口を有する容器状に形成されている。ここでは、一面が開放された直方体状に形成されている。第２筐体１０４ｂは、第１筐体１０４ａの開口部を覆う（塞ぐ）ように形成されていて、例えば、平面形状に形成されている。第１筐体１０４ａと第２筐体１０４ｂとが接着、溶着またはビスなどで結合（接合）され、筐体１０４が形成される。筐体１０４の中に、バッテリー１０５および回路基板１０２が組み込まれている。
　バッテリー１０５は、回路基板１０２に実装される電子部品などに電力を供給する電源である。バッテリー１０５は、配線（図示せず）などにより回路基板１０２の電気回路と接続され、回路基板１０２より第２筐体１０４ｂ側に配置される。
　回路基板１０２は絶縁体の基板の表面に電気回路を構成する電子部品が取り付けられ、電子部品間は銅箔や銀箔などの配線により接続されている。電子部品としては、無線通信用の集積回路（以下、「無線回路」と称する。）１０６、各部品を制御する集積回路（以下、「制御回路」と称する。）が挙げられる。また、基板上の配線において、電子部品が実装されていない領域が電気回路（回路基板）のグラウンド部として機能する。
　無線回路１０６には、無線通信によりデータを送信するための送信回路、無新通信により受信したデータを処理するための受信回路、およびそれらを接続する整合回路など等が含まれる。
　回路基板１０２の電気回路に、放射導体１０１および接地導体１０３が電気的に接続される。
　放射導体１０１は、回路基板１０２からの高周波信号を電波に変換して放射したり、外部からの電波を受けて高周波信号に変換したりするものである。放射導体１０１は、平板形状を有し、銅などの導体で形成される。放射導体１０１に複数のスリットが設けられる。スリットの数、サイズおよび位置などは、送信および受信する電波の共振周波数に応じて調整される。放射導体１０１の一方端部に給電端子１０７および短絡端子１０８が配され、他方端部に第１支持部１０９が配される。
　給電端子１０７および短絡端子１０８は、たとえば、放射導体１０１と一体的に形成されている。たとえば、放射導体１０１、給電端子１０７および短絡端子１０８の形状を有する一枚の金属板を折り曲げることにより、放射導体１０１、給電端子１０７および短絡端子１０８のそれぞれが形成される。ただし、給電端子１０７および短絡端子１０８が放射導体１０１と電気的に接続されていれば、これらが別体であってもよい。この場合、給電端子１０７および短絡端子１０８が放射導体１０１に溶着などで接続される。
　給電端子１０７は、放射導体１０１に対して直交する方向に延びる。給電端子１０７は、放射導体１０１と回路基板１０２上の無線回路１０６とを電気的に接続し、無線回路１０６から放射導体１０１に高周波信号を供給する。
　短絡端子１０８は、給電端子１０７と平行に、放射導体１０１に対して直交する方向に延びる。短絡端子１０８は、回路基板１０２上の電気回路における配線で形成されたグラウンド部に放射導体１０１を接地する。給電端子１０７および短絡端子１０８のそれぞれの幅と、これらの間の間隔とは、放射導体１０１と無線回路１０６とのインピーダンス整合が取れるような値に設定される。
　なお、給電端子１０７は無線回路１０６に、短絡端子１０８は回路基板１０２のグラウンド部に半田により接続される。ただし、接続方法は、これらが電気的に接続されていれば、これに限定されない。たとえば、これらがビスやコネクタなどを介して接続されてもよい。
　第１支持部１０９は、短絡端子１０８および給電端子１０７と共に回路基板１０２に対して放射導体１０１を支えるものである。第１支持部１０９は、Ｌ字状の形状を有し、電気絶縁性の樹脂などにより形成されている。第１支持部１０９は、短絡端子１０８および給電端子１０７に平行で、放射導体１０１から直交する方向に延びて、放射導体１０１において短絡端子１０８および給電端子１０７と対角の位置に設けられる。これにより、放射導体１０１は、回路基板１０２と対向し、回路基板１０２に対して間隔を隔てて平行に配置される。
　接地導体１０３は、放射導体１０１と対向し、かつ放射導体１０１のグラウンドを構成するものである。接地導体１０３は、平板形状を有し、銅などの導体で形成される。接地導体１０３は、回路基板１０２を挟んで、放射導体１０１と反対側に設けられる。接地導体１０３の一方端部に接地端子１１０が配され、他方端部に第２支持部１１１が配されている。
　接地端子１１０は、接地導体１０３に対して直交する方向に延び、接地端子１１０は、接地導体１０３と回路基板１０２の電気回路のグラウンド部とを電気的に接続する。これにより、回路基板１０２のグラウンド部の電位と接地導体１０３の電位とが等しくなる。
　接地端子１１０と回路基板１０２のグラウンド部との接続位置は、短絡端子１０８がグラウンド部に接地された位置の近傍に配される。このため、短絡端子１０８および接地端子１１０は、連続せず、間隔を隔てて設けられる。この回路基板１０２において、短絡端子１０８の接続位置と接地端子１１０の接続位置との間の距離ｓ（図１１）は、例えば、放射導体１０１から放出される電波の波長の１／２０以下であることが望ましい。
　第２支持部１１１は、接地端子１１０と共に回路基板１０２に対して接地導体１０３を支えるものである。第２支持部１１１は、電気絶縁性の樹脂などにより形成され、接地端子１１０と電気的には接続されていない。第２支持部１１１は、接地端子１１０と平行で、放射導体１０１から直交する方向に延びて、放射導体１０１において短絡端子１０８および給電端子１０７と対角の位置に設けられる。これにより、接地導体１０３は、回路基板１０２と対向し、回路基板１０２に対して間隔を隔てて平行に配置される。
　このようにして、接地導体１０３を放射導体１０１のグラウンドとして用いた板状逆Ｆアンテナが構成される。図２に示すように、接地導体１０３が第１筐体１０４ａの背面に面しかつ平行になるように、板状逆Ｆアンテナが第１筐体１０４ａの中に配され、この板状逆Ｆアンテナの前にバッテリー１０５が配される。そして、図１に示すように、第１筐体１０４ａの開口が第２筐体１０４ｂにより塞がれて、無線機１００が形成される。この無線機１００において、第１筐体１０４ａの背面、接地導体１０３、回路基板１０２、放射導体１０１および第２筐体１０４ｂの表面は、それぞれが対向しかつ平行になるように配置される。そして、第１筐体１０４ａの背面がメーターボックス２００の表壁部に面しかつ平行になるように、無線機１００がメーターボックス２００に設置される。この第１筐体１０４ａの背面とメーターボックス２００の表壁部との間隔ｄ（図１２（Ｂ）参照）は、後述するように、接地導体１０３とメーターボックス２００とが静電容量によって強く結合するように、１／５０波長以下に設定することが望ましい。
　そして、メーターボックス２００から計測値のデータが取得されると、給電端子１０７を介して無線回路１０６は高周波信号を放射導体１０１に与え、放射導体１０１は高周波信号を電波に変換してこれを放射する。このとき、接地導体１０３とメーターボックス２００の前壁との間隔は非常に小さいため、接地導体１０３はメーターボックス２００と電気的に結合する。これにより、メーターボックス２００は接地導体１０３と同様に放射導体１０１のグラウンドとして作用するため、放射導体１０１のグラウンドは電波の波長に対して十分大きくなる。よって、放射導体１０１の近傍に金属製のメーターボックス２００が存在しても、板状逆Ｆアンテナのインピーダンスが増加せず、利得や放射効率などのアンテナ特性は低下しない。却って、無線機１００を金属製のメーターボックス２００に近接配置した場合の電波の放射効率は、後述するように、無線機１００単体の場合の電波の放射効率に比べて大きいこともある。
　図７（Ａ）は、無線機１００単体の電波の周波数に対する電圧定在波比（ＶＳＷＲ：Ｖｏｌｔａｇｅ　Ｓｔａｎｄｉｎｇ　Ｗａｖｅ　Ｒａｔｉｏ）を示した図である。図７（Ｂ）は、メーターボックス２００に装着された無線機１００の電波の周波数に対する電圧定在波比を示している。
　図７（Ａ）に示すように、無線機１００単体の共振周波数は４６０ＭＨｚである。これに対し、図７（Ｂ）に示すように、メーターボックス２００に取り付けられた無線機１００の共振周波数は４３０ＭＨｚとなっている。このため、無線機１００がメーターボックス２００に取り付けられたことにより、共振周波数は３０ＭＨｚずれてしまう。
　しかしながら、無線機１００がメーターボックス２００に装着された場合の電圧定在波比が３以下となる帯域幅は、無線機１００単体の場合の帯域幅と同等である。すなわち、電圧定在波比が高いと、電波を送信した際に反射波の電圧が大きく、電力効率が悪くなる。よって、アンテナして実用可能な電圧定在波比は、一般的に３以下である。この電圧定在波比が３以下となる帯域幅は、図７（Ａ）に示すように、無線機１００が単体であるとき、約２０ＭＨｚである。また、図７（Ｂ）に示すように、無線機１００がメーターボックス２００に装着された場合、電圧定在波比が３以下となる帯域幅は、２０ＭＨｚである。
　したがって、メーターボックス２００に無線機１００を取り付ける際、無線機１００の共振周波数が、無線機１００単体の共振周波数より３０ＭＨｚずらして設定される。これにより、電圧定在波比が最も低く、電力効率が最もよくなる。ただし、何かの原因により電波の周波数が変化しても、電波の周波数が共振周波数を中心に２０ＭＨｚの帯域幅にあれば、電圧定在波比が３以下に収まる。これは、無線機１００が単体の場合であっても、無線機１００がメーターボックス２００に取り付けられた場合でも、同様である。よって、電圧定在波比が高くなっても、メーターボックス２００に取り付けられた無線機１００においても無線機１００単体と同等の放射効率が得られる。
　図９は、図８に示すようにＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を定めた際の、ＸＹ軸、ＸＺ軸における無線機１００の指向特性を示す。図９において、Ａ－１は無線機１００が単体である時のＸＹ軸方向における指向特性を示し、Ａ－２は無線機１００が単体である時のＸＺ軸方向における指向特性を示す。図９において、Ｂ－１は無線機１００がメーターボックス２００に装着された時のＸＹ軸方向における指向特性を示し、Ａ－２は無線機１００がメーターボックス２００に装着された時のＸＺ軸方向における指向特性を示す。なお、各グラフにおいて、太線は垂直偏波を示し、細線は水平偏波を示す。
　ＸＹ軸方向について、Ｂ－１に示す垂直偏波はＡ－１に示す垂直偏波に比べて窪んでいるため、メーターボックス２００に装着した無線機１００の指向特性は、無線機１００単体の指向特性に比べて劣化している。ただし、Ｂ－１に示す水平偏波はＡ－１に示す水平偏波に比べて大きくなっていることから、メーターボックス２００に装着した無線機１００の指向特性は、無線機１００単体の指向特性に比べて大幅に向上している。よって、全体として、無線機１００をメーターボックス２００に取り付けることにより、ＸＹ軸方向の指向特性は向上している。
　ＸＺ軸方向について、Ａ－２に示す水平偏波はＢ－２に示す水平偏波と同等である。ただし、Ａ－２に示す垂直偏波はＢ－２に示す垂直偏波に比べて大きくなっており、メーターボックス２００に装着した無線機１００の指向特性は、無線機１００単体の指向特性に比べて大幅に向上している。
　また、それぞれの指向特性より算出した無線機１００単体の放射効率が－５ｄＢであり、メーターボックス２００に装着された無線機１００の放射効率が－２ｄＢである。
　これは、無線機１００をメータに取り付けることにより、無線機１００内の接地導体１０３が金属製メーターボックス２００の表壁部と電気的に結合し、アンテナの実効体積が大きくなっている効果が現れているためである。このように、無線機１００がメーターボックス２００に取り付けられることにより、指向特性や放射効率などのアンテナの特性が向上する。
　このように、第２実施形態によれば、メーターボックス２００に取り付けられる小型のサイズに無線機１００の大きさが制限されている条件において、放射導体１０１、回路基板１０２および接地導体１０３を、回路基板１０２の厚み方向にこの順で並べることにより、金属製のメーターボックス２００に取り付けられる際のアンテナの特性の劣化を抑えることができる。
　すなわち、放射導体１０１と接地導体１０３との間に回路基板１０２などが配置されることは好ましくはない。しかし、放射導体１０１および接地導体１０３ができるだけ離れて配置されるため、アンテナの周波数帯域幅が広くなり、アンテナの特性を向上させることができる。また、無線機１００のサイズは大きくならずに小型のまま維持できる。
　また、接地導体１０３がメーターボックス２００にできるだけ近づけられるため、これらが電気的に結合し、接地導体１０３およびメーターボックス２００が放置導体のグラウンドとして機能する。よって、このグラウンドが放置導体から発せられる電波の波長に比べて大きくなるため、周囲の金属の影響を無線機１００は受けにくくなる。したがって、接地導体１０３のサイズを大型化しなくても、全体的に、無線機１００を金属製のメーターボックス２００に取り付けられることによるアンテナの特性の劣化が防止され得る。
　また、第２実施形態によれば、放射導体１０１、回路基板１０２および接地導体１０３を互いに平行に設けることにより、無線機１００の厚みを小さくすることができる。
　さらに、第２実施形態によれば、接地導体１０３およびメーターボックス２００が互いに平行に設けられることにより、これらが対向し、その間隔が一定でかつ小さく設定される。よって、接地導体１０３およびメータボックスが強くかつ広い範囲で電磁的に結合することができ、アンテナ特性の劣化をより一層防止することができる。
　さらに、第２実施形態によれば、放射導体１０１は短絡端子１０８および給電端子１０７により回路基板１０２に電気的に接続され、接地導体１０３は接地端子１１０により回路基板１０２に接続されている。このため、放射導体１０１が接地導体１０３に直接接続されていないことにより、接地導体１０３が金属製メーターボックス２００に近づけられても、放射導体１０１は金属製メーターボックス２００に近づかない。これにより、アンテナのインピーダンスの増加が抑えられ、アンテナの特性の劣化が防止され得る。
　また、第２実施形態によれば、接地端子１１０と回路基板１０２のグラウンド部との接続位置は、短絡端子１０８がグラウンド部に接地された位置の近傍に配される。このため、この間を電流が流れる距離が短くなり、アンテナのインピーダンスの増加が抑えられ、アンテナの特性の劣化が防がれる。
　（第３実施形態） 
　第２実施形態では、接地導体１０３が放射導体１０１のグラウンドとして用いられた。これに対し、第３実施形態では、回路基板１２０のグラウンド層１２３が、放射導体１０１のグラウンド（接地導体）として機能する。
　図１０（Ａ）は放射導体１０１および回路基板１２０の正面図である。図１０（Ｂ）は放射導体１０１および回路基板１２０の側面図である。
　回路基板１２０に、放射導体１０１および無線回路１０６が実装されている。回路基板１２０は、多層で構成され、絶縁体の基板上に導電体の配線が施された層が重ねられており、第１回路層１２１、第２回路層１２２およびグラウンド層１２３を有する。第１回路層１２１および第２回路層１２２は、無線送受信を行うための回路を構成し、回路基板１２０の一対の主面のうち放射導体１０１に近い方の主面の上に形成されている。グラウンド層１２３は、金属等の導体からなる導体層で構成され、回路基板１２０の一対の主面のうち放射導体１０１から遠い方の主面の上に接地導体として形成され、放射導体１０１のグラウンドを構成する。
　この場合、第１筐体１０４ａの背面にグラウンド層１２３が面するように、回路基板１２０が第１筐体１０４ａの中に配置され、第１筐体１０４ａの開口が第２筐体１０４ｂで塞がれる。
　このように構成された第３実施形態によれば、このような無線機１００の第１筐体１０４ａの背面が金属製のメーターボックス２００の表壁部に設置されると、回路基板１２０のグラウンド層１２３は表壁部に平行に対向する。グラウンド層１２３と表壁部との間隔は小さいため、グラウンド層１２３は表壁部面と電気的に（静電容量によって）結合する。これにより、グラウンド層１２３および表壁部面は放射導体１０１のグラウンドとして機能し、アンテナの実効体積が大きくなる。よって、周囲の金属の影響を無線機１００が受けにくくなり、周囲の金属による放射特性の劣化が防がれる。また、周波数が低い帯域で使用する無線機１００で、大きなグラウンドを無線機１００内に設ける必要がなく、放射特性の高いアンテナを実装した無線機１００を小型化することが可能になる。
　また、第３実施形態によれば、多層構造の回路基板１２０の１層を放射導体１０１のグラウンドに割り当てることにより、放射導体１０１のグラウンドを別途設ける必要がない。よって、無線機１００のサイズが小型化され、かつ、部品点数が減らせ、製品コストが削減される。
　（第４実施形態） 
　第４実施形態は、第１筐体および第２筐体の形状が第２実施形態と異なるが、これ以外の部分に関しては第２実施形態と同様である。
　図１１は、無線機１００の分解斜視図を示す。なお、便宜上、バッテリーおよび無線回路が省略されている。
　筐体１３０の第１筐体１３０ａおよび第２筐体１３０ｂは、開口を有する容器状であって、例えば、電波に対して低損失な特性を有する材料であるポリプロピレンやＡＢＳなどの樹脂材料で形成される。第１筐体１３０ａのサイズは第２筐体１３０ｂのサイズと等しい。第１筐体１３０ａおよび第２筐体１３０ｂは、お互いの開口が重ね合わせられ、ビス、接着また溶着などにより互いに接合され且つ固定される。
　なお、回路基板１０２、放射導体１０１、給電端子１０７、短絡端子１０８、接地導体１０３および接地端子１１０は、第２実施形態と同様である。
　ただし、給電端子１０７および短絡端子１０８の位置が第２実施形態と異なる。しかし、第２実施形態においても第４実施形態においても、短絡端子１０８と給電端子１０７とは、互いに平行で、放射導体１０１および回路基板１０２のそれぞれの端に設けられ、かつこれらの間隔が放射導体１０１と無線回路１０６とのインピーダンス整合が取れるような値に設定されている。このため、これらの条件が満たされていれば、給電端子１０７および短絡端子１０８の位置は第２実施形態においても第４実施形態の位置に限定されない。
　また、接地端子１１０の位置も、第２実施形態および第４実施形態では異なる。ただし、両実施形態において、接地端子１１０が、回路基板１０２および接地導体１０３のそれぞれの端に設けられ、かつ、回路基板１０２において短絡端子１０８の接地位置の近傍に接続されている。よって、この条件が満たされていれば、接地端子１１０は、第２および第４実施形態の位置に限定されない。
　図１２（Ａ）は、メーターボックス２００に無線機１００が設置された状態を示す正面図であり、図１２（Ｂ）は図１２（Ａ）の側面図である。なお、図１２（Ａ）では、便宜上、第１筐体１３０ａが表されていない。
　板状逆Ｆアンテナを含む無線機１００はメーターボックス２００の表壁部に設置される。この板状逆Ｆアンテナの動作周波数は、たとえば４３３ＭＨｚに設定される。
　メーターボックス２００は、たとえば、ガスの流量を計測する金属製の計測装置であって、直方体形状を有する。メーターボックス２００のサイズは、たとえば、長さ２００ｍｍ（０．２８９波長）、幅２００ｍｍ（０．２８９波長）、厚み１００ｍｍ（０．１４４波長）に設定される。
　無線機１００について、放射導体１０１の長さＬｒ１が４５ｍｍ（０．０６５波長）に、幅Ｌｒ２が６６ｍｍ（０．０９５波長）に設定される。接地導体１０３の長さＬｓ１が６２ｍｍ（０．０８９波長）に、幅Ｌｓ２が６６ｍｍ（０．０９５波長）に設定される。回路基板１０２と放射導体１０１との間隔ｈが１８．５ｍｍ（０．０２７波長）に、短絡端子１０８と短接地端子１１０との平面距離ｓが５ｍｍ（０．００７波長）に設定される。
　無線機１００は、メーターボックス２００の表壁部に配置された表示部２０１の下部に設置される。このとき、第１筐体１３０ａの背面がメーターボックス２００の表壁部に面するように、無線機１００が設置されるため、接地導体１０３はメーターボックス２００に近接する。この第１筐体１３０ａの背面とメーターボックス２００の表壁部との間は、間隔ｄである。この間隔ｄは、たとえば１／５０波長以下に設定される。この間隔ｄが小さいことにより、接地導体１０３はメーターボックス２００と電気的に容量結合し、接地導体１０３はメーターボックス２００と高周波的に同電位とみなされる。よって、接地導体１０３に加えてメーターボックス２００が板状逆Ｆアンテナのグラウンドとして機能し、小型無線機１００においても大きなグラウンド面積が確保され、高い放射効率が実現され得る。
　図１３は、無線機１００単体の利得、および間隔ｄに対するメーターボックス２００に装着された無線機１００の利得を示す。縦軸は、板状逆Ｆアンテナの利得を示す。なお、間隔ｄ以外の値は図１２（Ａ）および図１２（Ｂ）で示した値である。
　無線機１００が単体の時の利得は約－８ｄＢであるのに対し、メーターボックス２００に装着された無線機１００の利得は約－３ｄＢ以上である。よって、無線機１００がメーターボックス２００に取り付けられることにより、利得が５ｄＢ以上改善されることがわかる。これは、メーターボックス２００と接地導体１０３とが電気的に容量結合し、板状逆Ｆアンテナのグラウンド面積が大きくなったためであると考えられる。
　また、無線機１００とメーターボックス２００との間隔ｄが４ｍｍ、５ｍｍおよび１０ｍｍと大きくなるほど、利得が低下している。この間隔ｄが１ｍｍ（０．００１波長）大きくなる毎に、利得が０．２ｄＢずつ劣化している。よって、接地導体１０３をメーターボックス２００にできるだけ近づけることにより、これらの結合容量が大きくなり、利得を向上させることができる。
　図１４は、無線機１００がメーターボックス２００に取り付けられた場合の、短絡端子１０８と接地端子１１０との平面距離ｓと板状逆Ｆアンテナの利得との関係を示す。縦軸は、板状逆Ｆアンテナの利得を示す。なお、平面距離ｓ以外の値は図１２（Ａ）および図１２（Ｂ）で示した値である。
　短絡端子１０８と接地端子１１０との平面距離ｓが５ｍｍ（０．００７波長）であるとき、利得は約－２．５ｄＢである。平面距離ｓが６０ｍｍのとき、利得は約－４ｄＢである。よって、距離ｓが小さいと、利得が大きくなる。これは、基板回路における短絡端子１０８の接続位置と接地端子１１０の接続位置との距離ｓが大きいほど、回路基板１０２における電流の流れが変わり、接地導体１０３に分布する電流が変化し、放射抵抗が低下したためと考えられる。
　以上に説明したように、第４実施形態によれば、接地導体１０３がメーターボックス２００と電気的に容量結合するほど近くに、無線機１００をメーターボックス２００に配置すれば、このときのアンテナの特性は、無線機１００単体のときより上回る。特に、無線機１００とメーターボックス２００との間隔を小さくするほど、アンテナの特性は向上する。
　また、第４実施形態によれば、回路基板１０２における短絡端子１０８の接地位置の近傍に接地端子１１０を設置することにより、アンテナの特性は優れる。特に、回路基板１０２における短絡端子１０８と接地端子１１０との平面距離ｓが短いほど、アンテナの特性がより良くなる。
　さらに、第４実施形態によれば、第２実施形態と同様に、放射導体１０１、回路基板１０２、接地導体１０３およびメーターボックス２００の表壁部がこの順でかつ平行に並べられることにより、小型の無線機１００において優れたアンテナの特性が得られる。また、放射導体１０１は短絡端子１０８および給電端子１０７により回路基板１０２に電気的に接続され、接地導体１０３は接地端子１１０により回路基板１０２に接続されているため、アンテナの特性の劣化が防止され得る。
　（第５実施形態） 
　第４実施形態では第１筐体１３０ａおよび第２筐体１３０ｂをビス、接着および溶着などにより固定したが、第５実施形態では第１筐体１３０ａおよび第２筐体１３０ｂを導体素子１３２による溶着で固定する点が異なる。これ以外の部分に関しては第２および第４実施形態と同様である。
　図１５は、無線機１００の分解斜視図を示す。なお、便宜上、バッテリーが省略されている。
　第１筐体１３０ａは、第２筐体１３０ｂとの接合面に溝１３１を有し、溝１３１は第１筐体１３０ａの開口部を囲むように設けられる。溝１３１に導体素子１３２が嵌め込まれている。導体素子１３２は、鉄や銅などの金属の導体で形成された線状物である。導体素子１３２の両端はそれぞれ連結され、導体素子１３２は環状に形成される。
　このような導体素子１３２が装着された第１筐体１３０ａに第２筐体１３０ｂが重ね合わせられて、導体素子１３２のＡ点からＢ点に通電されると、導体素子１３２の抵抗により導体素子１３２が発熱する。そして、導体素子１３２から発せられた熱により、第１筐体１３０ａおよび第２筐体１３０ｂのそれぞれの接合面は溶融し、第１筐体１３０ａおよび第２筐体１３０ｂは溶着されて、筐体１３０が形成される。この筐体１３０は密閉されている。
　また、このような無線機１００において、放射導体１０１に高周波信号が与えられると、放射導体１０１は近傍に存在する導体素子１３２と電気的に結合する。これにより、導体素子１３２が放射素子として利用され、アンテナの実効体積が大きくなるため、アンテナ性能が一層向上される。
　以上、第５実施形態によれば、無線機１００の筐体１３０が密閉され、無線機１００の中身が空気や水から遮断される。よって、放射導体１０１や接地導体１０３などが酸化されず、放射導体１０１のインピーダンスの変化が防がれるため、安定したアンテナの特性を維持することができる。
　さらに、第５実施形態によれば、第１および第２筐体１３０ｂの溶着に利用される導体素子１３２が放射導体１０１の近傍に配置されることにより、これらが電気的に結合し、放射導体１０１の放射性能が向上する。
　また、第５実施形態によれば、上記実施形態と同様に、無線機１００をメーターボックス２００の近傍に配置すれば、アンテナの特性が向上する。さらに、放射導体１０１、回路基板１０２、接地導体１０３およびメーターボックス２００の表壁部がこの順でかつ平行に並べられることにより、小型の無線機１００において優れたアンテナの特性が得られる。さらに、回路基板１０２における短絡端子１０８の接地位置の近傍に接地端子１１０を設置することにより、アンテナの特性は優れる。また、放射導体１０１は短絡端子１０８および給電端子１０７により回路基板１０２に電気的に接続され、接地導体１０３は接地端子１１０により回路基板１０２に接続されているため、アンテナの特性の劣化が防止され得る。
　なお、第２実施形態では凹部状の第１筐体１３０ａおよび平板状の第２筐体１３０ｂが用いられ、第４実施形態では凹部状の第１筐体１３０ａおよび第２筐体１３０ｂが用いられた。ただし、第１筐体１３０ａおよび第２筐体１３０ｂは、放射導体１０１などの構成要素を収容すれば、これらの形状に限定されない。たとえば、第１筐体１３０ａが平板状であって、第２筐体１３０ｂが凹部状であってもよい。
　また、第５実施形態では線状の導体素子１３２により第１筐体１３０ａおよび第２筐体１３０ｂを溶着したが、他の実施形態においても線状の導体素子１３２で第１筐体１３０ａおよび第２筐体１３０ｂを固定することもできる。
　さらに、第５実施形態では、導体素子１３２はその両端を連結した環形状を有していたが、これに限定されない。たとえば、図１６（Ａ）に示すように、導体素子１３２の両端が連結されずに、この両端の間が開放され、導体素子１３２において１つの間隙が設けられてもよい。また、図１６（Ｂ）に示すように、２本の導体素子１３２が間隔を隔てて配置され、導体素子１３２において２つの間隙が設けられてもよい。この導体素子１３２の長さが共振周波数に設定されると、導体素子１３２が放射導体１０１と電気的に結合され得る。
　また、第４および第５実施形態では、接地導体１０３を放射導体１０１のグラウンドとして用いたが、第３実施形態と同様に、回路基板１０２のグラウンド層１２３を放射導体１０１のグラウンドとして利用することもできる。
　さらに、第２、第４および第５実施形態では、板状逆Ｆアンテナが放射導体１０１として用いられたが、放射導体１０１はこれ以外の平面状の導体素子１３２で構成され得る。たとえば、線状逆Ｌアンテナ、板状のダイポールアンテナなどが平面状の導体素子として用いられる。
　また、上記全ての実施形態では、放射導体１０１および接地導体１０３に平板状の導体が用いられたが、線状の導体素子や回路基板上の金属箔の配線が放射導体に用いられてもよい。
　さらに、線状の導体素子としては、たとえば、ダイポールアンテナ、ループアンテナまたはメアンダラインアンテナなどの線状アンテナが挙げられる。この場合、図１８に示すように、回路基板１０２に線状導体素子の放射導体１４０が電気的に接続される。放射導体１４０は、回路基板１０２から垂直に延びてから、直角に曲がり、回路基板１０２に平行に延びる。このため、放射導体１４０、回路基板１０２および接地導体１０３は、回路基板１０２の厚み方向にこの順で平行に配置される。
　回路基板上の金属箔の配線が放射導体に用いられる場合、図１９（Ａ）に示すように、多層構造の回路基板１０２が用いられる。回路基板１０２は回路層および放射導体の層を有し、回路基板１０２の表面に現れている金属箔の配線１４１が放射導体の層として機能する。この場合も、金属箔の配線１４１、回路基板１０２の回路層および接地導体１０３がこの順で平行に配置される。この場合、部品点数が削減され、無線機のサイズが小型化する上、製品コストが抑えられる。
　また、回路基板上の金属箔の配線が放射導体に用いられる場合、図１９（Ｂ）に示すように、２つの回路基板１０２、１４２が用いられる。回路基板１４２は、回路基板１０２に対して垂直に設けられ、表面に金属箔の配線１４３が配されている。この金属箔の配線１４３が放射導体として機能する。金属箔の配線１４３は、回路基板１０２に対して垂直に延びた後、垂直に曲がり、回路基板１０２に対して平行に延びる。よって、金属箔の配線１４３、回路基板１０２および接地導体１０３はこの順で平行に配置される。
　さらに、上記全ての実施形態において、回路基板１０２が、回路規模や信頼性などを考慮し、多層基板、両面基板または片面基板で構成されてもよい。
　上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明は実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなくその構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
　以上のように、本発明にかかる無線機１００は、金属筐体１３０で構成されたメータに設置された状態において、小型な構造にも関わらず高い放射効率が得られるという効果を有し、例えば、メーターボックス２００などの自動検針システム用の無線機１００として有用である。
　１００　無線機
　１０１　放射導体
　１０２　回路基板
　１０３　接地導体
　１０４　筐体
　１０４ａ　第１筐体
　１０４ｂ　第２筐体
　１０６　無線回路（電気回路）
　１０７　給電端子
　１０８　短絡端子
　１１０　接地端子
　１２０　回路基板
　１２３　グラウンド層
　１２４　放射導体
　１３０　筐体
　１３０ａ　第１筐体
　１３０ｂ　第２筐体
　１３２　導体素子
　１４０　放射導体
　１４１　金属箔の配線（放射導体）
　１４３　金属箔の配線（放射導体）

Claims (11)

  1. 　高周波信号を電波に変換して放射する放射導体と、
    　前記放射導体と電気的に接続され、かつ前記放射導体に前記高周波信号を供給する電気回路が搭載された回路基板と、
    　前記回路基板の前記電気回路と電気的に接続され、前記放射導体に対向し、かつ前記放射導体のグラウンドを構成する平面状の接地導体と、
    　前記放射導体、前記回路基板および前記接地導体を収納する樹脂製の筐体と、
    を備え、
    　前記接地導体、前記回路基板および前記放射導体は、前記回路基板の厚み方向に、この順で配置される、無線機。
  2. 　前記接地導体と、前記筐体の前記接地導体に対向する面とが互いに平行に配置される、
    請求項１記載の無線機。
  3. 　前記放射導体と、前記接地導体と、前記回路基板とが互いに平行に配置される、
    請求項１または２に記載の無線機。
  4. 　前記放射導体は平面状の導体素子で構成される、
    請求項１ないし３のいずれか一項に記載の無線機。
  5. 　前記放射導体は板状逆Ｆアンテナで構成される、
    請求項４に無線機。
  6. 　前記回路基板の電気回路と前記放射導体とを電気的に接続し、前記回路基板から前記放射導体に前記高周波信号を供給する給電端子と、
    　前記回路基板の電気回路のグラウンド部と前記放射導体とを電気的に接続し、前記放射導体を前記電気回路のグラウンド部に接地する短絡端子と、
    　前記接地導体と前記回路基板の電気回路のグラウンド部とを電気的に接続し、前記グラウンド部において前記短絡端子が接地された位置の近傍に配置される接地端子とをさらに備える、
    請求項１ないし５のいずれか一項に記載の無線機。
  7. 　前記放射導体は前記回路基板の一対の主面のうち前記接地導体から遠い方の主面の上に形成された配線で構成される、
    請求項１ないし３のいずれか一項に記載の無線機。
  8. 　前記放射導体は線状の導体素子で構成される、
    請求項１ないし３のいずれか一項に記載の無線機。
  9. 　前記回路基板の一対の主面のうち前記放射導体から遠い方の主面の上に前記接地導体としての導体層が形成されている、請求項１記載の無線機。
  10. 　前記回路基板の一対の主面のうち前記放射導体に近い方の主面の上に前記電気回路を含む層が形成されている、請求項９記載の無線機。
  11. 　前記筐体は、開口を有する容器状の本体と、前記本体の開口を塞ぐ蓋とを有し、
    　前記本体および前記蓋のいずれか一方に、前記開口を囲む線状の導体素子が配置され、
    　前記本体に、前記開口の近傍に前記放射導体が位置するようにして、前記放射導体、前記回路基板および前記接地導体が収容されている、請求項１ないし１０のいずれか一項に記載の無線機。
     
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