WO2013187013A1 - 無線装置 - Google Patents

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WO2013187013A1
WO2013187013A1 PCT/JP2013/003534 JP2013003534W WO2013187013A1 WO 2013187013 A1 WO2013187013 A1 WO 2013187013A1 JP 2013003534 W JP2013003534 W JP 2013003534W WO 2013187013 A1 WO2013187013 A1 WO 2013187013A1
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circuit board
conductor
wireless device
ground
metal casing
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Inventor
崇士 渡邊
幸宏 尾本
松本　孝之
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パナソニック株式会社
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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
    • H01Q9/30—Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole
    • H01Q9/42—Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole with folded element, the folded parts being spaced apart a small fraction of the operating wavelength
    • 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
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a wireless device for a flow rate measuring device that measures the flow rate of an object to be weighed.
  • an automatic meter reading system that measures the amount of gas, electricity, water, etc. used by a flow rate measuring device installed in a building such as a house and collects the measured data by wireless communication.
  • a small flow rate measuring device is required from the viewpoint of ease of installation and the like.
  • a flow rate measuring device for example, a device in which a wireless adapter slave unit is attached to the surface of a metal housing of a gas meter has been proposed (see Patent Document 1).
  • the wireless adapter slave described in Patent Document 1 incorporates a board-mounted plate antenna.
  • the ground conductor plate and the short-circuit conductor of the radiating conductor are connected via the wiring pattern of the printed circuit board.
  • the metal housing of the gas meter can be used as a radiation (anti-radiation) conductor, high antenna performance can be realized.
  • a current flows radially into the metal casing from a position close to the feeding point to the antenna, the reverse-phase currents cancel each other's effects, so that the radiation efficiency deteriorates.
  • the radiation conductor is small with respect to the wavelength, the radiation efficiency is significantly degraded.
  • An object of the present invention is to provide a wireless device that improves antenna performance by effectively using a metal casing of a flow rate measuring device.
  • a wireless device is a wireless device of a flow rate measuring device, wherein the metal housing of the flow rate measuring device, a radiation conductor that radiates a radio wave forming a high frequency signal, and a power supply that supplies high frequency power to the radiation conductor
  • a circuit board having a circuit, and the circuit board has a feeding point that electrically connects the feeding circuit and the radiation conductor, and the feeding point is located at an end of the metal casing. It is characterized by. Since the feeding point is located at the end of the metal casing, deterioration of radiation efficiency due to the reverse phase current is suppressed.
  • FIG. 1 is a front view
  • FIG. 2 is a side view
  • FIG. 3 is a perspective view of a wireless communication unit.
  • the gas meter of the present embodiment includes a metal casing 201, a meter display unit 202, and a resin casing 102 attached to the surface of the metal casing 201.
  • a radio communication unit composed of a plate-shaped radiation conductor 104 that forms the main part of the plate-shaped inverted F-type antenna, a circuit board 103 including a power feeding circuit, and a ground conductor 107. It is stored.
  • 105 is a power supply terminal from the circuit board 103 to the radiation conductor 104
  • 106 is a short-circuit terminal between the radiation conductor 104 and the circuit board 103
  • 108 is a ground terminal between the circuit board 103 and the ground conductor 107. is there.
  • the circuit board 103 is, for example, a double-sided copper-clad board, and a power feeding circuit, a control circuit, and the like are mounted on the surface of the board.
  • the radiation conductor 104 is disposed in parallel with the circuit board 103 at a certain distance from the surface of the circuit board 103.
  • the power supply terminal 105 is disposed orthogonal to the surface direction of the radiation conductor 104, and one end is electrically connected to the power supply circuit disposed on the circuit board 103 at the end of the circuit board 103, and the other end is connected. It is electrically connected to the end of the radiation conductor 104.
  • the short-circuit terminal 106 is arranged orthogonal to the surface direction of the radiation conductor 104, and one end is electrically connected to the ground formed by the copper foil pattern on the circuit board 103. The end is electrically connected to the radiation conductor 104.
  • the ground conductor 107 is arranged in parallel with the circuit board 103 on the back side of the circuit board 103.
  • the ground terminal 108 is arranged orthogonal to the surface direction of the ground conductor 107, one end is electrically connected to the ground formed by the copper foil pattern on the circuit board 103, and the other end is the end of the ground conductor 107. It is electrically connected to the part.
  • the connection position between the circuit board 103 and the ground terminal 108 is arranged at a distance from the position where the short-circuit terminal 106 is connected to the circuit board 103.
  • the wireless communication unit composed of the radiation conductor 104, the circuit board 103, and the ground conductor 107 is disposed in the resin casing 102 so that the feeding terminal 105 is positioned at the end of the metal casing 201.
  • the ground conductor 107 and the metal casing 201 are disposed so as to be close to each other, the ground conductor 107 and the metal casing 201 are electromagnetically coupled. It can be regarded as the same potential. That is, the metal casing 201 operates as a ground for the plate-like inverted F-type antenna. Thereby, since a large antenna ground area can be ensured even in a small wireless terminal, high radiation efficiency can be realized.
  • FIG. 4 (a) and 4 (b) are conceptual diagrams showing the distribution of current flowing through the ground conductor 107 in accordance with the position of the ground terminal 108.
  • FIG. 4A since the ground terminal 108 is located in the center of the ground conductor 107, the currents of opposite phases cancel each other's effects. Therefore, the radiation efficiency is degraded.
  • FIG. 4B since the ground terminal 108 is located at the end of the ground conductor 107 as in the present embodiment, a reverse-phase current does not occur, and deterioration of radiation efficiency is suppressed. The same applies to the distribution of current flowing through the radiation conductor 104 according to the position of the power supply terminal 105.
  • FIG. 5 shows a linear inverted L-type antenna as a modification of the wireless communication unit of FIG.
  • reference numeral 301 denotes a linear radiation conductor
  • reference numeral 302 denotes a feeding point from the circuit board 103 to the radiation conductor 301.
  • the circuit board 103 has a feeding point 302 at the end of the circuit board 103.
  • the wireless communication unit is arranged in a direction in which the feeding point 302 is located at the end of the metal casing 201.
  • the ground conductor 107 is connected to the ground terminal 108 of the circuit board 103 in the vicinity of the feeding point 302.
  • FIG. 6 is a front view showing a configuration of a gas meter which is a flow rate measuring device including a wireless device according to the second embodiment of the present invention.
  • the gas meter includes a metal casing 410 connected to the pipe 412 and a resin casing 422 attached to the surface of the metal casing 410.
  • the metal housing 410 has a built-in sensor (not shown) that measures the gas flow rate.
  • a circuit board for measurement 427, a battery 428, a radiation conductor 440, and a circuit board for wireless communication 441 are arranged in the resin casing 422.
  • the resin casing 422 is fixed to the surface of the metal casing 410 with conductive screws 423 to 425.
  • the circuit board for measurement 427 is at the upper center in the resin casing 422, the circuit board for wireless communication 441 is at the lower end of the resin casing 422, and the battery 428 having metal terminals is separated from the circuit board for wireless communication 441 as much as possible. Are arranged respectively.
  • the measurement circuit board 427 and the wireless communication circuit board 441 are connected by a wiring 431, and the battery 428 and the wireless communication circuit board 441 are connected by a wiring 429, respectively.
  • a power supply circuit 445 that supplies a high-frequency signal to the radiation conductor 440 is mounted on the circuit board 441 for wireless communication.
  • a feeding point 442 to the radiation conductor 440 is located at an end of the circuit board 441 for wireless communication.
  • the ground of the circuit board 441 for wireless communication that is, the ground of the power feeding circuit 445 is electrically connected to the metal housing 410 via the lead wire 443 and one screw 423 at the joint position 444.
  • the metal casing 410 has substantially the same potential as the ground of the power feeding circuit 445.
  • the metal casing 410 having a large area functions as the ground.
  • the joining position 444 of the conducting wire 443 and the ground of the radio communication circuit board 441, the conducting wire 443 and the screw 423 are in the vicinity of the feeding point 442 and arranged in the direction opposite to the radiation conductor 440 with respect to the feeding point 442. It is preferred that
  • the radiation conductor 440 radiates a high frequency signal modulated by the transmission circuit as a radio wave, or receives an external radio wave (high frequency signal) and passes it to a reception circuit that demodulates the radio wave.
  • the radiation conductor 440 according to the present embodiment constitutes a linear inverted L-type antenna, has a thin rod shape, and is formed of a conductive material such as copper.
  • the length of the radiating conductor 440 is set to ⁇ / 4, where ⁇ is the wavelength of the high frequency signal forming the radio signal.
  • the base end of the radiation conductor 440 is connected to the output portion of the circuit board 441 for wireless communication at a feeding point 442.
  • the radiating conductor 440 is bent so as to spread in the internal space of the resin casing 422 so as to be located as far as possible from the metal casing 410 and so that each part of the radiating conductor 440 is not as close as possible.
  • the above-described ground conductor technology or the ground area (ground area) of the wireless communication circuit board 411 may be used as the ground conductor.
  • the ground conductor is disposed between the wireless communication circuit board 441 and the metal housing 410 in a state of being insulated from the metal housing 410 by the resin housing 422, and is connected to the wireless communication circuit in the vicinity of the feeding point 442. It is electrically connected to the ground of the substrate 441.
  • an electrolytic capacitor having a metal case and the like should be as far away from the feeding point 442 as possible.
  • the plate-like inverted F antenna and the linear inverted L antenna have been described.
  • the shape is not limited to these antenna shapes.
  • a plate-shaped dipole antenna, a loop antenna, a meander line antenna, or the like may be used.
  • the wireless device according to the present invention is useful as a wireless device with improved antenna performance.

Abstract

　金属筐体（４１０）と、高周波信号をなす電波を放射するための放射導体（４４０）と、放射導体（４４０）へ高周波電力を供給する給電回路（４４５）を持つ回路基板（４４１）とを備えたガスメータにおいて、回路基板（４４１）の接地すなわち給電回路（４４５）の接地を、導線（４４３）及び１本のビス（４２３）を介して金属筐体（４１０）に電気的に接続する。放射導体（４４０）への給電点（４４２）は、金属筐体（４１０）の端部に位置する。

Description

無線装置
　本発明は、被計量物の流量を計測する流量計測装置のための無線装置に関するものである。
　近年、家屋等の建造物に設置された流量計測装置でガス、電気、水道等の使用量を計測し、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、設置しやすさ等の観点から小型の流量計測装置が求められている。
　このような流量計測装置として、例えば、ガスメータの金属筐体表面に無線アダプタ子機が取り付けられたものが提案されている（特許文献１参照）。この特許文献１に記載の無線アダプタ子機には、基板実装形板状アンテナが内蔵されている。基板実装形板状アンテナでは、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ている。
特開平１０－３１３２１２号公報
　ガスメータの金属筐体を放（反）射導体として利用できれば、高いアンテナ性能を実現することができる。ところが、アンテナへの給電点に近い位置から金属筐体中に放射状に電流が流れると、逆相の電流が互いの効果を打ち消すので、放射効率が劣化する。特に、波長に対し放射導体が小さい場合には顕著に放射効率が劣化する。
　本発明の目的は、流量計測装置の金属筐体を有効利用することにより、アンテナ性能の向上を図った無線装置を提供することにある。
　本発明に係る無線装置は、流量計測装置の無線装置であって、前記流量計測装置の金属筐体と、高周波信号をなす電波を放射する放射導体と、前記放射導体へ高周波電力を供給する給電回路を持つ回路基板とを備え、前記回路基板は、前記給電回路と前記放射導体とを電気的に接続する給電点を有し、前記給電点は、前記金属筐体の端部に位置することを特徴とする。前記給電点が前記金属筐体の端部に位置することにより、上記逆相電流による放射効率の劣化が抑制される。
　本発明によれば、アンテナ性能の向上を図った無線装置を提供することができるという効果を奏する。
本発明の第１の実施形態に係る無線装置を備えた流量計測装置の内部を正面から見たときの構成を示す図である。 図１の流量計測装置を側面から見たときの構成を示す図である。 図１の流量計測装置における無線通信部の斜視図である。 （ａ）及び（ｂ）は、図１の流量計測装置における接地端子の位置に応じた接地導体に流れる電流の分布を示す概念図である。 図３の無線通信部の変形例を示す斜視図である。 本発明の第２の実施形態に係る無線装置を備えた流量計測装置の内部を正面から見たときの構成を示す図である。
　以下、本発明の実施形態を、図面に基づいて詳細に説明する。
　《第１の実施形態》
　図１、図２及び図３は、本発明の第１の実施形態に係る無線装置を備えた流量計測装置であるガスメータの構成を示している。図１は正面図であり、図２は側面図であり、図３は無線通信部の斜視図である。
　本実施形態のガスメータは、金属筐体２０１と、メータ表示部２０２と、金属筐体２０１の表面に取り付けられた樹脂筐体１０２とを有する。樹脂筐体１０２の中には、板状逆Ｆ型アンテナの主要部をなす板状の放射導体１０４と、給電回路を備えた回路基板１０３と、接地導体１０７とで構成された無線通信部が収納されている。１０５は回路基板１０３から放射導体１０４への給電端子であり、１０６は放射導体１０４と回路基板１０３との間の短絡端子であり、１０８は回路基板１０３と接地導体１０７との間の接地端子である。
　回路基板１０３は、例えば両面銅張基板であって、基板表面には給電回路や制御回路等が実装されている。放射導体１０４は、回路基板１０３の表面からある間隔だけ離して回路基板１０３と平行に配置される。給電端子１０５は、放射導体１０４の面方向と直交して配置されており、一端が回路基板１０３上に配置された給電回路と回路基板１０３の端部にて電気的に接続され、他端が放射導体１０４の端部と電気的に接続される。短絡端子１０６は、給電端子１０５と同様に、放射導体１０４の面方向と直交して配置されており、一端が回路基板１０３上の銅箔パターンで形成された接地と電気的に接続され、他端が放射導体１０４と電気的に接続される。
　接地導体１０７は、回路基板１０３の裏面側にて回路基板１０３と平行に配置される。接地端子１０８は、接地導体１０７の面方向と直交して配置されており、一端が回路基板１０３上の銅箔パターンで形成された接地と電気的に接続され、他端は接地導体１０７の端部と電気的に接続される。回路基板１０３と接地端子１０８との接続位置は、短絡端子１０６が回路基板１０３に接続される位置からある距離だけ離して配置される。
　放射導体１０４と、回路基板１０３と、接地導体１０７とで構成された無線通信部は、樹脂筐体１０２の内部にて、給電端子１０５が金属筐体２０１の端部に位置する向きに配置される。このとき、接地導体１０７と金属筐体２０１とが近接するように配置することより、接地導体１０７と金属筐体２０１とが電磁結合するので、金属筐体２０１と接地導体１０７とは高周波的に同電位とみなすことができる。すなわち、金属筐体２０１が板状逆Ｆ型アンテナの接地として動作することになる。これにより、小型無線端末においても大きなアンテナ接地面積を確保することができるため、高い放射効率を実現することができる。
　図４（ａ）及び図４（ｂ）は、接地端子１０８の位置に応じた接地導体１０７に流れる電流の分布を示す概念図である。図４（ａ）では、接地導体１０７の中央に接地端子１０８が位置するので、逆相の電流が互いの効果を打ち消す。したがって、放射効率が劣化する。図４（ｂ）では、本実施形態のように接地導体１０７の端部に接地端子１０８が位置するので、逆相の電流が生じず、放射効率の劣化が抑制される。なお、給電端子１０５の位置に応じた放射導体１０４に流れる電流の分布についても同様のことが言える。
　図５は、図３の無線通信部の変形例としての線状逆Ｌ型アンテナを示している。図５において、３０１は線状の放射導体であり、３０２は回路基板１０３から放射導体３０１への給電点である。この場合にも、回路基板１０３は、当該回路基板１０３の端部に給電点３０２を有する。また、無線通信部は、給電点３０２が金属筐体２０１の端部に位置する向きに配置される。また、接地導体１０７は、給電点３０２の近傍にて回路基板１０３の接地端子１０８に接続されている。
　《第２の実施形態》
　図６は、本発明の第２の実施形態に係る無線装置を備えた流量計測装置であるガスメータの構成を示す正面図である。
　本実施形態のガスメータは、管路４１２に接続された金属筐体４１０と、この金属筐体４１０の表面に取り付けられた樹脂筐体４２２とを有する。金属筐体４１０は、ガス流量を計測するセンサ（不図示）を内蔵している。樹脂筐体４２２の中には、計量用回路基板４２７と、バッテリ４２８と、放射導体４４０と、無線通信用回路基板４４１とが配置されている。樹脂筐体４２２は、導電性のビス４２３～４２５で金属筐体４１０の表面に固定されている。
　計量用回路基板４２７は樹脂筐体４２２内の上方中央に、無線通信用回路基板４４１は樹脂筐体４２２内の下方端部に、金属端子を有するバッテリ４２８は無線通信用回路基板４４１からできるだけ離してそれぞれ配置される。計量用回路基板４２７と無線通信用回路基板４４１との間は配線４３１で、バッテリ４２８と無線通信用回路基板４４１との間は配線４２９でそれぞれ接続されている。
　無線通信用回路基板４４１には、高周波信号を放射導体４４０へ供給する給電回路４４５が搭載されている。放射導体４４０への給電点４４２は、無線通信用回路基板４４１の端部に位置する。また、無線通信用回路基板４４１の接地、すなわち給電回路４４５の接地は、接合位置４４４にて、導線４４３及び１本のビス４２３を介して、金属筐体４１０に電気的に接続されている。これにより、金属筐体４１０は、給電回路４４５の接地とほぼ同電位となる結果、広い面積を有する金属筐体４１０が接地として機能する。導線４４３と無線通信用回路基板４４１の接地との接合位置４４４、導線４４３及びビス４２３は、給電点４４２の近傍であり、かつ給電点４４２に対して、放射導体４４０とは反対の方向に配置されるのが好ましい。
　放射導体４４０は、送信回路にて変調された高周波信号を、電波として放射したり、外部からの電波（高周波信号）を受信して、これを復調する受信回路に受け渡す。本実施形態に係る放射導体４４０は、線状逆Ｌ型アンテナを構成するものであり、細い棒形状を有し、銅等の導電性材料で形成される。放射導体４４０の長さは、無線信号をなす高周波信号の波長をλとした場合に、λ／４に設定される。
　放射導体４４０の基端は給電点４４２において無線通信用回路基板４４１の出力部と接続される。放射導体４４０は、金属筐体４１０からなるべく離れて位置するように、かつ、放射導体４４０の各部がなるべく近接しないように、樹脂筐体４２２の内部空間において広がるように折り曲げられる。
　図４（ａ）及び図４（ｂ）を用いて説明した議論は、ビス４２３を通して無線通信用回路基板４４１の接地に接続された金属筐体４１０に流れる電流の分布についても当てはまる。すなわち、ビス４２３が金属筐体４１０の中央に位置する場合には、逆相の電流が互いの効果を打ち消すので、放射効率が劣化する。ところが、本実施形態のように金属筐体４１０の端部にビス４２３を配置した場合には、逆相の電流が生じないので、放射効率の劣化が抑制される。
　なお、ビス４２３を用いた金属筐体４１０への電気接続に代えて、前述の接地導体の技術や、無線通信用回路基板４１１の接地エリア（グランドエリア）を接地導体として利用してもよい。この接地導体は、無線通信用回路基板４４１と金属筐体４１０との間にて樹脂筐体４２２により金属筐体４１０から絶縁された状態で配置され、給電点４４２の近傍にて無線通信用回路基板４４１の接地に電気接続される。
　また、金属端子を有するバッテリ４２８の他に、金属ケースを有する電解コンデンサ等も、給電点４４２からできるだけ遠ざけるのがよい。
　なお、上記第１及び第２の実施形態では板状逆Ｆ型アンテナ及び線状逆Ｌ型アンテナを説明したが、これらのアンテナ形状に限らない。例えば、板状ダイポールアンテナ、ループアンテナ、メアンダラインアンテナ等であってもよい。
　以上のように、本発明に係る無線装置は、アンテナ性能の向上を図った無線装置として有用である。
１０２　樹脂筐体
１０３　回路基板
１０４　放射導体
１０５　給電端子
１０６　短絡端子
１０７　接地導体
１０８　接地端子
２０１　金属筐体
２０２　メータ表示部
３０１　放射導体
３０２　給電点
４１０　金属筐体
４１２　管路
４２２　樹脂筐体
４２３～４２５　ビス
４２７　計量用回路基板
４２８　バッテリ
４２９　配線
４３１　配線
４４０　放射導体
４４１　無線通信用回路基板
４４２　給電点
４４３　導線
４４４　接合位置
４４５　給電回路

Claims (5)

  1. 　流量計測装置の無線装置であって、
    　前記流量計測装置の金属筐体と、
    　高周波信号をなす電波を放射する放射導体と、
    　前記放射導体へ高周波電力を供給する給電回路を持つ回路基板とを備え、
    　前記回路基板は、前記給電回路と前記放射導体とを電気的に接続する給電点を有し、
    　前記給電点は、前記金属筐体の端部に位置することを特徴とする無線装置。
  2. 　請求項１記載の無線装置において、
    　前記回路基板は、当該回路基板の端部に前記給電点を有することを特徴とする無線装置。
  3. 　請求項１記載の無線装置において、
    　前記回路基板と前記金属筐体との間にて前記金属筐体から絶縁された状態で配置された接地導体を更に備え、
    　前記接地導体は、前記給電点の近傍にて前記回路基板の接地端子に電気接続されたことを特徴とする無線装置。
  4. 　請求項１記載の無線装置において、
    　前記金属筐体は、前記給電点の近傍にて前記回路基板の接地端子に電気接続されたことを特徴とする無線装置。
  5. 　請求項１記載の無線装置において、
    　前記回路基板に電気接続されたバッテリを更に備え、
    　前記バッテリは、前記給電点から離して配置されたことを特徴とする無線装置。
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