WO2018043027A1

WO2018043027A1 - 無線通信装置

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Publication number: WO2018043027A1
Application number: PCT/JP2017/028251
Authority: WO
Inventors: 吉川　嘉茂; 崇士渡邊; 祥太寺本
Original assignee: パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority date: 2016-09-01
Filing date: 2017-08-03
Publication date: 2018-03-08
Also published as: US10879624B2; EP3509160B1; US20190190164A1; EP3509160A1; JP2018037915A; CN109314306A; JP6731578B2; EP3509160A4

Abstract

流体配管（２）に接続される流量測定部（３）と、電波を送受信する第１アンテナエレメント（４）とを備え、第１アンテナエレメント（４）の長手方向は、流体配管（２）の軸方向と直交する無線通信装置である。この構成により、第１アンテナエレメント（４）からのアンテナ放射の偏波面方向が流体配管（２）と直交することにより、電波は流体配管（２）で反射されることがなく、流体配管（２）が設けられた方向、つまり、無線通信装置を設置したメータの後面方向への電波の放射を得ることができる。

Description

無線通信装置

　本発明は、無線通信機能を搭載するためにガスメータ等の流量測定装置に内蔵される無線通信装置に関し、特にアンテナの構造および制御方法に特徴を有する。

　家庭用および工業用のガス供給量の計測にはガスメータが用いられている。日本では約３０年前にガスメータにマイコンを搭載してガス流量を常に監視し、ガス漏れによる爆発や中毒といったガス事故などを防止するガスマイコンメータが実用化された。これにより、ガス事故が大幅に減少した。

　その後、約２０年前にはガスメータに無線端末を取り付けたガス無線自動検針システムが実用化された。これは、無線端末と、ビルの屋上や電柱に設置した親機との間で小電力無線による通信を行うもので、ガス使用量の検針業務の自動化、ガス会社センターからガスメータの遮断弁を遠隔遮断するといった機能を実現している。この時点で、日本ではガスメータのスマートメータ化が成されたことになる。ただし、従来のシステムでは、ガスメータ約１００台ごとに親機を設置する必要があり、親機設置場所の確保の困難性や、親機の維持メンテナンスの費用が課題となっていた。

　近年になり、海外でもガスメータのスマートメータ化が始まっており、ガスメータは、電子化（マイコン搭載）と無線通信機能の搭載とがなされている。例えば、欧州では、日本で４２９ＭＨｚであった無線周波数を１６９ＭＨｚに下げ、さらに送信出力を１０ｍＷから５００ｍＷに増強することにより通信距離を拡大した構成が採用された。これにより、親機１台が収容するメータ数を増大し、約４０００台のメータを収容することにより、親機の設置台数を大幅に削減している。

　一方、親機設置が困難であるという上記課題に対する別の解決策として、親機自体を不要とするシステムが考えられている。このシステムでは、ガスメータに内蔵された無線機が、メータ間でバケツリレー式に通信を行うものであり、いわゆるメッシュネットワーク（メッシュ通信）を構成する。この場合、親機を屋上や電柱に設置する必要がないというメリットがある。

　以上のような状況において、既にガスメータへアンテナを内蔵する方法について、いくつかの提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

特開２００９－２５３７８８号公報特開２００２－１０９６７２号公報

　しかしながら従来の構成では以下のような課題がある。すなわち、無線アンテナをメータに内蔵する場合には、以下の様ないくつかの課題がある。

　１）アンテナ寸法の制約の課題である。メータ寸法には制約があり、内蔵アンテナの性能アップのために大きな寸法のアンテナを用いることが出来ない。したがって、限られた寸法内で最大限のアンテナ性能を発揮することが求められる。実際には、アンテナエレメントだけではなく、回路基板のグランドパターンもアンテナ放射に大きな役割を果たしており、アンテナの高性能化では、回路基板のグランドパターンを考慮する必要がある。

　２）アンテナ放射指向性が片寄りやすいという課題である。ガスメータは金属筐体で構成されており、前面の１面のみが開放となる構造である場合が多い。この前面側にアンテナを配置した場合、アンテナの放射指向性パターンは前方方向への放射が強くなり、後方方向および左右方向への放射は相対的に弱くなる傾向にある。上記のようなメッシュネットワークの通信では、各メータ間の相対的な位置関係が特定できないため、各メータは全周囲から等方向的に電波を受信できるアンテナ放射指向性を持つことが望ましい。しかし、上記のようにメータの内蔵アンテナでは放射指向性の片寄り（前面方向への放射が強くなる）が発生してしまうという課題がある。

　３）ガスメータ間の無線通信の設置場所が厳しいマルチパスフェージング環境にあるという課題である。例えば、集合住宅の場合、ガスメータはパイプシャフトと呼ばれるコンクリート壁に囲まれた狭い空間に設置されており、メータ間の無線通信は、複数のコンクリート壁を越えた通信となり、大きな電波減衰と、厳しいマルチパス到来波の環境となる。そのため、局所的な受信電界強度の落ち込み（マルチパスフェージング）が生じ、必要な受信電界強度が得られない場合が発生する。特許文献２では、局所的な落ち込みを回避するために、複数のアンテナを搭載したダイバーシティアンテナ方式が用いられている。

　本発明の無線通信装置は、流体配管に接続される流量測定部と、電波を送受信する第１アンテナエレメントと、を備え、第１アンテナエレメントの長手方向を、流体配管の軸方向と直交する構成とする。

　この構成により、本発明の無線通信装置は、全周囲にわたって等方向性の放射指向性を得ることができる。特に、無線通信装置間で通信を行うメッシュネットワークにおいて、安定な通信を行うことができる。

図１は、本発明の第１の実施の形態による無線通信装置の構成を示す外観図である。図２Ａは、本発明の第１の実施の形態による無線通信装置の構成要素である切替部の構成を示す構成図である。図２Ｂは、本発明の第１の実施の形態による無線通信装置の構成要素である切替部の構成を示す構成図である。図２Ｃは、本発明の第１の実施の形態による無線通信装置の構成要素である切替部のインピーダンス調整部の回路の例を示す説明図である。図３は、本発明の第２の実施の形態による無線通信装置の構成を示す外観図である。図４は、本発明の第３の実施の形態による無線通信装置の構成を示す外観図である。

　以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

　（第１の実施の形態）
　以下、本発明の第１の実施の形態による無線通信装置は、流量測定部を有する流量測定装置に搭載するものとして例示する、しかし、本実施の形態による無線通信装置は、例えば無線式火災警報器、無線式ガス漏れ警報器、ハンディターミナルなど、他の電子機器に搭載してもよい。また、本実施の形態による無線通信装置を搭載する流量測定装置として、ガスメータを例に挙げて説明するが、水道メータ等の他の流量計にも同様に適用できる。

　また、本実施の形態による無線通信装置は、親機と直接通信する方式ではなく、無線通信装置間でバケツリレー式に通信を行う、いわゆるメッシュネットワーク（メッシュ通信）を構成することが望ましい。

　以下、この理由を説明する。無線通信装置間の通信では、親機の無線性能に頼ることができない。そこで、確実に通信を繋げていくためには、各無線通信装置の無線性能を最大限に向上させる必要がある。しかし、メッシュ通信では、各無線通信装置の通信回数が増加するため、無線送信出力をむやみに大きくすると、消費電力の増大となる。このため、送信出力を上げる代わりに無線アンテナの性能を向上させて、通信距離を確保することが方策となる。つまり、メッシュネットワークを構成する無線通信装置では、無線アンテナの性能を向上させることによる効果が、より顕著となる。そのため、無線アンテナの性能を向上させることができる本実施の形態による無線通信装置を用いてメッシュネットワーク構成することが望ましい。

　図１は、本実施の形態による無線通信装置の構成を示す外観図である。図１において、無線通信装置は、筐体１、流体配管２、流量測定部３、第１アンテナエレメント４、第２アンテナエレメント５、回路基板６、接続点７を備えている。なお、本実施の形態では、図面の紙面上側を上面側、紙面手前側を前面側、紙面奥側を後面側として説明する。

　筐体１はガスメータ等の外郭をなす箱型の構造物であり、アルミダイキャストや鉄板のプレス構造で構成され、内部が空洞となっており、この空洞内に流体が流れる。

　筐体１の一面（図１においては上面）に流体配管２（図１に示す構成ではガス管）が２本接続され、この流体配管２は筐体１を貫通して筐体１の内部へと流体を導入する配管へと繋がる。２本の流体配管２の内、１本が流体流入側、もう１本が流体流出側であり、流体流入側の流体配管２には流量測定部３が接続されている。

　流量測定部３は、超音波方式により流体の速度を計測しており、時々刻々の流体速度の積分により流体体積すなわち流量を求めている。流量測定部３を通過した流体は、筐体１内の空洞となった空間へ放出され、流出側の流体配管２へと流出する。

　筐体１の一面（図１においては前面）は凹部を備えている。凹部の一面（図１において前面）には、開口部を備えている。この凹部に電子回路を形成した回路基板６が配置される。回路基板６はガラスエポキシ樹脂基板の表面に銅箔パターンで配線を形成し、基板表面に回路部品を実装したものである。回路基板６には無線回路や流量データを解析する演算回路（マイコン）、液晶ディスプレー部品などが実装されている。

　また、第１アンテナエレメント４、第２アンテナエレメント５は、回路基板６に搭載される。第１アンテナエレメント４、第２アンテナエレメント５は、それぞれ、アンテナとして動作する。第１アンテナエレメント４、第２アンテナエレメント５は、それぞれ、金属線をＬ字型に折り曲げた逆Ｌアンテナエレメントである。なお、第１アンテナエレメント４および第２アンテナエレメント５を用いて、受信状態と送信状態のそれぞれで最適になるように切り替えるダイバーシティアンテナを構成することが望ましい。

　図１に示すように、第１アンテナエレメント４は、第１アンテナエレメント４の長手方向が、流体配管２の軸方向Ｅ（図１において配管中央部に示す１点破線の方向）と直交する向きＦ（図１において水平方向）に配置される。

　また、第１アンテナエレメント４は回路基板６上に配置されるが、筐体１のうち流体配管２が貫通する面（図１において上面）に近い側（図１において上側）に設けられている。

　第１アンテナエレメント４を流体配管２に近い位置に配置したことにより、第１アンテナエレメント４から放射された電磁波は第１アンテナエレメント４の長手方向に直交した向きに強く放射される。このとき、第１アンテナエレメント４の長手方向が流体配管２の軸方向と直交しているので、電磁波の偏波面の方向である偏波方向Ｄ１は、流体配管２の軸方向Ｅ（すなわち流体配管の長手方向）と直交する。そのため、到来した電磁波の電界が流体配管２の直径方向にかかるが、流体配管２の直径方向は軸方向に比べて短いため、流体配管２に励起する高周波逆電流は小さい。そのため、電磁波は流体配管２をすり抜けて、筐体１の後方（図１において後方面方向への放射と示した矢印Ｊ１の方向）へと放射されていく。

　第１アンテナエレメント４からは、電磁波が筐体１の前面方向（矢印Ｊ２の方向）、後面方向（矢印Ｊ１の方向）、左右面方向へ放射されるが、この時、後面方向への放射が、金属管である流体配管２の影響で反射されて前面方向へ進行し、後面方向へ進行する電磁波レベルが低下した場合には問題となる。しかし、本実施の形態では、上記配置にある第１アンテナエレメント４を用いたことで、筐体１の後面方向へも電磁波が強く放射するアンテナ放射指向性を持たせることができる。すなわち、アンテナ放射指向性が等方性になる。

　一方、第２アンテナエレメント５は、その長手方向が、第１アンテナエレメント４の長手方向（向きＦ）と直交する向きＧに配置される。これにより、第２アンテナエレメント５が流体配管２の軸方向Ｅに平行な向きとなる。これにより、第２アンテナエレメント５から放射される電磁波の電界偏波面の方向である偏波方向Ｄ２は、流体配管２の軸方向（向きＧ）に平行となる。この場合、流体配管２の表面に第２アンテナエレメント５からの電磁波を打ち消す方向に高周波電流が励起する。これにより、第２アンテナエレメント５からの電磁波が流体配管２で反射されることになり、筐体１の前面方向（矢印Ｊ２）へと進行する。つまり、筐体１の後面方向（矢印Ｊ１）への放射が小さくなり、前面方向（矢印Ｊ２）への放射がより強くなる。

　以上説明したように、第１アンテナエレメント４の放射指向性パターンと第２アンテナエレメント５の放射指向性パターンは大きく異なる特性となる。第１アンテナエレメント４および第２アンテナエレメント５を用いて、ダイバーシティアンテナを構成する場合に、大きなダイバーシティ利得を得るためには、２つのアンテナの放射指向特性が大きく異なることが望ましい。すなわち、２つのアンテナ間の指向性の相関が小さい程、ダイバーシティ利得を大きく得えられる。

　本実施の形態では、第１アンテナエレメント４と第２アンテナエレメント５の配置方向を互いに直交しており、更に第１アンテナエレメント４が流体配管２と直角、第２アンテナエレメント５が流体配管２と平行となる配置としたことで、筐体１の後面方向への強い放射を確保できた。それと同時にダイバーシティアンテナのダイバーシティ利得を高めることができるというメリットがある。

　図２Ａ～図２Ｃに本実施の形態による無線通信装置を構成するダイバーシティアンテナに用いるアンテナ切換えを行う切替部の構成を示す。第１アンテナエレメント４および第２アンテナエレメント５のそれぞれの一端が、切替部８が有する２つのアンテナ端子に接続される。切替部８の有する他の２つの端子のうち一方は、無線回路１０の高周波端子に接続され、他方は、インピーダンス調整部９を介して回路基板６のグランドに接続される。切替部８は、図２Ａに示す状態と、図２Ｂに示す状態とを切り替える。

　図２Ａでは、第１アンテナエレメント４が無線回路１０の高周波端子に接続され、第２アンテナエレメント５がインピーダンス調整部９を介して回路基板６のグランドに接続されるように切替部８が切り替えられた状態である。また、図２Ｂでは、第２アンテナエレメント５が無線回路１０の高周波端子に接続され、第１アンテナエレメント４がインピーダンス調整部９を介して回路基板６のグランドに接続されるように切替部８が切り替えられた状態である。

　ダイバーシティアンテナでは、２本のアンテナを切り替えて送信および受信動作を行うが、インピーダンス調整部９は、無線回路１０に接続されていない方のアンテナに接続される負荷（インピーダンス）を設定する役割を備える。

　第１アンテナエレメント４と第２アンテナエレメント５の片方に給電して、アンテナ全体として、ダイポールアンテナ類似の動作をするアンテナとして使用する場合、２つのアンテナエレメント（第１アンテナエレメント４、第２アンテナエレメント５）の給電点が近接して配置される場合には、他方のアンテナエレメントを直接グランドに接続して接地すればよい。

　しかし、実際の構成では、２つのアンテナエレメントの給電点間がある程度離れている場合が多い。この場合には、空間の位相遅延により２つのアンテナが逆位相で動作しなくなるので、インピーダンス調整部９を設けることで位相補正をとることにより、アンテナ性能を確保することができる。

　インピーダンス調整部９の回路定数としては、図２Ｃに示すように、インダクタンス、コンデンサ、短絡、開放のいずれか１つを用いることができる。どの定数を用いるかは、アンテナエレメント間の距離、アンテナ間の相対角度、また、回路基板上に励起する高周波電流の影響などを考慮して、最適な定数を用いればよい。

　第１アンテナエレメント４の給電点と第２アンテナエレメント５の給電点の距離は、第１アンテナエレメント４または第２アンテナエレメント５から出力される電磁波の波長の１／４以下、より望ましくは１／８以下とすることが望ましい。この場合には、２つのアンテナエレメントの給電点が近接することで、ダイポールアンテナ類似の動作をするアンテナとしての使用が容易となる。

　無線回路１０は、本発明における給電回路であり、第１アンテナエレメント４または第２アンテナエレメント５に高周波電力を供給する回路である。

　また、図１に示すように、回路基板６のグランドパターンは、接続点７の１点で、筐体１へ電気的に接続されている。具体的には、回路基板６は、接続点７を貫通する金属製のボルトのみで、筐体１に固定されている。

　接続点７を１点としたことで、第１アンテナエレメント４および第２アンテナエレメント５で励起された高周波電流が回路基板６の表面に流れる。そして、回路基板６に高周波電圧振幅を励起する。これは、回路基板６のグランドパターンが金属製の筐体１のグランドに対してフリーとなっているからである。この時、回路基板６は筐体１に対して一種のアンテナエレメントとして動作する。そして、回路基板６全体から電波が放射されることになり、第１アンテナエレメント４と、第２アンテナエレメント５と、回路基板６とを含めた全体としてのアンテナ放射効率が向上する。

　金属製の筐体１の前面の一側面にアンテナを配置した場合、筐体１の影響により放射効率が低下する傾向にあるが、本構成では回路基板６を含めてアンテナとして動作させることにより、放射効率を大きくすることができる。

　また、図１に示すように、回路基板６において、第１アンテナエレメント４と第２アンテナエレメント５のそれぞれの給電点が配置される側の端部（図１において回路基板６の左側の一辺）と、筐体１の開口部の端部との間隔Ａよりも、第１アンテナエレメント４と第２アンテナエレメント５のそれぞれの給電点が配置されない側の端部（図１において回路基板６の右側の一辺）と開口部との端部との間隔Ｂが大きくなるように構成されている。間隔Ｂを大きくとったことにより、アンテナの放射効率を更に大きくすることができる。

　以下、この理由を説明する。第１アンテナエレメント４および第２アンテナエレメント５によって回路基板６上に励起された高周波電圧振幅は、給電点から最も離れた位置で最も大きくなる。つまり、図１に示す回路基板６の右側の一辺（間隔Ｂ側）の付近である。給電点から最も離れた位置で、筐体１の開口部が回路基板６の端部に近いと、開口部付近に高周波逆電流が励起されて回路基板６上の高周波電圧振幅および高周波電流を打ち消してしまう。そして、回路基板６を含めたアンテナの放射効率が低下する。しかし、本実施の形態では、筐体１の開口部と回路基板６のこの位置の端部との間隔Ｂを大きくとっているので、筐体１の表面で開口部付近に励起する高周波逆電流を低減することができるので、アンテナの放射効率を大きくすることができる。

　なお、本実施の形態では、筐体１の前面に設けた開口部に回路基板６を配置する構成をとったが、回路基板６を金属製の筐体１の内側に収容し、筐体１の前面にアンテナエレメントのみを配置する構成としてもよい。この場合でも同様に、アンテナエレメントを流体配管２の近傍に配置し、アンテナエレメントの長手方向を流体配管の軸方向に対して垂直とすることで、後面方向へ電磁波を放射するという効果を得ることができる。

　また、アンテナエレメント構成を逆Ｌアンテナとしたが、逆Ｆアンテナやパッチアンテナなど任意のアンテナエレメント構成をとってもよい。この場合、第１アンテナエレメント（図示せず）から放射される電波の偏波面方向が、流体配管２の軸方向に直交する向きになるように、また、第２アンテナエレメント（図示せず）から放射される電波の偏波面方向が、第１アンテナエレメントが放射する電波の偏波面方向に直交して流体配管２の軸の方向に平行になるように設計する。

　また、回路基板６の裏面と筐体１の凹部の底面との距離をある程度とることが望ましい。具体的には、回路基板６の裏面と筐体１の凹部の底面との間隔を、アンテナエレメントから出力される電磁波の波長の１／１６以上、より望ましくは１／３２以上とすることで、回路基板６上に励起した高周波振幅を筐体１に励起した逆電流が阻害することを低減できる。

　また、第１アンテナエレメント４は回路基板６上の流体配管２に近い位置に配置される。具体的には、流体配管２と第１アンテナエレメント４との距離は、アンテナエレメントから出力される電磁波の波長の１／２以下、より望ましくは１／４以下であることが望ましい。近い位置に配置することにより、第１アンテナエレメント４から放射した電波が、流体配管２方向へ到来する強度を高くすることができる。

　本実施の形態における無線通信装置のアンテナ構成は、特に無線通信装置が、端末間で直接通信を行うメッシュネットワークに用いられる場合に有効である。すなわち、メッシュネットワークでは、通信する他の無線通信装置の方向を特定できない。そのため、全周方向に等方的な指向性で電波を放射することが望ましい。本実施の形態では、流体配管を通過して後面方向への放射が得られる。これにより、全周方向に等方的な放射指向性を持たせることができる。

　また、無線通信装置の具体的な無線周波数として、Ｓｕｂ－ＧＨｚ帯すなわち９００ＭＨｚ付近の周波数に適用すると効果的である。９００ＭＨｚの波長は約３２ｃｍであり、アンテナエレメントの長さとして波長の１／４前後としたときに大きな共振が得られて、アンテナ特性が良好なる。ここで、波長の１／４は約８ｃｍであり、おおよそ筐体１の外形寸法より少し小さい寸法となる。したがって、筐体１に最適なアンテナエレメントを内蔵することができる。一方、更に周波数が高いとアンテナエレメントは小型になるが、アンテナエレメントと流体配管との距離を波長スケールで見た場合、距離が離れてしまう。この場合、アンテナエレメントから流体配管方向へ放射される電波強度が小さくなり、筐体の後面方向への放射を得るという効果が小さくなる。そして、筐体の前面方向への放射が強くなる指向性特性を示す。以上のように、無線周波数としては、９００ＭＨｚ前後が良好であり、これより周波数が高くても低くても効果が限定的となる傾向を示す。

　また、本実施例では、流体配管に対して第１アンテナエレメント４の長手方向を直交する配置としたが、９０度以外にある程度傾いて配置してもよい。具体的には、９０度に対して±２０度程度ずれていても十分に効果を得ることが可能である。つまり、本実施の形態において、直交とは、９０度で交差する状態に限定されるものではなく、７０～１１０度の範囲で交差するものを含む。

　（第２の実施の形態）
　図３は、本発明の第２の実施の形態による無線通信装置の構成を示す外観図である。図３において、第１の実施の形態と同じ構成要素には同じ構成番号を用い、説明を省略する。

　本実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、接続点７の位置にある。図３に示すように、回路基板６上に第１アンテナエレメント４および第２アンテナエレメント５が配置されるのは、第１の実施の形態と同様である。しかし、本実施の形態では、第１アンテナエレメント４と第２アンテナエレメント５のそれぞれの給電点の間の近傍位置に回路基板６のグランドパターンの接続点７が設けられ、筐体１のグランドに接続されている。

　給電点は、高周波電圧振幅が最も小さくなる位置であり、高周波電流の強度が最も大きくなる位置である。この高周波電流が強くなる回路基板６のグランドパターンの位置の近傍を筐体１に接続することにより、筐体１に効果的に高周波電流を流すことが可能となる。そして、筐体１に流出した高周波電流は高周波電圧を励起し、筐体１がアンテナの一部として動作して放射効率を改善することができる。

　接続点７の位置は、第１アンテナエレメント４と第２アンテナエレメント５のそれぞれの給電点の間の一付近が望ましく、具体的には、第１アンテナエレメント４と第２アンテナエレメント５のそれぞれの給電点から、アンテナエレメントから出力される電磁波の波長の１／４以下、より望ましくは１／８以下の距離に配置することが望ましい。

　この構成によれば、高周波電圧振幅が一番小さい（電流振幅は一番大きい）給電点付近の接地点で回路基板６を筐体１に接続することになり、高周波電圧振幅が大きくなる第１アンテナエレメント４および第２アンテナエレメント５の先端位置（つまり給電点より一番遠い位置）にある回路基板６の付近では、筐体１に接地されない構成となる。そのため、回路基板６に励起される高周波電圧振幅を大きくすることができる。

　本実施の形態により、第１アンテナエレメント４および第２アンテナエレメント５からの放射に加えて、回路基板６のグランドパターンからの放射と、更には筐体１からの放射を得ることができるので、アンテナとしての放射効率を向上することができる。

　（第３の実施の形態）
　図４は、本発明の第３の実施の形態による無線通信装置の構成を示す外観図である。図４において、第１の実施の形態および第２の実施の形態と同じ構成要素には同じ構成番号を用い、説明を省略する。

　本実施の形態が第１の実施の形態または第２の実施の形態と異なる点は、筐体１と流体配管２の配置にある。

　本実施の形態では、図４に示すように、筐体１は、円筒形の構造物である。筐体１の第１の円平面１ａに流体配管２の片方が直角に貫通し、筐体１の第２の円平面１ｂに流体配管２のもう一方が直角に貫通している。つまり、本実施の形態による無線通信装置は、直管型の流量計器にアンテナを組み込んでいる。

　第１アンテナエレメント４および第２アンテナエレメント５は、筐体１に搭載された回路基板６上に構成される。第１アンテナエレメント４は流体配管２の近くに、かつ流体配管２の軸方向Ｋに直交する向きＭに配置される。一方、第２アンテナエレメント５は、第１アンテナエレメント４に直交し、かつ流体配管２の軸方向に平行な向きＮに配置される。

　本実施の形態では、第１アンテナエレメント４から放射された電波は、流体配管２に影響されずに、筐体１に対して第１アンテナエレメント４とは反対側方向へ放射される。一方、第２アンテナエレメント５から放射された電波は、流体配管２で反射されて、筐体１に対して第２アンテナエレメント５が配置された側の方向へ強く放射する。これにより、第１アンテナエレメント４と第２アンテナエレメント５とで異なった放射指向特性を持たせることができ、ダイバーシティアンテナ利得を大きくすることができる。

　本実施の形態では、直管型の流量計器へのアンテナ搭載に適しており、直管型であるため美観がよく、或いは、配管の途中に直線的に流量計器を配置することができるので、流体配管の引き回しが容易になる。

　なお、本実施の形態では円筒型の筐体１を持った直管型の流体計器の場合を示したが、任意の形状の筐体１に適応することができる。すなわち、流体配管の長手方向に直交する配置で第１アンテナエレメント４を配置するのであれば、筐体１の形状は任意である。

　以上説明したように、第１の発明である無線通信装置は、流体配管に接続される流量測定部と、電波を送受信する第１アンテナエレメントとを備えるとともに、第１アンテナエレメントの長手方向が、流体配管の軸方向と直交する。

　本構成によれば、アンテナ放射の偏波面方向が流体配管と直交することにより、電波は流体配管で反射されることがなく、流体配管が設けられた方向、つまり、無線通信装置を設置したメータの後面方向への電波の放射を得ることができる。

　また、第２の発明である無線通信装置は、第１の発明において、流量測定部を収容する筐体と、第１アンテナエレメントを有する回路基板とを備えるとともに、筐体が、流体配管が貫通する面を有し、第１アンテナエレメントが、回路基板のうち、流体配管が貫通する筐体の面に近い側に設けられる構成としてもよい。

　本構成によれば、回路基板上に配置されたアンテナエレメントを、無線通信装置を設置したメータに内蔵した場合に有効であり、さらに、そのメータの後面方向への電波の放射を得ることができる。

　また、第３の発明である無線通信装置は、第１の発明または第２の発明において、回路基板が第２アンテナエレメントを有し、第２アンテナエレメントの長手方向が第１アンテナエレメントの長手方向と直交する構成としてもよい。

　本構成によれば、第２アンテナエレメントから放射される電波の偏波面方向が第１アンテナエレメントから放射される電波の偏波面方向と直交する特性を持つことにより、２ブランチダイバーシティアンテナのダイバーシティ利得を改善することができる。

　さらに、第１アンテナエレメントの放射指向性がメータの後面方向へも大きく放射するのに対し、第２アンテナエレメントは放射の偏波面方向が流体配管と並行となるために、流体配管上に放射を打ち消す方向の高周波電流が流れることで電波が反射し、その結果、第２アンテナエレメントの放射指向性は無線通信装置を設置したメータ前面方向への放射が強くなる特性を示す。これにより、第１アンテナエレメントおよび第２アンテナエレメントのアンテナ放射指向性を異なったものにできる。すなわちアンテナ放射指向性の相関を下げることが可能となり、２ブランチダイバーシティアンテナのダイバーシティ利得を更に改善することができる。

　また、第４の発明である無線通信装置は、第３の発明において、第１アンテナエレメントまたは第２アンテナエレメントに高周波電力を供給する給電回路と、第１アンテナエレメントと第２アンテナエレメントのいずれか一方を、給電回路に電気的に接続し、他方を接地する切替部と、を備えた構成としてもよい。

　本構成によれば、接地した方のアンテナエレメントがダミー地線として動作し、これにより給電した方のアンテナエレメントと接地した方のアンテナエレメントとの間に電界が発生する。このため、２つのアンテナエレメントは、１つのダイポールアンテナに相当する動作となる。

　この構成により、高周波電流が２つのアンテナエレメント上に集中し、回路基板、または、回路基板上の各種部品、または、回路基板に接続されるハーネス線といった周辺部品に励起される高周波電流が小さくなる。このため、これら周辺部品等の抵抗成分で高周波エネルギーが消費されて、アンテナの放射効率が低下することを避けることができる。

　また、第５の発明である無線通信装置は、第３の発明において、第１アンテナエレメントまたは第２アンテナエレメントに高周波電力を供給する給電回路と、第１アンテナエレメントと第２アンテナエレメントのいずれか一方を、給電回路に電気的に接続し、他方を、インピーダンス調整部を介して接地する構成としてもよい。

　本構成によれば、第１アンテナエレメントの給電点と第２アンテナエレメントの給電点とが、若干離れている場合でも、インピーダンス調整部で位相関係を調整することで、２つのアンテナエレメントが１つのダイポールアンテナに相当する動作を得ることができる。

　この構成により、第４の発明と同様に、高周波電流が２つのアンテナエレメント上に集中し、回路基板、または、回路基板上の各種部品、または、回路基板に接続されるハーネス線といった周辺部品に励起される高周波電流が小さくなる。このため、これら周辺部品等の抵抗成分で高周波エネルギーが消費されて、アンテナの放射効率が低下することを避けることができる。

　また、第６の発明である無線通信装置は、第２から第５のいずれか１つの発明において、回路基板が１つの接地点を有し、接地点が筐体に電気的に接続された構成としてもよい。

　本構成によれば、回路基板が筐体に接地点の１点で接続されることにより、回路基板に高周波電流が流れた時に、筐体に対して回路基板が高周波振幅で振れる。このため、アンテナエレメントからの電波の放射に加えて回路基板からの電波の放射が加わって、放射効率を改善することができる。すなわち、アンテナエレメントと回路基板を合わせて大きなアンテナ相当として動作し、放射効率を改善することが可能となる。

　また、第７の発明である無線通信装置は、第６の発明において、接地点が第１アンテナエレメントの給電点および第２アンテナエレメントの給電点の近傍に配置してもよい。

　本構成によれば、筐体に高周波電流を流すことができ、筐体を含めてアンテナとして動作させ、放射効率を向上させることができる。

　また、第８の発明である無線通信装置は、第２から第７のいずれか１つの発明において、筐体が、開口部が設けられた面を有し、回路基板が、一端側に、給電回路に電気的に接続される給電点を有し、回路基板の給電点を有する側の端部とその端部と近接する開口部の端部との間隔を、給電点を有しない側の端部とその端部と近接する開口部の端部との間隔より狭くしてもよい。

　本構成によれば、回路基板の給電点から離れた側の端部と筐体との距離を大きくすることができる。第１アンテナエレメントまたは第２アンテナエレメントへの給電で回路基板上に高周波電流が励起され、これにより回路基板の給電点から離れた側の端部に大きな電圧振幅が生じる。この回路基板端部に筐体が近接していると、筐体上に逆電流が流れて電圧振幅を打ち消す現象となる。しかし、本構成では、この回路基板端部と筐体との距離を大きくしており、回路基板からの大きな電波放射が得られる。これにより、アンテナを含めた全体の放射効率を向上させることができる。

　以上のように、本発明にかかる無線通信装置は、流体配管を接続した流体計測器に適用し、内蔵アンテナのアンテナ放射の偏波面方向が流体配管と直交することにより、電波は流体配管で反射されることがなく、メータの後面方向への放射を得ることができ、放射指向性を改善ができる。

　１　筐体
　２　流体配管
　３　流量測定部
　４　第１アンテナエレメント
　５　第２アンテナエレメント
　６　回路基板
　７　接続点
　８　切替部
　９　インピーダンス調整部
　１０　無線回路

Claims

　流体配管に接続される流量測定部と、電波を送受信する第１アンテナエレメントと、を備え、前記第１アンテナエレメントの長手方向は、前記流体配管の軸方向と直交する、無線通信装置。
　前記流量測定部を収容する筐体と、前記第１アンテナエレメントを有する回路基板と、を備え、前記筐体は、前記流体配管が貫通する面を有し、前記第１アンテナエレメントは、前記回路基板のうち、前記流体配管が貫通する面に近い側に設けられた、請求項１に記載の無線通信装置。
　前記回路基板は、第２アンテナエレメントを有し、前記第２アンテナエレメントの長手方向は、前記第１アンテナエレメントの長手方向と直交する、請求項１または２のいずれか１項に記載の無線通信装置。
　前記第１アンテナエレメントまたは前記第２アンテナエレメントに高周波電力を供給する給電回路と、前記第１アンテナエレメントと前記第２アンテナエレメントのいずれか一方を、前記給電回路に電気的に接続し、前記第１アンテナエレメントと前記第２アンテナエレメントの他方を接地する切替部と、を備えた、請求項３に記載の無線通信装置。
　前記第１アンテナエレメントまたは前記第２アンテナエレメントに高周波電力を供給する給電回路と、前記第１アンテナエレメントと前記第２アンテナエレメントのいずれか一方を、前記給電回路に電気的に接続し、前記第１アンテナエレメントと前記第２アンテナエレメントの他方を、インピーダンス調整部を介して接地する、請求項３に記載の無線通信装置。
　前記回路基板は、１つの接地点を有し、前記接地点は、前記筐体に電気的に接続された、請求項２～５のいずれか１項に記載の無線通信装置。
　前記接地点は、前記第１アンテナエレメントの給電点および前記第２アンテナエレメントの給電点の近傍に配置した請求項６に記載の無線通信装置。
　前記筐体は、開口部が設けられた面を有し、前記回路基板は、一端側に、前記給電回路に電気的に接続される給電点を有し、前記回路基板の前記給電点を有する側の端部と、その端部と近接する前記開口部の端部との間隔は、前記回路基板の前記給電点を有しない側の端部と、その端部と近接する前記開口部の端部との間隔より狭い、請求項２～７のいずれか１項に記載の無線通信装置。