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JP4062625B2 - Antenna for wireless sensor transmission device, wireless sensor transmission device, and wireless sensor device - Google Patents

Antenna for wireless sensor transmission device, wireless sensor transmission device, and wireless sensor device Download PDF

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JP4062625B2 JP2004153449A JP2004153449A JP4062625B2 JP 4062625 B2 JP4062625 B2 JP 4062625B2 JP 2004153449 A JP2004153449 A JP 2004153449A JP 2004153449 A JP2004153449 A JP 2004153449A JP 4062625 B2 JP4062625 B2 JP 4062625B2
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Description

本発明は、無線センサ送信装置用アンテナ、無線センサ送信装置、及び、無線センサ装置に関する。   The present invention relates to an antenna for a wireless sensor transmission device, a wireless sensor transmission device, and a wireless sensor device.

従来より、温度や湿度等を計測するセンサと、無線送信部と、アンテナとを一体化した無線センサ送信装置が知られている。この種の無線センサ送信装置は、温度、湿度または照度の計測値を利用する機器から、空間的に離間させることができる為、複数の場所にそれぞれ無線センサ送信装置を配置して得られる計測値を集中管理したり、無線センサ送信装置を移動、携帯することができるなど、多様な形態での利用が可能となる。   2. Description of the Related Art Conventionally, a wireless sensor transmission device in which a sensor that measures temperature, humidity, and the like, a wireless transmission unit, and an antenna is integrated is known. This type of wireless sensor transmitter can be spatially separated from devices that use measured values of temperature, humidity, or illuminance, so that the measured values obtained by placing the wireless sensor transmitters in multiple locations, respectively Can be used in various forms, such as centralized management, and wireless sensor transmitters can be moved and carried.

従来の無線センサ送信装置は、無線送信部を搭載した基板に、棒状アンテナを突出するように設けるのが一般的であった。このため、アンテナの形態が大きくなり、装置全体の形状増大につながっていた。とくに無線周波数が下がる程、アンテナの形状が大きくなり、無線センサ送信装置の形状小型化への障害となる。   Conventional wireless sensor transmitters are generally provided on a board on which a wireless transmitter is mounted so that a rod-shaped antenna protrudes. For this reason, the form of the antenna has increased, leading to an increase in the shape of the entire apparatus. In particular, the lower the radio frequency is, the larger the shape of the antenna becomes, which becomes an obstacle to downsizing the shape of the wireless sensor transmitter.

通常、無線送信部からの出力をより損失なく、アンテナへ伝送する為、無線送信部の出力インピーダンスをアンテナの入力インピーダンスにあわせる。無線送信部の出力は、トランジスタ等の半導体からとっていることが多く、低インピーダンスであることが多い。   Usually, in order to transmit the output from the wireless transmission unit to the antenna without loss, the output impedance of the wireless transmission unit is matched with the input impedance of the antenna. The output of the wireless transmitter is often taken from a semiconductor such as a transistor and often has a low impedance.

そこで、アンテナを構成するパターン長について、インビーダンスの共振点を無線送信の周波数にあわせるように、無線周波数fの実効波長の1/4又は1/2で構成するのが一般的である。無線周波数fの1/4波長は、
f=300MHzでは、250mm
f=1000MHzでは、75mm
f=2000MHzでは、37.5mm
となり、無線周波数fが小さくなる程、1/4波長は長くなる。この結果、アンテナ形状も大きくなる。また、アンテナをヘリカル巻き又はスパイラル巻き等でコイル状に形成し、インピーダンスをあわせる方法もあるが、やはり、無線周波数fが小さい程、アンテナパターンの面積が大きくなり、形状が大型化する。
Therefore, the pattern length constituting the antenna is generally constituted by 1/4 or 1/2 of the effective wavelength of the radio frequency f so that the resonance point of impedance matches the frequency of radio transmission. The quarter wavelength of the radio frequency f is
250mm at f = 300MHz
75mm at f = 1000MHz
At f = 2000MHz, 37.5mm
Thus, the quarter wavelength becomes longer as the radio frequency f becomes smaller. As a result, the antenna shape also increases. In addition, there is a method in which the antenna is formed in a coil shape by helical winding or spiral winding and the impedance is matched. However, the area of the antenna pattern is increased and the shape is increased as the radio frequency f is decreased.

特許文献1は、アンテナパターンを、基板の外周に設けて、形状の小型化を図る技術を開示している。しかし、この種の無線センサ送信装置では、無線送信部を搭載してある表面とは反対側の底面に、グランド電極を有しており、アンテナパターンを、基板の外周に設けた場合、アンテナに流れる高周波電流磁界のうち、グランド電極を貫通する成分が著しく大きくなり、高周波電流磁界による渦電流が発生する。このため、アンテナ利得が低下してしまうという問題があった。   Patent Document 1 discloses a technique for reducing the shape by providing an antenna pattern on the outer periphery of a substrate. However, this type of wireless sensor transmitter has a ground electrode on the bottom surface opposite to the surface on which the wireless transmitter is mounted, and when the antenna pattern is provided on the outer periphery of the substrate, Of the flowing high-frequency current magnetic field, the component penetrating the ground electrode is remarkably increased, and an eddy current is generated by the high-frequency current magnetic field. Therefore, there is a problem that the antenna gain is lowered.

更に、全体を小型化することにより、グランド電極や回路パターンの影響により、電磁ノイズがアンテナに乗ってしまうという不都合を生じるおそれもあった。
特開2002−4072公報
In addition, by downsizing the entire device, there is a risk of inconvenience that electromagnetic noise gets on the antenna due to the influence of the ground electrode and the circuit pattern.
JP 2002-4072 A

本発明の課題は、小型化に適した無線センサ送信装置用アンテナ、無線センサ送信装置、及び、無線センサ装置を提供することである。   The subject of this invention is providing the antenna for wireless sensor transmitters suitable for size reduction, a wireless sensor transmitter, and a wireless sensor device.

本発明のもう一つの課題は、全体を小型化したにもかかわらず、電磁ノイズがアンテナに乗るのを回避しえる無線センサ送信装置用アンテナ、無線センサ送信装置、及び、無線センサ装置を提供することである。   Another object of the present invention is to provide an antenna for a wireless sensor transmission device, a wireless sensor transmission device, and a wireless sensor device that can prevent electromagnetic noise from riding on the antenna despite the fact that the entire device is downsized. That is.

本発明の更にもう一つの課題は、アンテナ利得の高い無線センサ送信装置用アンテナ、無線センサ送信装置、及び、無線センサ装置を提供することである。   Still another object of the present invention is to provide an antenna for a wireless sensor transmission device having a high antenna gain, a wireless sensor transmission device, and a wireless sensor device.

上述した課題を解決するため、本発明に係る無線センサ送信装置用アンテナは、支持基板と、アンテナ導体とを含む。前記支持基板は、電気絶縁材料でなり、前記アンテナ導体は、ヘリカル状であって、前記支持基板の厚みを開口部の2辺とし、前記支持基板の面と平行な一方向に巻き進む。   In order to solve the above-described problem, an antenna for a wireless sensor transmission device according to the present invention includes a support substrate and an antenna conductor. The support substrate is made of an electrically insulating material, the antenna conductor is helical, and the thickness of the support substrate is set to two sides of the opening, and winds in one direction parallel to the surface of the support substrate.

本発明に係るアンテナは、回路基板と、センサと、信号処理部と、送信回路部とともに、無線センサ送信装置を構成する。前記回路基板は、一面側に接地されるグランド電極を有している。前記センサは、物理量を検出するものであって、前記回路基板の前記一面とは反対側である他面に搭載されている。前記信号処理部は、前記センサから出力される検出信号を処理する回路部分であって、前記回路基板の前記他面に搭載されている。前記送信回路部は、前記信号処理部から供給される信号を、前記アンテナに供給する回路であって、前記回路基板の前記他面に搭載されている。前記アンテナは、前記回路基板に組み付けられている。   The antenna according to the present invention constitutes a wireless sensor transmission device together with a circuit board, a sensor, a signal processing unit, and a transmission circuit unit. The circuit board has a ground electrode grounded on one side. The sensor detects a physical quantity and is mounted on the other surface of the circuit board opposite to the one surface. The signal processing unit is a circuit part that processes a detection signal output from the sensor, and is mounted on the other surface of the circuit board. The transmission circuit unit is a circuit that supplies a signal supplied from the signal processing unit to the antenna, and is mounted on the other surface of the circuit board. The antenna is assembled to the circuit board.

上述したように、本発明に係る無線センサ送信装置は、アンテナと、回路基板と、センサと、信号処理部と、送信回路部とを含んでおり、センサにより物理量を検出し、センサから出力される検出信号を信号処理部によって処理し、信号処理部から供給される信号を、送信回路部によってアンテナに供給するから、センサにより検出された物理量を、受信装置に向けて、無線送信することができる。測定対象となる物理量には、温度、湿度、照度、加速度、衝撃等の諸量が含まれる。   As described above, the wireless sensor transmission device according to the present invention includes an antenna, a circuit board, a sensor, a signal processing unit, and a transmission circuit unit, detects a physical quantity by the sensor, and outputs from the sensor. Since the detection signal is processed by the signal processing unit and the signal supplied from the signal processing unit is supplied to the antenna by the transmission circuit unit, the physical quantity detected by the sensor can be wirelessly transmitted to the receiving device. it can. Physical quantities to be measured include various quantities such as temperature, humidity, illuminance, acceleration, and impact.

回路基板は、一面側に接地されるグランド電極を有しており、センサ、信号処理部及び送信回路部は、グランド電極の存在する一面とは反対側である他面に搭載されているから、グランド電極を、例えば、マザーボードなどの導体パターンに直接に半田付けなどの手段によって固着することができる。   The circuit board has a ground electrode grounded on one side, and the sensor, the signal processing unit, and the transmission circuit unit are mounted on the other side opposite to the one side where the ground electrode exists. The ground electrode can be fixed to a conductor pattern such as a mother board directly by means such as soldering.

アンテナを構成するアンテナ導体は、ヘリカル状であるから、その形状効果により、アンテナの全長を著しく短縮できる。例えば、アンテナ全長を、回路基板の一辺の長さに合わせることができる。このため、形状を著しく小型化した無線センサ送信装置を提供することができる。   Since the antenna conductor constituting the antenna has a helical shape, the overall length of the antenna can be significantly shortened by the shape effect. For example, the total length of the antenna can be adjusted to the length of one side of the circuit board. Therefore, it is possible to provide a wireless sensor transmission device whose shape is significantly reduced.

しかも、アンテナ導体は、支持基板の面と平行な一方向に巻き進むから、支持基板の面が回路基板の面と平行になるように、アンテナを回路基板に組みあわせることにより、アンテナに流れる高周波電流磁界のうち、グランド電極を貫通する成分を著しく減少させ、高周波電流磁界による渦電流の発生を抑制することができる。更に、全体を小型化したにもかかわらず、電磁ノイズがアンテナに乗るのを回避しえる。   In addition, since the antenna conductor advances in one direction parallel to the surface of the support substrate, the antenna is combined with the circuit board so that the surface of the support substrate is parallel to the surface of the circuit board. Of the current magnetic field, the component penetrating the ground electrode can be significantly reduced, and the generation of eddy current due to the high-frequency current magnetic field can be suppressed. Further, it is possible to avoid the electromagnetic noise from getting on the antenna despite the fact that the whole is downsized.

本発明に係るアンテナは、ヘリカル状であって、支持基板の厚みを開口部の2辺とするから、開口部の面積をコントロールすることにより、アンテナ利得を向上させることができる。   Since the antenna according to the present invention has a helical shape and the support substrate has two sides of the opening, the antenna gain can be improved by controlling the area of the opening.

アンテナ導体を支持する支持基板は、無線センサ装置のための回路基板であってもよいし、無線センサ装置のための回路基板から独立した基板であってもよい。   The support substrate that supports the antenna conductor may be a circuit board for the wireless sensor device, or may be a substrate independent of the circuit board for the wireless sensor device.

支持基板の誘電率は、回路基板の誘電率と異ならせることができる。この場合、支持基板の誘電率は、回路基板の誘電率よりも大きいことが好ましい。支持基板は、誘電体材料に限らず、磁性体又は複合磁性体を含んでいてもよい。   The dielectric constant of the support substrate can be different from the dielectric constant of the circuit board. In this case, the dielectric constant of the support substrate is preferably larger than the dielectric constant of the circuit board. The support substrate is not limited to a dielectric material, and may include a magnetic body or a composite magnetic body.

本発明に係る無線センサ送信装置は、受信装置と組み合わされ、無線センサ装置を構成する。受信装置は、前記アンテナを通して、前記無線センサ送信装置から送信された無線信号を受信して処理する。これにより、隔地で測定された物理量を、受信装置で受信し、解読し、表示することができる。   The wireless sensor transmission device according to the present invention is combined with a reception device to constitute a wireless sensor device. The receiving device receives and processes the wireless signal transmitted from the wireless sensor transmitting device through the antenna. Thereby, the physical quantity measured at the remote place can be received by the receiving device, decoded, and displayed.

本発明の他の特徴及びそれによる作用効果は、添付図面を参照し、実施例によって更に詳しく説明する。   Other features of the present invention and the operational effects thereof will be described in more detail by way of examples with reference to the accompanying drawings.

図1は本発明に係るアンテナを組み込んだ無線センサ送信装置の平面図、図2は図1に示した無線センサ送信装置の正面図、図3は図1、図2に示した無線センサ送信装置の底面図、図4はアンテナ分の拡大図、図5は図1〜図4に示した無線センサ送信装置のブロック図である。図示された無線センサ送信装置は、モジュール化されており、回路基板1と、センサ21〜2nと、センサ回路31〜3nと、信号処理部4と、送信回路部5と、アンテナ6とを含む。   1 is a plan view of a wireless sensor transmission apparatus incorporating an antenna according to the present invention, FIG. 2 is a front view of the wireless sensor transmission apparatus shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a wireless sensor transmission apparatus shown in FIGS. FIG. 4 is an enlarged view of the antenna, and FIG. 5 is a block diagram of the wireless sensor transmission device shown in FIGS. The illustrated wireless sensor transmission device is modularized and includes a circuit board 1, sensors 21-2 n, sensor circuits 31-3 n, a signal processing unit 4, a transmission circuit unit 5, and an antenna 6. .

回路基板1は、一面側にグランド電極7を有している。回路基板1は、絶縁材料で構成されていればよく、有機系絶縁材料、無機系絶縁材料又は複合絶縁材料の何れを用いてもよい。また、全体が誘電体材料で構成されていてもよいし、誘電体材料層と磁性材料層との組み合わせであってもよい。   The circuit board 1 has a ground electrode 7 on one side. The circuit board 1 only needs to be made of an insulating material, and any of an organic insulating material, an inorganic insulating material, and a composite insulating material may be used. Moreover, the whole may be comprised with the dielectric material, and the combination of a dielectric material layer and a magnetic material layer may be sufficient.

センサ21〜2nは、物理量を検出するものであって、回路基板1の表面に搭載されている。測定対象となる物理量には、温度、湿度、照度、加速度、衝撃等の諸量が含まれる。従って、センサ21〜2nは、温度センサ、湿度センサ、照度センサ、加速度センサ、衝撃センサとして構成される。各種のセンサを組み合わせて用いてもよいし、一種のセンサとして構成してもよい。モジュール一個当たりのセンサ個数n(n=1、2、3、...)は任意である。図1〜図4の実施例は、n=2の場合を示している。   The sensors 21 to 2 n detect physical quantities and are mounted on the surface of the circuit board 1. Physical quantities to be measured include various quantities such as temperature, humidity, illuminance, acceleration, and impact. Therefore, the sensors 21 to 2n are configured as a temperature sensor, a humidity sensor, an illuminance sensor, an acceleration sensor, and an impact sensor. Various sensors may be used in combination, or may be configured as a kind of sensor. The number n of sensors per module (n = 1, 2, 3,...) Is arbitrary. The embodiment of FIGS. 1 to 4 shows the case where n = 2.

センサ回路31〜3nは、センサ21〜2nのそれぞれに個別的に備えられ、センサ21〜2nで検出された信号を、後段の信号処理部4に対する伝送及び処理に適した信号に修正し、これを出力する。センサ回路31〜3nは、センサ21〜2nの内部要素として、センサ21〜2nと一体に構成されていてもよい。図示実施例では、センサ回路31〜3nは、センサ21〜2nとは独立の回路として、回路基板1の表面に搭載されている。   The sensor circuits 31 to 3n are individually provided in the sensors 21 to 2n, respectively, and correct the signals detected by the sensors 21 to 2n to signals suitable for transmission and processing to the signal processing unit 4 in the subsequent stage. Is output. The sensor circuits 31 to 3n may be configured integrally with the sensors 21 to 2n as internal elements of the sensors 21 to 2n. In the illustrated embodiment, the sensor circuits 31 to 3n are mounted on the surface of the circuit board 1 as a circuit independent of the sensors 21 to 2n.

信号処理部4は、センサ21〜2nまたはセンサ回路31〜3nから出力される検出信号を処理する回路部分であって、回路基板1の表面に搭載されている。   The signal processing unit 4 is a circuit part that processes detection signals output from the sensors 21 to 2n or the sensor circuits 31 to 3n, and is mounted on the surface of the circuit board 1.

送信回路部5は、信号処理部4から供給される信号を、アンテナ6に供給する回路であって、回路基板1の表面に搭載されている。   The transmission circuit unit 5 is a circuit that supplies a signal supplied from the signal processing unit 4 to the antenna 6, and is mounted on the surface of the circuit board 1.

アンテナ6は、回路基板1に組み付けられている。アンテナ6は、支持基板60と、アンテナ導体61〜64とを含む。支持基板60は、電気絶縁材料でなる。図示実施例において、支持基板60は、回路基板1と同体である。アンテナ導体61〜64は、ヘリカル状であって、支持基板60の厚みを開口部の2辺とし、支持基板60の面と平行な一方向に巻き進む。より具体的には、図1、図4に示すように、第1の導体片61を、支持基板60の表面に、一方向に所定の間隔で形成するとともに、裏面に、第1の導体片61と同一のピッチで、同方向に第2の導体片62を形成する。そして、支持基板60を厚み方向に貫通する第3の導体片63及び第4の導体片64により、ヘリカル接続となるように、第1の導体片61及び第2の導体片62の端部を順次に接続する。これにより、第1の導体片62、第3の導体片63、第2の導体片62及び第4の導体片64によって囲まれた開口部が生じる。この開口部の面積は、ほぼ、第1の導体片61及び第2の導体片62の有効長Xと、第3の導体片63及び第4の導体片64の有効長Yとの積XYによって定まる。   The antenna 6 is assembled to the circuit board 1. The antenna 6 includes a support substrate 60 and antenna conductors 61 to 64. The support substrate 60 is made of an electrically insulating material. In the illustrated embodiment, the support substrate 60 is the same body as the circuit board 1. The antenna conductors 61 to 64 have a helical shape, and have the thickness of the support substrate 60 set to two sides of the opening, and advance in one direction parallel to the surface of the support substrate 60. More specifically, as shown in FIGS. 1 and 4, the first conductor pieces 61 are formed on the front surface of the support substrate 60 at predetermined intervals in one direction, and on the back surface, the first conductor pieces 61 are formed. Second conductor pieces 62 are formed in the same direction at the same pitch as 61. Then, the end portions of the first conductor piece 61 and the second conductor piece 62 are made to be helically connected by the third conductor piece 63 and the fourth conductor piece 64 that penetrate the support substrate 60 in the thickness direction. Connect sequentially. Thereby, an opening surrounded by the first conductor piece 62, the third conductor piece 63, the second conductor piece 62, and the fourth conductor piece 64 is generated. The area of this opening is approximately the product XY of the effective length X of the first conductor piece 61 and the second conductor piece 62 and the effective length Y of the third conductor piece 63 and the fourth conductor piece 64. Determined.

インビーダンスの共振点を、無線送信する周波数にあわせるには、開口面積、巻き数、基板材料の誘電率を調整すればよい。無線送信周波数が下がる程、開ロ面積、巻き数、又は誘電率を上げなければならない。開ロ面積を上げるには、支持基板60の厚み、又は、アンテナ形成部の床面積を大きくすればよいが、アンテナ形成部の形状も大きくなり、装置形状も大きくなる。   In order to adjust the resonance point of the impedance to the frequency for wireless transmission, the opening area, the number of turns, and the dielectric constant of the substrate material may be adjusted. The lower the radio transmission frequency, the higher the open area, the number of turns, or the dielectric constant. In order to increase the open area, the thickness of the support substrate 60 or the floor area of the antenna forming portion may be increased, but the shape of the antenna forming portion is increased and the device shape is also increased.

一方、巻き数や基板材料の誘電率を上げれば、装置形状を大きくすることなく、インピーダンスを下げることができる。巻き数を上げるとパターン長が増える為、パターンによる導体損失も増加するが、支持基板60を構成する材料の比誘電率(εr)を上げれば、巻き数を減らすことができる。これにより、パターンによる導体損失を低減でき、アンテナ部としての損失が増大することなく、形状を小型化できる。即ち、形状の小型化のためには、アンテナ6を構成する支持基板60を、基板1を構成する材料の誘電率以上の誘電率を持つ材料により構成することが有効である。支持基板60は、誘電体材料に限らず、磁性体又は複合磁性体を含んでいてもよい。   On the other hand, if the number of turns and the dielectric constant of the substrate material are increased, the impedance can be lowered without increasing the device shape. If the number of turns is increased, the pattern length increases, so that the conductor loss due to the pattern also increases. However, if the relative dielectric constant (εr) of the material constituting the support substrate 60 is increased, the number of turns can be reduced. Thereby, the conductor loss by a pattern can be reduced and a shape can be reduced in size, without the loss as an antenna part increasing. That is, in order to reduce the size, it is effective to configure the support substrate 60 constituting the antenna 6 with a material having a dielectric constant equal to or higher than the dielectric constant of the material constituting the substrate 1. The support substrate 60 is not limited to a dielectric material, and may include a magnetic body or a composite magnetic body.

グランド電極7は、いわゆる「ベタ塗り」であるが、アンテナ6の下側に位置する部分には形成しない。アンテナ6に対するグランド電極7の悪影響を回避するためである。   The ground electrode 7 is so-called “solid coating”, but is not formed in a portion located below the antenna 6. This is to avoid the adverse effect of the ground electrode 7 on the antenna 6.

上述した無線センサ送信装置は、アンテナ6と、回路基板1と、センサ21〜2nと、信号処理部4と、送信回路部5とを含んでおり、センサ21〜2nにより物理量を検出し、センサ21〜2nから出力される検出信号を信号処理部4によって処理し、信号処理部4から供給される信号を、送信回路部5によってアンテナ6に供給するから、センサ21〜2nにより検出された物理量を、空間的に距離を隔てた受信装置に向けて、無線送信することができる。   The above-described wireless sensor transmission device includes an antenna 6, a circuit board 1, sensors 21 to 2n, a signal processing unit 4, and a transmission circuit unit 5. The sensor 21 to 2n detects a physical quantity, and the sensor Since the detection signal output from 21 to 2n is processed by the signal processing unit 4 and the signal supplied from the signal processing unit 4 is supplied to the antenna 6 by the transmission circuit unit 5, the physical quantity detected by the sensors 21 to 2n Can be wirelessly transmitted to receivers that are spatially separated from each other.

回路基板1は、裏面側に、接地されるグランド電極7を有しており、センサ21〜2n、信号処理部4及び送信回路部5は、グランド電極7の存在する裏面とは反対側の表面に搭載されているから、グランド電極7を、例えば、マザーボードなどに設けられた導体パターンに直接半田付けなどの手段によって固着することができる。   The circuit board 1 has a ground electrode 7 to be grounded on the back surface side, and the sensors 21 to 2n, the signal processing unit 4 and the transmission circuit unit 5 are on the surface opposite to the back surface on which the ground electrode 7 exists. For example, the ground electrode 7 can be fixed to a conductor pattern provided on a mother board or the like by means of direct soldering or the like.

アンテナ6を構成するアンテナ導体61〜64は、ヘリカル状であるから、その形状効果により、アンテナ6の全長を著しく短縮できる。例えば、アンテナ6の全長を、回路基板1の一辺の長さに合わせることができる。このため、形状を著しく小型化した無線センサ送信装置を提供することができる。   Since the antenna conductors 61 to 64 constituting the antenna 6 are helical, the overall length of the antenna 6 can be remarkably shortened by the shape effect. For example, the total length of the antenna 6 can be matched with the length of one side of the circuit board 1. Therefore, it is possible to provide a wireless sensor transmission device whose shape is significantly reduced.

しかも、アンテナ導体61〜64は、支持基板60の面と平行な一方向に巻き進むから、支持基板60の面が回路基板1の面と平行になるように、アンテナ6を組み合わせることにより、アンテナ6に流れる高周波電流磁界のうち、グランド電極7を貫通する成分を著しく減少させ、高周波電流磁界による渦電流の発生を抑制することができる。また、全体を小型化したにもかかわらず、グランド電極7や、回路パターンなどを介して、電磁ノイズがアンテナ6に乗るのを回避し得る。   In addition, since the antenna conductors 61 to 64 are wound in one direction parallel to the surface of the support substrate 60, the antenna 6 is combined with the antenna 6 so that the surface of the support substrate 60 is parallel to the surface of the circuit board 1. Among the high-frequency current magnetic field flowing through 6, the component penetrating the ground electrode 7 can be significantly reduced, and the generation of eddy current due to the high-frequency current magnetic field can be suppressed. Moreover, it is possible to avoid the electromagnetic noise from getting on the antenna 6 through the ground electrode 7 or the circuit pattern despite the fact that the whole is downsized.

本発明に係るアンテナ6は、ヘリカル状であって、支持基板60の厚みを開口部の2辺とするから、開口部の面積をコントロールすることにより、アンテナ利得を向上させることができる。即ち、第1の導体片61及び第2の導体片62の有効長X、または、第3の導体片63及び第4の導体片64の有効長Yを調整することにより、積XYによって定まる開口部の面積を調整し、アンテナ利得を調整できるのである。アンテナ利得は、支持基板60を構成する誘電体材料の誘電率を調整することによっても、調整することができる。   Since the antenna 6 according to the present invention has a helical shape and the thickness of the support substrate 60 is two sides of the opening, the antenna gain can be improved by controlling the area of the opening. That is, the opening determined by the product XY by adjusting the effective length X of the first conductor piece 61 and the second conductor piece 62 or the effective length Y of the third conductor piece 63 and the fourth conductor piece 64. The antenna gain can be adjusted by adjusting the area of the part. The antenna gain can also be adjusted by adjusting the dielectric constant of the dielectric material constituting the support substrate 60.

図6は本発明に係る無線センサ送信装置の別の実施例を示す平面図、図7は図6に示した無線センサ送信装置の正面図である。図において、図1乃至図5に表れた構成部分に相当する部分には、同一の参照符号を付してある。この実施例の特徴は、アンテナ導体61〜64を支持する支持基板60を、無線センサ装置のための回路基板1から独立させた点にある。アンテナ6は、センサ21〜2n、信号処理部4及び送信回路部5の搭載されている回路基板1の表面に搭載されている。   6 is a plan view showing another embodiment of the wireless sensor transmission device according to the present invention, and FIG. 7 is a front view of the wireless sensor transmission device shown in FIG. In the figure, parts corresponding to the constituent parts shown in FIGS. 1 to 5 are denoted by the same reference numerals. The feature of this embodiment is that the support substrate 60 that supports the antenna conductors 61 to 64 is made independent of the circuit substrate 1 for the wireless sensor device. The antenna 6 is mounted on the surface of the circuit board 1 on which the sensors 21 to 2n, the signal processing unit 4 and the transmission circuit unit 5 are mounted.

この実施例によれば、回路基板1がアンテナ6の開口面積に影響を与えなくなるため、回路基板1の厚みを薄くし、装置全体の薄型化を達成できる。アンテナ6の搭載されている回路基板1の表面には、もともと、センサ21〜2n、信号処理部4及び送信回路部5が搭載されているから、アンテナ6を回路基板1の表面に搭載したとしても、装置全体の厚みが増大することはない。   According to this embodiment, since the circuit board 1 does not affect the opening area of the antenna 6, it is possible to reduce the thickness of the circuit board 1 and reduce the thickness of the entire apparatus. Since the sensors 21 to 2n, the signal processing unit 4, and the transmission circuit unit 5 are originally mounted on the surface of the circuit board 1 on which the antenna 6 is mounted, the antenna 6 is mounted on the surface of the circuit board 1. However, the thickness of the entire apparatus does not increase.

しかも、アンテナ導体61〜64を支持する支持基板60を、回路基板1から独立させてあるため、支持基板60を、回路基板1を構成する誘電体材料よりも高い比誘電率を有する誘電体材料によって構成し、小型化を図りながら、アンテナ利得を向上させることができる。アンテナ利得は、支持基板60を構成する誘電体材料の誘電率を調整することによっても、調整することができる。   In addition, since the support substrate 60 that supports the antenna conductors 61 to 64 is independent from the circuit board 1, the support substrate 60 is a dielectric material having a relative dielectric constant higher than that of the dielectric material constituting the circuit board 1. The antenna gain can be improved while reducing the size. The antenna gain can also be adjusted by adjusting the dielectric constant of the dielectric material constituting the support substrate 60.

図8は本発明に係る無線センサ送信装置の更に別の実施例を示す平面図である。図において、図1乃至図5に表れた構成部分に相当する部分には、同一の参照符号を付してある。この実施例の特徴は、回路基板1の周縁に複数のアンテナ6を備えることである。このような配置構成によると、アンテナ6の指向性を緩和できる。図示実施例の場合、回路基板4の4周縁にアンテナ6を配置してあるので、回路基板1の全周において指向性を平均化できる。また、アンテナ6によって囲まれた内部の導体パターンの影響を軽減することもできる。アンテナ6の数は、4個以下、例えば、相対向する2周縁に設ける構成(合計2個)であってもよいし、回路基板1の平面形状によっては、4個以上設けてもよい。   FIG. 8 is a plan view showing still another embodiment of the wireless sensor transmitter according to the present invention. In the figure, parts corresponding to the constituent parts shown in FIGS. 1 to 5 are denoted by the same reference numerals. A feature of this embodiment is that a plurality of antennas 6 are provided on the periphery of the circuit board 1. According to such an arrangement configuration, the directivity of the antenna 6 can be relaxed. In the case of the illustrated embodiment, since the antenna 6 is arranged on the four peripheral edges of the circuit board 4, the directivity can be averaged over the entire periphery of the circuit board 1. In addition, the influence of the internal conductor pattern surrounded by the antenna 6 can be reduced. The number of the antennas 6 may be four or less, for example, a configuration (two in total) provided at two opposite edges, or four or more depending on the planar shape of the circuit board 1.

アンテナ6の占有領域内には、アンテナ以外の電気的要素、例えば、導体パターン又は他の部品を配置しない構成が好ましい。このような構成によれば、電気信号や、電磁界のアンテナ6に対する干渉を回避し、ノイズの発生を抑制できる他、渦電流漏れが低減され、アンテナ利得が向上する。   A configuration in which no electrical element other than the antenna, for example, a conductor pattern or other parts is disposed in the occupied area of the antenna 6 is preferable. According to such a configuration, interference of electric signals and electromagnetic fields with respect to the antenna 6 can be avoided and generation of noise can be suppressed, eddy current leakage is reduced, and antenna gain is improved.

図9は本発明に係る無線センサ装置の構成を示すブロック図である。図において、図1乃至図7に表れた構成部分に相当する部分については、同一の参照符号を付してある。図示するように、本発明に係る無線センサ送信装置101〜10mは、受信装置8と組み合わされ、無線センサ装置を構成する。図示実施例において、m個の無線センサ送信装置101〜10mが備えられている。これらは、互いに異なる位置に配置されているものとする。無線センサ送信装置101〜10mの個数m(m=1、2、3、...)は任意でよい。   FIG. 9 is a block diagram showing the configuration of the wireless sensor device according to the present invention. In the figure, portions corresponding to the components shown in FIGS. 1 to 7 are given the same reference numerals. As illustrated, the wireless sensor transmission devices 101 to 10m according to the present invention are combined with the reception device 8 to constitute a wireless sensor device. In the illustrated embodiment, m wireless sensor transmitters 101 to 10m are provided. These shall be arrange | positioned in a mutually different position. The number m (m = 1, 2, 3,...) Of the wireless sensor transmission devices 101 to 10 m may be arbitrary.

受信装置8は、アンテナ81と、受信回路82と、CPU等で構成された信号処理回路83と、ディスプレイなどの表示部84とを備える。そのほか、パソコンとのインターフェースをとるための変換部などを備えていてもよい。受信装置8は、無線センサ送信装置101〜10mから送信された無線信号を、アンテナ81及び受信回路82によって受信し、信号処理装置83で処理する。そして、処理結果を、表示部84に表示する。これにより、隔地で測定された物理量を、受信装置8で受信し、解読し、表示することができる。   The receiving device 8 includes an antenna 81, a receiving circuit 82, a signal processing circuit 83 configured by a CPU or the like, and a display unit 84 such as a display. In addition, a conversion unit for interfacing with a personal computer may be provided. The reception device 8 receives the wireless signal transmitted from the wireless sensor transmission devices 101 to 10 m by the antenna 81 and the reception circuit 82 and processes the signal by the signal processing device 83. Then, the processing result is displayed on the display unit 84. Thereby, the physical quantity measured at the remote place can be received by the receiving device 8, decoded, and displayed.

図10は本発明に係る無線センサ装置の構成を示すブロック図である。図において、図1乃至図9に表れた構成部分に相当する部分については、同一の参照符号を付してある。図示するように、図示実施例において、1個の無線センサ送信装置に対して、m個の受信装置801〜80mが備えられている。これらは、互いに異なる位置に配置されているものとする。受信装置801〜80mの個数m(m=1、2、3、...)は任意でよい。   FIG. 10 is a block diagram showing the configuration of the wireless sensor device according to the present invention. In the figure, parts corresponding to the constituent parts shown in FIGS. 1 to 9 are denoted by the same reference numerals. As shown in the drawing, in the illustrated embodiment, m receiving devices 801 to 80m are provided for one wireless sensor transmitting device. These shall be arrange | positioned in a mutually different position. The number m (m = 1, 2, 3,...) Of the receiving devices 801 to 80m may be arbitrary.

受信装置801〜80mのそれぞれは、無線センサ送信装置10から送信された無線信号を、アンテナ81及び受信回路82によって受信し、信号処理装置83で処理する。そして、処理結果を、表示部84に表示する。これにより、隔地で測定された物理量を、別々の場所に設置された受信装置801〜80mで個別的に受信し、解読し、表示することができる。   Each of the reception devices 801 to 80m receives the wireless signal transmitted from the wireless sensor transmission device 10 by the antenna 81 and the reception circuit 82 and processes the signal by the signal processing device 83. Then, the processing result is displayed on the display unit 84. Thereby, the physical quantity measured at the remote place can be individually received, decoded, and displayed by the receiving devices 801 to 80m installed at different places.

以上、好ましい実施例を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の変形態様を採り得ることは自明である。   Although the contents of the present invention have been specifically described above with reference to the preferred embodiments, it is obvious that those skilled in the art can take various modifications based on the basic technical idea and teachings of the present invention. It is.

本発明に係るアンテナを組み込んだ無線センサ送信装置の平面図である。It is a top view of the radio | wireless sensor transmission apparatus incorporating the antenna which concerns on this invention. 図1に示した無線センサ送信装置の正面図である。It is a front view of the wireless sensor transmitter shown in FIG. 図1、図2に示した無線センサ送信装置の底面図である。FIG. 3 is a bottom view of the wireless sensor transmission device shown in FIGS. 1 and 2. アンテナ分の拡大図である。It is an enlarged view for an antenna. 図1〜図4に示した無線センサ送信装置のブロック図である。It is a block diagram of the wireless sensor transmitter shown in FIGS. 本発明に係る無線センサ送信装置の別の実施例を示す平面図である。It is a top view which shows another Example of the wireless sensor transmitter which concerns on this invention. 図6に示した無線センサ送信装置の正面図である。It is a front view of the wireless sensor transmitter shown in FIG. 本発明に係る無線センサ送信装置の更に別の実施例を示す平面図である。It is a top view which shows another Example of the wireless sensor transmitter which concerns on this invention. 本発明に係る無線センサ装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the wireless sensor apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る無線センサ装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the wireless sensor apparatus which concerns on this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 回路基板
21〜2n センサ
31〜3n センサ回路
4 信号処理部
5 送信回路部
6 アンテナ
60 支持基板
61〜64 アンテナ導体

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Circuit board 21-2n Sensor 31-3n Sensor circuit 4 Signal processing part 5 Transmission circuit part 6 Antenna 60 Support board 61-64 Antenna conductor

Claims (8)

回路基板と、センサと、信号処理部と、送信回路部と、アンテナとを含む無線センサ送信装置であって、
前記回路基板は、一面側にグランド電極を有しており、
前記センサは、物理量を検出するものであって、前記回路基板の前記一面とは反対側である他面に搭載されており、
前記信号処理部は、前記センサから出力される検出信号を処理する回路部分であって、前記回路基板の前記他面に搭載されており、
前記送信回路部は、前記信号処理部から供給される信号を、前記アンテナに供給する回路であって、前記回路基板の前記他面に搭載されており、
前記アンテナは、複数であって、それぞれは、支持基板と、アンテナ導体とを含んでおり、
前記支持基板は、電気絶縁材料でなり、
前記アンテナ導体は、ヘリカル状であって、前記支持基板の厚みを開口部の2辺とし、前記支持基板の面と平行な一方向に巻き進み、
更に、前記アンテナのそれぞれは、前記センサ、前記信号処理部及び前記送信回路部を取り囲み、かつ、前記支持基板の面が前記回路基板の面と平行になるようにして、前記回路基板の全周縁に設けられ、前記回路基板の全周において指向性を平均化する、
無線センサ送信装置。
A wireless sensor transmission device including a circuit board, a sensor, a signal processing unit, a transmission circuit unit, and an antenna,
The circuit board has a ground electrode on one side,
The sensor is for detecting a physical quantity, and is mounted on the other surface opposite to the one surface of the circuit board,
The signal processing unit is a circuit part that processes a detection signal output from the sensor, and is mounted on the other surface of the circuit board,
The transmission circuit unit is a circuit that supplies a signal supplied from the signal processing unit to the antenna, and is mounted on the other surface of the circuit board.
A plurality of antennas, each including a support substrate and an antenna conductor;
The support substrate is made of an electrically insulating material,
The antenna conductor has a helical shape, the thickness of the support substrate is set to two sides of the opening, and the antenna conductor advances in one direction parallel to the surface of the support substrate,
Further, each of the antennas surrounds the sensor, the signal processing unit, and the transmission circuit unit, and the entire surface of the circuit board is arranged so that the surface of the support substrate is parallel to the surface of the circuit board. Is provided, and the directivity is averaged over the entire circumference of the circuit board.
Wireless sensor transmitter.
請求項1に記載された無線センサ送信装置であって、前記支持基板は、無線センサ装置のための回路基板である、無線センサ送信装置。   The wireless sensor transmission device according to claim 1, wherein the support substrate is a circuit board for the wireless sensor device. 請求項1に記載された無線センサ送信装置であって、前記支持基板は、無線センサ装置のための回路基板から独立した基板である無線センサ送信装置。   The wireless sensor transmission device according to claim 1, wherein the support substrate is a substrate independent of a circuit substrate for the wireless sensor device. 請求項1乃至3の何れかに記載された無線センサ送信装置であって、前記支持基板の誘電率は、前記回路基板の誘電率と異なる、無線センサ送信装置。   4. The wireless sensor transmission device according to claim 1, wherein a dielectric constant of the support substrate is different from a dielectric constant of the circuit board. 5. 請求項4に記載された無線センサ送信装置であって、前記支持基板の誘電率は、前記回路基板の誘電率よりも大きい、無線センサ送信装置。   5. The wireless sensor transmission device according to claim 4, wherein a dielectric constant of the support substrate is larger than a dielectric constant of the circuit board. 請求項1乃至5の何れかに記載された無線センサ送信装置であって、前記支持基板は、磁性体又は複合磁性体を含む、無線センサ送信装置。   6. The wireless sensor transmission device according to claim 1, wherein the support substrate includes a magnetic body or a composite magnetic body. 請求項1乃至6の何れかに記載された無線センサ送信装置であって、前記アンテナの占有する領域内には、アンテナ以外の導体又は部品が配置されていない無線センサ送信装置。   7. The wireless sensor transmission device according to claim 1, wherein no conductors or parts other than the antenna are arranged in a region occupied by the antenna. 無線センサ送信装置と、受信装置とを含む無線センサ装置であって、
前記無線センサ送信装置は、請求項1乃至7の何れかに記載されたものでなり、
前記受信装置は、前記アンテナを通して、前記無線センサ送信装置から送信された無線信号を受信して処理する
無線センサ装置。
A wireless sensor device including a wireless sensor transmission device and a reception device,
The wireless sensor transmission device is the one described in any one of claims 1 to 7,
The reception device is a wireless sensor device that receives and processes a wireless signal transmitted from the wireless sensor transmission device through the antenna.
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