JP5061030B2 - アンテナ装置及びそれを用いた負荷制御システム - Google Patents

Description

本発明は、ループアンテナを用いて信号を送信又は受信するアンテナ装置と、そのアンテナ装置を用いて信号を送信又は受信し当該信号に応じて負荷を制御する負荷制御システムに関する。

例えば特許文献１に記載された負荷制御システムでは、負荷をオンオフするスイッチが壁面などの造営面に配設され、スイッチが送信機から無線信号を受信し、その信号に基づき負荷の開閉動作を行うように構成されている。このように無線通信を利用することにより、既設のスイッチに替えて又は新規に、例えば高機能なスイッチを、当該負荷制御システムの他の部分との間の配線作業等を行うことなく、容易に配設することができる。高機能なスイッチとしては、例えば、人の存否を検知して自動的に負荷を開閉する熱線式自動スイッチや、設定時刻にスイッチを開閉するタイマスイッチ等が挙げられる。

ところで、このような負荷制御システムにおいては、電波による無線通信により送信機とスイッチとの間で無線信号を送受信するほうが、赤外光により送受信する場合よりも、用途によっては望ましい場合がある。すなわち、このような無線通信によれば、例えば、電波の透過性、回折性により、スイッチに信号を送信可能になる送信機のエリアが、赤外光による場合よりも広くなる等のメリットがある。負荷制御システムに用いられる小型のスイッチや送信機において、無線通信により信号を送受信するためのアンテナとしては、通常、微小のループアンテナが好適である。微小ループアンテナは、全長が送信波長の１／１０以下程度にまで小さく、微小ダイポールアンテナよりも雑音電界に強い等という特徴を有している。

図１３及び図１４は、従来のスイッチ又は送信機として用いられている、ループアンテナを内蔵したアンテナ装置の一例を示す。アンテナ装置８１は、一方の面（前面）に制御回路８５等が搭載された回路基板８２を有し、その回路基板８２の制御回路８５等が搭載された面には、導電性の線材であるアンテナエレメント８４が回路基板８２に略垂直に立設されている。アンテナエレメント８４は、その両端部近傍部位で、アンテナエレメント８４が立設された面に形成されている回路基板８２上の導電性パターン８３に接続されており、アンテナエレメント８４と導電性パターン８３とで環状のループアンテナ８０が構成されている。ループアンテナ８０と回路基板８２とは、筐体８５０により覆われている。回路基板８２には、制御回路８５等が搭載された前面及びその反対の面（背面）には、アンテナ装置８１を動作させる電気回路を構成する回路素子８９が設けられている。回路素子８９は、実装面からの実装高さが高い部品である。

ところで、このようなアンテナ装置８１においては、回路素子８９が回路基板８２の両面に設けられているため、小型化が困難であるという問題がある。すなわち、回路基板８２の背面側には、アンテナエレメント８４が設けられていないものの、回路素子８９が設けられているため、回路基板８２と筐体８５０との間隔を詰めることができない。他方、回路基板８２の前面側では、ループアンテナ８０のループで囲まれた部位の面積（ループ面積）を大きくしてアンテナ利得を確保する必要があるため、ループアンテナ８０を小型化することができない。そのため、アンテナ利得を損ねることなく、アンテナ装置８１すなわち送信機やスイッチを小型化することができない。送信機を小型化することができず、アンテナ利得を確保するために大型化されると、送信機が取り扱いにくくなるという問題が生じる。また、スイッチは、造営面に設けられた配設ボックス内に収まる程度に小型である必要がある場合があり、特にスイッチの奥行き方向の大きさが大きくなると、配設ボックス内にスイッチを取り付けることができず、容易に配設することができなくなる。
特開２００６−２５３０９２号公報

本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、小型化とアンテナ利得の増大の両方を達成することが可能なアンテナ装置と、それを用いた負荷制御システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、導電性パターンを有する回路基板と、前記回路基板に実装され、前記導電性パターンの一部と共にループアンテナを形成するアンテナエレメントと、前記導電性パターンの一部と前記アンテナエレメントの間に挿入され、前記ループアンテナを構成するキャパシタと、前記回路基板及び前記アンテナエレメントを収容する筐体とを備えたアンテナ装置において、前記回路基板は第１貫通孔及び第２貫通孔を有し、前記アンテナエレメントは、前記回路基板の第１面側に設けられた第１部分と、前記第１面とは反対側の第２面側に設けられ、前記第１部分に連続して形成された第２部分を有し、前記第１部分と前記第２部分は、前記回路基板の第１面及び第２面に垂直で、かつ、前記アンテナエレメントが閉ループを形成する断面において、それぞれ異なる形状を有し、前記第１部分と前記第２部分の連続部は、前記回路基板の一側面を囲むように又は前記回路基板を貫通するように形成され、前記アンテナエレメントの前記第１部分側の一端部は、前記回路基板の縁部に近い前記第１貫通孔に、前記回路基板の前記第１面側から差し込まれて固定され、前記アンテナエレメントの前記第２部分側の他端部は、第２貫通孔に前記回路基板の前記第２面側から差し込まれて固定され、前記導電性パターンの一部は、前記回路基板上の前記第１貫通孔と前記第２貫通孔の近傍及びそれらの間に形成され、前記キャパシタは前記第１貫通孔と前記第２貫通孔の間の前記導電性パターン上に配置されているものである。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記筐体の内面のうち、少なくとも前記ループアンテナに対向する箇所に、導電体をインサート成型し、導電性ペーストを塗布又は印刷し、あるいは導電性テープを貼り付けたものである。

請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記筐体の内面のうち、少なくとも前記ループアンテナに対向する箇所に、空気より比誘電率が大きい誘電体を配置したものである。

請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか一項の発明において、前記ループアンテナの共振周波数を調整可能とする可変容量コンデンサと、前記ループアンテナから信号を出力するときに発生する反射波の大きさを計測する反射波計測手段と、前記反射波計測手段により計測された反射波の大きさが最小になるように前記可変容量コンデンサの静電容量を可変制御する制御回路部とをさらに備えたものである。

請求項５の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか一項の発明において、前記ループアンテナの共振周波数を調整可能とする可変容量コンデンサと、周囲との間の静電容量値を検知する静電容量センサと、前記静電容量センサにより検知された静電容量値に応じて、前記可変容量コンデンサの容量を可変制御する制御回路部とをさらに備えたものである。

請求項６の発明は、負荷に接続されて、少なくとも負荷のオンオフを制御する制御装置と、信号を電波として送信する１又は複数の送信機とを有し、前記制御装置は、前記送信機から電波として送信された信号を受信する受信手段と、電源から負荷への給電路を開閉する開閉手段と、前記受信手段で受信された信号に応じて負荷を制御する制御手段とを備え、前記送信機は、信号を電波として送信する送信手段と、前記送信手段を制御し信号を送信手段から送信させる制御手段とを備えた負荷制御システムにおいて、前記制御装置と前記１又は複数の送信機とのうち少なくとも１つは、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載のアンテナ装置であるものである。

請求項１の発明によれば、筐体の内部の空間を有効に活用し、ループアンテナのループ面積を確保することができる。例えば、回路基板の両面側に、アンテナエレメントの他に回路基板の表面からの実装高さが高くなるような部品が実装されていても、そのために広く確保された空間を活用してループ面積を広くすることができる。従って、アンテナ装置を小型に保ちつつ、より大きなアンテナ利得を得ることが可能になる。

請求項２の発明によれば、アンテナ装置のループアンテナに、導電体、導電性ペースト、又は導電性テープを介するようにして外部の導電体が近づいたとしても、ループアンテナから導電体の裏側は電気的に見えず、外部の導電体はループアンテナの共振周波数にさほど影響を与えなくなるので、ループアンテナの共振周波数の変化を小さくすることができる。従って、上述の効果に加えて、周囲の環境によらず、所望する送信周波数におけるアンテナ利得の低下をより小さくすることができる。

請求項３の発明によれば、アンテナ装置のループアンテナに、誘電体を介して導電体が近づいたとしても、高誘電体の波長短縮効果により、ループアンテナが導電体が近接している影響を比較的受けにくくなるので、ループアンテナの共振周波数の変化を小さくすることができる。従って、上述の効果に加えて、周囲の環境によらず、所望する送信周波数におけるアンテナ利得の低下を小さくすることができる。

請求項４の発明によれば、制御回路部が、反射波の大きさが最小になるように可変容量コンデンサの容量を可変制御するので、アンテナ装置の設置環境により共振周波数にずれが生じても、その共振周波数のずれを自動的に補正することができる。従って、上述の効果に加えて、所望する送信周波数においてアンテナ利得の低下を小さくすることができる。

請求項５の発明によれば、制御回路部が静電容量値に応じて可変容量コンデンサの容量を可変制御するので、アンテナ装置に導電体が近接することにより共振周波数にずれが生じても、その共振周波数のずれを自動的に補正することができる。従って、上述の効果に加えて、所望する送信周波数においてアンテナ利得の低下を小さくすることができる。

請求項６の発明によれば、制御装置又は送信機を、アンテナ利得を確保したままで小型化することができる。従って、送信機をより取り扱いやすくすることができ、又は、制御装置を確実に金属ボックス等内に収納し、容易に造営面に配設することができる。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る負荷制御システムの一例として、照明制御システムを示す。照明制御システム１０１は、照明負荷１５０と、無線信号を送信する送信機（アンテナ装置）１５１と、電源（商用交流電源）１５３と照明負荷１５０に電線を介して直列接続されたスイッチ（制御装置；アンテナ装置）１５２等で構成されている。スイッチ１５２は、外部からユーザが操作可能な操作ハンドル１５２ａを有しており、この操作ハンドル１５２ａの操作又は送信機１５１から送信され受信した無線信号に応じて照明負荷１５０を点灯又は消灯させる。また、送信機１５１には、ユーザにより操作可能な操作ボタン等（図示せず）が設けられている。ここで、負荷として白熱灯からなる照明負荷１５０を例示するが、これに限定する主旨ではなく、蛍光灯及び蛍光灯電子安定器などの他の照明負荷の他、照明負荷以外の負荷であってもよい。

図２は、送信機１５１のブロック構成を示す。この送信機１５１には、センサ部１５１ａと、照明負荷１５０を点灯させるための点灯信号等の制御信号を生成する制御回路部（制御手段）１５１ｂと、制御信号を変調及び増幅する変調回路１５１ｃと、後述するようにループアンテナを有する信号送信部（送信手段）１５１ｄと、スイッチ回路部１５１ｅと、電源部１５１ｆとを有している。送信機１５１は、例えば、各部が筐体内に収納された箱体状に構成されており、例えば壁面上に取り付けられて用いられる。送信機１５１は、無線信号を送信可能なアンテナ装置であり、後述するようにループアンテナ１０等が内蔵されて構成されている。

センサ部１５１ａは、焦電素子により人体から放射される熱線を検出することで検知エリア内における人の存否を検知する人感センサと、光電変換素子や太陽電池により周囲の明るさを検知する照度センサとを有し、照度センサで検知する周囲の明るさと人感センサで検知した人の存否の検出結果を制御回路部１５１ｂに送出する。制御回路部１５１ｂは、マイクロコンピュータ等で構成されており、センサ部１５１ａにより、周囲の明るさが基準値よりも暗く、且つ、人体が存在することが検出されたとき、又は後述の操作信号が入力されたときに点灯信号を生成する。点灯信号は、変調回路１５１ｃで変調及び増幅された後に、信号送信部１５１ｄから無線信号として送信される。スイッチ回路部１５１ｅは、ユーザによる操作ボタンの操作に伴い、操作信号を制御回路部１５１ｂに送出する。すなわち、ユーザは、操作ボタンを操作することにより、センサ部１５１ａにより検知される人の存否にかかわらず、照明負荷１５０を強制的に点灯又は消灯させることができる。電源部１５１ｆは、例えば電池を電源として各部に動作電源を供給する。

図３は、スイッチ１５２のブロック構成を示す。スイッチ１５２は、制御回路部（制御手段）１５２ｂと、負荷制御部（開閉手段）１５２ｃと、無線信号を受信する信号受信部（受信手段）１５２ｄと、信号受信部１５２ｄで受信した信号を復調及び増幅する復調回路１５２ｅと、表示部１５２ｆと、スイッチ入力部１５２ｇと、電源回路部１５２ｈとを有している。スイッチ１５２は、例えば、合成樹脂製の矩形箱状の器体を有するワイドハンドル形連用スイッチ（ＪＩＳ Ｃ ８３０４参照）の２個モジュール寸法に形成されており、規格に準拠した取付枠等に取り付けられて、壁面内に埋め込まれているコンセントボックス内に収められ、配設される。スイッチ１５２は、無線信号を受信可能なアンテナ装置であり、後述するようにループアンテナ１０等が内蔵されて構成されている。

負荷制御部１５２ｃは、電源１５３から照明負荷１５０への給電路を開閉するスイッチング素子（例えば、トライアックなど）を有する。制御回路部１５２ｂは、マイクロコンピュータ等で構成されており、負荷制御部１５２ｃのスイッチング素子をスイッチング制御する。信号受信部１５２ｄは、後述するように、ループアンテナにより無線信号を受信可能に構成されている。表示部１５２ｆは、例えば、発光ダイオードなどの発光素子を有し、制御回路部１５２ｂの制御に基づき、送信機１５１による制御の有効／無効等、制御状態の表示等を行う。スイッチ入力部１５２ｇは、操作ハンドル１５２ａによって押操作されるタクトスイッチを有し、そのタクトスイッチがオンされたときに、操作信号を制御回路部１５２ｂに送出する。すなわち、操作ハンドル１５２ａが押操作されてスイッチ入力部１５２ｇから操作信号が送出される度に、制御回路部１５２ｂの制御により負荷制御部１５２ｃのスイッチング素子のスイッチングが行われ、照明負荷１５０の点灯と消灯が切り換えられる。電源回路部１５２ｈは、制御回路部１５２ｂ等に動作電源を供給する。電源回路部１５２ｈは、負荷制御部１５２ｃが電源１５３から照明負荷１５０への給電路を閉成しているときには、電源１５３から給電されて動作電源を生成するとともに図示しないコンデンサを充電する。他方、負荷制御部１５２ｃが電源１５３から照明負荷１５０への給電路を開成しているときには、電源回路部１５２ｈは、コンデンサに充電した電荷を利用して動作電源を生成する。このために、本実施形態のスイッチ１５２は、電源１５３と照明負荷１５０に２線で直列接続することが可能となっている。なお、この種の電源回路部１５２ｈは従来周知（例えば、特開２０００−３５７４４３号公報等を参照）であるから、詳細な構成及び動作についての図示並びに説明は省略する。

ところで、本実施形態において、送信機１５１の信号送信部１５１ｄとスイッチ１５２の信号受信部１５２ｄのループアンテナは、それぞれ、内部の回路基板の前面及び背面の両側に、その回路基板から張り出すように形成されている。これにより、ループアンテナのループ面積が増加し、ループアンテナの利得が大きくなる。以下、簡略化のため、送信機１５１又はスイッチ１５２のループアンテナの構成を説明するのに替えて、送信機１５１又はスイッチ１５２に用いられるアンテナ装置１の構成について説明する。アンテナ装置１は、ループアンテナについて、上記のように、送信機１５１又はスイッチ１５２と同様の特徴を有し、無線信号を送信又は受信可能に構成されている。アンテナ装置１においては、上記の送信機１５１、スイッチ１５２のうち、制御回路部１５１ｂ，１５２ｂ、変調回路１５１ｃと復調回路１５２ｅ、及び信号送信部１５１ｄと信号受信部１５２ｄ等を有するものとする。また、その他、操作ハンドル１５２ａやセンサ部１５１ａ、負荷制御部１５２ｃ等、直接無線送信に関係しない部位については、図示及び説明を省略する。

図４、図５、及び図６（ａ）、（ｂ）は、アンテナ装置１を示す。アンテナ装置１は、箱体状の筐体５０の内部に、例えば略矩形形状の回路基板２が収納されて構成されている。筐体５０は、例えば合成樹脂製であり、アンテナ装置１の前面側の前面パネル５１と、アンテナ装置１の背面側のベース部材５２とが接合されて構成されている。回路基板２は、例えば、ベース部材５２上に設けられているボス（図示せず）上に回路基板２を貫通するねじ（図示せず）等を螺結することにより、ベース部材５２にマウントされている。

回路基板２には、回路基板２上に形成された導電性パターン３と、この導電性パターン３の一部と回路基板２上に実装されたアンテナエレメント４及び導電性パターン３中に挿入されたキャパシタ（コンデンサ）５で構成されたループアンテナ１０と、回路基板２上に実装された無線回路部１２、制御回路部１３、及びその他の回路素子１９などが設けられている。また、回路基板２上には、グランドパターン６、導電性パターン３の一部であってループアンテナ１０とグランドパターン６とを接続する接地線７、ループアンテナ１０に信号を供給する給電線８などが設けられている。図６（ａ）、（ｂ）に示すように、回路素子１９は、回路基板２の表側及び裏側の両面にそれぞれ配置されている。上記の送信機１５１、スイッチ１５２の各部位のうち、制御回路部１５１ｂ，１５２ｂは、アンテナ装置１の制御回路部１３及び回路素子１９等に相当する。また、変調回路１５１ｃと復調回路１５２ｅ、及び信号送信部１５１ｄと信号受信部１５２ｄは、無線回路部１２、ループアンテナ１０、及び回路素子１９等に相当する。なお、このアンテナ装置１において、無線回路部１２は、信号の送信及び受信を互いに切り替えて行うことができるように構成されているが、これに限られるものではなく、送信又は受信のどちらかのみを行うことができるように構成されていてもよい。

回路基板２のうち、右側縁部近傍部位には、第１貫通孔と第２貫通孔の２つの貫通孔２ａが形成されている。第１貫通孔２ａは、その第１貫通孔２ａを容易に形成可能にするために、回路基板２の側縁部から回路基板２の内側に若干離れた位置に設けられており、第２貫通孔２ａは、第１貫通孔２ａから回路基板２の左右方向中心寄りに若干離れた位置に設けられている。各貫通孔２ａは、回路基板２に穴空け加工を施すことにより形成されている。また、回路基板２のうち、左側縁部であって、第２貫通孔２ａに対し左方向に位置する一部には、切り欠き部２ｂが形成されている。切り欠き部２ｂは、後述するアンテナエレメント４の幅寸法よりも若干大きく回路基板２を切り欠くように形成されている。

図６（ａ）に示すように、導電性パターン３は、２つの貫通孔２ａの近傍及びそれらの間に形成されており、キャパシタ５は、当該導電性パターン３上に配置されている。アンテナエレメント４は、両端部がそれぞれの貫通孔２ａ内に差し込まれた状態で、はんだ（図示せず）等を用いて、導電性パターン３に電気的に接続するようにして回路基板２に固定されている。これにより、アンテナエレメント４、導電性パターン３、キャパシタ５を含むループを成すループアンテナ１０が形成されている。

このアンテナ装置１により行う無線通信の周波数をｆとすると、無線回路部１２は、無線信号を送信するとき、周波数ｆの信号を出力する。ループアンテナ１０は、ループ１周の全長が送信波長λの１／１０以下程度になるように、その幅及び高さが設計されており、周波数ｆ（＝２π／λ）でロスが最も少なくなる（アンテナ利得の低下を小さくする）ようにインピーダンス調整されている。具体的には、キャパシタ５の静電容量を適宜選択することにより、ループアンテナ１１の共振周波数を調整している。また、アンテナの共振周波数が所望する周波数であると仮定して、給電線８と導電性パターン３の接続点から、接地線７と導電性パターン３の接続点までの距離を調整することで、アンテナ入力インピーダンスを調整することができる。

ここで、本実施形態において、アンテナエレメント４は、回路基板２の前面である第１面２ｊ側に設けられた第１部分４ａと、背面側すなわち第１面２ｊとは反対側の第２面２ｋ側に設けられた第２部分４ｂを有している。第１部分４ａと第２部分４ｂは、連続部４ｃを介して連続して形成されており、その連続部４ｃが回路基板２の左側縁部の一部を囲むようにして、第１面２ｊ及び第２面２ｋに垂直に設けられている。また、第１部分４ａと第２部分４ｂは、アンテナエレメント４４がループアンテナ１０の一部となる閉ループを形成する断面において、それぞれ異なる形状を有するように設けられている。すなわち、図５に示すように、アンテナエレメント４のうち、第１部分４ａの一部である一端部４ｄは、回路基板２の右側縁部に近い第１貫通孔２ａに回路基板２の第１面２ｊ側から差し込まれて固定されている。アンテナエレメント４の第１部分４ａは、当該一端部４ｄから前方に略垂直に延び、その後左方に曲がり、回路基板２の左側縁部の上部で背方に曲がり、切り欠き部２ｂの内側に収まるように形成されている。第１部分４ａは、連続部４ｃにおいて回路基板２の左側縁部の一部を囲むようにして、第２面２ｋ側の第２部分４ｂに連続して接続されている。第２部分４ｂは、連続部４ｃから背方に延び、右方向に曲がり、第２部分４ｂの一部であるアンテナエレメント４の他端部４ｅが、第２貫通孔２ａに回路基板２の第２面２ｋ側から差し込まれて固定され、これによりアンテナエレメント４が回路基板２上に固定されている。また、第１部分４ａは、前面パネル５１の内面５１ｂと回路基板２の第１面２ｊとの間の空間において、前面パネル５１の内面５１ｂ近傍に位置し、前面パネル５１の内面５１ｂに沿うように形成されている。同様に、第２面２ｋ側においても、第２部分４ｂは、ベース部材５２の内面５２ｂと第２面２ｋとの間の空間において、ベース部材５２の内面５２ｂ近傍に位置し、ベース部材５２の内面５２ｂに沿うように形成されている。

図に示すように、このアンテナ装置１において、筐体５０の厚み方向の大きさは、主に、回路基板２に実装されている部品のうち、アンテナエレメント４を除いた他の部材よりも実装高さが高い回路素子１９を考慮して設定されている。すなわち、回路基板２の第１面２ｊ、第２面２ｋと筐体５０の内面５１ｂ，５２ｂとの間隔は、回路素子１９の実装高さを考慮して、回路素子１９が筐体５０に接触しない程度に小さく設定されている。従って、アンテナエレメント４は、回路素子１９の実装高さと略同程度に、又は回路素子１９よりも僅かに筐体５０の内面５１ｂ，５２ｂに近接する位置まで、回路基板２の第１面２ｊ、第２面２ｋから突出するように形成されている。

図７（ａ）、（ｂ）は、回路基板２にアンテナエレメント４を取り付ける方法の一例を示す。なお、図において、回路基板２及びアンテナエレメント４のみを図示し、他の部材の図示は省略している。アンテナエレメント４は、その両端部４ｄ，４ｅをそれぞれ回路基板２の互いに異なる面２ｊ，２ｋから貫通孔２ａに差し込む都合上、回路基板２に固定されている状態よりも端部４ｄ，４ｅ間の距離が離れるようにし、回路基板２をその端部４ｄ，４ｅ間に挟むようにして回路基板２に配される。すなわち、先ず、回路基板２をアンテナエレメント４の端部４ｄ，４ｅ間に挟むようにする。次に、その状態で、アンテナエレメント４を変形させ、アンテナエレメント４の各端部４ｄ，４ｅを対応する貫通孔２ａに差し込む。その後、はんだ付けを行うことにより、図５に示すように、アンテナエレメント４の一部を導電性パターン３に接続すると共に、アンテナエレメント４を回路基板２に固定することができる。

このように、本実施形態においては、筐体５０の内部の空間を有効に活用し、ループアンテナ１０のループ面積（図５に網掛けにより示す部分）を確保することができる。特に、回路基板２の両面側に、アンテナエレメント４の他に回路基板２の表面からの実装高さが高くなるような回路素子１９のような部品が実装されていても、そのために広く確保された筐体５０の内部の空間を有効に活用することができる。従って、アンテナ装置１すなわち送信機１５１又はスイッチ１５２を小型化しつつ、より大きなアンテナ利得を得ることができ、小型化とアンテナ利得の増大の両方を達成することが可能になる。また、上記のように、切り欠き部２ｂが形成されているので、アンテナエレメント４を、回路基板２の左側縁部よりも左側方に突出することなく、筐体５０の内部に配置することができる。従って、アンテナエレメント４を回路基板２の側縁部を囲むような形状に形成する場合にも、筐体５０の幅寸法を大きくすることなく、筐体５０の幅寸法を回路基板２の幅寸法に合わせて、アンテナ装置１を小型に保つことができる。さらにまた、アンテナエレメント４は一体に形成されており、回路基板２を挟むようにして取り付け可能であるので、例えば回路基板２の各面２ｊ，２ｋに互いに別体のアンテナエレメントを用いる場合よりも、部品点数を少なくし、製造工程を簡略化することができ、製造コストをより低減することが可能になる。

ここで、図６（ａ）に示すように、このアンテナ装置１では、ベース部材５２の内面５２ｂのうち、ループアンテナ１０に対向する部位に、導電性テープ５６が、回路基板２及びアンテナエレメント４に接触しないように貼り付けられている。導電性テープ５６は、ループアンテナ１０に近い位置に配置されていることにより、アンテナ装置１の共振周波数に影響を及ぼす。従って、このアンテナ装置１は、このように導電性テープ５６を配した状態で、所望の共振周波数において整合がとれるように設計されている。このような構成により、アンテナ装置１が、窓ガラス、壁、机など近接したりしても、ループアンテナ１０から導電性テープ５６の裏側は電気的に見えないため、貼り付けられる面の材質によらず、共振周波数の変化を小さくすることができ、所望する送信周波数においてアンテナ利得の低下をより小さくすることができる。

なお、本実施形態において、図８（ａ）に示すように、導電性テープ５６に替えて、ベース部材５２のうち少なくともループアンテナ１０に対向する箇所に導電体５７をインサートしてベース部材５２を成型し、その状態で所望の共振周波数において整合をとるようにしてもよい。また、ベース部材５２の内面５２ｂに、導電性ペースト（図示せず）を塗布又は印刷しても、上述と同様の効果が得られる。また、これら導電性テープ５６、導電体５７、導電性ペーストは、回路基板２の前面すなわち第１面２ｊに対向する部分にも設けられていてもよく、ループアンテナ１０に対向する箇所だけでなく筐体５０の一面全面にわたり設けられていてもよい。

また、本実施形態において、図８（ｂ）に示すように、導電性テープ５６に替えて、ベース部材５２の内面５２ｂのうち少なくともループアンテナ１０に対向する箇所に、例えばシート状の誘電体５８を配置してもよい。この場合、誘電体５８を介してループアンテナ１０に導電体が近づいたとしても、高誘電体が有する波長短縮効果により、ループアンテナ１０が導電体の影響を受けにくくなる。従って、このように誘電体５８を配置することにより、ループアンテナ１０の共振周波数の変化を小さくすることができ、周囲の環境によらず、所望する送信周波数において、アンテナ利得の低下を小さくすることができる。誘電体５８としては、例えば、比誘電率が１０以上である誘電体を用いると特に効果的であるが、空気よりも比誘電率が大きい誘電体を用いることにより、誘電体５８を用いない場合と比較してアンテナ利得の低下を小さくする効果を得ることができる。

さらにまた、本実施形態では、導電性パターン３が第１面に設けられているが、導電性パターン３を第２面に設けてもよい。この場合、ループアンテナ１０のループ面積が、導電性パターン３が設けられている部分の回路基板２の厚み分だけ増加するため、さらにアンテナ利得を増加させることができる。

（第２実施形態）
本発明のアンテナ装置の第２実施形態について説明する。図９は、第２実施形態に係るアンテナ装置のブロック構成を示す。第２実施形態に係るアンテナ装置６１は、ループアンテナ１０のループ中にキャパシタ５と共に直列挿入された可変容量コンデンサ６５と、無線回路部１２から出力された信号の反射波の大きさを計測する検波回路（反射波計測手段）６６とを備えている。また、制御回路部１３すなわち送信機１５１又はスイッチ１５２の制御回路部１５１ｂ，１５２ｂが、ループアンテナ１０の共振周波数を自動的に調整可能に構成されている。検波回路６６は、無線回路部１２からループアンテナ１０に信号を送信する経路中に配置されている。検波回路６６は、ループアンテナ１０からの反射波を分離する方向性結合器６６ａと、方向性結合器６６ａにより分離された入力された反射波の大きさを測定する高周波電圧測定部６６ｂとを有している。方向性結合器６６ａとしては、例えばサーキュレータ等が用いられる。なお、アンテナ装置６１においては、無線回路部のＴＸ（送信側）端子とＲＸ（受信側）端子とのループアンテナ１０への接続経路を切り替え、送受信いずれを行うかを切り替えるための切替スイッチ６７が設けられている。

アンテナ装置６１は、例えば出荷検査工程において、自動的にループアンテナ１０の整合をとることができる。すなわち、例えば、制御回路部１３をテストモードに設定し、可変容量コンデンサ６５の補正キャパシタンス量を所定の値に設定し、切替スイッチ６７をＴＸ（送信側）端子側とした状態で、無線回路部１２よりテスト信号を出力する。このとき、無線回路部１２の出力インピーダンスと、ループアンテナ１０の入力インピーダンスの整合状態により、反射波が発生する。この反射波の大きさを無線回路部１２内の検波回路６６によって計測する。次に、制御回路部１３からの制御信号により可変容量コンデンサ６５の補正キャパシタンス量を別の値に設定し、同様に反射波の大きさを計測する。このようにして、複数の補正キャパシタンス量に対してそれぞれ反射波の大きさを計測し、制御回路部１３により、最も反射波が小さくなる補正キャパシタンス量を求める。補正キャパシタンス量が最も反射波が小さくなるように設定されると、アンテナ装置６１が送信を行う場合は切替スイッチ６７をそのままで、受信を行う場合は切替スイッチ６７をＲＸ（受信側）端子側とし、送信又は受信を実行可能になる。

このような構成によれば、アンテナ装置６１の出荷検査工程において、従来は手動で行っていた補正キャパシタンス量の調整を自動化できるため、アンテナ装置６１の製造コストを低減することができる。さらに、テストモードを実使用状態において定期的に実行することにより、設置環境による共振周波数のずれを定期的に補正し、所望する送信周波数においてアンテナ利得の低下を小さくすることができる。なお、テストモードでは、無線回路部１２よりテスト信号を出力する必要があるため、本来行う通信とテストモードとを同時に実行することはできない。例えば、上述のような照明制御システム１０１において、送信機１５１とスイッチ１５２との間で間欠的に通信を行うような場合においては、１つの通信シーケンスが完了した直後は、通信を行わない時間が存在する。この通信を行わない時間を利用してテストモードを実行することにより、本来行うべき通信を妨げることなく、確実にテストモードを実行し、大きなアンテナ利得を維持することができる。

（第３実施形態）
本発明のアンテナ装置の第３実施形態について説明する。図１０は、第３実施形態に係るアンテナ装置のブロック構成を示す。第３実施形態に係るアンテナ装置７１は、上記の第２実施形態に係るアンテナ装置６１と同様に、可変容量コンデンサ６５を有し、制御回路部１３がループアンテナ１０の共振周波数を調整可能に構成されている。また、アンテナ装置７１は、さらに、検波回路６６に替えて、周囲との間の静電容量値を検知する静電容量センサ７６を備えている。静電容量センサ７６は、例えば、回路基板２上の接地電位に接続されており、ループアンテナ１０の近傍部位に設けられている。

アンテナ装置７１において、制御回路部１３には、予め、静電容量センサ７６により検知されることが考えられる種々の静電容量値に対応する可変容量コンデンサ６５の調整値が制御テーブルとして設定されている。この制御テーブルは、例えば、アンテナ装置７１の周囲に導電体等を近づけたりした状態において、ループアンテナ１０のアンテナ利得が大きくなるように可変容量コンデンサ６５の調整値を設定し、そのときの当該調整値と静電容量センサ７６が検知する静電容量値とを対応づけて設定される。アンテナ装置７１の使用時には、制御回路部１３は、定期的に又は信号送信前の時点等に、静電容量センサ７６が検知する静電容量値に対応する調整値を用いて可変容量コンデンサ６５の容量を調整する。

このような構成によれば、アンテナ装置７１の置かれている環境の変化に応じ変化する静電容量センサ７６の静電容量値を用いて、例えば導電体がループアンテナ１０に近づいた場合であっても、ループアンテナ１０のアンテナ利得の低下を小さくすることができる。ループアンテナ１０を用いて無線信号を送受信しているかどうかにかかわらず、静電容量値を用いてループアンテナ１０の共振周波数のずれを適宜自動的に補正することができるので、確実にループアンテナ１０のアンテナ利得を維持することが可能になる。

なお、本発明は上記実施形態の構成に限定されるものではなく、発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、アンテナ装置の構成は、上述の照明制御システムにおいて、送信機及びスイッチの両方ではなく、送信機又はスイッチのどちらか一方にのみ用いられていてもよい。また、アンテナ装置において、アンテナエレメントは、回路基板の側縁部の一部を囲むように形成されてはおらず、回路基板に、貫通孔２ａに加えて形成された他の貫通孔を貫通するようにして一面側から他面側に延設されていてもよい。この場合であっても、回路基板の両面それぞれの側の筐体との間の空間を有効に活用して、ループアンテナのループ面積を大きくすることができ、上述と同様の効果を得ることができる。

また、アンテナ装置は、上述のような壁面に配設される送信機やスイッチ（制御装置）にのみ適用可能なものではない。図１１は、例えば、住居のリビング等に用いられ、上述のアンテナ装置１の構成を用いた、ユーザにより操作可能なリモコン装置２５１を用いることにより、照明負荷１５０のオンオフ及び明るさ調節操作を行うことができるように構成されている照明制御システム２０１を示す。この照明制御システム２０１は、上述の照明制御システム１０１と比較し、壁面に接地される送信機１５１に替えて、リモコン装置２５１を用いている点で相違する。リモコン装置２５１は、上述の送信機１５１において、センサ部１５１ａを有していないものであり、操作ボタン（図示せず）の操作に応じて無線信号をスイッチ１５２に送信可能に構成されている。スイッチ１５２は、リモコン装置２５１から送信された無線信号を受信し、その無線信号に基づいて、照明負荷１５０のオンオフ及び明るさ（輝度）を制御する。このように、リモコン装置２５１に上述のアンテナ装置１の構成を用いることにより、大きなアンテナ利得を保ち、必要なエリア内で確実にスイッチ１５２に無線信号を送信可能にしつつ、リモコン装置２５１を小型化し、より扱いやすくすることができる。また、リモコン装置２５１は、ループアンテナ１０に対向して導電性テープ５６が配され、周りに導電体が近接してもアンテナ利得が低下しにくい。従って、リモコン装置２５１の置かれている環境にさほど気を遣うことなく照明制御システム２０１の操作を確実に行うことができ、リモコン装置２５１をさらに扱いやすくすることができる。さらにまた、リモコン装置２５１は、１つのスイッチ１５２に対して複数個併用して使用可能にされているものであってもよく、また、スイッチ１５２とリモコン装置２５１とが１つの照明負荷１５０について複数組設けられていてもよい。

図１２（ａ）、（ｂ）は、それぞれ上記いずれかのアンテナ装置を用いた無線通信装置を、トイレの照明器具のオン・オフ制御並びに調光制御の照明制御システム３０１に応用した例を示す。図１２（ａ）は、トイレを横から見た断面側面図であり、図１２（ｂ）は、トイレを向かって右斜め上から透かしてみた透視斜視図である。図１２に示す例では、送信機１５１はトイレ室内の壁面に設けられており、スイッチ１５２は、照明負荷１５０に有線接続されて照明負荷１５０をオン・オフ操作する操作ハンドルを具備した照明操作スイッチと一体化されており、トイレ入り口の外側の壁面に設けられている。受信機として機能するスイッチ１５２は、例えば、日本のＪＩＳ規格のＪＩＳ Ｃ８３０４ で規定された外形寸法（ワイドハンドル形連用スイッチの２個モジュール寸法）に形成されている。送信機１５１は、熱線式の人体感知センサ（不図示）などと一体的に設けられており、この人体感知センサが人体の存在を検知すると、送信機１５１からスイッチ１５２に向けて照明負荷１５０を点灯させるための無線電波信号を送信する。スイッチ１５２は、送信機１５１からの信号を受信すると、壁の裏側に設けられた配線を通じて（不図示の照明制御コントロールユニットを介して）照明負荷１５０を点灯させる。ここで、送信機１５１とスイッチ１５２との間における通信を無線信号に替えてＬＥＤ光の信号により行った場合、図１２（ａ）及び図１２（ｂ）のように、トイレドアが閉じる際に送信機１５１とスイッチ１５２との間の直線光路をそのトイレドアが遮ってしまうような配置であると、トイレ入室直後にスイッチ１５２が人体を感知するのは略不可能である。そのため、この照明制御システム３０１では、ＬＥＤ光路の遮断という不具合を解決すべく、ＬＥＤ光の代わりに電波式を採用し、無線信号の送受信により送信機１５１とスイッチ１５２との通信を行っている。電波による無線通信では、送信機１５１からの無線電波信号は、確実にスイッチ１５２によって受信される。従って、送信機１５１とスイッチ１５２との無線送受信の直線光路上にＬＥＤ光にとっての障害物が存在していても、電波による無線通信により速やかに照明負荷１５０を点灯させることができる。このような適用例は、トイレに限らず、クローゼットもありうる。衣類を収容するクローゼットの仕切り部材の内外に送信機１５１とスイッチ１５２とが各別に配置され、送信機１５１とスイッチ１５２との無線送受信の直線光路上にＬＥＤ光にとっての障害物が存在してしまう場合が起こりうる。従って、トイレと同様、本願発明のアンテナ装置の使用が適している。

図１２に示す例では、送信機１５１はユーザによって操作されるリモコン装置に設けられている。スイッチ１５２は、例えば壁面に設けられた照明負荷１５０のスイッチ等と一体的に設けられていているが、照明負荷１５０に直接設けられていてもよい。ユーザは、リモコン装置のボタンを操作して、照明負荷１５０の調光レベル（明るさ）を好みのレベルに調節することができる。この図１２では、送信機１５１は無線信号を電波で発するため、ＬＥＤ送信による指向性の強い旧来のリモコンに比べて、送信機１５１の送信部をわざわざ意識的にスイッチ１５２へ向ける必要がない。すなわち、送信機１５１をどちらへ向けてもスイッチ１５２へ無線リモコン信号を届けやすいので、送信機１５１の操作性の向上を図れる。

なお、アンテナ装置は、上述のように照明負荷のオンオフを制御する照明制御システムのほか、送信機から送信された信号に応じて動作をオンオフする空調システムや給湯システム、又は送信機から送信された所定の信号を受信して通報動作を行う防犯システムなど、他の用途に用いられる負荷制御システムにおいても用いることが可能である。すなわち、その負荷制御システムの動作を無線信号を送信することにより遠隔制御するために用いられるような送信機又はリモコン装置や、又はそのような無線信号を受信するスイッチ等の制御装置に、上述したアンテナ装置の構成を用いることにより、当該送信機、リモコン装置、又は制御装置等を、アンテナ利得を保ちつつ小型化することが可能になる。

本発明の第１実施形態に係る照明制御システムの一例を示す図。 上記照明制御システムのスイッチ及び照明負荷の構成を示すブロック図。 上記照明制御システムの送信機の構成を示すブロック図。 上記照明制御システムに用いられるアンテナ装置の一例を示す斜視図。 上記アンテナ装置のループアンテナが設けられている部位における上断面図。 （ａ）は上記アンテナ装置を前面側から見た分解斜視図、（ｂ）は同アンテナ装置を背面側から見た分解者視図。 （ａ）は上記アンテナ装置のアンテナエレメントの取付方法を示す斜視図、（ｂ）は同方法を示す上面図。 （ａ）は上記アンテナ装置の一変形例を示す上断面図、（ｂ）は同アンテナ装置のさらに別の変形例を示す上断面図。 本発明の第２実施形態に係る照明制御システムに用いられるアンテナ装置の一例を示す回路図。 本発明の第３実施形態に係る照明制御システムに用いられるアンテナ装置の一例を示す回路図。 上記照明制御システムの一変形例の構成を示す図。 （ａ）は上記照明制御システムのさらに別の変形例の構成を示す側面図、（ｂ）は（ａ）の斜視図。 従来のアンテナ装置を示す斜視図。 上記アンテナ装置のループアンテナが設けられている部位における上断面図。

符号の説明

１，６１，７１ アンテナ装置
２ 回路基板
２ａ 貫通孔
２ｊ 第１面
２ｋ 第２面
３ 導電性パターン
４ アンテナエレメント
４ａ 第１部分
４ｂ 第２部分
４ｃ 連続部
１０ ループアンテナ
１２ 無線回路部
１３ 制御回路部
１９ 回路素子
５０ 筐体
５６ 導電性テープ
５７ 導電体
５８ 誘電体
６５ 可変容量コンデンサ
６６ 検波回路（反射波計測手段）
７６ 静電容量センサ
１０１，２０１，３０１ 照明制御システム（負荷制御システム）
１５０ 照明負荷（負荷）
１５１ 送信機（アンテナ装置）
１５１ｂ，１５２ｂ 制御回路部（制御手段）
１５１ｃ 変調回路（無線回路部）
１５１ｄ 信号送信部（送信手段、無線回路部）
１５２ スイッチ（制御装置；アンテナ装置）
１５２ａ 操作ハンドル
１５２ｃ 負荷制御部（開閉手段）
１５２ｄ 信号受信部（受信手段、無線回路部）
１５２ｅ 復調回路（無線回路部）
２５１ リモコン装置（アンテナ装置）

Claims (6)

1. 導電性パターンを有する回路基板と、
   前記回路基板に実装され、前記導電性パターンの一部と共にループアンテナを形成するアンテナエレメントと、
   前記導電性パターンの一部と前記アンテナエレメントの間に挿入され、前記ループアンテナを構成するキャパシタと、
   前記回路基板及び前記アンテナエレメントを収容する筐体とを備えたアンテナ装置において、
   前記回路基板は第１貫通孔及び第２貫通孔を有し、
   前記アンテナエレメントは、前記回路基板の第１面側に設けられた第１部分と、前記第１面とは反対側の第２面側に設けられ、前記第１部分に連続して形成された第２部分を有し、
   前記第１部分と前記第２部分は、前記回路基板の第１面及び第２面に垂直で、かつ、前記アンテナエレメントが閉ループを形成する断面において、それぞれ異なる形状を有し、
   前記第１部分と前記第２部分の連続部は、前記回路基板の一側面を囲むように又は前記回路基板を貫通するように形成され、
   前記アンテナエレメントの前記第１部分側の一端部は、前記回路基板の縁部に近い前記第１貫通孔に、前記回路基板の前記第１面側から差し込まれて固定され、前記アンテナエレメントの前記第２部分側の他端部は、第２貫通孔に前記回路基板の前記第２面側から差し込まれて固定され、
   前記導電性パターンの一部は、前記回路基板上の前記第１貫通孔と前記第２貫通孔の近傍及びそれらの間に形成され、前記キャパシタは前記第１貫通孔と前記第２貫通孔の間の前記導電性パターン上に配置されていることを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記筐体の内面のうち、少なくとも前記ループアンテナに対向する箇所に、導電体をインサート成型し、導電性ペーストを塗布又は印刷し、あるいは導電性テープを貼り付けたことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記筐体の内面のうち、少なくとも前記ループアンテナに対向する箇所に、空気より比誘電率が大きい誘電体を配置したことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
4. 前記ループアンテナの共振周波数を調整可能とする可変容量コンデンサと、
   前記ループアンテナから信号を出力するときに発生する反射波の大きさを計測する反射波計測手段と、
   前記反射波計測手段により計測された反射波の大きさが最小になるように前記可変容量コンデンサの静電容量を可変制御する制御回路部とをさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
5. 前記ループアンテナの共振周波数を調整可能とする可変容量コンデンサと、
   周囲との間の静電容量値を検知する静電容量センサと、
   前記静電容量センサにより検知された静電容量値に応じて、前記可変容量コンデンサの容量を可変制御する制御回路部とをさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
6. 負荷に接続されて、少なくとも負荷のオンオフを制御する制御装置と、信号を電波として送信する１又は複数の送信機とを有し、
   前記制御装置は、前記送信機から電波として送信された信号を受信する受信手段と、電源から負荷への給電路を開閉する開閉手段と、前記受信手段で受信された信号に応じて負荷を制御する制御手段とを備え、
   前記送信機は、信号を電波として送信する送信手段と、前記送信手段を制御し信号を送信手段から送信させる制御手段とを備えた負荷制御システムにおいて、
   前記制御装置と前記１又は複数の送信機とのうち少なくとも１つは、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載のアンテナ装置であることを特徴とする負荷制御システム。

Images