無線モジュール及び無線システム
【課題】 小型で通信距離を長くすることが可能であるとともに、低コストで量産性の高い無線モジュールを提供する。
【解決手段】 誘電体チップアンテナ３，３、無線ＩＣ４、及び整合回路５が回路基板２の同一面上に実装されており、所定間隔で２つ配された誘電体チップアンテナ３，３にそれぞれ接続された配線パターン６７，６７が互いの間隔を狭めながら整合回路５のキャパシタ５１（リアクタンス成分を利用）にそれぞれ接続され、短縮ダイポールアンテナを構成している。
【解決手段】 誘電体チップアンテナ３，３、無線ＩＣ４、及び整合回路５が回路基板２の同一面上に実装されており、所定間隔で２つ配された誘電体チップアンテナ３，３にそれぞれ接続された配線パターン６７，６７が互いの間隔を狭めながら整合回路５のキャパシタ５１（リアクタンス成分を利用）にそれぞれ接続され、短縮ダイポールアンテナを構成している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナ一体型の無線モジュールと当該無線モジュールを用いた無線システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ワイヤレスネットワークに欠かせない通信技術としては無線ＬＡＮ（Wireless LAN）やＷＰＡＮ（Wireless Personal Area
Network）が挙げられる。一般的には、ＷＰＡＮは短距離通信を可能とする技術を使用する。このような技術の1つはＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）であり、ＩＥＥＥ８０２．１５規格の基盤として使用された。その後、近距離無線通信技術に係る規格が整備され、低消費電力化の実現を図るため、ＩＥＥＥ８０２．１５．４規格を用いた次世代のワイヤレス通信規格としてＺｉｇｂｅｅ（登録商標）が提唱され、導入されつつある。Ｚｉｇｂｅｅ（登録商標）は、その論理層以上の機器間の通信プロトコルについてはＺｉｇｂｅｅ Ａｌｌｉａｎｃｅが仕様の策定を行っている。
【０００３】
ＩＥＥＥ８０２．１５．４規格の主な特徴としては、低転送レートで短距離通信を行なうことにより低消費電力化が図られていること、マルチホップ転送の実現が容易であること、ノンビーコンモードがサポートされていること、親子デバイス間の同期シーケンスが不要であること、パケットサイズが比較的短いこと、などが挙げられる。
【０００４】
家庭用電化製品、ホームコントロール、情報通信サービス、エネルギー管理、健康モニタリング、ビルディングオートメーションなど多種多様のアプリケーションにワイヤレス通信による制御が普及しつつある。
【０００５】
これらワイヤレス通信に使用される無線モジュールには、小型で通信距離を長くすることが要求されており、従来、無線モジュールを小型化する取り組みがなされている。
【０００６】
特許文献１には、電気、ガス、水道等の使用量の積算値を遠隔取得するためのメータ装置に備わる無線ユニットに関し、無線回路を実装した無線基板と、該無線基板に対して略直交して配置され、電波を送受信するダイポールアンテナを実装したアンテナ基板とを有し、高周波的な長さが前記無線回路に用いる電波の波長λの略λ／２に相当する給電線の一端が前記アンテナ基板のダイポールアンテナが実装されている面と反対側の面に接続されるとともに、もう一端が前記アンテナ基板を実装している前記無線基板の面と反対側の面に接続されている構成の無線ユニットが記載されている。
【０００７】
特許文献２には、アンテナ一体型の無線モジュールに関し、表面に平面接地導体が設けられると共に高周波ＩＣチップが実装された誘電体基板の前記表面上に、前記高周波ＩＣチップの周囲側面及び上部を間に空間を設けて覆う凹部を有する誘電体カバーを固定し、前記誘電体カバーの外部側面又は凹部底面にアンテナ用導体パターンを形成し、前記アンテナ用導体パターンと高周波ＩＣチップを高周波伝送経路で接続する構成のアンテナ一体型の高周波ＩＣパッケージが記載されている。
【０００８】
特許文献３には、ＵＳＢ接続端子などで外付け接続して通信する無線モジュールに関し、Ｕ字型形状を有する半波長ダイポールアンテナを誘電体基板上の導体パターンによって形成し、マイクロストリップ線路により給電する構成の通信モジュールが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−２４１８３２号公報
【特許文献２】特開２００９−２７８００５号公報
【特許文献３】特開２０１０−１２４２００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１と２に記載の無線モジュールでは、回路基板から垂直に立設した基材にアンテナが取り付けられており、無線モジュールの厚み寸法が大きくなってしまうという問題がある。いっぽう、特許文献３に記載の無線モジュールは、いわゆるマイクロストリップアンテナであり、構造が単純でアンテナの厚み寸法の薄型化が容易であるが、誘電体基板の特性によって全体のサイズが決まることから、無線モジュール全体を小型化することが難しかった。 今後、ワイヤレス通信制御システムの普及をさらに促進するためには、出来るだけ消費電力を抑えた上で、小型で通信距離を長くすることが可能な無線モジュールであるとともに、低コストで量産性の高い無線モジュールが必要とされる。また、簡易にネットワークを形成し得る無線システムの要望がある。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、小型で通信距離を長くすることが可能であるとともに、低コストで量産性の高い無線モジュール、並びに、当該無線モジュールを用いて簡易にネットワークを形成し得る無線システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の無線モジュールは、誘電体チップアンテナと、無線ＩＣと、これらが実装された回路基板とを備え、前記誘電体チップアンテナと前記無線ＩＣとが前記回路基板上で整合回路を介して導体接続されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、前記誘電体チップアンテナと前記無線ＩＣとが前記回路基板上で整合回路を介して導体接続されている構成であるから、前記整合回路でインピーダンス整合をとりながら、前記誘電体チップアンテナで通信距離を長くしつつ小型化することが可能となる。
【００１４】
前記誘電体チップアンテナは、面実装型のチップアンテナであればよく、市販の誘電体チップアンテナが適用可能である。前記無線ＩＣは、ＲＦ通信モジュール用に設計されたＩＣ（マイコンＩＣ）であり、ＩＥＥＥ８０２．１５．４規格に適合させることで、低消費電力化の実現を図ることが容易となる。前記整合回路は、インピーダンス整合を図るために、キャパシタやインダクタを適宜組み合わせた回路である。
【００１５】
本発明は、前記誘電体チップアンテナ，無線ＩＣ，及び整合回路が前記回路基板の同一面上に実装されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明によれば、前記誘電体チップアンテナ，無線ＩＣ，及び整合回路が前記回路基板の同一面上に実装されている構成であるから、無線モジュールの厚み寸法を薄くすることが容易となる。
【００１７】
本発明は、前記誘電体チップアンテナが所定間隔で２つ配されており、これら誘電体チップアンテナにそれぞれ接続された配線パターンが互いの間隔を狭めながら前記整合回路に接続され、短縮ダイポールアンテナを構成していることを特徴とする。
【００１８】
本発明によれば、前記誘電体チップアンテナが所定間隔で２つ配されていることで、均一な指向性を得やすい構成となっており、かつ、これら誘電体チップアンテナにそれぞれ接続された配線パターンが互いの間隔を狭めながら前記整合回路に接続されて短縮ダイポールアンテナを構成していることから、さらに小型化することができる。
【００１９】
本発明は、前記整合回路に接続された配線パターンのうち、前記誘電体チップアンテナ側の配線パターンの最小間隔が、前記無線ＩＣ側の配線パターンの最大間隔と同じか狭くなっていることを特徴とする。
【００２０】
本発明によれば、前記誘電体チップアンテナ側の配線パターンの最小間隔が、前記無線ＩＣ側の配線パターンの最大間隔と同じか狭くなっていることで、前記誘電体チップアンテナ側の配線パターンの経路を長くすることができ、その分だけ無線モジュールの長さを短くすることができる。
【００２１】
そして、前記無線モジュールが複数使用され、ワイヤレス制御によるネットワークが構成されて、本発明の無線システムとなる。
【００２２】
本発明の無線システムは、ＩＥＥＥ８０２．１５．４規格を用いた次世代のワイヤレス通信規格としてＺｉｇｂｅｅ（登録商標）を採用することができ、これによって、低消費電力化の実現を図ることが容易となる。そして、例えばメッシュ型ネットワークを構成することで、ネットワークの大規模化が容易となり、マルチホップ通信機能によって、ワンホップの距離が短くとも遠くのデバイスと通信可能となる。前記無線システムは、周波数帯が２．４ＧＨｚ帯の無線ネットワークに好適である。
【００２３】
既知の無線システムでは、ワイヤレス制御によるネットワークに参加する際には、ランダムなアドレスが割り振られているが、この場合、アドホック機能が働き、ルーティングが変更されると、別のアドレスが割り振られるため、アプリケーション上でのネットワーク管理が煩雑なものとなる。
【００２４】
そこで本発明では、前記ネットワークに参加する前記無線モジュールには、固定アドレスが割り当てられることを特徴とする。
【００２５】
本発明によれば、前記ネットワークに参加する前記無線モジュールには、固定アドレスが割り当てられる構成であるから、前記ネットワークに参加したそれぞれの前記無線モジュールのアドレスが固定されるので、アドホック機能が働いてルーティングが変更された場合においても、アドレスが変更されず、アプリケーション上でのネットワーク管理が簡易なものとなる。
【００２６】
本発明では、例えば、前記ネットワークに参加する前記無線モジュールに、前記無線モジュール毎のＩＥＥＥアドレスと固定ショートアドレスとを関連付けた固定アドレスが割り当てられる構成とすることで、世界的にユニークなＩＥＥＥアドレスと、固定ショートアドレスとを関連付けておき、それぞれの前記無線モジュールに保有させることで、ユニークな固定アドレスを付与することができ、別のネットワークと信号が衝突する虞がない。そして、前記固定ショートアドレスが、１バイトで表現できるアドレス範囲で管理されていることで、２バイトで表現できるアドレス範囲で管理されている場合に比べて、前記無線モジュールに搭載された前記無線ＩＣのメモリ資源を節約しつつ、最大２５５台までの前記無線モジュールを前記ネットワークに参加させることができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の無線モジュールによれば、前記誘電体チップアンテナと前記無線ＩＣとが前記回路基板上で整合回路を介して導体接続されている構成であるから、前記整合回路でインピーダンス整合をとりながら、前記誘電体チップアンテナで通信距離を長くしつつ小型化することが可能となる。また、前記誘電体チップアンテナ，無線ＩＣ，及び整合回路が前記回路基板の同一面上に実装されている構成とすることで、無線モジュールの厚み寸法を薄くすることが容易となる。そして、前記誘電体チップアンテナが所定間隔で２つ配されていることで、均一な指向性を得やすい構成となっており、かつ、これら誘電体チップアンテナにそれぞれ接続された配線パターンが互いの間隔を狭めながら前記整合回路に接続されて短縮ダイポールアンテナを構成することで、さらに小型化することができる。さらに、前記誘電体チップアンテナ側の配線パターンの最小間隔が、前記無線ＩＣ側の配線パターンの最大間隔と同じか狭くなっていることで、前記誘電体チップアンテナ側の配線パターンの経路を長くすることができ、その分だけ無線モジュールの長さを短くすることができる。
【００２８】
そして、前記無線モジュールが複数使用され、ワイヤレス制御によるネットワークが構成されて、本発明の無線システムとなり、前記ネットワークに参加する前記無線モジュールには、固定アドレスが割り当てられる構成とすることで、前記ネットワークに参加したそれぞれの前記無線モジュールのアドレスが固定されるので、アドホック機能が働いてルーティングが変更された場合においても、アドレスが変更されず、アプリケーション上でのネットワーク管理が簡易なものとなる。例えば、前記ネットワークに参加する前記無線モジュールに、前記無線モジュール毎のＩＥＥＥアドレスと固定ショートアドレスとを関連付けた固定アドレスが割り当てられる構成とすることで、世界的にユニークなＩＥＥＥアドレスと、固定ショートアドレスとを関連付けておき、それぞれの前記無線モジュールに保有させることで、ユニークな固定アドレスを付与することができ、別のネットワークと信号が衝突する虞がない。そして、前記固定ショートアドレスが、１バイトで表現できるアドレス範囲で管理されていることで、２バイトで表現できるアドレス範囲で管理されている場合に比べて、前記無線モジュールに搭載された前記無線ＩＣのメモリ資源を節約しつつ、
最大２５５台までの前記無線モジュールを前記ネットワークに参加させることができる。これら本発明によって、小型で通信距離を長くすることが可能であるとともに、低コストで量産性の高い無線モジュール、並びに、当該無線モジュールを用いて簡易にネットワークを形成し得る無線システムが実現する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施形態の無線モジュールを例示する斜視図である。
【図２】上記実施形態の無線モジュールの要部を示す平面図である。
【図３】上記実施形態の無線モジュールのアンテナ指向特性を示すチャート図であり、（ａ）はＸ−Ｙ特性を示し、（ｂ）はＹ−Ｚ特性を示し、（ｃ）はＺ−Ｘ特性を示している。
【図４】上記実施形態の無線モジュールのアンテナ部の他の例を示す平面図である。
【図５】上記実施形態の無線モジュールのアンテナ部の他の例を示す図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は底面図である。
【図６】本発明の実施形態の無線モジュールを適用した無線システムの実施例を示す通信状態の遷移図であり、（ａ）から（ｃ）はそれぞれ通信状態を示している。
【図７】上記実施形態の無線モジュールを適用した無線システムの実施例を示す通信状態の遷移図であり、（ｄ）から（ｆ）はそれぞれ通信状態を示している。
【図８】本発明の実施形態の無線モジュールを適用した無線システムの通信接続を例示する模式図である。
【図９】本発明の実施形態の無線モジュールを適用した無線システムの通信ネットワークを例示する構成図である。
【図１０】本発明の実施形態の無線モジュールを適用した無線システムの通信ネットワークの他の例を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明を実施するための形態を図面に基づいて以下に説明する。
【００３１】
（本発明の無線モジュール）
図１は、本発明の実施形態の無線モジュール１を例示する斜視図であり、図２は、本実施形態の無線モジュール１の要部を示す平面図である。図２では、アンテナ部の配線を説明するため、シールド板８の一部を一点鎖線による破断線でその内部を図示している。本実施形態の無線モジュール１は、２３本のコネクタピン９が備わった回路基板２の底面２ａに、２つの誘電体チップアンテナ３と、無線ＩＣ４と、チップキャパシタ，チップインダクタ、チップ抵抗などの回路構成部品が実装され、シールド板８が取り付けられた無線モジュールである。この無線モジュール１は、アンテナ一体型無線ＩＣモジュールという表現もできる。
【００３２】
本実施形態の無線モジュール１は、周波数帯が２．４ＧＨｚ帯の無線ネットワークに適用され、前記無線ＩＣ４は、ＲＦ通信モジュール用に設計されたＩＣ（マイコンＩＣ）であり、ＩＥＥＥ８０２．１５．４規格を用いた次世代のワイヤレス通信規格としてのＺｉｇｂｅｅ（登録商標）をインストールすることで、低消費電力化の実現を図っている。
【００３３】
前記誘電体チップアンテナ３は、面実装型のチップアンテナを採用しており、市販の誘電体チップアンテナが適用される。誘電体チップアンテナ３，３と無線ＩＣ４の給電点６１，６１とは、回路基板２上に形成された整合回路５を介して配線電極６によって導体接続されている（図２）。前記整合回路５は、誘電体チップアンテナ３と無線ＩＣ４とのインピーダンス整合を図るために、キャパシタやインダクタを適宜組み合わせた回路であり、図２に示す例では、キャパシタ５１，５１，５２にて整合回路５を構成しており、図４に示す例では、キャパシタ５１，５１，５２，５３にて整合回路５を構成している。なお、前記整合回路５は、これらの構成例に限定されるものではなく、キャパシタを３つ以上組み合わせる構成、キャパシタを１つとインダクタを２つ組み合わせる構成、キャパシタを２つとインダクタを２つ組み合わせる構成等が適宜設定される。
【００３４】
図２に示す例では、誘電体チップアンテナ３，配線電極６７，キャパシタ５１（リアクタンス成分を利用），配線電極６５（給電点が符号６１），無線ＩＣ４の順番で電気接続されており、かつ、配線電極６５と配線電極６５の間にキャパシタ５２がブリッジ接続されている。そして、これらキャパシタ５１，５１，５２とこれら接続部の配線電極とを組み合わせて整合回路５を構成している。これらキャパシタ５１，５１，５２は、市販のチップキャパシタが適用され、所定範囲でコイル成分や容量成分を適宜選択して、特性インピーダンスを所望の値に設定する。なお、図２では、キャパシタ５１，５１とキャパシタ５２とを組み合わせているが、インダクタンス５１，５１とキャパシタ５２とを組み合わせる場合もある。
【００３５】
本実施形態の回路基板２は、四角形状を呈し、アルミナ、ガラス、ガラスエポキシ等の絶縁性の基材上に、銅、アルミ、ニッケル、金等の導体からなる配線電極６が形成されており、前記回路構成部品が実装されて、絶縁膜が施されている。回路基板２の両側端部には、位置合わせのための半円状のノッチ１１が形成されている。
【００３６】
本実施形態では、前記誘電体チップアンテナ３，３が所定間隔（符号Ｌ１）で２つ配されており、これら誘電体チップアンテナ３，３にそれぞれ接続された配線パターン６７，６７が互いの間隔を狭めながら整合回路５に接続され、短縮ダイポールアンテナを構成している（図２や図４等）。つまり、整合回路５から誘電体チップアンテナ３までの配線電極６７が半波長に足りない分を補って、電気回路上でアンテナを伸ばしていることとなる。したがって、この短縮ダイポールアンテナの構成によって、無線モジュール１を、さらに小型化することができる。
【００３７】
そして、前記シールド板８を囲むようにして２３本のコネクタピン９が配されており、これらコネクタピン９の外側にはグランド電極６８が形成されている（図２）。グランド電極６８の端部から誘電体チップアンテナ３の側面までの最短距離を符号Ｌ２とすると、前記間隔Ｌ１に対して距離Ｌ２が同じか若干長く設定されており、一対の配線パターン６７と誘電体チップアンテナ３との組み合わせで両手を広げたような形、又は逆ハの字形状を呈しており、このアンテナ形状によってアンテナ指向性を広くしている。
【００３８】
図２に示す例では、前記整合回路５に接続された配線パターンのうち、誘電体チップアンテナ３側の配線パターン６７，６７の最小間隔（符号Ｗ１）が、無線ＩＣ４側の配線パターン６５，６５の最大間隔と同じか狭くなっている。これによって、誘電体チップアンテナ３側の配線パターン６７の経路を長くすることができ、その分だけ無線モジュール１の長さを短くすることができる。
【００３９】
図４に示す例では、図２に示す無線モジュール１において、誘電体チップアンテナ３側の配線パターン６７，６７の最小間隔Ｗ１の辺りで、配線電極６７と配線電極６７の間にキャパシタ５３がブリッジ接続されており、これは、高周波ノイズの影響をより受け難くするためである。なお、説明の都合上、図４では、シールド板８並びに配線電極６８とその周辺上の実装回路部品を省略している。
【００４０】
図５に示す例では、図２に示す無線モジュール１において、誘電体チップアンテナ３，３を回路基板２の底面２ａに実装し（図５（ａ））、整合回路５と無線ＩＣ４を回路基板２の平面２ｂに実装して（図５（ｂ））、誘電体チップアンテナ３側の配線パターン６７，６７の終端側に形成されたスルーホール５９，５９を介して電気接続する構成としている。これは、誘電体チップアンテナ３，３が前記シールド板８（無線ＩＣ４の実装側に配されるシールド板８）の影響をより受け難くするためである。なお、説明の都合上、図５では、シールド板８並びに配線電極６８とその周辺上の実装回路部品を省略している。なお、本実施形態は、この構成に限られるものではなく、前記誘電体チップアンテナ３，３と整合回路５を回路基板２の上面に実装し、前記無線ＩＣ４を回路基板２の下面に実装して、スルーホールを介して電気接続する構成としても良い。上述の回路基板２の底面２ａと平面２ｂとは両者の相対的な位置関係を示すものであり、符号２ａの絶対的な位置は下に限定されず、上の場合や横の場合もあり得る。
【００４１】
（本発明の無線システム）
本発明の実施形態の無線システム１００は、複数の前記無線モジュール１と、制御機能を有する１つ以上の通信機器１０を組み合わせて、ワイヤレス制御によるネットワークが構成される。制御機能を有する通信機器１０は、携帯情報端末、モバイルＰＣ、ソフトウエアパッケージとしてのアンドロイド（登録商標）を搭載した携帯電話等が適用されるが、前記無線モジュール１を制御機能を有する通信機器１０として取り扱う場合もある。
【００４２】
図８は、本実施形態の無線モジュール１を適用した無線システム１００の通信接続を例示する模式図である。本実施形態では、無線モジュール１にＺｉｇｂｅｅ（登録商標）をインストールしており、無線送受信動作の低消費電力化が図られている。そして、マルチホップ通信機能によって、ワンホップの距離が短くとも遠くのデバイスと通信可能となる。
【００４３】
図９は、本実施形態の無線モジュール１を適用した無線システム１００の通信ネットワークを例示する構成図である。本実施形態の無線システム１００は、使用者の携帯情報端末１０をリモートコントローラとし、無線モジュール１とＣＣＤカメラ，光センサ，赤外線センサ，超音波センサ等の各種センサとを組み合わせたワイヤレスセンサとから構成されるホームコントロールシステムである。
【００４４】
本実施形態によれば、デバイスコストと設置コストの低廉化が図られる。さらには、ファームウエアを乗せ換えるように追加設計することで、マルチベンダのデバイスを相互運用することも実現可能となる。
【００４５】
図１０は、本実施形態の無線モジュール１を適用した無線システム１００の通信ネットワークを例示する構成図である。本実施形態の無線システム１００は、室内の複数個所に配された無線機器１０と、室内の複数個所と住居周囲の複数個所に配された照明機器と無線モジュール１とをそれぞれ組み合わせたワイヤレス照明器具とから構成されるハウスライティングコントロールシステムである。
【００４６】
本実施形態によれば、オペレータの介在なしに、ネットワークを自動的に形成し、より大きな規模に拡張することが可能となる。つまり、ネットワークアドレスの自動アサインが可能となり、多数のデバイスを同一ネットワーク（メッシュネットワーク）に接続させることで、親−子−孫−…の関係でネットワークの形成が図られる。
【００４７】
（無線システムの実施例）
図６と図７は、上記実施形態の無線モジュール１を適用した無線システム１００の実施例を示す通信状態の遷移図であり、図６（ａ）〜（ｃ），図７（ｄ）〜（ｆ）はそれぞれ通信状態を示している。図６と図７では、説明をわかり易くするため、３つの無線モジュール１に、それぞれ符号１Ａ、１Ｂ、１Ｃを付与し、制御機能を有する通信機器１０を、アンドロイド（登録商標）を搭載した携帯電話としている。そして、サンプルシステムとして、フードコートでの呼び出しシステムを想定して以下に説明する。
【００４８】
前記制御端末１０と子機１Ａ，１Ｂ，１Ｃとは、ＷＰＡＮでネットワークを形成しており、図示しないが、これら子機１Ａ，１Ｂ，１Ｃには磁気スイッチが内蔵され、テーブル５０上には磁石が配されており、子機１Ａ，１Ｂ，１Ｃがテーブル５０上に置いてある状態では、未使用状態を保持している（図６（ａ））。なお、前記磁気スイッチは、光センサなどの各種センサに変更することができる。
【００４９】
前記子機１Ａを持ち上げると内蔵された磁気スイッチがＯＦＦになり自動的に、制御端末１０に使用中信号Ｓ１を送信する（図６（ｂ））。使用中信号Ｓ１を受信した制御端末１０は、その子機１Ａが使用状態であって顧客に渡っていることを認識する。そして、前記顧客が注文したフード（例えばラーメンやカレー）が出来上がると、制御端末１０から呼び出し信号Ｍ１を子機１Ａに送信する（図６（ｃ））。呼び出し信号Ｍ１を受信した子機１Ａは、図示しないが、内蔵されたＬＥＤやブザーによって前記顧客に前記フードが出来がったことを知らせる。呼び出された前記顧客は、子機１Ａを持ってカウンターに来て、注文したフードを受け取る。返却された子機１Ａをテーブル５０上の所定位置に置くと内蔵された磁気スイッチがＯＮになり、自動的に、制御端末１０が子機１Ａが未使用であることを認識できる。
【００５０】
前記子機１Ａと同様に、子機１Ｂを持ち上げると自動的に、制御端末１０に使用中信号Ｓ２を送信し（図７（ｄ））、子機１Ｂに対応する顧客が注文したフードが出来上がると、制御端末１０から呼び出し信号Ｍ２を子機１Ｂに送信され（図７（ｅ））、子機１Ｃを持ち上げると自動的に、制御端末１０に使用中信号Ｓ３が送信される（図７（ｆ））。
【００５１】
また、図示しないが、顧客が、順番待ち状態のときに子機１Ａ（または１Ｂ，１Ｃ）の確認ボタンを押すと、制御端末１０に順番確認の依頼信号が送信され、依頼信号を受信した制御端末１０は、管理している待ち順番の応答信号を子機１Ａ（または１Ｂ，１Ｃ）に送信し、子機１Ａ（または１Ｂ，１Ｃ）は、その順番をＬＥＤの点滅回数やＬＥＤインジケータ等で知らせる。
【００５２】
一般に、中継器（ルータ）機能を持ったノードが複数あって、その間を子機が渡り歩くシステムでは、子機それぞれのルーティングが変更されることが頻繁に生じ易い。そこで、６４ビットのＭＡＣアドレスを使用したアドレッシングモードを使用する方法が考えられる。このアドレッシングモードは、無線ＩＣ（制御マイコンＩＣ）それぞれに固有に割り振られているユニークな番号を使用するものである。しかし、６４ビットのＭＡＣアドレスを使用したアドレッシングモードは、無線ＩＣのメモリ資源を大量に使用して、通信量を増大させるので、実用的ではない。そこで、この場合には、制御端末または中継器（ルータ）は、子機を特定するためにアドレス（ショートアドレスと呼ばれ、一般に１６ビットで表現される。）を付与する方法があるが、アドホック機能が働くことで、ルーティングの変更毎に、前記アドレスが変更されてしまい、制御端末アプリケーションの子機管理が複雑になってしまう。しかし、Ｚｉｇｂｅｅ（登録商標）では、ルーティングが変更されるとショートアドレが変わってしまうのが現状である。
【００５３】
Ｚｉｇｂｅｅ（登録商標）の従来手法で、固定のショートアドレスを使用する場合には、子機が使用する前記ショートアドレスを子機内の不揮発性メモリに保存しておき、固定ショートアドレスとして使用する。このときの前提条件としては、ＰＡＮＩＤと呼ばれるネットワークの番号を予め固定しておき、ＰＡＮＩＤが他のシステムと重複しないように考慮する必要があるが、運用上困難である。
【００５４】
そこで、Ｚｉｇｂｅｅ（登録商標）のＰＡＮＩＤ管理手法を踏襲しつつ、本実施形態の無線システム１００では、ＰＡＮで使用する全ノードのＭＡＣアドレスを全ノードの不揮発性メモリに保存し管理することで、Ｚｉｇｂｅｅ（登録商標）のアドレッシング手法の基本であるショートアドレスを使用しつつも必ず同じアドレスを割り振るように設定し、前記アドレッシングモードを使用せずに子機の特定を可能とする構成としている。
【００５５】
つまり、前記ネットワークに参加する無線モジュール１に、前記無線モジュール毎のＩＥＥＥアドレスと固定ショートアドレスとを関連付けた固定アドレスが割り当てられる構成としている。これによれば、世界的にユニークなＩＥＥＥアドレスと、固定ショートアドレスとを関連付けておき、それぞれの無線モジュール１に保有させることで、ユニークな固定アドレスを付与することができ、別のネットワークと信号が衝突する虞がない。そして、前記固定ショートアドレスが、１バイトで表現できるアドレス範囲で管理されていることで、２バイトで表現できるアドレス範囲で管理されている場合に比べて、無線モジュール１に搭載された無線ＩＣ４のメモリ資源を節約しつつ、最大２５５台までの無線モジュール１を前記ネットワークに参加させることができる。
【００５６】
より具体的なルールとしては、前記固定アドレスは、0x0000〜0x00FEまで割り振られ、このアドレスは、ＰＡＮを確定したときに固定される。そして、固定された以後は、各ノードは、その固定アドレスで永続的にネットワークに参加する。ちなみに、アドレス0x0000は、コーディネータ（親機）と呼ばれ、ネットワークを構築できる機能をもったＰＡＮでただ一台のノードである。また、アドレス0x0001,0x0002〜UPは、エンドデバイス（子機）と呼ばれるノードであり、0x0001から使用して行く。また、アドレス0x00FE,0x00FD〜Downは、ルータ（中継機）と呼ばれるノードであり、0x00FEから使用して行く。なお、本実施形態は、上述のルールに限られるものではなく、前記ネットワークに参加する無線モジュール１に固定アドレスが割り当てられる構成となっていれば良い。
【００５７】
（無線モジュールのアンテナ特性）
図１と図２に示す本実施形態の無線モジュール１について、そのアンテナ指向特性を測定した。測定場所は、石川県工業試験場の電波半無響室であり、測定周波数は２４４０ＭＨｚとした。図３は、無線モジュール１のアンテナ指向特性を示すチャート図であり、図（ａ）はＸ−Ｙ特性を示し、図３（ｂ）はＹ−Ｚ特性を示し、図３（ｃ）はＺ−Ｘ特性を示している。前記チャート図内の符号Ｖは垂直偏波であり、符号Ｈは水平偏波を示している。アンテナ垂直設置時の垂直偏波方向の指向特性には、ヌル点（不感点）がない（図３（ａ））。このことからも、均一で広いアンテナ指向特性であることが判る。この無線モジュール１の通信距離は、最大４００ｍであり、既知のＩＥＥＥ８０２．１５．４規格を用いた無線モジュールとしては、その通信距離が飛躍的に長くなっている。本実施形態によれば、均一で広い指向性であるとともに、通信距離を長くすることで、アンテナ設置計画の立案が容易となり、通信状態の安定化が図られる。
【００５８】
以上、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではない。前記誘電体チップアンテナ３，３と配線パターン６７による短縮ダイポールアンテナは１組に限られず、２組以上とすることも可能である。このように、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００５９】
１ 無線モジュール、
２ 回路基板、
３ 誘電体チップアンテナ、
４ 無線ＩＣ（マイコンＩＣ）、
５ 整合回路、
６、６５、６７、６８ 配線電極、
８ シールド板、
９ コネクタピン、
１０ 制御機能を有する通信機器、
１００ 無線システム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナ一体型の無線モジュールと当該無線モジュールを用いた無線システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ワイヤレスネットワークに欠かせない通信技術としては無線ＬＡＮ（Wireless LAN）やＷＰＡＮ（Wireless Personal Area
Network）が挙げられる。一般的には、ＷＰＡＮは短距離通信を可能とする技術を使用する。このような技術の1つはＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）であり、ＩＥＥＥ８０２．１５規格の基盤として使用された。その後、近距離無線通信技術に係る規格が整備され、低消費電力化の実現を図るため、ＩＥＥＥ８０２．１５．４規格を用いた次世代のワイヤレス通信規格としてＺｉｇｂｅｅ（登録商標）が提唱され、導入されつつある。Ｚｉｇｂｅｅ（登録商標）は、その論理層以上の機器間の通信プロトコルについてはＺｉｇｂｅｅ Ａｌｌｉａｎｃｅが仕様の策定を行っている。
【０００３】
ＩＥＥＥ８０２．１５．４規格の主な特徴としては、低転送レートで短距離通信を行なうことにより低消費電力化が図られていること、マルチホップ転送の実現が容易であること、ノンビーコンモードがサポートされていること、親子デバイス間の同期シーケンスが不要であること、パケットサイズが比較的短いこと、などが挙げられる。
【０００４】
家庭用電化製品、ホームコントロール、情報通信サービス、エネルギー管理、健康モニタリング、ビルディングオートメーションなど多種多様のアプリケーションにワイヤレス通信による制御が普及しつつある。
【０００５】
これらワイヤレス通信に使用される無線モジュールには、小型で通信距離を長くすることが要求されており、従来、無線モジュールを小型化する取り組みがなされている。
【０００６】
特許文献１には、電気、ガス、水道等の使用量の積算値を遠隔取得するためのメータ装置に備わる無線ユニットに関し、無線回路を実装した無線基板と、該無線基板に対して略直交して配置され、電波を送受信するダイポールアンテナを実装したアンテナ基板とを有し、高周波的な長さが前記無線回路に用いる電波の波長λの略λ／２に相当する給電線の一端が前記アンテナ基板のダイポールアンテナが実装されている面と反対側の面に接続されるとともに、もう一端が前記アンテナ基板を実装している前記無線基板の面と反対側の面に接続されている構成の無線ユニットが記載されている。
【０００７】
特許文献２には、アンテナ一体型の無線モジュールに関し、表面に平面接地導体が設けられると共に高周波ＩＣチップが実装された誘電体基板の前記表面上に、前記高周波ＩＣチップの周囲側面及び上部を間に空間を設けて覆う凹部を有する誘電体カバーを固定し、前記誘電体カバーの外部側面又は凹部底面にアンテナ用導体パターンを形成し、前記アンテナ用導体パターンと高周波ＩＣチップを高周波伝送経路で接続する構成のアンテナ一体型の高周波ＩＣパッケージが記載されている。
【０００８】
特許文献３には、ＵＳＢ接続端子などで外付け接続して通信する無線モジュールに関し、Ｕ字型形状を有する半波長ダイポールアンテナを誘電体基板上の導体パターンによって形成し、マイクロストリップ線路により給電する構成の通信モジュールが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−２４１８３２号公報
【特許文献２】特開２００９−２７８００５号公報
【特許文献３】特開２０１０−１２４２００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１と２に記載の無線モジュールでは、回路基板から垂直に立設した基材にアンテナが取り付けられており、無線モジュールの厚み寸法が大きくなってしまうという問題がある。いっぽう、特許文献３に記載の無線モジュールは、いわゆるマイクロストリップアンテナであり、構造が単純でアンテナの厚み寸法の薄型化が容易であるが、誘電体基板の特性によって全体のサイズが決まることから、無線モジュール全体を小型化することが難しかった。 今後、ワイヤレス通信制御システムの普及をさらに促進するためには、出来るだけ消費電力を抑えた上で、小型で通信距離を長くすることが可能な無線モジュールであるとともに、低コストで量産性の高い無線モジュールが必要とされる。また、簡易にネットワークを形成し得る無線システムの要望がある。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、小型で通信距離を長くすることが可能であるとともに、低コストで量産性の高い無線モジュール、並びに、当該無線モジュールを用いて簡易にネットワークを形成し得る無線システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の無線モジュールは、誘電体チップアンテナと、無線ＩＣと、これらが実装された回路基板とを備え、前記誘電体チップアンテナと前記無線ＩＣとが前記回路基板上で整合回路を介して導体接続されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、前記誘電体チップアンテナと前記無線ＩＣとが前記回路基板上で整合回路を介して導体接続されている構成であるから、前記整合回路でインピーダンス整合をとりながら、前記誘電体チップアンテナで通信距離を長くしつつ小型化することが可能となる。
【００１４】
前記誘電体チップアンテナは、面実装型のチップアンテナであればよく、市販の誘電体チップアンテナが適用可能である。前記無線ＩＣは、ＲＦ通信モジュール用に設計されたＩＣ（マイコンＩＣ）であり、ＩＥＥＥ８０２．１５．４規格に適合させることで、低消費電力化の実現を図ることが容易となる。前記整合回路は、インピーダンス整合を図るために、キャパシタやインダクタを適宜組み合わせた回路である。
【００１５】
本発明は、前記誘電体チップアンテナ，無線ＩＣ，及び整合回路が前記回路基板の同一面上に実装されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明によれば、前記誘電体チップアンテナ，無線ＩＣ，及び整合回路が前記回路基板の同一面上に実装されている構成であるから、無線モジュールの厚み寸法を薄くすることが容易となる。
【００１７】
本発明は、前記誘電体チップアンテナが所定間隔で２つ配されており、これら誘電体チップアンテナにそれぞれ接続された配線パターンが互いの間隔を狭めながら前記整合回路に接続され、短縮ダイポールアンテナを構成していることを特徴とする。
【００１８】
本発明によれば、前記誘電体チップアンテナが所定間隔で２つ配されていることで、均一な指向性を得やすい構成となっており、かつ、これら誘電体チップアンテナにそれぞれ接続された配線パターンが互いの間隔を狭めながら前記整合回路に接続されて短縮ダイポールアンテナを構成していることから、さらに小型化することができる。
【００１９】
本発明は、前記整合回路に接続された配線パターンのうち、前記誘電体チップアンテナ側の配線パターンの最小間隔が、前記無線ＩＣ側の配線パターンの最大間隔と同じか狭くなっていることを特徴とする。
【００２０】
本発明によれば、前記誘電体チップアンテナ側の配線パターンの最小間隔が、前記無線ＩＣ側の配線パターンの最大間隔と同じか狭くなっていることで、前記誘電体チップアンテナ側の配線パターンの経路を長くすることができ、その分だけ無線モジュールの長さを短くすることができる。
【００２１】
そして、前記無線モジュールが複数使用され、ワイヤレス制御によるネットワークが構成されて、本発明の無線システムとなる。
【００２２】
本発明の無線システムは、ＩＥＥＥ８０２．１５．４規格を用いた次世代のワイヤレス通信規格としてＺｉｇｂｅｅ（登録商標）を採用することができ、これによって、低消費電力化の実現を図ることが容易となる。そして、例えばメッシュ型ネットワークを構成することで、ネットワークの大規模化が容易となり、マルチホップ通信機能によって、ワンホップの距離が短くとも遠くのデバイスと通信可能となる。前記無線システムは、周波数帯が２．４ＧＨｚ帯の無線ネットワークに好適である。
【００２３】
既知の無線システムでは、ワイヤレス制御によるネットワークに参加する際には、ランダムなアドレスが割り振られているが、この場合、アドホック機能が働き、ルーティングが変更されると、別のアドレスが割り振られるため、アプリケーション上でのネットワーク管理が煩雑なものとなる。
【００２４】
そこで本発明では、前記ネットワークに参加する前記無線モジュールには、固定アドレスが割り当てられることを特徴とする。
【００２５】
本発明によれば、前記ネットワークに参加する前記無線モジュールには、固定アドレスが割り当てられる構成であるから、前記ネットワークに参加したそれぞれの前記無線モジュールのアドレスが固定されるので、アドホック機能が働いてルーティングが変更された場合においても、アドレスが変更されず、アプリケーション上でのネットワーク管理が簡易なものとなる。
【００２６】
本発明では、例えば、前記ネットワークに参加する前記無線モジュールに、前記無線モジュール毎のＩＥＥＥアドレスと固定ショートアドレスとを関連付けた固定アドレスが割り当てられる構成とすることで、世界的にユニークなＩＥＥＥアドレスと、固定ショートアドレスとを関連付けておき、それぞれの前記無線モジュールに保有させることで、ユニークな固定アドレスを付与することができ、別のネットワークと信号が衝突する虞がない。そして、前記固定ショートアドレスが、１バイトで表現できるアドレス範囲で管理されていることで、２バイトで表現できるアドレス範囲で管理されている場合に比べて、前記無線モジュールに搭載された前記無線ＩＣのメモリ資源を節約しつつ、最大２５５台までの前記無線モジュールを前記ネットワークに参加させることができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の無線モジュールによれば、前記誘電体チップアンテナと前記無線ＩＣとが前記回路基板上で整合回路を介して導体接続されている構成であるから、前記整合回路でインピーダンス整合をとりながら、前記誘電体チップアンテナで通信距離を長くしつつ小型化することが可能となる。また、前記誘電体チップアンテナ，無線ＩＣ，及び整合回路が前記回路基板の同一面上に実装されている構成とすることで、無線モジュールの厚み寸法を薄くすることが容易となる。そして、前記誘電体チップアンテナが所定間隔で２つ配されていることで、均一な指向性を得やすい構成となっており、かつ、これら誘電体チップアンテナにそれぞれ接続された配線パターンが互いの間隔を狭めながら前記整合回路に接続されて短縮ダイポールアンテナを構成することで、さらに小型化することができる。さらに、前記誘電体チップアンテナ側の配線パターンの最小間隔が、前記無線ＩＣ側の配線パターンの最大間隔と同じか狭くなっていることで、前記誘電体チップアンテナ側の配線パターンの経路を長くすることができ、その分だけ無線モジュールの長さを短くすることができる。
【００２８】
そして、前記無線モジュールが複数使用され、ワイヤレス制御によるネットワークが構成されて、本発明の無線システムとなり、前記ネットワークに参加する前記無線モジュールには、固定アドレスが割り当てられる構成とすることで、前記ネットワークに参加したそれぞれの前記無線モジュールのアドレスが固定されるので、アドホック機能が働いてルーティングが変更された場合においても、アドレスが変更されず、アプリケーション上でのネットワーク管理が簡易なものとなる。例えば、前記ネットワークに参加する前記無線モジュールに、前記無線モジュール毎のＩＥＥＥアドレスと固定ショートアドレスとを関連付けた固定アドレスが割り当てられる構成とすることで、世界的にユニークなＩＥＥＥアドレスと、固定ショートアドレスとを関連付けておき、それぞれの前記無線モジュールに保有させることで、ユニークな固定アドレスを付与することができ、別のネットワークと信号が衝突する虞がない。そして、前記固定ショートアドレスが、１バイトで表現できるアドレス範囲で管理されていることで、２バイトで表現できるアドレス範囲で管理されている場合に比べて、前記無線モジュールに搭載された前記無線ＩＣのメモリ資源を節約しつつ、
最大２５５台までの前記無線モジュールを前記ネットワークに参加させることができる。これら本発明によって、小型で通信距離を長くすることが可能であるとともに、低コストで量産性の高い無線モジュール、並びに、当該無線モジュールを用いて簡易にネットワークを形成し得る無線システムが実現する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施形態の無線モジュールを例示する斜視図である。
【図２】上記実施形態の無線モジュールの要部を示す平面図である。
【図３】上記実施形態の無線モジュールのアンテナ指向特性を示すチャート図であり、（ａ）はＸ−Ｙ特性を示し、（ｂ）はＹ−Ｚ特性を示し、（ｃ）はＺ−Ｘ特性を示している。
【図４】上記実施形態の無線モジュールのアンテナ部の他の例を示す平面図である。
【図５】上記実施形態の無線モジュールのアンテナ部の他の例を示す図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は底面図である。
【図６】本発明の実施形態の無線モジュールを適用した無線システムの実施例を示す通信状態の遷移図であり、（ａ）から（ｃ）はそれぞれ通信状態を示している。
【図７】上記実施形態の無線モジュールを適用した無線システムの実施例を示す通信状態の遷移図であり、（ｄ）から（ｆ）はそれぞれ通信状態を示している。
【図８】本発明の実施形態の無線モジュールを適用した無線システムの通信接続を例示する模式図である。
【図９】本発明の実施形態の無線モジュールを適用した無線システムの通信ネットワークを例示する構成図である。
【図１０】本発明の実施形態の無線モジュールを適用した無線システムの通信ネットワークの他の例を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明を実施するための形態を図面に基づいて以下に説明する。
【００３１】
（本発明の無線モジュール）
図１は、本発明の実施形態の無線モジュール１を例示する斜視図であり、図２は、本実施形態の無線モジュール１の要部を示す平面図である。図２では、アンテナ部の配線を説明するため、シールド板８の一部を一点鎖線による破断線でその内部を図示している。本実施形態の無線モジュール１は、２３本のコネクタピン９が備わった回路基板２の底面２ａに、２つの誘電体チップアンテナ３と、無線ＩＣ４と、チップキャパシタ，チップインダクタ、チップ抵抗などの回路構成部品が実装され、シールド板８が取り付けられた無線モジュールである。この無線モジュール１は、アンテナ一体型無線ＩＣモジュールという表現もできる。
【００３２】
本実施形態の無線モジュール１は、周波数帯が２．４ＧＨｚ帯の無線ネットワークに適用され、前記無線ＩＣ４は、ＲＦ通信モジュール用に設計されたＩＣ（マイコンＩＣ）であり、ＩＥＥＥ８０２．１５．４規格を用いた次世代のワイヤレス通信規格としてのＺｉｇｂｅｅ（登録商標）をインストールすることで、低消費電力化の実現を図っている。
【００３３】
前記誘電体チップアンテナ３は、面実装型のチップアンテナを採用しており、市販の誘電体チップアンテナが適用される。誘電体チップアンテナ３，３と無線ＩＣ４の給電点６１，６１とは、回路基板２上に形成された整合回路５を介して配線電極６によって導体接続されている（図２）。前記整合回路５は、誘電体チップアンテナ３と無線ＩＣ４とのインピーダンス整合を図るために、キャパシタやインダクタを適宜組み合わせた回路であり、図２に示す例では、キャパシタ５１，５１，５２にて整合回路５を構成しており、図４に示す例では、キャパシタ５１，５１，５２，５３にて整合回路５を構成している。なお、前記整合回路５は、これらの構成例に限定されるものではなく、キャパシタを３つ以上組み合わせる構成、キャパシタを１つとインダクタを２つ組み合わせる構成、キャパシタを２つとインダクタを２つ組み合わせる構成等が適宜設定される。
【００３４】
図２に示す例では、誘電体チップアンテナ３，配線電極６７，キャパシタ５１（リアクタンス成分を利用），配線電極６５（給電点が符号６１），無線ＩＣ４の順番で電気接続されており、かつ、配線電極６５と配線電極６５の間にキャパシタ５２がブリッジ接続されている。そして、これらキャパシタ５１，５１，５２とこれら接続部の配線電極とを組み合わせて整合回路５を構成している。これらキャパシタ５１，５１，５２は、市販のチップキャパシタが適用され、所定範囲でコイル成分や容量成分を適宜選択して、特性インピーダンスを所望の値に設定する。なお、図２では、キャパシタ５１，５１とキャパシタ５２とを組み合わせているが、インダクタンス５１，５１とキャパシタ５２とを組み合わせる場合もある。
【００３５】
本実施形態の回路基板２は、四角形状を呈し、アルミナ、ガラス、ガラスエポキシ等の絶縁性の基材上に、銅、アルミ、ニッケル、金等の導体からなる配線電極６が形成されており、前記回路構成部品が実装されて、絶縁膜が施されている。回路基板２の両側端部には、位置合わせのための半円状のノッチ１１が形成されている。
【００３６】
本実施形態では、前記誘電体チップアンテナ３，３が所定間隔（符号Ｌ１）で２つ配されており、これら誘電体チップアンテナ３，３にそれぞれ接続された配線パターン６７，６７が互いの間隔を狭めながら整合回路５に接続され、短縮ダイポールアンテナを構成している（図２や図４等）。つまり、整合回路５から誘電体チップアンテナ３までの配線電極６７が半波長に足りない分を補って、電気回路上でアンテナを伸ばしていることとなる。したがって、この短縮ダイポールアンテナの構成によって、無線モジュール１を、さらに小型化することができる。
【００３７】
そして、前記シールド板８を囲むようにして２３本のコネクタピン９が配されており、これらコネクタピン９の外側にはグランド電極６８が形成されている（図２）。グランド電極６８の端部から誘電体チップアンテナ３の側面までの最短距離を符号Ｌ２とすると、前記間隔Ｌ１に対して距離Ｌ２が同じか若干長く設定されており、一対の配線パターン６７と誘電体チップアンテナ３との組み合わせで両手を広げたような形、又は逆ハの字形状を呈しており、このアンテナ形状によってアンテナ指向性を広くしている。
【００３８】
図２に示す例では、前記整合回路５に接続された配線パターンのうち、誘電体チップアンテナ３側の配線パターン６７，６７の最小間隔（符号Ｗ１）が、無線ＩＣ４側の配線パターン６５，６５の最大間隔と同じか狭くなっている。これによって、誘電体チップアンテナ３側の配線パターン６７の経路を長くすることができ、その分だけ無線モジュール１の長さを短くすることができる。
【００３９】
図４に示す例では、図２に示す無線モジュール１において、誘電体チップアンテナ３側の配線パターン６７，６７の最小間隔Ｗ１の辺りで、配線電極６７と配線電極６７の間にキャパシタ５３がブリッジ接続されており、これは、高周波ノイズの影響をより受け難くするためである。なお、説明の都合上、図４では、シールド板８並びに配線電極６８とその周辺上の実装回路部品を省略している。
【００４０】
図５に示す例では、図２に示す無線モジュール１において、誘電体チップアンテナ３，３を回路基板２の底面２ａに実装し（図５（ａ））、整合回路５と無線ＩＣ４を回路基板２の平面２ｂに実装して（図５（ｂ））、誘電体チップアンテナ３側の配線パターン６７，６７の終端側に形成されたスルーホール５９，５９を介して電気接続する構成としている。これは、誘電体チップアンテナ３，３が前記シールド板８（無線ＩＣ４の実装側に配されるシールド板８）の影響をより受け難くするためである。なお、説明の都合上、図５では、シールド板８並びに配線電極６８とその周辺上の実装回路部品を省略している。なお、本実施形態は、この構成に限られるものではなく、前記誘電体チップアンテナ３，３と整合回路５を回路基板２の上面に実装し、前記無線ＩＣ４を回路基板２の下面に実装して、スルーホールを介して電気接続する構成としても良い。上述の回路基板２の底面２ａと平面２ｂとは両者の相対的な位置関係を示すものであり、符号２ａの絶対的な位置は下に限定されず、上の場合や横の場合もあり得る。
【００４１】
（本発明の無線システム）
本発明の実施形態の無線システム１００は、複数の前記無線モジュール１と、制御機能を有する１つ以上の通信機器１０を組み合わせて、ワイヤレス制御によるネットワークが構成される。制御機能を有する通信機器１０は、携帯情報端末、モバイルＰＣ、ソフトウエアパッケージとしてのアンドロイド（登録商標）を搭載した携帯電話等が適用されるが、前記無線モジュール１を制御機能を有する通信機器１０として取り扱う場合もある。
【００４２】
図８は、本実施形態の無線モジュール１を適用した無線システム１００の通信接続を例示する模式図である。本実施形態では、無線モジュール１にＺｉｇｂｅｅ（登録商標）をインストールしており、無線送受信動作の低消費電力化が図られている。そして、マルチホップ通信機能によって、ワンホップの距離が短くとも遠くのデバイスと通信可能となる。
【００４３】
図９は、本実施形態の無線モジュール１を適用した無線システム１００の通信ネットワークを例示する構成図である。本実施形態の無線システム１００は、使用者の携帯情報端末１０をリモートコントローラとし、無線モジュール１とＣＣＤカメラ，光センサ，赤外線センサ，超音波センサ等の各種センサとを組み合わせたワイヤレスセンサとから構成されるホームコントロールシステムである。
【００４４】
本実施形態によれば、デバイスコストと設置コストの低廉化が図られる。さらには、ファームウエアを乗せ換えるように追加設計することで、マルチベンダのデバイスを相互運用することも実現可能となる。
【００４５】
図１０は、本実施形態の無線モジュール１を適用した無線システム１００の通信ネットワークを例示する構成図である。本実施形態の無線システム１００は、室内の複数個所に配された無線機器１０と、室内の複数個所と住居周囲の複数個所に配された照明機器と無線モジュール１とをそれぞれ組み合わせたワイヤレス照明器具とから構成されるハウスライティングコントロールシステムである。
【００４６】
本実施形態によれば、オペレータの介在なしに、ネットワークを自動的に形成し、より大きな規模に拡張することが可能となる。つまり、ネットワークアドレスの自動アサインが可能となり、多数のデバイスを同一ネットワーク（メッシュネットワーク）に接続させることで、親−子−孫−…の関係でネットワークの形成が図られる。
【００４７】
（無線システムの実施例）
図６と図７は、上記実施形態の無線モジュール１を適用した無線システム１００の実施例を示す通信状態の遷移図であり、図６（ａ）〜（ｃ），図７（ｄ）〜（ｆ）はそれぞれ通信状態を示している。図６と図７では、説明をわかり易くするため、３つの無線モジュール１に、それぞれ符号１Ａ、１Ｂ、１Ｃを付与し、制御機能を有する通信機器１０を、アンドロイド（登録商標）を搭載した携帯電話としている。そして、サンプルシステムとして、フードコートでの呼び出しシステムを想定して以下に説明する。
【００４８】
前記制御端末１０と子機１Ａ，１Ｂ，１Ｃとは、ＷＰＡＮでネットワークを形成しており、図示しないが、これら子機１Ａ，１Ｂ，１Ｃには磁気スイッチが内蔵され、テーブル５０上には磁石が配されており、子機１Ａ，１Ｂ，１Ｃがテーブル５０上に置いてある状態では、未使用状態を保持している（図６（ａ））。なお、前記磁気スイッチは、光センサなどの各種センサに変更することができる。
【００４９】
前記子機１Ａを持ち上げると内蔵された磁気スイッチがＯＦＦになり自動的に、制御端末１０に使用中信号Ｓ１を送信する（図６（ｂ））。使用中信号Ｓ１を受信した制御端末１０は、その子機１Ａが使用状態であって顧客に渡っていることを認識する。そして、前記顧客が注文したフード（例えばラーメンやカレー）が出来上がると、制御端末１０から呼び出し信号Ｍ１を子機１Ａに送信する（図６（ｃ））。呼び出し信号Ｍ１を受信した子機１Ａは、図示しないが、内蔵されたＬＥＤやブザーによって前記顧客に前記フードが出来がったことを知らせる。呼び出された前記顧客は、子機１Ａを持ってカウンターに来て、注文したフードを受け取る。返却された子機１Ａをテーブル５０上の所定位置に置くと内蔵された磁気スイッチがＯＮになり、自動的に、制御端末１０が子機１Ａが未使用であることを認識できる。
【００５０】
前記子機１Ａと同様に、子機１Ｂを持ち上げると自動的に、制御端末１０に使用中信号Ｓ２を送信し（図７（ｄ））、子機１Ｂに対応する顧客が注文したフードが出来上がると、制御端末１０から呼び出し信号Ｍ２を子機１Ｂに送信され（図７（ｅ））、子機１Ｃを持ち上げると自動的に、制御端末１０に使用中信号Ｓ３が送信される（図７（ｆ））。
【００５１】
また、図示しないが、顧客が、順番待ち状態のときに子機１Ａ（または１Ｂ，１Ｃ）の確認ボタンを押すと、制御端末１０に順番確認の依頼信号が送信され、依頼信号を受信した制御端末１０は、管理している待ち順番の応答信号を子機１Ａ（または１Ｂ，１Ｃ）に送信し、子機１Ａ（または１Ｂ，１Ｃ）は、その順番をＬＥＤの点滅回数やＬＥＤインジケータ等で知らせる。
【００５２】
一般に、中継器（ルータ）機能を持ったノードが複数あって、その間を子機が渡り歩くシステムでは、子機それぞれのルーティングが変更されることが頻繁に生じ易い。そこで、６４ビットのＭＡＣアドレスを使用したアドレッシングモードを使用する方法が考えられる。このアドレッシングモードは、無線ＩＣ（制御マイコンＩＣ）それぞれに固有に割り振られているユニークな番号を使用するものである。しかし、６４ビットのＭＡＣアドレスを使用したアドレッシングモードは、無線ＩＣのメモリ資源を大量に使用して、通信量を増大させるので、実用的ではない。そこで、この場合には、制御端末または中継器（ルータ）は、子機を特定するためにアドレス（ショートアドレスと呼ばれ、一般に１６ビットで表現される。）を付与する方法があるが、アドホック機能が働くことで、ルーティングの変更毎に、前記アドレスが変更されてしまい、制御端末アプリケーションの子機管理が複雑になってしまう。しかし、Ｚｉｇｂｅｅ（登録商標）では、ルーティングが変更されるとショートアドレが変わってしまうのが現状である。
【００５３】
Ｚｉｇｂｅｅ（登録商標）の従来手法で、固定のショートアドレスを使用する場合には、子機が使用する前記ショートアドレスを子機内の不揮発性メモリに保存しておき、固定ショートアドレスとして使用する。このときの前提条件としては、ＰＡＮＩＤと呼ばれるネットワークの番号を予め固定しておき、ＰＡＮＩＤが他のシステムと重複しないように考慮する必要があるが、運用上困難である。
【００５４】
そこで、Ｚｉｇｂｅｅ（登録商標）のＰＡＮＩＤ管理手法を踏襲しつつ、本実施形態の無線システム１００では、ＰＡＮで使用する全ノードのＭＡＣアドレスを全ノードの不揮発性メモリに保存し管理することで、Ｚｉｇｂｅｅ（登録商標）のアドレッシング手法の基本であるショートアドレスを使用しつつも必ず同じアドレスを割り振るように設定し、前記アドレッシングモードを使用せずに子機の特定を可能とする構成としている。
【００５５】
つまり、前記ネットワークに参加する無線モジュール１に、前記無線モジュール毎のＩＥＥＥアドレスと固定ショートアドレスとを関連付けた固定アドレスが割り当てられる構成としている。これによれば、世界的にユニークなＩＥＥＥアドレスと、固定ショートアドレスとを関連付けておき、それぞれの無線モジュール１に保有させることで、ユニークな固定アドレスを付与することができ、別のネットワークと信号が衝突する虞がない。そして、前記固定ショートアドレスが、１バイトで表現できるアドレス範囲で管理されていることで、２バイトで表現できるアドレス範囲で管理されている場合に比べて、無線モジュール１に搭載された無線ＩＣ４のメモリ資源を節約しつつ、最大２５５台までの無線モジュール１を前記ネットワークに参加させることができる。
【００５６】
より具体的なルールとしては、前記固定アドレスは、0x0000〜0x00FEまで割り振られ、このアドレスは、ＰＡＮを確定したときに固定される。そして、固定された以後は、各ノードは、その固定アドレスで永続的にネットワークに参加する。ちなみに、アドレス0x0000は、コーディネータ（親機）と呼ばれ、ネットワークを構築できる機能をもったＰＡＮでただ一台のノードである。また、アドレス0x0001,0x0002〜UPは、エンドデバイス（子機）と呼ばれるノードであり、0x0001から使用して行く。また、アドレス0x00FE,0x00FD〜Downは、ルータ（中継機）と呼ばれるノードであり、0x00FEから使用して行く。なお、本実施形態は、上述のルールに限られるものではなく、前記ネットワークに参加する無線モジュール１に固定アドレスが割り当てられる構成となっていれば良い。
【００５７】
（無線モジュールのアンテナ特性）
図１と図２に示す本実施形態の無線モジュール１について、そのアンテナ指向特性を測定した。測定場所は、石川県工業試験場の電波半無響室であり、測定周波数は２４４０ＭＨｚとした。図３は、無線モジュール１のアンテナ指向特性を示すチャート図であり、図（ａ）はＸ−Ｙ特性を示し、図３（ｂ）はＹ−Ｚ特性を示し、図３（ｃ）はＺ−Ｘ特性を示している。前記チャート図内の符号Ｖは垂直偏波であり、符号Ｈは水平偏波を示している。アンテナ垂直設置時の垂直偏波方向の指向特性には、ヌル点（不感点）がない（図３（ａ））。このことからも、均一で広いアンテナ指向特性であることが判る。この無線モジュール１の通信距離は、最大４００ｍであり、既知のＩＥＥＥ８０２．１５．４規格を用いた無線モジュールとしては、その通信距離が飛躍的に長くなっている。本実施形態によれば、均一で広い指向性であるとともに、通信距離を長くすることで、アンテナ設置計画の立案が容易となり、通信状態の安定化が図られる。
【００５８】
以上、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではない。前記誘電体チップアンテナ３，３と配線パターン６７による短縮ダイポールアンテナは１組に限られず、２組以上とすることも可能である。このように、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００５９】
１ 無線モジュール、
２ 回路基板、
３ 誘電体チップアンテナ、
４ 無線ＩＣ（マイコンＩＣ）、
５ 整合回路、
６、６５、６７、６８ 配線電極、
８ シールド板、
９ コネクタピン、
１０ 制御機能を有する通信機器、
１００ 無線システム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体チップアンテナと、無線ＩＣと、これらが実装された回路基板とを備え、前記誘電体チップアンテナと前記無線ＩＣとが前記回路基板上で整合回路を介して導体接続されていることを特徴とする無線モジュール。
【請求項２】
前記誘電体チップアンテナが所定間隔で２つ配されており、これら誘電体チップアンテナにそれぞれ接続された配線パターンが互いの間隔を狭めながら前記整合回路に接続され、短縮ダイポールアンテナを構成していることを特徴とする請求項１記載の無線モジュール。
【請求項３】
前記誘電体チップアンテナ，無線ＩＣ，及び整合回路が前記回路基板の同一面上に実装されていることを特徴とする請求項１または２記載の無線モジュール。
【請求項４】
前記整合回路に接続された配線パターンのうち、前記誘電体チップアンテナ側の配線パターンの最小間隔が、前記無線ＩＣ側の配線パターンの最大間隔と同じか狭くなっていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の無線モジュール。
【請求項５】
前記請求項１から４のいずれか一項記載の無線モジュールが複数使用され、ワイヤレス制御によるネットワークが構成されることを特徴とする無線システム。
【請求項６】
前記ネットワークに参加する前記無線モジュールには、固定アドレスが割り当てられることを特徴とする請求項５記載の無線システム。
【請求項７】
前記ネットワークに参加する前記無線モジュールには、前記無線モジュール毎のＩＥＥＥアドレスと固定ショートアドレスとを関連付けた固定アドレスが割り当てられ、前記固定ショートアドレスが、１バイトで表現できるアドレス範囲で管理されていることを特徴とする請求項５または６記載の無線システム。
【請求項１】
誘電体チップアンテナと、無線ＩＣと、これらが実装された回路基板とを備え、前記誘電体チップアンテナと前記無線ＩＣとが前記回路基板上で整合回路を介して導体接続されていることを特徴とする無線モジュール。
【請求項２】
前記誘電体チップアンテナが所定間隔で２つ配されており、これら誘電体チップアンテナにそれぞれ接続された配線パターンが互いの間隔を狭めながら前記整合回路に接続され、短縮ダイポールアンテナを構成していることを特徴とする請求項１記載の無線モジュール。
【請求項３】
前記誘電体チップアンテナ，無線ＩＣ，及び整合回路が前記回路基板の同一面上に実装されていることを特徴とする請求項１または２記載の無線モジュール。
【請求項４】
前記整合回路に接続された配線パターンのうち、前記誘電体チップアンテナ側の配線パターンの最小間隔が、前記無線ＩＣ側の配線パターンの最大間隔と同じか狭くなっていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の無線モジュール。
【請求項５】
前記請求項１から４のいずれか一項記載の無線モジュールが複数使用され、ワイヤレス制御によるネットワークが構成されることを特徴とする無線システム。
【請求項６】
前記ネットワークに参加する前記無線モジュールには、固定アドレスが割り当てられることを特徴とする請求項５記載の無線システム。
【請求項７】
前記ネットワークに参加する前記無線モジュールには、前記無線モジュール毎のＩＥＥＥアドレスと固定ショートアドレスとを関連付けた固定アドレスが割り当てられ、前記固定ショートアドレスが、１バイトで表現できるアドレス範囲で管理されていることを特徴とする請求項５または６記載の無線システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−２３５４１７（Ｐ２０１２−２３５４１７Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０４２３１（Ｐ２０１１−１０４２３１）
【出願日】平成２３年５月９日（２０１１．５．９）
【出願人】（３９８０５６９６４）株式会社横山商会 (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月９日（２０１１．５．９）
【出願人】（３９８０５６９６４）株式会社横山商会 (1)
【Ｆターム（参考）】
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