特許 7624133 センサモジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-01-22

(45)【発行日】2025-01-30

(54)【発明の名称】センサモジュール

(51)【国際特許分類】

   H01Q 13/08 20060101AFI20250123BHJP

   H01Q 1/38 20060101ALI20250123BHJP

   H01Q 23/00 20060101ALI20250123BHJP

【ＦＩ】

H01Q13/08

H01Q1/38

H01Q23/00

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2021033266

(22)【出願日】2021-03-03

(65)【公開番号】P2021158663

(43)【公開日】2021-10-07

【審査請求日】2023-09-27

(31)【優先権主張番号】P 2020056121

(32)【優先日】2020-03-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000190688

【氏名又は名称】新光電気工業株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】504182255

【氏名又は名称】国立大学法人横浜国立大学

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】藤井 朋治

(72)【発明者】

【氏名】池田 巧

(72)【発明者】

【氏名】新井 宏之

【審査官】白井 亮

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１４／０５０３４９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特表２００５－５３５４９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－１４８８４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／２０９２０６（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｑ １３／０８

Ｈ０１Ｑ １／３８

Ｈ０１Ｑ ２３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

凹部を有する金属部材と、
前記凹部の内部に埋め込まれる樹脂部と、
前記樹脂部の内部に設けられ、電波を放射する放射部と、
前記樹脂部の内部に設けられ、前記放射部に接続される無線通信部と、
前記無線通信部に接続されるセンサと
を含み、
前記金属部材は、前記放射部とは前記樹脂部によって絶縁されており、無給電素子として機能し、
前記金属部材は、平面視で円環状、矩形環状、又は多角形環状のスリットをさらに有し、
前記凹部は、前記スリットに連通する、センサモジュール。

【請求項2】

前記金属部材及び前記樹脂部は、平面視における中央を貫通する貫通孔を有する、請求項１記載のセンサモジュール。

【請求項3】

前記金属部材は、
前記凹部を有する第１金属部材と、
前記第１金属部材の内部に設けられる前記樹脂部に保持され、前記第１金属部材の前記凹部の開口との間に前記円環状、矩形環状、又は多角形環状のスリットを構築する第２金属部材と
を有する、請求項１記載のセンサモジュール。

【請求項4】

前記第２金属部材及び前記樹脂部は、平面視における中央を貫通する貫通孔を有する、請求項３記載のセンサモジュール。

【請求項5】

前記第１金属部材は、円盤状であり、
前記凹部は、円環状であり、
前記第２金属部材は、円環状であり、前記円環状の凹部の外周側又は内周側に円環状のスリットを構築する、請求項３又は４記載のセンサモジュール。

【請求項6】

前記放射部は、前記樹脂部の内部で前記スリットに向けて設けられる、請求項１及び３乃至５のいずれか一項記載のセンサモジュール。

【請求項7】

前記放射部は、前記スリットの近傍に設けられる、請求項１及び３乃至６のいずれか一項記載のセンサモジュール。

【請求項8】

前記樹脂部の内部に設けられる基板をさらに含み、
前記放射部、前記無線通信部、及び前記センサは、前記基板に実装される、請求項１乃至７のいずれか一項記載のセンサモジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、センサモジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、誘電体基板を放射導体のパッチ面とグランド面とで挟んで成るマイクロストリップアンテナにおいて、前記グランド面の少なくとも一部をその先端がパッチ面と概略等しい高さとなるように折り曲げ、折り曲げ部で前記誘電体基板の側面を被覆し、前記パッチ面を含む面を、該パッチ面の周端と該グランド面の折り曲げ端との間隔が該グランド面の折り曲げ部の高さよりも長くなるように構成したことを特徴とするマイクロストリップアンテナがある（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平０９－１４８８４０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、従来のマイクロストリップアンテナは、センサを組み込んでセンサモジュールにすることを想定して設計されたものではない。

【0005】

そこで、放射特性の良好なセンサモジュールを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の実施の形態のセンサモジュールは、凹部を有する金属部材と、前記凹部の内部に埋め込まれる樹脂部と、前記樹脂部の内部に設けられ、電波を放射する放射部と、前記樹脂部の内部に設けられ、前記放射部に接続される無線通信部と、前記無線通信部に接続されるセンサとを含み、前記金属部材は、前記放射部とは前記樹脂部によって絶縁されており、無給電素子として機能する。

【発明の効果】

【0007】

放射特性の良好なセンサモジュールを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施の形態のセンサモジュール１００を示す図である。

【図2】図１のＡ－Ａ矢視断面を示す図である。

【図3】マルチモジュール１３０を示す図である。

【図4】センサモジュール１００のＳ１１パラメータの周波数特性を示す図である。

【図5】センサモジュール１００の指向性のシミュレーション結果を示す図である。

【図6】実施の形態の変形例のセンサモジュール１００Ａを示す図である。

【図7】実施の形態の変形例のセンサモジュール１００Ｂ１を示す図である。

【図8】実施の形態の変形例のセンサモジュール１００Ｂ２を示す図である。

【図9】実施の形態の変形例のセンサモジュール１００Ｂ３を示す図である。

【図10】実施の形態の変形例のセンサモジュール１００Ｃ１の一部分を示す平面図である。

【図11】実施の形態の変形例のセンサモジュール１００Ｃ２の一部分を示す平面図である。

【図12】実施の形態の変形例のセンサモジュール１００Ｃ３の一部分を示す平面図である。

【図13】実施の形態の変形例のセンサモジュール１００Ｃ４の一部分を示す平面図である。

【図14】実施の形態の変形例のセンサモジュール１００Ｄの断面と一部分を示す図である。

【図15】図１４に示すマルチモジュール１３０Ｄの変形例である。

【図16】図１５に示すマルチモジュール１３０Ｄの変形例である。

【図17】実施の形態の変形例のセンサモジュール１００Ｅの断面と一部分を示す図である。

【図18】実施の形態の変形例のセンサモジュール１００Ｆを示す図である。

【図19】マルチモジュール１３０Ｆを示す図である。

【図20】センサモジュール１００ＦのＳ１１パラメータの周波数特性を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明のセンサモジュールを適用した実施の形態について説明する。

【0010】

＜実施の形態＞
図１は、実施の形態のセンサモジュール１００を示す図である。図２は、図１のＡ－Ａ矢視断面を示す図である。以下では、ＸＹＺ座標系を定義して説明し、ＸＹ面視を平面視と称する。また、説明の便宜上、－Ｚ方向側を下側又は下、＋Ｚ方向側を上側又は上と称すが、普遍的な上下関係を表すものではない。

【0011】

センサモジュール１００は、金属部材１１０（１１０Ａ、１１０Ｂ）と、樹脂部１２０と、マルチモジュール１３０と、樹脂部１４０とを含む。センサモジュール１００は、円盤状の部材である。

【0012】

金属部材１１０は、第１金属部材の一例であり、金属部材１１０Ａと、金属部材１１０Ｂとを有する。以下では、金属部材１１０Ａと金属部材１１０Ｂとを合わせたものを指すときは、金属部材１１０と称す。

【0013】

金属部材１１０Ａは、金属製の円環状の部材であり、上面から円環状に凹んだ溝部１１１Ａと、平面視における中央部において上下方向に貫通した貫通孔１１２Ａとを有する。溝部１１１Ａは、凹部の一例であり、外側の内周面１１１Ａ１と、内側の内周面１１１Ａ２と、底面１１１Ａ３とを有する。金属部材１１０Ａは、一例として、ステンレス鋼、鉄、アルミニウム、タングステン等の金属製である。

【0014】

金属部材１１０Ｂは、第２金属部材の一例であり、薄板状の円環状の部材である。金属部材１１０Ｂの外径は、金属部材１１０Ａの溝部１１１Ａの外側の円筒状の内周面１１１Ａ１の内径よりも小さい。金属部材１１０Ｂは、中央部において上下方向に貫通した貫通孔１１１Ｂを有する。貫通孔１１１Ｂの開口の大きさは、貫通孔１１２Ａの開口の大きさと等しく、平面視における中心の位置が合わせられている。

【0015】

金属部材１１０Ｂの内周側の端部は、金属部材１１０Ａの内周部の上端１１３Ａに固定され、金属部材１１０Ａの溝部１１１Ａの内部に設けられる樹脂部１２０の上に配置されている。金属部材１１０Ｂは、溝部１１１Ａの内周側の部分に蓋をしてツバを付けたような構成になっている。金属部材１１０Ｂで実現されるツバは、図２に示すように、溝部１１１Ａの径方向内側から外側を向き、金属部材１１０Ａの溝部１１１Ａの外側の内周面１１１Ａ１の上端と、金属部材１１０Ｂの外周端との間が円環状のスリット１１５を構築している。金属部材１１０Ｂは、一例として、ステンレス鋼、鉄、アルミニウム、タングステン等の金属製である。

【0016】

樹脂部１２０は、金属部材１１０Ａの溝部１１１Ａの内部の全体に埋め込まれている。また、樹脂部１２０は、マルチモジュール１３０を覆い包んでおり、マルチモジュール１３０が金属部材１１０Ａ及び１１０Ｂに直接触れないようにしている。樹脂部１２０は、溝部１１１Ａ内に充填可能な樹脂であればよく、例えば、エポキシ樹脂を含む封止樹脂であってもよい。

【0017】

マルチモジュール１３０は、複数の機能を持つモジュールであり、一例として、通信機能とセンサ機能を有する。通信機能は、マルチモジュール１３０の放射部と無線通信部とによって実現される。センサ機能は、一例として、歪みセンサ（歪みゲージ）、加速度計、温度計等によって実現される。

【0018】

マルチモジュール１３０は、一例として、薄板状であり、樹脂部１２０の内部に埋め込まれている。マルチモジュール１３０は、一例として、金属部材１１０Ａの溝部１１１Ａの外側の円筒状の内周面１１１Ａ１の近傍に、放射部を上にして立てた状態で配置される。マルチモジュール１３０の詳細については、図３を用いて後述する。

【0019】

樹脂部１４０は、金属部材１１０Ａの貫通孔１１２Ａの内部の全体に埋め込まれる。樹脂部１４０は、貫通孔１１２Ａ内に充填可能な樹脂であればよく、例えば、エポキシ樹脂を含む封止樹脂であってもよい。

【0020】

このような構成を有するセンサモジュール１００は、金属部材１１０Ａの溝部１１１Ａの外側の内周面１１１Ａ１の上端と、金属部材１１０Ｂの外周端との間が円環状のスリット１１５を構築している。スリット１１５の１周の長さは、マルチモジュール１３０の放射部から放射される電波の周波数（通信周波数）における１波長の電気長に設定されている。より具体的には、スリット１１５のうちの径方向における最も外側に位置する内周面１１１Ａ１の上端で、１周の長さが、マルチモジュール１３０の通信周波数における１波長の電気長に設定されている。

【0021】

なお、スリット１１５のうちの径方向における最も内側に位置する金属部材１１０Ｂの外周端における１周の長さが、マルチモジュール１３０の通信周波数における１波長の電気長に設定されていてもよい。また、スリット１１５のうちの径方向における最も外側に位置する内周面１１１Ａ１の上端と、スリット１１５のうちの径方向における最も内側に位置する金属部材１１０Ｂの外周端との間において、スリット１１５の１周の長さが、マルチモジュール１３０の通信周波数における１波長の電気長に設定されていてもよい。

【0022】

センサモジュール１００では、上述のようなスリット１１５を有することにより、マルチモジュール１３０の放射部から放射された電波が金属部材１１０Ａ及び１１０Ｂで共振し、センサモジュール１００の外に放射される。このときに、金属部材１１０Ａ及び１１０Ｂは、無給電素子として機能する。

【0023】

なお、上述したようなスリット１１５の１周の長さは、厳密にマルチモジュール１３０の通信周波数における１波長の電気長ではなくてもよい。例えば、金属部材１１０Ａの溝部１１１Ａ内には樹脂部１２０が配置されるとともに、貫通孔１１２Ａ内には樹脂部１４０が配置される。また、樹脂部１２０の内部には、マルチモジュール１３０が配置される。このように、樹脂部１２０、マルチモジュール１３０、樹脂部１４０が金属部材１１０に配置されることによってインピーダンス特性が変動する場合には、スリット１１５のインピーダンスが整合するように、スリット１１５の１周の長さをマルチモジュール１３０の通信周波数における１波長の電気長よりも少し短く、又は、少し長く調整すればよい。スリット１１５の１周の長さをマルチモジュール１３０の放射部から放射される電波の周波数（通信周波数）における１波長の電気長に設定することは、このようにスリット１１５の長さを調整することも含む趣旨である。

【0024】

また、センサモジュール１００は、樹脂部１４０を含まなくてもよい。この場合には、センサモジュール１００は、円盤状ではなく、円環状のモジュールになる。また、センサモジュール１００は、樹脂部１４０を含まずに、金属部材１１０が貫通孔１１２Ａの部分を埋め尽くしている構成であってもよい。

【0025】

図３は，マルチモジュール１３０を示す図である。図３に示すＸＹＺ座標系は、図１及び図２に示すＸＹＺ系に対応する。

【0026】

一例として、マルチモジュール１３０は、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、基板１３１、グランド層１３２Ａ、１３２Ｂ、アンテナエレメント１３３、整合回路１３４Ａ、１３４Ｂ、及びチップ１３５を有する。

【0027】

基板１３１は、一例として、ＦＲ－４(Flame Retardant type 4)規格の配線基板である。また、基板１３１は、ポリイミド製のフィルム等で実現されるフレキシブル基板であってもよい。基板１３１は、ＹＺ平面に平行に配置される。

【0028】

図３（Ａ）に示すように、基板１３１の－Ｘ方向側の面のうちの－Ｚ方向側の約２／３の部分には、グランド層１３２Ａが設けられる。また、基板１３１の－Ｘ方向側の面のうちの＋Ｚ方向側の約１／３の部分には、アンテナエレメント１３３が設けられる。グランド層１３２Ａとアンテナエレメント１３３との間は、離間している。基板１３１の＋Ｘ方向側の面の全体には、図３（Ｂ）に示すように、グランド層１３２Ｂが設けられる。

【0029】

グランド層１３２Ａ及び１３２Ｂは、一例として銅箔である。グランド層１３２Ａの上（－Ｘ方向側）には、チップ１３５が実装される。グランド層１３２Ａ及び１３２Ｂは、基板１３１を厚さ方向（Ｘ方向）に貫通するビア等によって接続されている。

【0030】

アンテナエレメント１３３は、放射部の一例であり、基板１３１の－Ｘ方向側の面のうちの＋Ｚ方向側の約１／３の部分のＹ方向の中央でＺ方向に延在する。アンテナエレメント１３３は、一例として銅箔をパターニングすることによって作製される。アンテナエレメント１３３は、基板１３１の裏面にグランド層１３２Ｂがあるため、マイクロストリップ線路型の放射素子である。アンテナエレメント１３３は、グランド層１３２Ａの近傍に給電点１３３Ａ１を有する。

【0031】

整合回路１３４Ａ、１３４Ｂは、一例として、インダクタ又はキャパシタである。整合回路１３４Ａ、１３４Ｂは、一端がアンテナエレメント１３３に接続され、他端は、図示しないビアを介して基板１３１の反対側のグランド層１３２Ｂに接続されている。整合回路１３４Ａ、１３４Ｂは、アンテナエレメント１３３のインピーダンス整合を取るために設けられている。整合回路１３４Ａ、１３４Ｂを用いることにより、波長の短縮効果が得られる。

【0032】

チップ１３５は、無線通信部１３５Ａ、センサ１３５Ｂ、及びバッテリ１３５Ｃを有する。無線通信部１３５Ａとアンテナエレメント１３３の給電点１３３Ａとは、一例として図示しない同軸ケーブルの芯線によって接続されており、アンテナエレメント１３３は、芯線を介して給電される。同軸ケーブルのシールド線は、グランド層１３２Ａ及び１３２Ｂに接続されている。

【0033】

センサ１３５Ｂは、一例として、歪みセンサ（歪みゲージ）、加速度計、温度計等である。センサ１３５Ｂは、金属部材１１０の歪み、加速度、温度等を表す検出データを無線通信部１３５Ａに出力する。検出データは、無線通信部１３５Ａから出力される電波に搬送され、アンテナエレメント１３３から放射され、無給電素子として機能する金属部材１１０によってセンサモジュール１００の外部に放射される。

【0034】

バッテリ１３５Ｃは、無線通信部１３５Ａ及びセンサ１３５Ｂに電力を供給する。バッテリ１３５Ｃは、ワイヤレス給電によって充電可能な二次電池であってもよいし、交換可能なボタン電池であってもよい。また、バッテリ１３５Ｃの代わりに、有線ケーブルを用いて外部の電源装置から無線通信部１３５Ａ及びセンサ１３５Ｂ電力を供給してもよい。

【0035】

また、マルチモジュール１３０は、図３（Ｃ）及び（Ｄ）に示す構成であってもよい。例えば、図３（Ｃ）に示すように、整合回路１３４Ａ、１３４Ｂの他端は、アンテナエレメント１３３の両側に設けられたグランドエレメント１３２Ｃ、１３２Ｄに接続されていてもよい。グランドエレメント１３２Ｃ、１３２Ｄは、アンテナエレメント１３３の両側において、グランド層１３２Ａの＋Ｚ方向側の端辺から延在する線路である。また、この場合に、図３（Ｄ）に示すように、グランド層１３２Ｂは、グランド層１３２Ａと同様に、基板１３１の＋Ｘ方向側の面のうちの－Ｚ方向側の約２／３の部分に設けられていてもよい。すなわち、グランド層１３２Ｂは、アンテナエレメント１３３と重なっていなくてもよい。

【0036】

以上のようなマルチモジュール１３０は、スリット１１５の真下において、アンテナエレメント１３３がスリット１１５の方（＋Ｚ方向）を向いて設けられており、アンテナエレメント１３３には＋Ｚ方向に電流が流れる。アンテナエレメント１３３は、スリット１１５の近傍に設けられている。スリット１１５の近傍とは、アンテナエレメント１３３と、スリット１１５との電磁界結合が生じるほど、アンテナエレメント１３３がスリット１１５に近いことをいう。アンテナエレメント１３３と、スリット１１５との電磁界結合が得られることにより、スリット１１５を有する金属部材１１０は、無給電素子として機能する。

【0037】

そして、スリット１１５の１周の長さは、マルチモジュール１３０の通信周波数における１波長の電気長に設定されている。また、基板１３１は、アンテナエレメント１３３が設けられている－Ｘ方向が、溝部１１１Ａの内側を向くように設けられている。

【0038】

このため、アンテナエレメント１３３から放射される電波は、スリット１１５で共振し、金属部材１１０の外部に放射される。

【0039】

図４は、センサモジュール１００のＳ１１パラメータの周波数特性を示す図である。図４には、マルチモジュール１３０の通信周波数を一例として２．６２（ＧＨｚ）に設定した場合の電磁界シミュレーションで得られた結果を示す。

【0040】

図４に示すように、２．６２（ＧＨｚ）でＳ１１パラメータの値が約－３０（ｄＢ）になり、２．６２（ＧＨｚ）で共振が生じていることが分かった。また、２．６２ＧＨｚの前後で－１０ｄＢ以下の極めて反射が少ない広帯域が得られることが分かった。また、ゲインは、２．５０１（ｄＢｉ）であった。

【0041】

なお、マルチモジュール１３０の通信周波数を一例として２．４０（ＧＨｚ）に設定した場合には、同一サイズのセンサモジュール１００において、０．９７１（ｄＢｉ）のゲインが得られ、Ｓ１１パラメータの周波数特性において、２．４０（ＧＨｚ）を中心に広帯域が得られた。

【0042】

図５は、センサモジュール１００の指向性のシミュレーション結果を示す図である。図５（Ａ）、（Ｂ）には、マルチモジュール１３０の通信周波数を一例として２．４１（ＧＨｚ）に設定した場合におけるＸＹ平面とＹＺ平面での指向性を示す。図５（Ａ）に示すようにＸＹ平面では略均等な指向性が得られることが分かり、図５（Ｂ）に示すようにＹＺ平面では、上側への放射が少し強いことが分かった。

【0043】

また、図５（Ｃ）、（Ｄ）には、マルチモジュール１３０の通信周波数を一例として２．６２（ＧＨｚ）に設定した場合におけるＸＹ平面とＹＺ平面での指向性を示す。図５（Ｃ）に示すようにＸＹ平面では略均等な指向性が得られることが分かり、図５（Ｄ）に示すようにＹＺ平面では、上側への放射が少し強いことが分かった。２．４１（ＧＨｚ）と２．６２（ＧＨｚ）とで略同様の傾向が得られることが分かった。

【0044】

以上のように、センサモジュール１００は、金属部材１１０の溝部１１１Ａ内の樹脂部１２０の内部にマルチモジュール１３０を配置し、スリット１１５を有する金属部材１１０を無給電素子として機能させるので、良好な放射特性を有する。

【0045】

したがって、放射特性の良好なセンサモジュール１００を提供することができる。

【0046】

また、アンテナエレメント１３３がスリット１１５に向けて配置されるので、スリット１１５で共振が生じやすくなり、放射特性がより良好なセンサモジュール１００を提供することができる。

【0047】

また、アンテナエレメント１３３がスリット１１５の近傍に配置されるので、アンテナエレメント１３３とスリット１１５との電磁界結合が得られ、スリット１１５で共振が生じやすくなり、放射特性がより良好なセンサモジュール１００を提供することができる。

【0048】

また、基板１３１、グランド層１３２Ａ、１３２Ｂ、アンテナエレメント１３３、整合回路１３４Ａ、１３４Ｂ、及びチップ１３５を有するマルチモジュール１３０を樹脂部１２０の内部に配置する構成であるため、製造が容易である。

【0049】

また、センサモジュール１００が樹脂部１４０を含まずに、樹脂部１４０の部分が空洞になっている円環状のモジュールである場合には、貫通孔１１２Ａに部材を挿通させることができる。この場合に、貫通孔１１２Ａに挿通させた部材の歪み、加速度、温度等をセンサモジュール１００で測定してもよい。

【0050】

なお、以上では、金属部材１１０が円環状のスリット１１５を有する形態について説明したが、スリット１１５は、平面視で矩形環状又は多角形環状であって、溝部１１１Ａも同様に平面視で矩形環状又は多角形環状であってもよい。多角形環状とは、例えば、三角形又は５つ以上の角を有する（五角形以上の）多角形をいう。

【0051】

また、以上では、金属部材１１０Ｂで実現されるツバが、図２に示すように、溝部１１１Ａの径方向内側から外側を向き、金属部材１１０Ａの溝部１１１Ａの外側の内周面１１１Ａ１の上端と、金属部材１１０Ｂの外周端との間が円環状のスリット１１５を構築する形態について説明した。そしてこの場合に、マルチモジュール１３０は、アンテナエレメント１３３がスリット１１５の真下に位置するように配置されている。

【0052】

しかしながら、金属部材１１０Ｂの径方向のサイズを大きくして金属部材１１０Ｂの外周端を金属部材１１０Ａの溝部１１１Ａの外周側の内周面１１１Ａ１の上端に取り付けてもよい。この場合には、金属部材１１０Ｂで実現されるツバが、溝部１１１Ａの径方向外側から内側を向き、金属部材１１０Ａの溝部１１１Ａの内側の内周面１１１Ａ２の上端と、金属部材１１０Ｂの内周端との間が円環状のスリット１１５を構築する。この場合に、マルチモジュール１３０は、アンテナエレメント１３３がスリット１１５の真下に位置するように、内周面１１２Ａ２の近くに配置すればよい。

【0053】

また、以上では、金属部材１１０が金属部材１１０Ａ及び１１０Ｂを有する形態について説明したが、図６のように変形してもよい。

【0054】

図６は、実施の形態の変形例のセンサモジュール１００Ａを示す図である。センサモジュール１００Ａは、図１及び図２に示すセンサモジュール１００から金属部材１１０Ｂを取り除いた構成を有する。この場合には、マルチモジュール１３０は、溝部１１１Ａ内の樹脂部１２０の中に破線で示すように、内側の内周面１１１Ａ１の近傍、外側の内周面１１１Ａ２の近傍、又は、底面１１１Ａ３の近傍に設けてもよい。底面１１１Ａ３の近傍に設ける場合には、基板１３１（図３参照）が底面１１１Ａ３と平行になり、かつ、アンテナエレメント１３３が上側（＋Ｚ方向側）を向くように配置してもよい。

【0055】

また、以上では、金属部材１１０Ａが円環状であり、円環状の溝部１１１Ａを有する形態について説明したが、図７乃至図９に示すような構成であってもよい。図７乃至図９は、実施の形態の変形例のセンサモジュール１００Ｂ１～１００Ｂ３を示す図である。図７（Ａ）乃至図９（Ａ）は、平面視のセンサモジュール１００Ｂ１～１００Ｂ３を示し、図７（Ｂ）乃至図９（Ｂ）は、図７（Ａ）乃至図９（Ａ）におけるＢ１－Ｂ１矢視断面、Ｂ２－Ｂ２矢視断面、Ｂ３－Ｂ３矢視断面をそれぞれ示す。

【0056】

図７（Ａ）、（Ｂ）に示すセンサモジュール１００Ｂ１は、金属部材１１０Ａ１、１１０Ｂ１と、樹脂部１２０Ｂと、マルチモジュール１３０とを含む。金属部材１１０Ａ１は、上面を有しない円筒状の部材であり、凹部１１１Ｄを有する。凹部１１１Ｄは、円筒状である。凹部１１１Ｄの内部には、樹脂部１２０Ｂが埋め込まれている。樹脂部１２０Ｂは円筒状である。金属部材１１０Ｂ１は、円環状の部材であり、樹脂部１２０の上に配置されている。金属部材１１０Ａ１の凹部１１１Ｄの上端の開口と、金属部材１１０Ｂ１の外周端との間に、スリット１１５Ｂ１が構築されている。マルチモジュール１３０は、スリット１１５Ｂ１の真下に配置されている。

【0057】

このような構成のセンサモジュール１００Ｂ１は、図１、２に示すセンサモジュール１００と同様に動作する。

【0058】

図８（Ａ）、（Ｂ）に示すセンサモジュール１００Ｂ２は、図７（Ａ）、（Ｂ）に示すセンサモジュール１００Ｂ１の金属部材１１０Ｂ１を同心円状に配置される金属部材１１０Ｂ２１、１１０Ｂ２２に変更した構成を有する。金属部材１１０Ｂ２１は、平面視で中央側に配置される円板状の部材であり、金属部材１１０Ｂ２２は、平面視で外側に配置される円環状の部材である。

【0059】

金属部材１１０Ａ１の凹部１１１Ｄの上端の開口と、金属部材１１０Ｂ２２の外周端との間に、スリット１１５Ｂ２が構築されている。マルチモジュール１３０は、実線で示すようにスリット１１５Ｂ２の真下に配置されている。

【0060】

このような構成のセンサモジュール１００Ｂ２は、図１、２に示すセンサモジュール１００と同様に動作する。なお、マルチモジュール１３０は、破線で示すように金属部材１１０Ｂ２１、１１０Ｂ２２の間のスリットの下に設けられていてもよい。

【0061】

図９（Ａ）、（Ｂ）に示すセンサモジュール１００Ｂ３は、図８（Ａ）、（Ｂ）に示すセンサモジュール１００Ｂ２の金属部材１１０Ｂ２１、１１０Ｂ２２を金属部材１１０Ｂ３１、１１０Ｂ３２に変更した構成を有する。金属部材１１０Ｂ３１は、平面視で金属部材１１０Ｂ２１よりも小さく、金属部材１１０Ｂ３２は、金属部材１１０Ｂ２２と同一である。

【0062】

このような構成のセンサモジュール１００Ｂ３は、図１、２に示すセンサモジュール１００と同様に動作する。なお、マルチモジュール１３０は、破線で示すように金属部材１１０Ｂ３１、１１０Ｂ３２の間のスリットの下に設けられていてもよい。

【0063】

図１０は、実施の形態の変形例のセンサモジュール１００Ｃ１の一部分を示す平面図である。図１０に示す部分は、図１に示す破線Ｃで囲んだ部分に対応する。

【0064】

図１０に示すセンサモジュール１００Ｃ１は、マルチモジュール１３０の基板１３１がＸＹ平面に平行になるように樹脂部１２０の内部に配置されている。図１０におけるマルチモジュール１３０の位置は、図６に示す破線でマルチモジュール１３０の位置を３箇所示すうちの、樹脂部１２０の中の下方でＸＹ平面に平行になる位置である。

【0065】

このようにマルチモジュール１３０を樹脂部１２０内に配置して、かつ、アンテナエレメント１３３がＹ方向に平行になるように配置してもよい。この場合は、アンテナエレメント１３３に－Ｙ方向（スリット１１５の幅方向と直交する方向）に電流が流れることになる（図１０の矢印参照）。

【0066】

図１１は、実施の形態の変形例のセンサモジュール１００Ｃ２の一部分を示す平面図である。図１１に示す部分は、図１０と同様に、図１に示す破線Ｃで囲んだ部分に対応する。

【0067】

センサモジュール１００Ｃ２のマルチモジュール１３０は、図１０に示すマルチモジュール１３０の向きを変えたものであり、アンテナエレメント１３３がＸ方向に平行である。この場合には、アンテナエレメント１３３には、矢印で示すように、＋Ｘ方向（スリット１１５の幅方向）に電流が流れることになる。

【0068】

図１２は、実施の形態の変形例のセンサモジュール１００Ｃ３の一部分を示す平面図である。図１２に示す部分は、図１０、１１と同様に、図１に示す破線Ｃで囲んだ部分に対応する。

【0069】

センサモジュール１００Ｃ３のマルチモジュール１３０は、図１０に示すマルチモジュール１３０の向きを変えたものであり、基板１３１がＸＺ平面に平行で、アンテナエレメント１３３が＋Ｚ方向を向いている。この場合には、アンテナエレメント１３３には、＋Ｚ方向に電流が流れることになる。

【0070】

図１３は、実施の形態の変形例のセンサモジュール１００Ｃ４の一部分を示す平面図である。図１３に示す部分は、図１０、１１、１２と同様に、図１に示す破線Ｃで囲んだ部分に対応する。

【0071】

センサモジュール１００Ｃ４のマルチモジュール１３０は、図１３に示すマルチモジュール１３０の向きを変えたものであり、基板１３１がＹＺ平面に平行で、アンテナエレメント１３３が＋Ｚ方向を向いている。この場合には、アンテナエレメント１３３には、＋Ｚ方向に電流が流れることになる。

【0072】

図１４は、実施の形態の変形例のセンサモジュール１００Ｄの断面と一部分を示す図である。図１４の左側に示すセンサモジュール１００Ｄの断面は、図２に示すセンサモジュール１００と同様である。

【0073】

図１４の右側に拡大して示すように、マルチモジュール１３０Ｄは、基板１３１がＹＺ平面に平行であり、アンテナエレメント１３３は、Ｚ方向に延在し、先端にピン１３３Ｂが追加されている。ピン１３３Ｂは、－Ｘ方向に起立している。

【0074】

このようなセンサモジュール１００Ｄでは、アンテナエレメント１３３に＋Ｘ方向に流れる電流は、先端のピン１３３Ｂによって－Ｘ方向に励振されることになる。

【0075】

図１５は、図１４に示すマルチモジュール１３０Ｄの変形例である。図１５では、ピン１３３Ｂは、基板１３１の＋Ｚ方向側の端部において、基板１３１の側面に沿って＋Ｘ方向に向けられている。

【0076】

このようなマルチモジュール１３０Ｄでは、アンテナエレメント１３３に＋Ｘ方向に流れる電流は、先端のピン１３３Ｂによって励振されることになる。

【0077】

図１６は、図１５に示すマルチモジュール１３０Ｄの変形例である。図１６では、ピン１３３Ｂは、基板１３１の＋Ｘ方向側の面よりも突出してさらに長くなっている。このようなピン１３３Ｂを用いると、スリット１１５との結合が強くなる。

【0078】

図１７は、実施の形態の変形例のセンサモジュール１００Ｅの断面と一部分を示す図である。図１７の左側の断面に示すように、センサモジュール１００Ｅのマルチモジュール１３０Ｅは、基板１３１がＸＹ平面に平行になるように設けられている。

【0079】

図１７の右側に拡大して示すように、マルチモジュール１３０Ｅのアンテナエレメント１３３Ｅは、給電点１３３Ｅ１から屈曲部１３３Ｅ２まで＋Ｙ方向に延在し、屈曲部１３３Ｅ２から＋Ｘ方向に先端部１３３Ｅ３まで延在している。また、先端部１３３Ｅ３は、破線で示すスリット１１５の真下に設けられている。

【0080】

このようなセンサモジュール１００Ｅでは、アンテナエレメント１３３Ｅの先端部１３３Ｅ３から放射される電波は、スリット１１５から効率的に放射されることになる。また、屈曲したアンテナエレメント１３３Ｅを含むため、電流の向きがスリット１１５に対して変化することによって、屈曲していない場合に比べてインピーダンス特性が変化する。このため、アンテナエレメント１３３Ｅが延在する方向を変更することで、マルチモジュール１３０Ｅの配置を変更せずにスリット１１５に対する電流の向きを変更することが可能になり、アンテナエレメント１３３Ｅとスリット１１５とのインピーダンス整合を取るための選択肢を広げることができる。

【0081】

また、マルチモジュール１３０Ｅの給電点１３３Ｅ１から屈曲部１３３Ｅ２までの区間が＋Ｚ方向を向くように配置してもよい。この場合にもスリット１１５に対して、給電点１３３Ｅ１から屈曲部１３３Ｅ２までの区間と、屈曲部１３３Ｅ２から先端部１３３Ｅ３までの区間との向きがスリット１１５に対して変化することになる。このため、電流の向きがスリット１１５に対して変化することによってインピーダンス特性が変化し、アンテナエレメント１３３Ｅとスリット１１５とのインピーダンス整合を取るための選択肢を広げることができる。

【0082】

図１０～図１３のように、マルチモジュール１３０の配置を変えることでスリット１１５に対する電流の向きを変更することが可能になり、アンテナエレメント１３３とスリット１１５とのインピーダンス整合を取るための選択肢を広げることができる。

【0083】

さらに、図１４～図１７のように、アンテナエレメント１３３、１３３Ｅの形状を変えることでマルチモジュール１３０Ｄ、１３０Ｅの配置を変更することなくスリット１１５に対する電流の向きを変更することなく可能になり、アンテナエレメント１３３、１３３Ｅとスリット１１５とのインピーダンス整合を取るための選択肢を広げることができる。

【0084】

マルチモジュール１３０Ｄ、１３０Ｅは、アンテナエレメント１３３、１３３Ｅとスリット１１５とが近づく程に放射効率が良くなるため、図１４～図１７のようにアンテナエレメント１３３、１３３Ｅの形状を変更することで、マルチモジュール１３０を縦置き（図１２及び図１３参照）した場合であってもスリット１１５に対する電流の向きを変更することが可能になり、アンテナエレメント１３３、１３３Ｅとスリット１１５とのインピーダンス整合を取るための選択肢を広げることができる。

【0085】

図１８は、実施の形態の変形例のセンサモジュール１００Ｆを示す図である。センサモジュール１００Ｆは、金属部材１１０（１１０Ａ、１１０Ｂ）と、樹脂部１２０と、マルチモジュール１３０Ｆと、樹脂部１４０とを含む。センサモジュール１００Ｆは、円盤状の部材である。

【0086】

図１９は、マルチモジュール１３０Ｆを示す図である。マルチモジュール１３０Ｆは、図１９に示すように、基板１３１、グランド層１３２Ｆ、アンテナエレメント１３３Ｆ、整合回路１３４Ｆ１、１３４Ｆ２、給電線路１３６、パッド１３７Ａ、１３７Ｂ、１３７Ｃを有する。

【0087】

基板１３１の－Ｘ方向側の面には、アンテナエレメント１３３Ｆ、整合回路１３４Ｆ１、１３４Ｆ２、給電線路１３６、パッド１３７Ａ、１３７Ｂ、１３７Ｃが設けられている。基板１３１の＋Ｘ方向側の面にはグランド層１３２Ｆが設けられている。

【0088】

グランド層１３２Ｆは、一例として銅箔である。グランド層１３２Ｆの表面上には、チップ１３５（図３（Ａ）参照）と同様のチップが実装されるが、図１９では図示を省略する。グランド層１３２Ｆは、アンテナエレメント１３３Ｆの給電点１３３Ｆ１、給電線路１３６、及びパッド１３７Ａ、１３７Ｂ、１３７Ｃと平面視で重なる部分に設けられている。

【0089】

アンテナエレメント１３３Ｆは、放射部の一例であり、給電点１３３Ｆ１から先端１３３Ｆ２までＬ字型に延在している。アンテナエレメント１３３Ｆは、一例として銅箔をパターニングすることによって作製される。アンテナエレメント１３３Ｆのうちの給電点１３３Ｆ１は、グランド層１３２Ｆと重なっており、給電点１３３Ｆ１の部分はマイクロストリップ線路になっている。給電点１３３Ｆ１は、整合回路１３４Ｆ１を介して給電線路１３６に接続されるとともに、整合回路１３４Ｆ２を介してパッド１３７Ａに接続されている。

【0090】

整合回路１３４Ｆ１、１３４Ｆ２は、一例として、インダクタ又はキャパシタである。整合回路１３４Ｆ１、１３４Ｆ２は、アンテナエレメント１３３Ｆのインピーダンス整合を取るために設けられている。整合回路１３４Ｆ１、１３４Ｆ２を用いることにより、波長の短縮効果が得られる。

【0091】

整合回路１３４Ｆ１が接続される給電線路１３６は、グランド層１３２Ｆと重なっており、マイクロストリップラインを構成している。給電線路１３６は、図示しない同軸ケーブルの芯線によってチップの無線通信部に接続される。アンテナエレメント１３３Ｆは、給電線路１３６を介して無線通信部から給電される。パッド１３７Ａ、１３７Ｂ、１３７Ｃは、それぞれビア１３７Ａ１、１３７Ｂ１、１３７Ｃ１を介してグランド層１３２Ｆに接続されている。

【0092】

図２０は、センサモジュール１００ＦのＳ１１パラメータの周波数特性を示す図である。図２０には、マルチモジュール１３０Ｆの通信周波数を一例として２．４５（ＧＨｚ）に設定した場合の電磁界シミュレーションで得られた結果を示す。

【0093】

図２０に示すように、２．４５（ＧＨｚ）でＳ１１パラメータの値が約－２５（ｄＢ）になり、２．４５（ＧＨｚ）で共振が生じていることが分かった。また、２．４５ＧＨｚの前後で－１０ｄＢ以下の極めて反射が少ない広帯域が得られることが分かった。

【0094】

図１８及び図１９に示すように、マルチモジュール１３０Ｆを配置するとともに、Ｌ字型のアンテナエレメント１３３Ｆを有することで、スリット１１５に対する電流の向きを変更することが可能になり、アンテナエレメント１３３Ｆとスリット１１５とのインピーダンス整合を取るための選択肢を広げることができる。

【0095】

以上、本発明の例示的な実施の形態のセンサモジュールについて説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。

【符号の説明】

【0096】

１００、１００Ａ、１００Ｂ１、１００Ｂ２、１００Ｂ３、１００Ｃ１、１００Ｃ２、１００Ｃ３、１００Ｄ、１００Ｅ、１００Ｆ センサモジュール
１１０、１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ａ１、１１０Ｂ１、１１０Ｂ２１、１１０Ｂ２２、１１０Ｂ３１、１１０Ｂ３２ 金属部材
１２０、１２０Ｂ 樹脂部
１３０、１３０Ｄ、１３０Ｅ、１３０Ｆ マルチモジュール
１３１ 基板
１３３、１３３Ｅ、１３３Ｆ アンテナエレメント
１３５ チップ
１３５Ａ 無線通信部
１３５Ｂ センサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】