天线模块的制作方法

本发明涉及一种天线模块。

本申请基于2016年10月28日在日本申请的日本专利申请2016-211231号主张优先权，并将其内容援引加入。

背景技术：

在工厂或车间等架设分布控制系统(dcs：distributedcontrolsystem)，实现高度的自动操作。该分布控制系统是称为现场设备的场所设备(测量器、操作器)与对其进行控制的控制装置经由通信装置连接的系统。构成此种分布控制系统的现场设备几乎都是进行有线通信，但近年来也实现了进行基于isa100.11a或wirelesshart(注册商标)等工业用无线通信标准的无线通信的无线现场设备。

例如，以isa100.11a为基准的无线通信系统由上述无线现场设备、主干路由器、系统管理器及网关等构成。主干路由器与无线现场设备之间形成无线网络。系统管理器进行经由无线网络进行的无线通信的管理。网关进行由进入到无线网络的无线现场设备得到的测量数据等各种数据的收集及解密，并对进入到无线网络的无线现场设备进行控制数据等各种数据的加密及发送。

在下面的专利文献1中公开了上述主干路由器作为访问接入点，上述系统管理器及网关作为信息处理装置的无线通信系统。下面的专利文献2公开了对没有无线通信功能的现场设备追加无线通信功能，从而能够使不具有无线通信功能的现场设备成为无线现场设备的天线模块及无线设备。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本国专利公开2015-146562号公报

专利文献2：日本国专利第5850015号公报

近年来，除了上述专利文献1公开的在工厂等中实现的大规模无线通信系统以外，还寻求小规模的无线通信系统。此种小规模的无线通信系统例如用在仅在气田或油田等的井口周边有限的范围形成无线网络，并经由无线网络对设置在井口及其周边的无线现场设备进行测量数据的收集及控制数据的发送等。

此种小规模的无线通信系统并非不可能由上述专利文献1等公开的访问接入点及信息处理装置来实现。但是，上述专利文献1等公开的访问接入点及信息处理装置是以设置在工厂等并实现大规模无线通信系统为前提设计的，因此大型且有重量，价格高，并且耗电大。因此有时难以将上述专利文献1等公开的访问接入点及信息处理装置设置在例如井口周边有制约的环境以架设小规模的无线通信系统并应用。

上述小规模的无线通信系统并非只在工厂等的外部实现，也可在工厂等的内部实现。当该小规模的无线通信系统在工厂等的内部实现的情况下，在工厂的内部设置多个小规模的无线通信系统。因此，期望相当于上述专利文献1等中公开的访问接入点及信息处理装置的装置容易设置。

技术实现要素：

本发明的一方式提供小型轻量且容易设置且低价低耗电的天线模块。

本发明的第一方式的天线模块经由无线网络进行无线信号收发，其中，包括：天线，进行无线信号的收发；回路部，将从外部接收到的信号转换为无线信号，并从所述天线发送所述转换后的无线信号，将对所述天线接收到的无线信号进行处理而生成的信号向外部发送；筒状的框体，以覆盖所述回路部周围的方式收纳所述回路部；天线收纳部，设置在所述框体的一端部，将所述天线以能够收发无线信号的方式收纳；连接器部，与所述框体接合，且能够连接于与所述回路部进行信号收发的外部设备；路由器部，对由所述回路部处理后的信号进行中转；网关部，将所述路由器部与连接于所述连接器部的所述外部设备之间能够通信地连接起来。

上述第一方式的天线模块还可包括管理所述无线网络的管理部。

在上述第一方式的天线模块中，也可使所述回路部包括：收发部，经由所述连接器部从所述外部设备接收信号并向所述网关部输出，并将从所述网关部输出的信号经由所述连接器部向所述外部设备发送；无线信号处理部，将从所述路由器部输出的信号转换为无线信号，将所述转换后的无线信号从所述天线发送，将对所述天线接收的无线信号进行处理而生成的信号向所述路由器部输出。

在上述第一方式的天线模块中，也可使所述网关部将从所述收发部输出的数据输出到所述路由器部，并将从所述路由器部输出的数据输出到所述收发部。

在上述第一方式的天线模块中，也可使所述连接器部包括与外部电源连接的电源连接部。

在上述第一方式的天线模块中，也可使所述天线收纳部以使所述框体不覆盖所述天线周围的方式来收纳所述天线。

在上述第一方式的天线模块中，也可使所述框体的轴方向的所述天线的供电点与所述框体之间的最短距离l由以下(1)式表示，其中，将以与所述框体的轴正交且包括所述天线的供电点的面作为基准的所述天线的3db半值角设为θ，将所述框体的外半径设为φ，

l＝φ×tanθ…(1)。

本发明的第二方式的一种天线模块，其经由无线网络进行无线信号收发，其中，包括：天线，进行无线信号的收发；回路部，将从外部接收到的信号转换为无线信号，并从所述天线发送所述转换后的无线信号，将对所述天线接收到的无线信号进行处理而生成的信号向外部发送；第一及第二框体，为筒状的第一及第二框体，且至少其中一个以覆盖所述回路部周围的方式收纳所述回路部；天线收纳部，设置在所述第一框体的一端部与所述第二框体的一端部之间，将所述天线以能够收发无线信号的方式收纳；第一连接器部，与所述第一框体接合，且能够连接于与所述回路部进行信号收发的外部设备；第二连接器部，与所述第二框体接合，且能够与所述外部设备连接；路由器部，对由所述回路部处理后的信号进行中转；网关部，将所述路由器部与连接于所述第一连接器部或第二连接器部的所述外部设备之间能够通信地连接起来。

在上述第二方式的天线模块中，也可还包括管理所述无线网络的管理部。

在上述第二方式的天线模块中，也可使所述回路部包括：收发部，经由所述第一连接器部或第二连接器部从所述外部设备接收信号并向所述网关部输出，并将从所述网关部输出的信号经由所述第一连接器部或第二连接器部向所述外部设备发送；无线信号处理部，将从所述路由器部输出的信号转换为无线信号，将所述转换后的无线信号从所述天线发送，将对所述天线接收的无线信号进行处理而生成的信号向所述路由器部输出。

在上述第二方式的天线模块中，也可使所述网关部将从所述收发部输出的数据输出到所述路由器部，并将从所述路由器部输出的数据输出到所述收发部。

在上述第二方式的天线模块中，也可使所述第一连接器部及所述第二连接器部分别包括与外部电源连接的电源连接部。

在上述第二方式的天线模块中，也可使所述天线收纳部以使所述第一框体及所述第二框体不覆盖所述天线周围的方式来收纳所述天线。

在上述第二方式的天线模块中，也可使所述第一框体及所述第二框体的轴方向的所述天线的供电点与所述第一框体及所述第二框体各自之间的最短距离l由以下(2)式表示，其中，将以与所述第一框体及所述第二框体的轴正交且包括所述天线的供电点的面作为基准的所述天线的3db半值角设为θ，将所述第一框体及所述第二框体各自的外半径设为φ，

l＝φ×tanθ…(2)。

根据本发明的一方式，路由器部及网关部设置于天线模块，形成无线网络的功能、及连接于外部设备的功能能够由天线模块自身实现，因此能够提供一种小型轻量且容易设置，并且低价低耗电的天线模块。

附图说明

图1是表示使用基于本发明的第一实施方式的天线模块的无线通信系统的整体结构的框图。

图2是表示基于本发明的第一实施方式的天线模块的主要部分结构的框图。

图3a是用于说明基于本发明的第一实施方式的天线模块的天线安装位置的图。

图3b是用于说明基于本发明的第一实施方式的天线模块的天线安装位置的图。

图3c是用于说明基于本发明的第一实施方式的天线模块的天线的安装位置的图。

图4是用于说明基于本发明的第一实施方式的天线模块应用前的设定方法的图。

图5是用于说明基于本发明的第一实施方式的天线模块的应用开始后的动作的时序图。

图6是表示基于本发明的第二实施方式的天线模块的主要部分结构的框图。

图7是示意表示基于本发明的第三实施方式的天线模块的图。

图8是用于说明基于本发明的第三实施方式的天线模块的天线安装位置的图。

具体实施方式

下面，参照附图对基于本发明的数个实施方式的天线模块进行详细说明。

〔第一实施方式〕

〈无线通信系统的整体结构〉

图1是表示使用基于本发明第一实施方式的天线模块的无线通信系统整体结构的框图。如图1所示，无线通信系统1包括：无线现场设备10、天线模块20、远程终端装置30(外部设备)及上位主系统40。无线通信系统1能够经由无线网络n1进行基于tdma(timedivisionmultipleaccess：时分多址连接)方式的无线通信。

无线通信系统1例如架设于工厂或车间等。下面，在统称工厂或车间等的情况下简称为“工厂”。作为上述工厂，除了化学工厂等工业工厂以外，还包括对气田或油田等的井口或其周边进行管理控制的工厂、对水力、火力、原子能等的发电进行管理控制的工厂、对太阳光或风力等的环境发电进行管理控制的工厂、对上下水或水库等进行管理控制的工厂等。

本实施方式中为了易于理解，无线通信系统1设为架设在对气田或油田等的井口或其周边进行管理控制的工厂。具体来说，构成无线通信系统1的无线现场设备10、天线模块20及远程终端装置30设置在工厂现场即气田或油田等的井口或者其周边，构成无线通信系统1的其余上位主系统40设置在远离井口的远程监视中心。

上述无线网络n1通过无线现场设备10及天线模块20形成在限于井口周边的范围。无线网络n1由天线模块20来管理。在图1中，简化了图示，但形成无线网络n1的无线现场设备10的数量为任意个。图1所示的网络n2是连接远程终端装置30和上位主系统40的网络。网络n2例如是构成无线通信系统1的基干的有线或无线的主干网络。

无线现场设备10在上位主系统40的控制下进行过程控制所必须的测量或操作等。具体来说，无线现场设备10是例如流量计或温度传感器等传感器设备、流量控制阀或开闭阀等阀设备、风扇或马达等促动器设备、对工厂内的状况或对象物进行拍摄的照相机或摄像机等摄影设备、收集工厂内的杂音等或发出报警音等的麦克风或扬声器等声音设备、输出各设备的位置信息的位置检测设备、其他设备。该无线现场设备10以电池作为电源进行省电操作(例如间歇操作)，并能够基于以无线通信标准isa100.11a为基准的tdma方式进行无线通信。

如图2所示，天线模块20包括进行无线信号收发的天线25，并经由无线网络n1进行无线信号的收发。具体来说，天线模块20利用天线25接收从无线现场设备10经由无线网络n1发送来的无线信号，处理接收到的无线信号并向远程终端装置30发送。天线模块20接收从远程终端装置30发送来的信号，并将接收到的信号从天线25作为无线信号向无线现场设备10发送。该天线模块20利用从设置于远程终端装置30的电源32供给的电力工作，与无线现场设备10同样，能够基于以无线通信标准isa100.11a为基准的tdma方式进行无线通信。电源32详细后述。

天线模块20经由线缆cb连接于远程终端装置30，并经由线缆cb与远程终端装置30进行通信。线缆cb例如是具有电源线、信号线、及地线的多芯屏蔽线缆。该线缆cb优选是能够利用差动信号进行通信(例如半双工通信)的线缆。作为线缆cb例如能够使用以rs-485为基准的串行通信线缆等。通过使用此种线缆cb，例如能够将天线模块20设置在离远程终端装置30数十厘米～数百米左右的位置。

天线模块20经由线缆cb与远程终端装置30之间进行通信。具体来说，天线模块20与远程终端装置30之间基于命令响应方式进行通信。例如、天线模块20使用modbus(注册商标)协议、或者hart(注册商标)协议进行基于命令响应方式的通信。

图1中，图示了天线模块20与远程终端装置30利用线缆cb连接的例子，但也可以不使用线缆cb，而将天线模块20利用图2的连接器部23直接连接在远程终端装置30。在使用线缆cb连接天线模块20与远程终端装置30的情况下，能够提高天线模块20的设置场所的自由度。相对于此，在不使用线缆cb而将天线模块20直接连接在远程终端装置30的情况下，由于天线模块20与远程终端装置30变得紧凑，因此操作变得容易。天线模块20详细后述。

远程终端装置30包括控制器31及电源32。远程终端装置30在上位主系统40之下进行无线现场设备10及天线模块20的控制，并对天线模块20进行电源供给。控制器31例如是远距离监视控制装置(rtu：remoteterminalunit)，将从无线现场设备10发送来并由天线模块20接收的测量数据等各种数据向上位主系统40发送，并且将从上位主系统40发送来的控制数据等各种数据经由天线模块20发送给无线现场设备10。

电源32向天线模块20供给电力。如图1所示，在天线模块20与远程终端装置30通过线缆cb连接的情况下，电源32经由线缆cb向天线模块20供给电力。作为电源32例如可以使用锂亚硫酰氯电池等自放电极少的一次电池或二次电池、燃料电池、电容或者所谓太阳能电池等进行能量收集即环境发电的发电电路等。电源32既可以内置于远程终端装置30，也可以设置在远程终端装置30的外部。

上位主系统40经由网络n2与远程终端装置30进行通信，并经由远程终端装置30收集无线现场设备10及天线模块20的各种信息，并且经由远程终端装置30进行无线现场设备10及天线模块20的控制。该上位主系统40例如是分布控制系统(dcs)或者监控与数据采集系统(scada：supervisorycontrolanddataacquisition)。

〈天线模块〉

图2是表示基于本发明的第一实施方式的天线模块的主要部分结构的框图。如图2所示，天线模块20包括：框体21、天线罩22(天线收纳部)、连接器部23、回路部24、及天线25。天线模块20是外形形状为圆柱形状或多棱柱形状(例如四棱柱形状)的模块。该天线模块20的外形形状设为柱形状，因此如现有无线设备中设置的套筒天线、拉杆天线等天线能够直接连接于远程终端装置30。

框体21是利用例如高刚性铝等刚性高的金属形成的圆筒状、多棱筒状等筒状部件。框体21以覆盖回路部24周围的方式收纳回路部24。回路部24的周围由金属制的框体21覆盖是为了尽量抑制回路部24产生的高次谐波的杂散发射等不必要辐射泄漏到天线模块20的外部，防止对配置在周围的其他无线设备造成不良影响。

框体21应满足基本安全防爆标准，并在其内部填充树脂。也就是说，收纳在框体21内部的回路部24由填充在框体21内部的树脂封固。若框体21内部填充树脂，则导致天线模块20的成本及重量增大，因此也可以在框体21的内部不填充树脂，而仅将回路部24的表层用树脂涂敷，进行部分填充。

天线罩22是在内部收纳天线25的树脂制部件，具有与框体21的外径相同程度的外径，并设置在框体21的一端部。该天线罩22以使天线25配置在框体21外部的方式即框体21不覆盖天线25周围的方式收纳天线25。这是为了使天线25发送的无线信号或者应由天线25接收的无线信号不被框体21阻拦，能够使天线25收发无线信号。天线罩22并不限于树脂，只要是能够使无线信号穿过的材质即可。

连接器部23是将天线模块20连接于线缆cb或者远程终端装置30的连接部，并与框体21的另一端部接合。具体来说，连接器部23与设置在线缆cb端部的连接器、设置在远程终端装置30的连接器等外部的连接器螺合或嵌合，由此天线模块20固定在线缆cb或者远程终端装置30且电连接。

连接器部23包括与回路部24连接的多个连接端子t10～t12。经由上述连接端子t10～t12接收来自远程终端装置30的电力、或天线模块20与远程终端装置30之间进行收发信号的输入输出。具体来说，连接端子t10是与回路部24的电源输入端t20连接的电源连接端子(电源连接部)。连接端子t11是与回路部24的信号输入输出端t21连接的信号连接端子。连接端子t12是与回路部24的接地端t22连接的接地连接端子。考虑到天线模块20设置在室外，因此优选该连接器部23使用符合ip(internationalprotection国际保护)标准或nema(nationalelectricalmanufacturersassociation国家电气制造商协会)标准等防水防尘标准的连接器部。

回路部24包括：收发部24a、信号处理部24b、无线部24c(无线信号处理部)、及收发切换部24d。回路部24接收从外部例如远程终端装置30经由连接器部23发送来的信号，并从天线25作为无线信号发送出去。除此以外，回路部24将对天线25接收到的无线信号进行处理后的信号，经由连接器部23向外部例如远程终端装置30发送。

收发部24a与外部例如远程终端装置30之间进行基于例如命令响应方式的通信。具体来说，收发部24a接收经由连接器部23发送来的来自外部的信号，例如接收从上位主系统40经由网络n2及远程终端装置30发送来的信号，并输出到信号处理部24b。收发部24a将从信号处理部24b输出的信号，例如应经由远程终端装置30及网络n2向上位主系统40发送的信号，经由连接器部23发送出去。

信号处理部24b对来自收发部24a的信号、或者来自无线部24c的信号进行预先规定的信号处理。具体来说，信号处理部24b对于来自收发部24a的信号进行同步处理、数据转换处理、通信协议的转换处理、加密处理、调制处理等。信号处理部24b对于来自无线部24c的信号进行解调处理、解密处理、通信协议的转换处理、数据转换处理、同步处理等。信号处理部24b也进行收发切换部24d的切换控制。

信号处理部24b包括：网关部f1、系统管理部f2(管理部)、主干路由器部f3(路由器部)、及无线通信处理部f4(无线信号处理部)。网关部f1使系统管理部f2和主干路由器部f3以能够通信地连接至远程终端装置30。网关部f1进行由系统管理部f2及主干路由器部f3输入输出的各种数据和由线缆cb或者远程终端装置30收发的各种数据的中转。

网关部f1将从收发部24a输出的数据加密并输出到主干路由器部f3，并将从主干路由器部f3输出的数据解密并输出到收发部24a。网关部f1进行此种加密是用于确保经由无线网络n1进行的无线通信的安全。

网关部f1能够根据来自外部的请求例如来自上位主系统40的请求将自身的信息输出到外部。作为从网关部f1输出的自身信息，举例如表示由收发部24a进行的通信次数的访问计数器值、表示动作状态的信息、表示发生异常的信息、设备标签等识别信息等。

系统管理部f2进行无线网络n1的管理。具体来说，系统管理部f2对无线现场设备10以及网关部f1及主干路由器部f3的通信资源(时隙及通信频道)的分配进行控制，实现基于经由无线网络n1的tdma进行无线通信。系统管理部f2进行是否使无线现场设备10进入无线网络n1的处理即加入处理。

系统管理部f2根据来自外部的请求例如来自上位主系统40的请求，能够将与无线现场设备10相关的信息输出到外部。作为与从系统管理部f2输出的无线现场设备10相关的信息，举例如表示与无线网络n1的连接状态的信息、表示电池寿命的信息、表示过程数据的到达程度的信息、表示per(packeterrorrate：包错误率)或rssi(receivedsignalstrengthindicator：接收信号强度)等通信品质的信息、无线现场设备10的自我诊断信息等诊断信息。也可以将上述与无线现场设备10相关的信息存储于网关部f1，由网关部f1根据来自外部的请求输出到外部。

主干路由器部f3形成无线网络n1。主干路由器部f3连接无线网络n1与网关部f1及系统管理部f2，并在无线网络n1与网关部f1及系统管理部f2之间进行收发数据的中转。主干路由器部f3对无线网络n1进行通知的发送处理。通知是指为了使无线现场设备10进入无线网络n1所需要的信息。主干路由器部f3也实现以上述无线通信标准isa100.11a为基准的无线通信。

无线通信处理部f4进行经由无线网络n1进行无线通信所需要的处理。无线通信处理部f4例如对来自主干路由器部f3的信号进行同步处理、调制处理等。无线通信处理部f4对来自无线部24c的信号进行解调处理、同步处理等。无线通信处理部f4还进行上述的收发切换部24d的切换控制。

无线部24c利用来自信号处理部24b的信号生成应从天线25发送的无线信号。无线部24c进行接收来自天线25的无线信号的处理。具体来说，无线部24c对来自信号处理部24b的信号进行同步处理、加密处理、频率转换处理等。无线部24c对来自天线25的无线信号进行频率转换处理、解密处理、同步处理等。

收发切换部24d在信号处理部24b的控制之下进行无线信号的收发切换。具体来说，收发切换部24d在无线信号的发送时以使无线部24c生成的无线信号输入天线25的方式切换无线信号的传送路径，在无线信号接收时以使天线25接收的无线信号输入无线部24c的方式切换无线信号的传送路径。

天线25连接于收发切换部24d，并发送来自收发切换部24d的无线信号。天线25接收经由无线网络n1发送来的无线信号，并输出到收发切换部24d。天线25只要是收纳在天线罩22内的小型天线即可，例如可以使用形成在基板上的微带天线。

天线模块20与无线现场设备10同样能够进行间歇动作等省电动作。天线模块20例如可以进行如下动作：在成为预先规定的无线通信时刻时解除休眠状态(低耗电状态)，在无线通信完成时移换到休眠状态。预先规定的无线通信时刻例如是天线模块20与无线现场设备10之间进行无线信号收发的时刻。或者，天线模块20可以进行如下动作：当回路部24的收发部24a接收到来自外部例如远程终端装置30的请求时解除休眠状态，当向外部返回了响应时移换到休眠状态。天线模块20的休眠状态是指除了收发部24a以外的回路部24的耗电降低的状态或者变为零的状态。

天线模块20根据外部的指示例如上位主系统40或图4所示的终端装置tm的指示，能够对与无线网络n1连接的无线现场设备10发送各种命令。作为从天线模块20向无线现场设备10发送的命令，举例如指示固件更新的命令、指示重启动的命令、指示获取设备信息的命令、指示电池使用量初始化的命令、指示获取日志的命令等。

〈天线模块中天线的安装位置〉

图3a、图3b、及图3c是用于说明基于本发明的第一实施方式的天线模块的天线安装位置的图。下面，为了使说明简单，以天线25在与框体21的轴正交的面、即图3a中的基准面p内无指向性的情况为例进行说明。

如图3a所示，基准面p与框体21的轴正交，包括天线25的供电点q。将以基准面p为基准的天线25的3db半值角设为θ，将框体21的外半径设为φ。天线25安装在如下位置：框体21的轴向上的供电点q与框体21之间的距离成为以下(3)式所示的最短距离l。

l＝φ×tanθ×α…(3)

在框体21的外径形状为圆筒形状的情况下，如图3b所示，框体21的外半径φ是从位于框体21的轴上的供电点q至框体21的外周的距离。相对于此，在框体21的外径形状为四棱筒形状的情况下，如图3c所示，框体21的外半径φ是通过位于框体21的轴上的供电点q的对角线的一半长度。

上述(2)式右边的变量α是表示考虑到机械制造误差等的余量的常数。也就是说，为了使从天线25放射的无线信号难以受到框体21的影响即不被框体21遮挡，而规定该变量α。具体来说，考虑从天线25放射的无线信号的放射角即相对于基准面p的角度的精度、框体21的制造精度、回路部24的制造精度等来确定变量α的值。变量α的值例如设定为“1.05”。在不考虑余量的情况下，即在α＝1的情况下，上述(3)式与上述(1)式及(2)式相等。

将天线25安装在上述位置是为了不对天线25的性能带来影响地尽量抑制不必要辐射。也就是说，若在供电点q与框体21之间的距离比上述最短距离l更短的位置安装天线25，则金属制成的框体21遮挡无线信号，导致天线25的性能降低。相对于此，若在供电点q与框体21之间的距离比上述最短距离l更长的位置安装天线25，则导致不必要辐射变大。因此，天线安装在上述位置。在不必要辐射允许的限度内，天线25也可安装在供电点q与框体21之间的距离比上述最短距离l稍长的位置。

〈应用前的设定方法〉

图4是用于说明基于本发明的第一实施方式的天线模块应用前的设定方法的图。在进行天线模块20的设定时，如图4所示，利用线缆cb1将天线模块20连接于转换适配器ap及电源bt，并且利用线缆cb2将转换适配器ap及电源bt连接于终端装置tm(外部设备)。也就是说，天线模块20在成为图1所示的应用状态之前，进行如图4所示的连接并进行各种设定。线缆cb1与图1所示的线缆cb相同，例如为以rs-485为基准的串行通信线缆等。线缆cb2例如是usb(universalserialbus通用串行总线)线缆。

转换适配器ap用于将终端装置tm连接在天线模块20并能够通信。该转换适配器ap例如是将以rs-485规定的电气规格和以usb规定的电气规格相互转换的适配器。此处所称的电气规格是osi参考模型中的物理层的电气规格。电源bt供给用于使天线模块20工作所必需的电力。在能够利用经由线缆cb2从终端装置tm供给的所谓总线电源即电力的情况下也可省略电源bt。

终端装置tm是用于进行天线模块20或无线现场设备10的设定的装置。作为该终端装置tm，可以使用具有能够连接线缆cb2(usb线缆)的usb端子的个人计算机。考虑到对于天线模块20的设定多在设置天线模块20的工厂现场即气田或油田等的井口或其周边进行，因此优选使用笔记本型或平板型个人计算机。

在进行了图4所示的连接的状态下，当操作者对终端装置tm进行操作并输入各种指示时，与输入的指示相应的设定信息的写入请求经由线缆cb2、转换适配器ap及线缆cb1的顺序发送到天线模块20。在天线模块20中，按照从终端装置tm发送来的写入请求，进行设定设定信息的处理。例如，将进入无线网络n1的无线现场设备10的设备信息、及与控制器31之间的连接设定信息等，设定在天线模块20的回路部24。

作为设定于天线模块20的无线现场设备10的设备信息，举例如以下信息。

·唯一分配给无线现场设备10的识别信息

·与无线现场设备10进行无线通信的通信周期或通信频度

·无线现场设备10的地址

·通信异常的判定值

·通信项目

作为设定于天线模块20的与控制器31之间的连接设定信息，举例如以下信息。

·用于识别控制器31的识别信息

·与控制器31进行通信时的通信率

·控制器31的地址

·通信格式

〈应用开始后的动作〉

当通过上述设定方法完成对天线模块20的设定时，从图4所示的线缆cb1卸下天线模块20，并利用线缆cb连接于远程终端装置30。如图1所示，天线模块20经由远程终端装置30及网络n2连接于上位主系统40。当设置于远程终端装置30的电源32的电力经由线缆cb向天线模块20供给时，如图5所示的时序图，从天线模块20的主干路由器部f3开始发送通知。

图5是用于说明基于本发明的第一实施方式的天线模块的应用开始后的动作的时序图。如图5所示，从天线模块20的主干路由器部f3定期发送通知(步骤s11)。当无线现场设备10接入电源时，无线现场设备10变为通知的待接收状态(发现(discovery)状态)。若从天线模块20发送来的通知被无线现场设备10接收，则从无线现场设备10向天线模块20发送加入无线网络n1的加入请求(进入请求)(步骤s12)。

若来自无线现场设备10的加入请求被天线模块20接收，则接收到的加入请求从主干路由器部f3传递到系统管理部f2。而且，在系统管理部f2中，进行是否使无线现场设备10进入无线网络n1的处理(加入处理)(步骤s13)。通过该加入处理，当对发送了加入请求的无线现场设备10进行认证时，表示允许进入无线网络n1的加入许可从系统管理部f2经由主干路由器部f3发送到无线现场设备10(步骤s14)。当接收到来自天线模块20的加入许可时，无线现场设备10成为进入到无线网络n1的状态。

当无线现场设备10进入无线网络n1时，在天线模块20与无线现场设备10之间进行通信，天线模块20进行从无线现场设备10获取过程数据、通信品质信息、及诊断信息的处理(步骤s15)。具体来说，获取过程数据的处理通过天线模块20的网关部f1来进行，获取通信品质信息及诊断信息的处理通过天线模块20的系统管理部f2来进行。由系统管理部f2获取的通信品质信息及诊断信息传递到网关部f1。因此，图5中简化图示，从无线现场设备10获取的数据及各种信息图示为输入到网关部f1。

当结束以上处理时，由网关部f1进行将从无线现场设备10获取的过程数据、通信品质信息及诊断信息转换为能够向控制器31发送的信号的处理(步骤s16)。在结束此种转换处理之后，若从控制器31向天线模块20发送上述信号的发送请求(request)(步骤s17)，则天线模块20的网关部f1将控制器31具有请求的信号向控制器31发送(步骤s18)。控制器31根据需要将从天线模块20发送来的信号向上位主系统40发送。

如以上所述，在本实施方式中，网关部f1、系统管理部f2及主干路由器部f3设置于天线模块20，因此能够由天线模块20自身实现：形成无线网络n1并进行管理的功能、及与网络n2连接的功能。因此，能够实现小型轻量且容易设置的天线模块。由于网关部f1、系统管理部f2及主干路由器部f3设置于天线模块20，因此与将上述各部分功能分别作为各个装置来实现的情况相比，能够实现低价且低耗电。在本实施方式中，天线模块20与无线现场设备10同样能够省电工作，因此能够进一步抑制耗电。

〔第二实施方式〕

图6是表示基于本发明的第二实施方式的天线模块的主要部分结构的框图。图6中，对于与图2所示的结构相同的结构标注相同符号。如图6所示，本实施方式的天线模块20省略了图2所示的天线模块20的系统管理部f2。

此种天线模块20适用于例如连接的无线现场设备10数量少，且不需要对无线现场设备10进行复杂的通信资源分配的控制的用途。本实施方式的天线模块20省略了系统管理部f2，因此例如预先固定与无线现场设备10进行通信所使用的通信资源，仅使用固定的通信资源进行通信。

在本实施方式中，网关部f1及主干路由器部f3设置于天线模块20，因此由天线模块20自身来实现：形成无线网络n1的功能、及与网络n2连接的功能。因此，能够实现小型轻量且容易设置的天线模块。在本实施方式中，与第一实施方式同样能够实现低价且低耗电。

〔第三实施方式〕

图7是示意地表示基于本发明的第三实施方式的天线模块的图。图7中，对于与图2及图6所示的结构相同的结构标注相同符号。上述第一、第二实施方式的天线模块20中，天线25收纳在设置于框体21的一端部的天线罩22中。相对于此，本实施方式的天线模块20中，天线25收纳在设置于框体21的两端部间即端部e1和端部e2之间的天线罩22。天线模块20包括两个连接器部23a、23b。

框体21包括两个框体21a、21b。上述框体21a、21b是与基于第一、第二实施方式的天线模块20的框体21同样例如由高刚性铝等刚性高的金属形成的圆筒状、多棱筒状等筒状的部件。框体21a、21b以覆盖回路部(省略图示)周围的方式收纳回路部。回路部既可以收纳在框体21a、21b中任一方，也可以收纳在框体21a、21b双方。为了满足基本安全防爆标准，上述框体21a、21b的内部也可填充树脂。

天线罩22是成形为圆环状或多棱环状的树脂制的部件，并具有与框体21a、21b的外径相同程度的外径。天线罩22配置在框体21a与框体21b之间，并在内部收纳天线25。该天线罩22与图2所示的天线罩22同样使天线25配置在框体21的外部，即以使框体21不覆盖天线25周围的方式来收纳天线25。

连接器部23a、23b与图2所示的连接器部23同样。也就是说，连接器部23a、23b包括与回路部连接的多个连接端子t10～t12。如此，设置两个连接器部23a、23b是为了能够从天线模块20的上方侧(端部e1侧)及下方侧(端部e2侧)这两侧连接线缆cb。连接器部23a、23b也可以省略任一个。

图8是用于说明基于本发明的第三实施方式的天线模块的天线安装位置的图。在本实施方式中，为了简化说明，以天线25在基准面p内无指向性的情况为例进行说明。如图8所示，基准面p与框体21(框体21a、21b)的轴正交，且包括天线25的供电点q。将以基准面p设为基准的天线25的3db半值角设为θ，将框体21的外半径设为φ。在框体21的外径形状为圆筒形状的情况下，外半径φ如图3b所示定义，在框体21的外径形状为四棱筒形状的情况下，外半径φ如图3c所示定义。

天线25安装在如下位置：框体21的轴向的供电点q与框体21a的端部e11之间的距离、及供电点q与框体21b的端部e12之间的距离成为上述(2)式所示的最短距离l。也就是说，在第一实施方式中，由于天线25收纳在设置于框体21的一端部的天线罩22中，因此考虑框体21的影响来确定天线25的安装位置。相对于此，在本实施方式中，由于天线25收纳在配置于框体21a与框体21b之间的天线罩22中，因此考虑框体21a、21b的影响来确定天线25的安装位置。只要在不必要辐射允许的限度内，天线25也可安装在供电点q与框体21a、21b中至少一个之间的距离比上述最短距离l稍长的位置。

本实施方式的天线模块20与第一、第二实施方式的天线模块20仅在天线25的安装位置及连接器部的数量上不同，而功能相同。因此，本实施方式的天线模块20中与第一、第二实施方式同样设置网关部f1及主干路由器部f3乃至系统管理部f2，因此由天线模块20自身实现：形成无线网络n1的功能、与网络n2连接的功能乃至管理无线网络n1的功能。因此，能够实现小型轻量且容易设置的天线模块，能够实现低价且低耗电。

以上，对基于本发明的数个实施方式的天线模块进行了说明，但本发明并不限于上述实施方式，在本发明的范围内能够自由改变。例如，在上述实施方式中，以在远程终端装置30设有电源32，并从远程终端装置30向天线模块20供给电力为例进行了说明。但是，也可在天线模块20设置电源。

在上述实施方式中，以网关部f1、系统管理部f2及主干路由器部f3设置于回路部24为例进行了说明。但是，上述网关部f1、系统管理部f2及主干路由器部f3不是必须设置于回路部24，例如也可在收纳于框体21的状态下设置于回路部24的外部。

本发明的天线模块也可如下表示。

一种天线模块，在经由无线网络进行无线信号收发的天线模块中，包括：

天线，进行无线信号的收发；

回路部，将从外部接收到的信号转换为无线信号，并从所述天线发送所述转换后的无线信号，将对所述天线接收到的无线信号进行处理而生成的信号向外部发送；

筒状的框体，以覆盖所述回路部周围的方式收纳所述回路部；

天线收纳部，设置在所述框体的一端部或两端部间，将所述天线以能够收发无线信号的方式收纳；

连接器部，与所述框体接合，且能够连接于与所述回路部进行信号收发的外部设备；

路由器部，对由所述回路部处理后的信号进行中转；

网关部，将所述路由器部与连接于所述连接器部的所述外部设备之间能够通信地连接起来。

在上述实施方式中，以进行基于isa100.11a的无线通信的无线设备为例进行了说明，但本发明也可适用于进行基于wirelesshart(注册商标)的无线通信的无线设备、进行基于wi-fi(注册商标)的无线通信的无线设备或者进行基于zigbee(注册商标)的无线通信的无线设备。在上述实施方式中，以在天线模块20连接作为外部设备的控制器31或终端装置tm为例进行了说明，但除了控制器31等，分布控制系统(dcs)、监控与数据采集系统(scada)、记录器等也可作为外部设备连接。