ダイバーシティアンテナの動的離調によるアンテナ効率向上

 

本発明は、概して、複数のアンテナを有するセルラー電話機に関する。本発明は、ダイバーシティ又はMIMOアンテナシステムにおける2つのアンテナが相互結合によってどのように相互作用するかに関する。相互結合は、2つのアンテナの接近、それらのアンテナパターン及び効率に起因する。システムの性能は、アンテナ間の相互結合を調節することで最適化可能である。主アンテナ及び副アンテナは、システム性能を向上させるためにそれぞれ「同調」及び「離調」されることが可能である。本発明において、主アンテナ及び副アンテナは、周波数同調のためにアンテナ開口において構成されたMEMSキャパシタを用いて独立に同調される。

 

 

本発明の実施形態は、概して、セルラー電話機のような装置であって、セルラー電話機がユーザの手に保持されたりユーザの頭に隣接したりするときに生じる容量の変化を補償するフィードバックシステムを備えた装置に関する。
携帯電話機のようなセルラー電話機は、日常生活をより簡単にする多くの望ましい特徴を有する。例えば、携帯電話機は、エンドユーザが利用する電子メール、テキストメッセージ、及び他のデータを受信することができる。さらに、携帯電話機は、携帯電話機から電子メール、テキストメッセージ、及び他のデータを送信することができる。携帯電話機は、典型的には、様々なセルラー電話機キャリアのうちの1つによって提供された無線ネットワークで動作する。携帯電話機に送信されるデータ及び携帯電話機から送信されるデータは、携帯電話機の構成要素及びアンテナのすべてをサポートするために、携帯電話機が増大する個数の周波数で動作することを必要とする。
3G及び4Gのセルラー電話システムは、MIMO(multiple-input multiple-output )アンテナのダイバーシティを必要とする。したがって、同時に同じ周波数で動作する少なくとも2つのアンテナが存在する。スマートフォン、タブレット、携帯型パーソナルホットスポット、及びノートブックコンピュータのようなモバイルデータプラットフォームにおいて、複数のアンテナを互いに物理的に分離するための十分な余地はない。これらの小型のプラットフォームにおいて、アンテナシステムは、アンテナ間の相互結合に起因する効率の劣化によって影響を受ける。従来、効率の劣化は、主アンテナから副アンテナを分離するために、副アンテナを離調することで対処された。副アンテナの分離は、主アンテナ及び副アンテナが固定されている場合には有効であるが、主アンテナ及び副アンテナが互いに入れかえ可能である現代的な装置では問題になっている。さらに、MIMOシステムでは、2つのアンテナ間により大きなバランスがあるときに最適性能が生じる可能性がある。
頭及び手がアンテナと干渉することにより装置の性能に影響する可能性があるので、電話機が手で保持されたり会話のために耳の近くに配置されたりするとき、MIMOアンテナシステムはさらに影響を受ける可能性がある。実際、アンテナ干渉が明確に文書化された問題であったある携帯電話機のリリースに際して、その携帯電話機に関して「あなたの持ち方が悪い」と言われたことがある。言いかえれば、単に電話を保持することによって、アンテナシステムの性能は悪化した。この現象は、頭から手への効果(head to hand effect)として呼ばれることがある。アンテナシステムの性能の問題は今日まで続いている。
変化するRF環境に適合させるために2つのアンテナを「同調」及び「離調」する能力を有することは、再び、全体のシステム性能を向上させる。
本発明は、概して、複数のアンテナを有するセルラー電話機に関する。本発明は、ダイバーシティ又はMIMOアンテナシステムにおける2つのアンテナが相互結合によってどのように相互作用するかに関する。相互結合は、2つのアンテナの接近、それらのアンテナパターン及び効率に起因する。システムの性能は、アンテナ間の相互結合を調節することで最適化可能である。主アンテナ及び副アンテナは、システム性能を向上させるためにそれぞれ「同調」及び「離調」されることが可能である。本発明において、主アンテナ及び副アンテナは、周波数同調のためにアンテナ開口において構成されたMEMSキャパシタを用いて独立に同調される。
一実施形態では、電子機器は、接地された第2の端部を有する第1のディジタル可変キャパシタの第1の端部に接続された第1のアンテナと、接地された第2の端部を有する第2のディジタル可変キャパシタの第1の端部に接続された第2のアンテナとを備えている。スイッチモジュールは上記第1のアンテナ及び上記第2のアンテナに接続され、RFフロントエンドは上記スイッチモジュールに接続されている。ベースバンドプロセッサは、1つ又は複数の制御線により、上記RFフロントエンド、上記スイッチモジュール、上記第1のディジタル可変キャパシタ、及び上記第2のディジタル可変キャパシタに接続されている。上記ベースバンドプロセッサは、上記スイッチモジュール及び上記第1及び第2のディジタル可変キャパシタにコマンドを送るように適合されている。上記第1及び第2のディジタル可変キャパシタは、上記第1及び第2のアンテナを同調又は離調するコマンドを受ける。
もう1つの実施形態では、電子機器は、2つ以上のアンテナと、第1の端部において上記2つ以上のアンテナに接続され、第2の端部において接地されている2つ以上のディジタル可変キャパシタとを備えている。少なくとも1つのスイッチモジュールは上記2つ以上のアンテナに接続され、RFフロントエンドは、上記少なくとも1つスイッチモジュールに接続されている。ベースバンドプロセッサは、1つ又は複数の制御線により、上記RFフロントエンド、上記少なくとも1つのスイッチモジュール、及び上記2つ以上のディジタル可変キャパシタに接続されている。上記ベースバンドプロセッサは、上記少なくとも1つスイッチモジュール及び上記2つ以上のディジタル可変キャパシタにコマンドを送るように適合されている。上記2つ以上のディジタル可変キャパシタは、上記2つ以上のアンテナを同調又は離調するコマンドを受ける。
もう1つの実施形態では、電子機器は、第1のMEMSディジタル可変キャパシタの第1の端部に接続された第1の開口同調アンテナを備え、上記第1の開口同調アンテナは上記電子機器の第1の端部に配置されている。上記第1のMEMSディジタル可変キャパシタの第2の端部は接地されている。第2の開口同調アンテナは第2のMEMSディジタル可変キャパシタの第1の端部に接続され、上記第2の開口同調アンテナは上記電子機器の第1の端部の反対側における上記電子機器の第2の端部に配置されている。上記第2のMEMSディジタル可変キャパシタの第2の端部は接地されている。転送スイッチは上記第1の開口同調アンテナ及び上記第2の開口同調アンテナに接続され、上記転送スイッチは、上記第1の開口同調アンテナ及び上記第2の開口同調アンテナの間で主アンテナ及び副アンテナを選択するように適合されている。上記主アンテナ及び上記副アンテナは互いに入れかえ可能である。RFフロントエンドは上記転送スイッチに接続されている。
一実施形態に係る携帯電話機の等距離図である。 一実施形態に係るディジタル可変キャパシタの上面の概略図である。 一実施形態に係るディジタル可変キャパシタの断面の概略図である。 開口同調アンテナを有するアンテナシステムの概略図である。 インピーダンス同調アンテナを有するアンテナシステムの概略図である。 開口同調アンテナ及びインピーダンス同調アンテナの組み合わせを有するアンテナシステムの概略図である。 一実施形態に係る4×4MIMOアンテナシステムの概略図である。 一実施形態に係るよりアンテナ構成の概略図である。
本発明の前述の特徴が詳細に理解可能になるように、上で簡単に概要を述べた本発明について、実施形態を参照してより具体的に説明する。実施形態のうちの一部を添付の図面に図示する。しかしながら、添付の図面は、本発明の典型的な実施形態のみを示すものであり、従って、その範囲を限定するように考えるべきではなく、本発明は他の同様に有効な実施形態を包含する可能性があるということに注意する。
理解の簡単化のために、可能な場合には、複数の図面にわたって共通の同じ構成要素を示すために、同じ参照番号が使用されている。ある実施形態で開示した構成要素は、特に言及していなくても他の実施形態でも有益に利用可能であることを意図している。
本発明は、概して、複数のアンテナを有するセルラー電話機に関する。本発明は、ダイバーシティ又はMIMOアンテナシステムにおける2つのアンテナが相互結合によってどのように相互作用するかに関する。相互結合は、2つのアンテナの接近、それらのアンテナパターン及び効率に起因する。システムの性能は、アンテナ間の相互結合を調節することで最適化可能である。主アンテナ及び副アンテナは、システム性能を向上させるためにそれぞれ「同調」及び「離調」されることが可能である。本発明において、主アンテナ及び副アンテナは、周波数同調のためにアンテナ開口において構成されたMEMSキャパシタを用いて独立に同調される。
図1の携帯電話機の図のような携帯用の無線周波装置に一体化されることに適した小型アンテナは、典型的には、移動体装置の上側又は後側に設けられ、装置はアンテナのアクティブなカウンターポールとして動作する。そのような小型アンテナは、典型的には、(平坦な)逆F型アンテナ、すなわち(P)IFAのような形式を用いて、簡単なモノポールアンテナの変形例として設計される。そのようなアンテナのパターンは、その放射特性を維持しながら装置の機械的制約に適合するように変化させられることが可能である。
図2Aは、一実施形態に係るディジタル可変キャパシタ(DVC)200の概略図である。DVC200は複数のキャビティ202を含む。1つのキャビティ202のみを詳細に示しているが、各キャビティ202は同様の構成を有してもよく、ただし、各キャビティ202の容量は異なっていてもよいことが理解されるべきである。
各キャビティ202は、RFコネクタ/ハンダバンプ206に接続されたRF電極204を有する。さらに、各キャビティ202は、1つ又は複数のプルイン電極208及び1つ又は複数の接地電極210を有する。スイッチング素子212(2個を示す)は、電極204、208、及び210上に配置される。実際、スイッチング素子212は、接地電極210に電気的に接続される。スイッチング素子212は、プルイン電極208に供給される電流に電気的に起因して、RF電極204に対して様々な間隔になるように移動可能である。
図2BはMEMS装置214の概略図である。MEMS装置214は、電極204、208、210、及びスイッチング素子212を含む。スイッチング素子212は、キャビティ200に配置され、RF電極204に近い位置(Cmax位置という)と、プルアップ電極216に隣接した離れた位置(Cmin位置という)とから可動である。キャビティ200内のスイッチング素子212の位置は、特定のキャビティの容量を決定する。DVCにおいてMEMS装置を使用することによって、アンテナは、本明細書で議論するように同調可能である。
本明細書で説明した技術は、2つよりも多いアンテナを有するMIMO又は複数アンテナシステムに適用可能である。簡単化のために、本概念は2つのアンテナを用いて説明される。システム内のアンテナのすべては、アンテナの開口においてMEMSに基づいた可変キャパシタを使用して同調可能である。さらに、アンテナ間の相互結合は、全体的なシステム性能を向上させるようにアンテナの同調状態を選択することで変更可能である。本明細書に議論される実施形態は、主アンテナ及び副アンテナを互いに入れかえることができるアンテナシステムにも等しく適用可能である。
図3は、一実施形態に係る、2×2MIMOシステムにおける主アンテナ及び副アンテナを有するアンテナシステム300の概略図を示す。アンテナシステム300は、第1のアンテナ318及び第2のアンテナ320を有し、これらの両方はスイッチングモジュール322に接続される。アンテナシステム300において、第1のアンテナ318及び第2のアンテナ320は開口同調アンテナ(aperture tuned antenna)である。第1のアンテナ318は、接地面を介して接地される第2の端部を有する第1のDVC324の第1の端部に接続される。第2のアンテナ320は、接地面を介して接地される第2の端部を有する第2のDVC326の第1の端部に接続される。スイッチングモジュール322はRFフロントエンド328に接続される。主経路323a及び副経路323bは、スイッチングモジュール322及びRFフロントエンド328の間に延在する。ベースバンドプロセッサ330は、図3において破線で表される1つ又は複数の制御線により、RFフロントエンド328、スイッチングモジュール322、第1のDVC324、及び第2のDVC326に接続される。
ベースバンドプロセッサ330は、スイッチングモジュール322及びDVC324、326にコマンドを送る。スイッチングモジュール322は、第1のアンテナ318及び第2のアンテナ320を主アンテナ及び副アンテナとして選択することを可能にする。第1のアンテナ318及び第2のアンテナ320のいずれが主アンテナになってもよい。主アンテナ及び副アンテナは互いに入れかえ可能であり、これらは、どちらのアンテナ318及び320が最良の信号品質で受信しているかに基づいて、主経路323a及び副経路323bの間で双方向に入れかえ可能である。スイッチングモジュール322は、ベースバンドプロセッサ330からの制御信号に応じて、後続の主経路323a及び副経路323bの間でアンテナ318及び320を互いに入れかえる。スイッチングモジュール322は転送スイッチであってもよい。DVC324及び326は、ベースバンドプロセッサ330から受信された制御信号に応じて、動作帯域について、それらの各アンテナ318及び320を同調又は離調するコマンドを受ける。DVC324及び326は、アンテナ318及び320の周波数を変化させることによって、アンテナ318及び320の同調又は離調を行う。アンテナ318及び320を同調又は離調するためにDVC324及び326を使用することは、アンテナ318及び320を互いに効果的に分離する。DVC324及び326はMEMSのDVCであってもよい。第1のDVC324及び第2のDVC326は同じ容量範囲を有してもよく、又は、第1のDVC324及び第2のDVC326は異なる容量範囲を有してもよい。第1のDVC324及び第2のDVC326が異なる容量範囲を有する場合、これらのDVCが重複する容量を有する限り、アンテナ318及び320は同じ周波数帯上で同調可能である。このことは、アンテナ318及び320が主アンテナ及び副アンテナのいずれかとして使用されることを可能にする。主経路323a及び副経路323bは逆にされてもよく、この場合、副経路は経路323aになり、主経路は経路323bになる。さらに、経路323a、323bが電流又は信号の流れを容易にすることができる電気的な相互接続又は他の同様の電気的な接続であってもよいことは理解されるべきである。
図3に示すように、第1のアンテナ318及び第2のアンテナ320の間隔は、互いにかなり近接している。この小さな分離はアンテナ間の高い相互結合をもたらし、それによって、両方のアンテナの効率を低減させる可能性がある。アンテナが互いに非常に強く接続されれば、システム効率は低下する。相互結合は、特に小型の電子機器では、多数の方法で発生する可能性がある。一部の電子機器において、2つのアンテナ間で適切な間隔を設けるための十分な空間が装置内に存在しない可能性がある。このことは、同じ空間を同時に同じ周波数で本質的に占有するアンテナをもたらし、その結果、より強い相互結合をもたらし、正確に同じエネルギーを争うアンテナをもたらす可能性がある。アンテナが互いに装置の反対側の端部に位置しても、アンテナの間隔はなお、適切に互いに十分に遠隔していないかもしれない。
相互結合は、同じ空間で同時に同じ電流モードを使用しようとする2つのアンテナから発生する可能性もある。両方のアンテナが同調可能であるので、これらのアンテナは、同様の性能を有するように同調されてもよく、又は、一方のアンテナを他方のアンテナより有利にするために、異なる性能を有するように同調されてもよい。両方のアンテナの性能を同時に一致させようとすることは、より強い相互結合をもたらす。さらに、両方のアンテナは本質的に、同じ周波数で同じ電流モードを駆動しているので、アンテナシステムは、電力が2つの異なるポートに分配されているただ1つのアンテナ構造物が存在するかのように動作してもよい。このことは、正確に同じエネルギーを争う2つのアンテナをもたらし、この場合、単一のポートに2倍の電力が入力されるのではなく、電力の半分が各ポートに入る。アンテナを互いに分離することは、アンテナ間の相互結合を低減させる助けとなる可能性がある。
第1のアンテナ318及び第2のアンテナ320を効果的に分離するために、一方のアンテナが離調されてもよい。DVC324及び326を異なる周波数へ同調又は離調することは、アンテナ318及び320の分離をもたらし、このことはさらに、より高いシステム効率をもたらす。一例は、主アンテナを最高効率で同調し、副アンテナを、相互結合を低減させるように「離調」し、それにより合計のシステム性能を改善することである。例えば、第1のアンテナ318が主経路323aに後続する主アンテナとして選択され、第2のアンテナ320が副経路323bに後続する副アンテナとして選択されている場合、第2のDVC326は、副アンテナ320を離調し、アンテナ318及び320を互いに効果的に分離するために使用可能である。副アンテナを離調することは、向上した性能を有する主アンテナをもたらす可能性がある。スイッチモジュール322は、どちらのアンテナが所定の時間に最良の信号品質で受信しているかに基づいて、主アンテナ及び副アンテナを互いに入れかえることができる。一実施形態では、第2のアンテナ320は、第1のアンテナ318より良好な信号を受信している可能性がある。その後、第2のアンテナ320は、主経路323aに後続するように選択され、第1のアンテナ318は副経路323bに後続するように選択される。スイッチモジュール322が主アンテナ及び副アンテナを互いに入れかえる場合、両方のアンテナ318及び320はなお同調又は離調されることが可能である。
アンテナ318及び320を主アンテナ及び副アンテナとして動作させることの間で容易に切り換えできることは、頭から頭への効果を緩和することに特に有用である。ユーザが彼らの手にセルラー電話機を保持している場合、ユーザは、アンテナのうちの少なくとも1つに干渉するように電話をつかんでいる可能性があり、これにより、アンテナの受信側の信号を低下させる、及び/又は、DVC324及び326の容量を変化させる可能性がある。電話機又は電子機器は、両方のアンテナ318及び320の受信信号の強度を決定することができる。頭から手への効果は、どちらのアンテナがその時に最良の信号品質を有するのかに依存して、主経路323a及び副経路323bの間でアンテナ318及び320の転送スイッチングを行うことによって緩和される。主アンテナは信号の送受信の両方を行うことができ、副アンテナは信号の受信のみを行うことができる。主アンテナ及び副アンテナの両方は、正確に同じ周波数で同時に信号を受信し、DVC324及び326は同じ周波数において同時に動作し、このことはより強い相互結合をもたらす可能性がある。両方のアンテナ318及び320の信号品質が決定可能になるので、アンテナシステム300は、より高い信号品質を有するアンテナを主アンテナとして切り換えることができる。その後、最適な効率を実現するアンテナの同調又は離調に必要な場合、DVC324及び326の周波数は調整されてもよい。両方のアンテナ318及び320が同じ周波数範囲にわたり同調可能であるので、いずれのアンテナが主アンテナ及び副アンテナであってもよい。
頭から手への効果を緩和するために、一方のアンテナが最初に、主経路323aに後続する主アンテナとして選択され、他方のアンテナが最初に、副経路323bに後続する副アンテナとして選択される。いずれのアンテナ318及び320が主アンテナ及び副アンテナとして選択されてもよい。あるアンテナが主アンテナとして動作し、受信信号の強度が予め決められた値又はしきい値未満に低下したとき、受信信号が副アンテナにおいてより良好であるか否かを決定するために、当該アンテナは主経路及び副経路を一時的に切り換える。アンテナ経路を切り換えることは、ベースバンドプロセッサから受信された制御信号に応じてスイッチングモジュールにより達成される。切り換えの結果、受信信号がより大きくなった場合、元の指定された副アンテナは主経路にとどまって主アンテナになり、元の指定された主アンテナは副経路にとどまって副アンテナになる。その後、DVC324及び326は、アンテナを分離してシステム性能を向上させるために、新たに指定された主アンテナ及び副アンテナを同調又は離調するように使用されてもよい。
一実施形態では、一方のアンテナは電子機器の上部に位置し、他方のアンテナは電子機器の下部に位置する。ユーザが電子機器の下部をつかむならば、上部アンテナが主アンテナになり、下部アンテナが副アンテナになる。ユーザが電子機器の上部をつかむならば、下部アンテナが主アンテナになり、上部アンテナが副アンテナになる。アンテナは、装置の上部又は下部に配置されることに限定されず、装置の側部に配置されてもよい。
システム効率を低下させる可能性があるもう1つの問題は、信号対雑音比が高性能MIMOにアクセスするために十分な高さをもたない場合に生じる。信号対雑音比を増大させるために、第1のアンテナ318及び第2のアンテナ320は同じ周波数に同調される。その後、2つのアンテナ318及び320のどちらがより良好な信号品質を有するかが決定可能になる。その後、より良好な信号品質を有するアンテナは主アンテナとして指定され、周波数は変化しない。より低い信号品質を有するアンテナは副アンテナとして指定され、新たな周波数に離調される。このことは、主アンテナから副アンテナを完全に分離し、その結果、より良好な信号対雑音比及びより高いシステム効率をもたらす。
図4は、2×2MIMOシステムにおける主アンテナ及び副アンテナを有するアンテナシステム400のもう1つの実施形態を示す。アンテナシステム400は、どちらのアンテナが所定の時間により良好な信号品質で受信しているかに基づいて、RFフロントエンドへの後続する主経路及び副経路の間でアンテナが双方向に切り換え可能であるという点で、アンテナシステム300と同様の方法で動作する。アンテナシステム400は、アンテナを同調又は離調するためにDVCを用いることによってアンテナを互いに分離することができる。アンテナシステム400は、第1のアンテナ418及び第2のアンテナ420が開口同調アンテナではなくインピーダンス同調アンテナ(impedance tuned antenna)である点で、アンテナシステム300とは異なる。
アンテナシステム400は、第1のアンテナ418及び第2のアンテナ420を有し、これらの両方はスイッチングモジュール422に接続される。アンテナシステム400において、第1のアンテナ418及び第2のアンテナ420はインピーダンス同調アンテナである。第1のアンテナ418は第1のDVC432の第1の端部に接続され、第1のDVC432の第2の端部は接地面を介して接地される。第2のアンテナ420は第2のDVC434の第1の端部に接続され、第2のDVC434の第2の端部は接地面を介して接地される。スイッチングモジュール422はRFフロントエンド428に接続される。主経路423a及び副経路423bは、スイッチングモジュール422及びRFフロントエンド428の間に延在する。ベースバンドプロセッサ430は、図4において破線で表される1つ又は複数の制御線により、RFフロントエンド428、スイッチングモジュール422、第1のDVC432、及び第2のDVC434に接続される。
ベースバンドプロセッサ430は、スイッチングモジュール422及びDVC432、434にコマンドを送る。スイッチングモジュール422は、第1のアンテナ418及び第2のアンテナ420を主アンテナ及び副アンテナとして選択することを可能にする。第1のアンテナ418及び第2のアンテナ420のいずれが主アンテナになってもよい。主アンテナ及び副アンテナは互いに入れかえ可能であり、これらは、どちらのアンテナ418及び420が最良の信号品質で受信しているかに基づいて、主経路423a及び副経路423bの間で双方向に入れかえ可能である。スイッチングモジュール422は、ベースバンドプロセッサ430からの制御信号に応じて、後続の主経路323a及び副経路423bの間でアンテナ418及び420を互いに入れかえる。スイッチングモジュール422は転送スイッチであってもよい。DVC432及び434は、動作帯域について、それらの各アンテナを同調又は離調するコマンドを受ける。DVC342及び434は、アンテナ418及び420の周波数を変化させることによって、アンテナ418及び420の同調又は離調を行う。DVC432及び434はMEMSのDVCであってもよい。第1のDVC432及び第2のDVC434は同じ容量範囲を有してもよく、又は、第1のDVC432及び第2のDVC434は異なる容量範囲を有してもよい。第1のDVC432及び第2のDVC434が異なる容量範囲を有する場合、これらのDVCが重複する容量範囲を有する限り、アンテナ418及び420は同じ周波数帯上で同調可能である。このことは、アンテナ418及び420が主アンテナ及び副アンテナのいずれかとして使用されることを可能にする。主経路423a及び副経路423bは逆にされてもよく、この場合、副経路は経路423aになり、主経路は経路423bになる。さらに、経路423a、423bが電流又は信号の流れを容易にすることができる電気的な相互接続又は他の同様の電気的な接続であってもよいことは理解されるべきである。
図5は、2×2MIMOシステムにおける主アンテナ及び副アンテナを有するアンテナシステム500のもう1つの実施形態を示す。アンテナシステム500は、どちらのアンテナが所定の時間により良好な信号品質で受信しているかに基づいて、RFフロントエンドへの後続する主経路及び副経路の間でアンテナが双方向に切り換え可能であるという点で、アンテナシステム300と同様の方法で動作する。アンテナシステム500は、アンテナを同調又は離調するためにDVCを用いることによってアンテナを互いに分離することができる。アンテナシステム500は、アンテナシステム500が開口同調アンテナ及びインピーダンス同調アンテナの組み合わせである点で、アンテナシステム300及び400とは異なる。このことは、アンテナシステム500において4つのDVC524、526、532、534を利用することで達成される。
アンテナシステム500は、第1のアンテナ518及び第2のアンテナ520を有し、これらの両方はスイッチングモジュール522に接続される。スイッチングモジュール522はRFフロントエンド528に接続される。主経路523a及び副経路523bは、スイッチングモジュール522及びRFフロントエンド528の間に延在する。アンテナシステム500は、開口同調アンテナ及びインピーダンス同調アンテナの組み合わせとして構成される。第1のアンテナ518は第1のDVC524の第1の端部に接続され、第1のDVC524の第2の端部は接地面を介して接地される。第2のアンテナ520は第2のDVC526の第1の端部に接続され、第2のDVC526の第2の端部は接地面を介して接地される。第1のDVC524及び第2のDVC526は、アンテナシステム500の開口同調部分を備え、アンテナシステム300の第1のDVC324及び第2のDVC326に対応する。第1のアンテナ518はさらに第3のDVC532の第1の端部に接続され、第3のDVC532の第2の端部は接地される。第4のアンテナ520はさらに第4のDVC534の第1の端部に接続され、第4のDVC534の第2の端部は接地される。第3のDVC532及び第4のDVC534は、アンテナシステム500のインピーダンス同調部分を備え、アンテナシステム400の第1のDVC432及び第2のDVC434に対応する。
アンテナシステム500はベースバンドプロセッサ530も備え、ベースバンドプロセッサ530は、図5において破線で表される1つ又は複数の制御線により、RFフロントエンド528、スイッチングモジュール522、第1のDVC524、第2のDVC526、第3のDVC532、及び第4のDVC534に接続される。ベースバンドプロセッサ530は、スイッチングモジュール522及びDVC524、526、532、534にコマンドを送る。スイッチングモジュール522は、第1のアンテナ518及び第2のアンテナ520を主アンテナ及び副アンテナとして選択することを可能にする。第1のアンテナ518及び第2のアンテナ520のいずれが主アンテナになってもよい。主アンテナ及び副アンテナは互いに入れかえ可能であり、これらは、どちらのアンテナ518及び520が最良の信号品質で受信しているかに基づいて、主経路523a及び副経路523bの間で双方向に入れかえ可能である。スイッチングモジュール522は、ベースバンドプロセッサ530からの制御信号に応じて、後続の主経路523a及び副経路523bの間でアンテナ518及び520を互いに入れかえる。スイッチングモジュール522は転送スイッチであってもよい。DVC524、526、532、及び534は、ベースバンドプロセッサ530からの制御信号に応じて、動作帯域について、それらの各アンテナを同調又は離調するコマンドを受ける。DVC524、526、532、及び534は、アンテナ518及び520の周波数を変化させることによって、アンテナ518及び520の同調又は離調を行う。DVC524、526、532、及び534はMEMSのDVCであってもよい。DVC524、526、532、534は同じ容量範囲を有してもよく、又は、DVC524、526、532、534は異なる容量範囲を有してもよい。DVC524、526、532、及び534が異なる容量範囲を有する場合、これらの容量範囲がオーバーラップする限り、アンテナ518及び520は同じ周波数帯上で同調可能である。このことは、アンテナ518及び520が主アンテナ及び副アンテナのいずれかとして使用されることを可能にする。主経路523a及び副経路523bは逆にされてもよく、この場合、副経路は経路523aになり、主経路は経路523bになる。さらに、経路523a、523bが電流又は信号の流れを容易にすることができる電気的な相互接続又は他の同様の電気的な接続であってもよいことは理解されるべきである。
図6は、もう1つの実施形態に係る、4つのアンテナを備えるアンテナシステム600を示す。アンテナシステム600は、どちらのアンテナが所定の時間により良好な信号品質で受信しているかに基づいて、RFフロントエンドへの後続する主経路及び副経路の間でアンテナが双方向に切り換え可能であるという点で、アンテナシステム300と同様の方法で動作する。アンテナシステム600は、アンテナを同調又は離調するためにDVCを用いることによってアンテナを互いに分離することができる。
アンテナシステム600は、第1のアンテナ636、第2のアンテナ638、第3のアンテナ640、及び第4のアンテナ642を含む。第1のアンテナ636は第1のDVC644の第1の端部に接続され、第1のDVC644の第2の端部は接地面を介して接地される。第2のアンテナ638は第2のDVC646の第1の端部に接続され、第2のDVC646の第2の端部は接地面を介して接地される。第3のアンテナ640は第3のDVC648の第1の端部に接続され、第3のDVC648の第2の端部は接地面を介して接地される。第4のアンテナ642は第4のDVC650の第1の端部に接続され、第4のDVC650の第2の端部は接地面を介して接地される。第1のアンテナ636及び第2のアンテナ638は第1のスイッチングモジュール652に接続される。第3のアンテナ640及び第4のアンテナ642は第2のスイッチングモジュール654に接続される。第1のスイッチングモジュール652は第3のスイッチングモジュール656に接続され、第2のスイッチングモジュール654は第4のスイッチングモジュール658に接続される。第3のスイッチングモジュール656及び第4のスイッチングモジュール658は、RFフロントエンド628に接続されている。アンテナシステム600はベースバンドプロセッサ630も含む。ベースバンドプロセッサは、図6において破線で表される複数の制御線により、RFフロントエンド628、4つのDVC644、646、648、650、及び4つのスイッチングモジュール652、654、656、658に接続される。
ベースバンドプロセッサ630は、スイッチングモジュール652、654、656、658及びDVC644、646、648、650にコマンドを送る。DVC644、646、648、650はMEMSのDVCであってもよい。スイッチングモジュール652、654、656、658は転送スイッチであってもよい。スイッチングモジュール652、654、656、658は、4つの同調可能なアンテナ636、638、640、642の間で主アンテナ及び副アンテナの選択を可能にしてもよい。主アンテナ及び副アンテナは互いに入れかえ可能であり、これらは、どのアンテナ636、638、640、642が最良の信号品質を受信しているかに基づいて、最適な使用について、4つのアンテナ間で互いに入れかえ可能である。DVC644、646、648、650は、動作帯域について、それらの各アンテナを同調又は離調するコマンドを受ける。DVC644、646、648、650は、アンテナ636、638、640、642の周波数を変化させることによって、アンテナ636、638、640、642の同調又は離調を行う。DVC644、646、648、650は同じ容量範囲を有してもよく、又は、DVC644、646、648、650は異なる容量範囲を有してもよい。DVC644、646、648、650が異なる容量範囲を有する場合、これらの容量範囲がオーバーラップする限り、アンテナ636、638、640、642は同じ周波数帯上で同調可能である。このことは、アンテナ636、638、640、642が主アンテナ及び副アンテナのいずれかとして使用されることを可能にする。アンテナシステム600は、開口同調アンテナ及び/又はインピーダンス同調アンテナの任意の組み合わせを使用してもよい。
アンテナシステム600は、アンテナシステム300を4×4MIMOシステムに拡張したものであってもよい。4×4MIMOシステムの一実施形態において、主経路及び副経路は存在せず、4つのアンテナ636、638、640、642への各経路は等しく扱われ、システムは、最良の信号対雑音比をもたらす組み合わせを発見しようとする。スイッチモジュール652、654、656、658の構成は、ある組み合わせが他の組み合わせよりも良好に働くように、十分に大きな個数の組み合わせを可能にする。
アンテナシステム600は2×4MIMOシステムであってもよい。2×4MIMOシステムにおいて、2つの送信チャネル及び4つの送信チャネルが存在する。送受信の両方を行う2つの経路は主アンテナと考えられ、受信のみを行う2つの経路は副アンテナと考えられる。スイッチングモジュール652、654、656、658は、アンテナシステム300に関して上で議論したものと同様の方法で、どのアンテナがより良好な信号品質を有するかに基づいて、システムが4つのアンテナ636、638、640、642を好ましい経路へ入れかえることを可能にする。
図7は、一実施形態に係る、電子機器における開口同調アンテナ構成700の概略図である。図1の携帯電話機は、アンテナ構成700のように構成されたアンテナを有してもよい。アンテナシステム700は、どのアンテナが所定の時間により良好な信号品質で受信しているかに基づいて、RFフロントエンドへの後続する主経路及び副経路の間でアンテナが双方向に切り換え可能であるという点で、先のアンテナシステム300と同様の方法で動作する。アンテナシステム700は、アンテナを同調又は離調するためにDVCを用いることによってアンテナを互いに分離することができる。
図7に示すように、アンテナ718及びアンテナ720は両方とも、MEMSに基づいたディジタル可変キャパシタ724及び726を用いた開口同調アンテナである。アンテナ718及びアンテナ720は、主アンテナ及び副アンテナとして互いに入れかえ可能であるように設計されている。転送スイッチ721は、いずれかのアンテナが、RFフロントエンドの適切な部分への接続をルーティングする主部723a又は副部723bとして使用されることを可能にする。プラットフォームの寸法(サイズ)は、アンテナ間の分離距離が波長に関して小さい(<0.2波長)ようにされる。この小さな分離は、アンテナ間の相互結合が高く、それによって、両方のアンテナの効率を低減させることを意味する。両方のアンテナは、全体的なシステム性能を向上させるために独立して同調可能である。どちらのアンテナ718及び720が最良の信号品質で受信しているかに基づいて、主経路7263a及び副経路723bを互いに入れかえて主アンテナ及び副アンテナを互いに入れかえることによって、アンテナ構成700は、全体的なシステム性能を向上させるようにアンテナ718及び720を同調又は離調することができる。
以上に説明したアンテナシステムは、2つ以上のアンテナ間の相互結合を減少させることに成功する。アンテナシステムは、より高いシステム効率を実現するように同調又は離調されることが可能であり、広範囲の周波数にわたってアンテナの周波数を制御することができる。アンテナシステムは、どのアンテナが所定の時間に最良の信号品質を有しているかに基づいて、主アンテナ及び副アンテナを互いに入れかえることができる。さらに、アンテナシステムは、頭から手への効果を緩和し、2つのアンテナ間のより良好なバランスに起因して最適な性能を実現することができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の基本的な範囲から離れることなく、本発明の他の実施形態及び別の実施形態を実施することもできる。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって決まる。



  1. 2つ以上のアンテナと、
    第1の端部において上記2つ以上のアンテナに接続され、第2の端部において接地されている2つ以上のディジタル可変キャパシタと、
    上記2つ以上のアンテナに接続された少なくとも1つのスイッチモジュールと、
    上記少なくとも1つスイッチモジュールに接続されたRFフロントエンドと、
    1つ又は複数の制御線により、上記RFフロントエンド、上記少なくとも1つのスイッチモジュール、及び上記2つ以上のディジタル可変キャパシタに接続されたベースバンドプロセッサとを備えた電子機器であって、
    上記ベースバンドプロセッサは、上記少なくとも1つスイッチモジュール及び上記2つ以上のディジタル可変キャパシタにコマンドを送るように適合され、
    上記2つ以上のディジタル可変キャパシタは、上記2つ以上のアンテナを同調又は離調するコマンドを受ける電子機器。

  2. 上記2つ以上のアンテナは4つのアンテナである請求項1記載の電子機器。

  3. 上記2つ以上のディジタル可変キャパシタは4つのディジタル可変キャパシタである請求項1記載の電子機器。

  4. 上記少なくとも1つスイッチモジュールは4つのスイッチモジュールである請求項1記載の電子機器。

  5. 上記2つ以上のアンテナは4つのアンテナであり、上記少なくとも1つスイッチモジュールは4つのスイッチモジュールである請求項1記載の電子機器。

  6. 上記4つのアンテナのうちの2つは信号を送受信するように適合され、上記4つのアンテナのうちの他の2つは信号を受信することのみに適合されている請求項5記載の電子機器。

  7. 上記ベースバンドプロセッサは、信号を送受信するように適合された上記2つのアンテナと、信号を受信することのみに適合された上記2つのアンテナとを、どちらのアンテナがより良好な信号品質を有するかに基づいて互いに入れかえるように適合されている請求項6記載の電子機器。

  8. 上記2つ以上のディジタル可変キャパシタはMEMSディジタル可変キャパシタである請求項1記載の電子機器。

  9. 上記2つ以上のアンテナは2つのアンテナであり、上記2つ以上のディジタル可変キャパシタは4つのディジタル可変キャパシタである請求項1記載の電子機器。

  10. 上記2つのアンテナは、開口同調アンテナ及びインピーダンス同調アンテナの組み合わせである請求項9記載の電子機器。

  11. 上記2つ以上のアンテナは2つのアンテナである請求項1記載の電子機器。

  12. 上記2つのアンテナはインピーダンス同調アンテナである請求項11記載の電子機器。

  13. 上記2つのアンテナは開口同調アンテナである請求項11記載の電子機器。

  14. 上記2つ以上のディジタル可変キャパシタは異なる容量範囲を有し、上記異なる容量範囲は重複している請求項1記載の電子機器。

  15. 第1の開口同調アンテナと、第2の開口同調アンテナと、転送スイッチと、RFフロントエンドとを備えた電子機器であって、
    上記第1の開口同調アンテナは第1のMEMSディジタル可変キャパシタの第1の端部に接続され、上記第1の開口同調アンテナは上記電子機器の第1の端部に配置され、上記第1のMEMSディジタル可変キャパシタの第2の端部は接地され、
    上記第2の開口同調アンテナは第2のMEMSディジタル可変キャパシタの第1の端部に接続され、上記第2の開口同調アンテナは上記電子機器の第1の端部の反対側における上記電子機器の第2の端部に配置され、上記第2のMEMSディジタル可変キャパシタの第2の端部は接地され、
    上記転送スイッチは上記第1の開口同調アンテナ及び上記第2の開口同調アンテナに接続され、上記転送スイッチは、上記第1の開口同調アンテナ及び上記第2の開口同調アンテナの間で主アンテナ及び副アンテナを選択するように適合され、上記主アンテナ及び上記副アンテナは互いに入れかえ可能であり、
    上記RFフロントエンドは上記転送スイッチに接続されている電子機器。

 

 

Patent trol of patentswamp
類似の特許
アンテナ構成 // JP2016517225
プリント基板によって分離された平行面内でプリント基板上に敷設された、水平偏波RF信号を生成するための第1及び第2の導体を有するアレイを含むコンパクトな構成のダイポールを備えたアンテナ構成が、2又はそれ以上の種類の全方向性偏波を生成することができる。モノポール構成が、第1及び第2の導体の平面と実質的に直交する第3の導体を備え、第1の導体及び第2の導体の一方が第3の導体の接地としての機能を果たすように構成される。
【選択図】 図3
電磁気波の垂直放射及び水平放射を兼ねるアンテナ、ユーザ端末装置、及びアンテナ制御方法を提供する。アンテナが開示される。本発明の一実施の形態にかかるアンテナは、第1放射体と、第2放射体と、前記第1放射体及び前記第2放射体のうち、少なくとも一つに電源を供給する給電部と、前記第1放射体及び前記第2放射体で送受信する電磁気波の送受信方向が互いに垂直になるように調整する調整部とを備える。
【課題】スイッチト寄生素子を備えた、簡単で低コストの操操縦性ビームアンテナを提供する。
【解決手段】1次元スイッチトビームアンテナ220は、導電性の平面円形構造216と、平面円形構造216の中心に位置する導電性ロッドの放射素子212と、放射素子212の周りの輪郭上に位置するにN(1つまたは複数)個の寄生素子214a、214b・・・と、寄生素子に接続されるスイッチ218a、218b・・・を含む。スイッチがオフのポジションにあるとき、寄生素子とグラウンドとしての平面円形構造の間に開回路が作成され、寄生素子は導波器として機能する。スイッチがオンのポジションにあるとき、寄生素子とグラウンドとしての平面円形構造の間はショートし、寄生素子は、反射器として機能する。
【選択図】図2
本発明は、外部制御アルゴリズムを使用せず、インレイの幾何学形状および/または向きとは無関係に、電磁力を平面金属トレース(インレイ)に結合するための適応的近距離場電磁カプラに関する。これは、カプラ構造の最表面にわたって一定の位相場分布を作成することに適した位相変更素子の微細構造を採用することで達成される。本発明は、媒体に印刷されるRFID層の符号化機能を有する印刷装置に特に有利に適用できる。柔軟性を備えていることを鑑みて、本発明のカプラ配列を、異なる機械的設計の様々なプリンタで採用することができる。

【選択図】図1
アンテナ装置 // JP2015092777
【課題】所定の通信距離を確保しつつ占有エリアの小さなアンテナ装置を構成する。【解決手段】巻回軸回りに巻回された形状のコイル導体を有するコイルアンテナ100A,100B,100C,100Dと、コイル導体の巻回軸に沿った面を有し、縁端部がコイル導体のコイル開口部に隣接配置された平面導体11とを備える。コイル導体に流れる電流で平面導体11に電流が誘導され、この電流で平面導体11の法線方向に磁束が生じるので、平面導体はブースターアンテナとして作用する。アンテナ装置201はコイルアンテナ100A,100B,100C,100と平面導体11による磁束との合成により、平面導体11の法線方向を指向する。【選択図】図1
複合ループアンテナ // JP2015057906
【課題】プレーナ(両面)複合フィールドアンテナ及び印刷された(片面)複合フィールドアンテナを提供する。
【解決手段】面一の電界フィールドラジエーターと磁気ループを有する複合ループアンテナにおいて、電界は磁界に対して直角で、高い帯域幅(低いQ)、大きい放射強度/パワー/利得及び大きい効率を達成する。独立したカウンタポイズ複合フィールドアンテナにおいて、磁気ループ上に形成された遷移を含み、磁気ループの幅より大きい幅を有し、電界ラジエーターに対向又は隣接する磁気ループ上に形成されたカウンタポイズを実質的に分離する。
【選択図】図9A
容量的に供給した磁気ループ及び/又は容量的に供給した電界ラジエーターを含む複合ループアンテナを記載する。実施形態は、単一バンドCPLアンテナ及びマルチバンドCPLアンテナを含む。CPLアンテナは、ループ及び/又はラジエーターを容量的に供給することにより、物理的サイズが減少される。実施形態は、容量結合される又はされない少なくとも1つのe−フィールド放射素子、容量結合される少なくとも1つの磁気ループ素子を含む。磁気ループの連続は、ワイヤー、又は第2層への接続の何れかにより、持続され得る。
【選択図】図14
【課題】
本開示に係る実施形態は、独立して選択可能な複数のアレイをなすアンテナ素子を含んだ単一パッケージ通信デバイスを提供する。
【解決手段】
異なるアレイのアンテナ素子は、異なる信号角度範囲でデータ信号の送信及び/又は受信を行い得る。通信デバイスは更に、個々のアレイを別々に活性化するスイッチモジュールを含み得る。一部の実施形態において、通信装置のパッケージ内に無線周波数(RF)通信モジュールが含められ得る。一部の実施形態において、RF通信モジュールは、複数のアンテナ素子アレイを用いてミリ波(mm波)ネットワーク上で通信するように構成され得る。
【選択図】 図1
To top