JP2004519150A - 適応アンテナ最適化ネットワーク - Google Patents

Abstract

アンテナを通して複数の周波数帯域において信号を送受信する無線通信装置のための、調整可能整合ネットワークを提供する。調整可能整合ネットワークは、選択された送信周波数帯域に対応する選択された電力増幅器へアンテナを選択的に接続し、選択された電力増幅器へのアンテナのインピーダンスを自動的に整合させる。調整可能整合ネットワークはまた、選択された受信周波数帯域に対応する選択された帯域通過フィルタへアンテナを選択的に接続し、選択された帯域通過フィルタへのアンテナのインピーダンスを自動的に整合させる。

Description

【０００１】
（発明の分野）
本発明は、空気を通して信号を送受信する通信装置において使用されるアンテナ整合ネットワーク、特に、準連続再整合あるいは同調のための適応アンテナ整合ネットワーク、信号の歪みあるいは無効を最少にするための送信機へのアンテナに関する。
【０００２】
（発明の背景）
自動アンテナ同調装置（ＡＴＵ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ａｎｔｅｎｎａ Ｔｕｎｉｎｇ Ｕｎｉｔｓ）は、無線通信機およびアンテナが広周波数帯域にわたって動作するよう設計されなければならない、高周波（ＨＦ）（２−３０ＭＨｚ）無線トランシーバ設計においてよく知られている。高周波ＡＴＵは、通常、例えば１キロワットのようなかなり大きい電力レベルを処理し、例えば、何キロボルトものＲＦ（無線周波数）電圧および何アンペアもの電流に耐えることができる、モータ駆動可変コンデンサおよび誘導器を使用するよう設計されている。しかしこのようなＡＴＵは、大きくて高価で、動作が遅い。
【０００３】
通常、高周波ＡＴＵは、送信機の動作周波数に変わった後、同調段階を開始することによって動作する。同調段階の間、変調されていない可能性のある搬送波が送信され、ＡＴＵは、最少ＶＳＷＲ（電圧安定波比：Ｖｏｌｔａｇｅ Ｓｔａｎｄｉｎｇ Ｗａｖｅ Ｒａｔｉｏ）状態を探す。ＡＴＵの状態は、次の周波数変化あるいは同調段階が手動で再開されるまで、固定される。
【０００４】
ＶＳＷＲは、定常波システムにおける、最少電圧における電界あるいは電圧の振幅と、隣接最大電圧における電界あるいは電圧の振幅との比である。ＶＳＷＲ値は、信号反射となる、アンテナにおけるインピーダンス不整合の表れである。所定の周波数におけるＶＳＷＲの値が高くなるほど、信号反射の結果起こる信号損失は多くなる。従って、所定の周波数帯域におけるＶＳＷＲの値を低くすることが望ましい。ＶＳＷＲ値が低くなるほど信号損失が少なくなり、信号送信が改善される。
【０００５】
他の周波数帯域、例えば超短波（ＶＨＦ）（３０−１００ＭＨｚ）増幅器においては、アンテナＱ（品質）因子は、通常、高周波アンテナＱ因子よりかなり低い。従って、超短波ＡＴＵは、ステップ同調誘導器あるいはコンデンサ、および、コンデンサの正しい組合せを切替えるための、関連するリレーあるいはＰＩＮダイオードを使用して製造することができる。通常、各周波数チャネルに対して１セットの切替命令が予め決定され、読出し専用記憶素子に２進数バイトとして記憶されている。これらの切替命令は、整合する構成要素の正しい組合せを切替える。従って、周波数が変化すると、新しい周波数チャネルのために記憶された切替命令が記憶装置から取り出され、複数のスイッチを操作するために使用される。この型のアンテナ整合により、アンテナが各新しいホップ周波数に対して同調される、周波数ホッピング無線通信機を製造することができる。アンテナ同調は、通常、その間送信が行われていない各新しい周波数ホップの間の時間期間に起こる。この時間期間は、通常、ガードタイムとして知られている。しかし、従来技術の周波数ホッピングにおいて、先の周波数ホップにおいて見られる不整合は、後続の周波数ホップにおける不整合と相関関係はない。後続の周波数ホップのための記憶された同調命令は、整合する構成要素の正しい組合せを切替えるために、単に記憶装置から取り出される。先の不整合に基づく適応修正はない。
【０００６】
現在の応用において、携帯電話のような無線通信装置は、ＲＦ、ＨＦ、ＶＨＦ、ＵＨＦ（極超短波）における複数の周波数、あるいは、例えば時分割多元接続（ＴＤＭＡ）ネットワークにおいて信号を送受信するための低マイクロ波帯域において動作しなければならない。同調装置がなければ、アンテナ・インピーダンスは動作周波数の作用であり、アンテナの人間の身体への近さによって大幅に変化することがある。従って、携帯電話つまりアンテナの使用者の身体への近さが変化するために、従来の周波数ホッピング無線通信機におけるように、複数のチャネル周波数に対する固定整合命令を決定することでは十分ではない。さらに、携帯電話の使用者の身体への近さは通話の間に変化することがあり、通話を中断することなくあるいは信号を歪ませることなく、結果としてのインピーダンスの変化を検出し修正することが必要である。従って、通常のトランシーバ使用の間連続して動作することのできる、極小で費用のかからない、適応アンテナ整合装置が必要である。
【０００７】
本発明は、一以上の前記の問題を解決することに関する。
【０００８】
（発明の概要）
本発明による無線通信装置つまり携帯電話は、少なくともひとつの周波数帯域およびひとつの受信機における任意のチャネルにおいて信号を送信するためのアンテナを含む。送信機および受信機は、二重通信フィルタあるいは送信／受信（Ｔ／Ｒ）スイッチを含むことができる送受切換器によって、動作可能にアンテナに接続されている。本発明により、送信機出力とアンテナの間の経路における任意の場所に位置することができる、適応電子調整可能整合ネットワークが提供される。
【０００９】
例えば、第１の実施例においては、調整可能整合ネットワークは、アンテナと送受切換器（ｄｕｐｌｅｘｅｒ）の間に位置し、調整可能整合ネットワークが送信および受信経路の双方において動作可能となることを可能としている。
【００１０】
第２の実施例においては、調整可能整合ネットワークは、送信機出力と送受切換器の間に位置し、送信経路においてのみ動作可能となっている。
【００１１】
第３の実施例においては、調整可能整合ネットワークは、例えば統合されたＴ／Ｒスイッチの形で送受切換器を含み、受信機および送信機に対して別々の接続を提供し、送信および受信経路の双方において動作可能である。
【００１２】
第４の実施例においては、調整可能整合ネットワークは、少なくとも２つの異なる周波数帯域のひとつにおける動作のためにアンテナを整合するために動作する。この実施例は、例えば、８００ＭＨｚ領域における第１の帯域および１９００ＭＨｚ領域における第２の帯域のような、少なくとも２つの異なる送信帯域において動作する携帯電話において、特に有用である。調整可能アンテナ整合ネットワークは、８００ＭＨｚ送信機あるいは１９００ＭＨｚ送信機のいずれかにアンテナを整合させる。少なくとも２つの異なる周波数帯域に対する送信機が同一の装置、あるいは単一の送信信号出力を持つ場合、調整可能整合ネットワークは、単一送信信号出力への接続を提供するように構成される。他方、少なくとも２つの異なる周波数帯域に対する送信機が異なる装置、あるいは別々の出力を持つ場合、調整可能整合ネットワークは、それぞれの送信機に別々の送信信号接続を提供するよう構成される。
【００１３】
調整可能整合ネットワークは、ここではインピーダンス不整合測定および量子化装置と呼ばれ送信出力と調整可能整合ネットワークとの間に位置する、信号サンプリング装置を通して制御される。信号サンプリング装置は、反射送信信号の振幅および位相を測定して、調整可能整合ネットワークによって送信機に示されるインピーダンス整合の品質を決定し、品質レベルの規定の数のひとつに量子化された、対応するデジタル指示を提供する。例えば、信号サンプリング装置によって測定されたアンテナ複素反射係数は、２つの振幅のうちのひとつおよび４つの位相のうちのひとつに量子化することができる。２つの振幅レベルはそれぞれ、複素反射係数が適当に小さく、アンテナが適当に整合していて同調が必要でないことを示す決定か、または、複素反射係数が十分に大きく、アンテナ不整合がアンテナの同調を必要としていることを示す決定に、対応する。４つの位相レベルは、例えば、複素反射係数が存在するスミス・チャートの４分円を示す。
【００１４】
量子化された反射係数は、例えば、その間送信機が送信しているＴＤＭＡバーストにわたって平均化される。平均化および量子化の順序は、本発明の調整可能整合ネットワークの動作には重要ではない。複素反射係数は、量子化に先立ちバーストにわたって平均化することができ、あるいは、最も頻繁に発生する量子化値を平均値として使用して、バーストにわたる複数の間隔において量子化することもできる。
【００１５】
量子化され平均化された複素反射係数は、マイクロプロセッサあるいは他のプログラム可能装置のような、制御装置に入力される。現在の整合ネットワーク・パラメータ上の予めプログラムされた情報を使用して、マイクロプロセッサは、量子化および平均化値から、アンテナが不整合であり、アンテナを適当に同調するために調整可能整合ネットワーク・パラメータを変更する必要があるかどうかを決定する。これらのパラメータを変更する必要があると決定されると、携帯電話が受信も送信もしていない、つまりアイドル・スロットである、ＴＤＭＡバーストにおけるアイドル期間の間に、調整可能整合ネットワーク・パラメータを変更するために、マイクロプロセッサから制御信号が送信される。このように、調整可能整合ネットワーク・パラメータへの変更は、次のＴＤＭＡ送信バーストに対して用意され、送信あるいは受信期間の間にスイッチ問題を起こさないように電力が適用されていない時、実施される。本発明の調整可能整合ネットワークは、ＴＤＭＡシステムに限らず、無線通信装置が送信も受信もしていないアイドル・タイムスロットを取り入れている、どんなシステムにおいても使用することができる。
【００１６】
調整可能整合ネットワークは、超小型電子機械（ＭＥＭ）素子を実行することが望ましい。ＭＥＭ素子は、例えば、片方の端が基板上の接触点に取付けられ、他の端が巻き上がり基板から離れている、ゴールド・リーフ・パターンを含む。この位置は、ＭＥＭ素子の開いた位置を定義している。電圧電位がゴールド・リーフと基板の間にかけられると、ゴールド・リーフは静電引力によって引付けられて曲げられ、基板の他の接触点において基板に接触し、２つの接触を短絡してスイッチを閉じる。従来のＭＥＭ素子は、物理的に非常に小さく、従来の自動大量生産工程によって、半導体チップ上に安価に製造することができる。ＭＥＭ素子は、数十マイクロ秒で動作可能な高速スイッチ素子であり、切替動作を何十億回も繰返すことのできる寿命を持つ。
【００１７】
調整可能整合ネットワークは、例えば、ｄＣ：２ｄＣ：４ｄＣ：８ｄＣ：１６ｄＣ．．．のような、２進静電容量比を互いに持つコンデンサを切替えるために使用される、１セットのＭＥＭ素子／スイッチを含むことができる。ここで、ｄＣは静電容量の変化の最少量である。２進切替インダクタは、同様の方法で構成することができる。
【００１８】
好ましい実施例において、調整可能整合ネットワークは、リアクタンス（コンデンサあるいは誘導器）の２つの２進調整可能バンクを持つ。ひとつの調整可能バンクは、反射係数の複素平面のひとつの軸（Ｉ軸）に沿ってインピーダンス偏移を起こし、もうひとつの調整可能バンクは、反射係数の複素平面の他の軸（Ｑ軸）に沿ってインピーダンス偏移を起こす。制御装置は、量子化および平均化された反射係数位相値から、複素平面のどの４分円に反射係数があるかを決定し、反射係数をゼロに向かって動かす、関連する調整可能リアクタンスへの変化の符号を決定する。制御装置は、それから、調整可能整合ネットワークに制御信号を送信し、それぞれの制御信号の符号に従い、最小限の増加あるいは減少によって、リアクタンスの容量性／誘導性および実数部を変化させる。制御信号は、ＴＤＭＡバーストの間の、携帯電話が受信も送信もしていない時間、つまりアイドル・スロットの間に送信されることが望ましい。
【００１９】
本発明の目的は、費用のかからない、最小の空間しか必要としない調整可能整合ネットワークを提供することである。
【００２０】
本発明の他の目的は、調整可能整合ネットワークを取り入れている無線通信装置が送信も受信もしていないアイドル・タイムスロットの間の、送信機へのアンテナの準連続整合のための調整可能整合ネットワークを提供することである。
【００２１】
本発明のさらなる目的は、先に測定されたアンテナ不整合に基づき、送信機へのアンテナを再整合するための、調整可能整合ネットワークを提供することである。
【００２２】
本発明の他の面、目的および利点は、本明細書、図面および請求項により理解することができるであろう。
【００２３】
（本発明の詳細な説明）
図１は、第１の基地局１１ａ、１１ｂおよび第２の基地局１２ａ、１２ｂを含むセル式携帯電話ネットワークにおいて動作することのできる、携帯電話のような無線通信装置１０を示している。第１の基地局１１ａ、１１ｂは、間隔を置いた周波数帯域の第１の組を使用して信号を送受信する。第２の基地局１２ａ、１２ｂは、間隔を置いた周波数帯域の第１の組とは異なる、間隔を置いた周波数帯域の第２の組を使用して信号を送受信する。図１に示されるように、携帯電話１０は、基地局１２ａおよび基地局１１ｂの双方のセルの範囲内に位置している。携帯電話１０が第１の基地局１１ａ、１１ｂ（間隔を置いた周波数帯域の第１の組を使用する）あるいは第２の基地局１２ａ、１２ｂ（間隔を置いた周波数帯域の第２の組を使用する）のいずれかを通して通信できる場合、携帯電話１０は、“二重帯域”電話として知られている。多重帯域電話（間隔を置いた周波数帯域の２以上の組において通信する）もまた、知られている。二重帯域および多重帯域電話の双方において、間隔を置いた周波数帯域の組のひとつを、ＧＰＳ（全地球位置把握システム）応用におけるように軌道上の衛星を通して通信するために使用することができる。
【００２４】
図２は、概要的に１４に示される、従来の携帯電話のブロック回路図である。この携帯電話は、単純な、単一帯域電話であってもよい。携帯電話１４は、アンテナ１６、送受切換器あるいはＴ／Ｒスイッチ１８、受信ＲＦ（無線周波数）回路２０、送信ＲＦ回路２２、周波数合成装置２４、信号処理装置２６、および、制御処理装置２８を含む。アンテナ１６において受信された信号は、受信ＲＦ回路２０に送受切換器あるいはＴ／Ｒスイッチ１８を通して送られる。受信ＲＦ回路２０によって出力された信号は、信号処理装置２６によって受信され、従来通り処理される。処理された受信信号は、制御処理装置２８に送られ、制御処理装置２８は信号を分析し、信号回線３０において、変換器、スピーカ、表示装置等の従来の人間／機械インタフェース装置（図示されていない）へ送る。
【００２５】
送信のための信号は、信号回線３２において、制御処理装置２８によって受信される。これらの信号は、変換器、マイク、キーパッド入力等の従来の人間／機械インタフェース装置（図示されていない）によって生成される。送信のための信号は、信号処理装置２６に送られて従来の処理をされ、それから送信ＲＦ回路２２に送られる。電力増幅器３４は、送信ＲＦ回路２２からの送信信号を増幅する。増幅された送信信号は、送受切換器あるいはＴ／Ｒスイッチ１８を通してアンテナ１６に送られ、セル式あるいは他の無線ネットワークを通して送信される。周波数合成装置２４は、制御処理装置２８から周波数制御信号３６を受信し、受信ＲＦ回路２０および送信ＲＦ回路２２が、選択されたチャネル周波数においてそれぞれ受信および送信するような状態にする。制御処理装置２８は、プログラムおよびデータ記憶装置を含み、各装置の制御動作のために、アンテナ１６を除く図２に示される各装置によって受信される、従来の制御信号４２を生成する。
【００２６】
周波数分割二重通信（ＦＤＤ）を使用する無線電話において、送受切換器１８は、無線電話が同時に送受信できるようにする、二重通信フィルタを含む。同時に送受信することのできる無線電話の２つの例として、アナログＦＭ−ＡＭＰＳ（高度携帯電話システム）電話および、ＩＳ９５電話のようなＣＤＭＡ（符号分割多元接続）電話がある。
【００２７】
しかし、時分割二重通信（ＴＤＤ）を使用するＴＤＭＡ無線電話においては、Ｔ／Ｒスイッチ１８が、送信２２および受信２０ＲＦ回路を交互にアンテナ１６に接続するために、送受切換器の代わりに使用される。このような交互の送信および受信接続は、送信および受信が交互のバーストあるいはタイムスロットにおいて起こり、同時には起こらないので、ＴＤＭＡ無線電話において可能である。このようなＴＤＭＡ／ＴＤＤ電話の例は、欧州ＧＳＭ（汎ヨーロッパ・デジタル移動通信システム）規格、あるいは米国ではＰＣＳ（パーソナル移動通信サービス）として知られる規格に従って動作する電話、および、Ｄ−ＡＭＰＳ（デジタル高度携帯電話システム）あるいはＩＳ１３６として知られる、ＵＳＴＤＭＡ規格に従って動作する電話を含む。
【００２８】
図３は、典型的ＴＤＭＡ信号波形フレームおよびスロット形式を示している。フルレートＴＤＭＡバーストあるいはフレームは、１２５０シンボルあるいはビット期間を含み、これらの期間は、それぞれ１５６．２５ビット期間の８つのタイムスロットに分割される。各携帯電話に対する送信および受信フレーム期間は、互いに関して時間をずらされ、各送信および受信フレーム期間はひとつのタイムスロットを占める。１．５タイムスロットの間隔が各受信および送信タイムスロットの間にあり、４．５タイムスロットの間隔が各送信および受信タイムスロットの間にある。例えば、携帯電話に送信のための送信スロット４が割当てられている場合、４３に示されるその対応する割当受信スロットは、スロット１の後半とスロット２の前半を占め、これらの部分は異なる携帯電話による送信のために使用される。各受信および送信スロットの間の１．５スロットのアイドル時間は、チャネル周波数合成装置（図２における２４）を受信から送信に変える、あるいはＴ／Ｒスイッチ（図２における１８）を受信から送信に変えるような動作のために使用される。ひとつの送信およびひとつの受信スロットのみがフレームごとに割当てられている場合、例えば、音声のような比較的遅いデータ速度サービスに対して、４．５スロットの間隔が送信スロットの終端と次の受信スロットの間に存在する。従って、携帯電話が送信のためにスロット４が割当てられている例の場合、その特定の携帯電話に対する次の受信スロットは、次のフレームのスロット１の後半およびスロット２の前半となる。この４．５スロットの間隔は、近隣の基地局への受け渡しをいつ行うのが適当かを決定するために信号強度を評価するために、一時的に受信機をその近隣の基地局に同調するような、携帯支援ハンドオーバ測定のためにしばしば使用される。波形をフレームおよびスロット形式に分割し、異なるタイムスロットを受信および送信のために割当てることにより、各受信および送信スロットの間のアイドル時間を有効に使用し、携帯電話を単純化しあるいはシステム性能を改善することができる。このことが、ＴＤＭＡを世界で最も普及しているデジタル・セル式携帯電話規格としているのである。
【００２９】
本発明の調整可能整合ネットワークは、携帯電話が送信も受信もしていないアイドル期間の間にアンテナを再整合するように構成されているので、このような再整合は、受信および送信スロットの間の１．５スロットのアイドル時間の間、あるいは、送信および受信スロットの間の４．５スロットのアイドル時間の間に起こることができる。しかし、再整合は、ハンドオーバ機能のいずれにも干渉しないように、受信および送信スロットの間の１．５スロットのアイドル時間の間に起こることが望ましい。
【００３０】
図３はまた、スロット内におけるビット配列を示している。ここで、スロット３は、拡大した例示の形式で示されている。各スロット形式は、１１４（５７＋５７）ビットのトラヒックデータ、２（１＋１）フラグ・ビットの制御データ、受信フィルタがリング・ダウンしチャネル・エコーが消えるようにする６（３＋３）ビットの末尾ビット、および、２６ビットの既知の同期データを含む。各スロット形式はさらに、４ビット期間の動的時間調整、および、送信アップ／ダウン・ランピング（ｒａｍｐｉｎｇ）が起こる可能性のある４．２５ビット期間のスロット間ガードタイムを含む。図３に示されるように、スロット間には４．２５ビットのアップ／ダウン・ランピング期間のいくらかの重複がある。前記のように、本発明においては、アンテナ・インピーダンス調整は、受信のために割当てられたスロット期間の間に調整をすることを避けながら、次の送信アップ・ランピングの前で、４．２５ビットの送信ダウン・ランピングの後の任意の時間に行うことができる。アンテナ・インピーダンス調整は、受信および送信スロットの間の１．５スロットのアイドル時間の間に行われることが望ましいが、調整は、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、アイドル期間の間の任意の時に行うことができる。さらに、本発明の調整可能整合ネットワークは、ここで、ＴＤＭＡシステムにおいて使用するように記述されているが、本発明の調整可能整合ネットワークは、移動装置が受信も送信もしていないアイドル期間がある、どんな通信システムにおいても使用することができる。
【００３１】
本発明の主な目的は、絶縁器を使用することなく、送信機の直線性を改善するために、送信のためのほぼ完全なインピーダンス整合を獲得することである。このことは、線形８−ＰＳＫ（位相変移キーイング：Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）のような上位シンボル配置が使用されている場合に特に重要である。受信状態において不整合を測定することは困難であるので、送信周波数帯域とは異なる受信周波数帯域において、受信のために独立してアンテナを同調するには、適応的に決定された送信周波数コードに基づき受信同調コードを決定する必要があり、あるいは、１セットの固定受信周波数コードを予め決定しておかなければならない。さらに、送信状態と受信状態の間に送信コードを変えることは、ＴＤＭＡフレーム期間につき少なくとも２回、複数のスイッチ同調構成要素の連続する動作を必要とする。このような高速においてこのように連続して切替えることは、スイッチの寿命を短くすることとなる。現在のＭＥＭは高速切替応用におけるかなりの寿命を示しているが、このような頻繁な切替は、本発明の好ましい実施においては避けることができる。
【００３２】
図４は、本発明による、多重帯域無線電話のためのアンテナ結合配置を、４４に概要的に示している。多重帯域無線電話４４は、調整可能整合ネットワーク５２を通して受信４８および送信５０回路に接続したアンテナ４６を含む。受信回路４８は、選択されたチャネル周波数上の信号を、信号および制御処理装置５６によって処理されるのに適した形式に変換する、従来の多重帯域低雑音ＲＦ増幅およびダウン変換装置５４を含む。このような適した形式は、カルテシアン（Ｃａｒｔｅｓｉａｎ）形式における（Ｉ，Ｑ）複合サンプル、あるいはログポラール（ｌｏｇｐｏｌａｒ）形式における（ＬｏｇＲ、Ｔｈｅｔａ）サンプルであってもよい。複合（Ｉ，Ｑ）サンプルは、例えば、以下の米国特許に開示されるホモダイン（ｈｏｍｏｄｙｎｅ）受信機によって作成することができる。これらの特許の開示は参照によりここに取り入れられる。米国特許第５，２４１，７０２号“無線受信機におけるＤ．Ｃ．オフセット補償”、米国特許第５，６１４，９０４号“ホモダイン受信機のための平衡圧伸（ｃｏｍｐａｎｅｄ）デルタ変換”、米国特許第５，５６８，５２０号“ゼローＩＦ受信機におけるスロープ・ドリフトおよびオフセット補償”、米国特許第５，７４９，０５１号“ホモダイン受信機における第２次相互変調のための補償”。
【００３３】
ログポラール形式におけるダウン変換された複合サンプルを作成することのできる受信機は、例えば、以下の米国特許の開示を組み合わせることによって説明される。これらの特許の開示は参照によりここに取り入れられる。米国特許第５，０４８，０５９号“ログ−ポラール Ｌｏｇ−Ｐｏｌａｒ信号処理”、米国特許第５，０７０，３０３号“対数増幅器／検知器遅延補償”、米国特許第５，０８４，６６９号“直接位相デジタル化”。
【００３４】
受信回路４８はまた、動作が要求されている各受信周波数帯域に対する、複数の帯域通過フィルタ５８ａ、５８ｂ、．．．５８ｎを含む。各帯域通過フィルタ５８ａ−ｎは、携帯電話４４がそれぞれの周波数帯域において信号を受信している時はいつでも、調整可能整合ネットワーク５２によってアンテナ４６に接続されている入力を有する。増幅およびダウン変換装置５４は、ダウン変換のための対応するフィルタ信号出力を選択するために、従来通り状態を整えられている。
【００３５】
送信回路５０は、従来の変調およびアップ変換装置６２によって、各送信周波数帯域にアップ変換された信号を増幅するために、複数の電力増幅器６０ａ、６０ｂ、．．．６０ｎを含む。図４はｎ個の送信周波数帯域の各々のための個別の電力増幅器を示しているが、２つの送信周波数帯域が１つの広帯域電力増幅器によって処理されるほど十分に近い場合、ｎ個より少ない電力増幅器を使用することもできる。特定の送信周波数帯域におけるチャネル周波数上の送信が選択された場合、その帯域のための各電力増幅器６８ａ−ｎは、調整可能整合ネットワーク５２によってアンテナ４６に接続される。また、変調およびアップ変換装置６２は、選択されたチャネル周波数において各電力増幅器６８ａ−ｎに駆動信号を生成するために、従来通り状態を整えられている。
【００３６】
受信４８および送信５０回路は共に、周波数合成同調信号のような、制御バス（図示されていない）を通った信号および制御処理装置５６からの制御信号によって、選択されたチャネル周波数上において受信あるいは送信するように、状態を整えることができる。このような制御バスは、現在の技術水準において既知の規格であるＩ^２Ｃバスを含むことができる。多重帯域無線電話のための変調およびチャネル周波数生成のさらなる詳細は、以下の米国特許および出願に見つけることができる。これらの開示は、参照によりここに取り入れられる。米国特許第５，５３０，７２２号“統合分配ＲＣフィルタを有する直交変調器”、米国特許第６，００９，３１２号“受信機の支援を受けた送信信号生成”、米国特許第５，８９０，０５１号“二重帯域携帯電話におけるオンチャネル・トランシーバ構造”、および、本出願の譲受人に譲渡された、ゴア（Ｇｏｒｅ）、ドールマン（Ｄｏｌｍａｎ）およびデント（Ｄｅｎｔ）による、１９９７年１１月１９日出願、米国特許出願第０８／９７４，２２７号“携帯電話における単純化参照周波数分配”。
【００３７】
調整可能整合ネットワーク５２は、干渉あるいは信号損失を避けるように、Ｔ／Ｒ切換機能、あるいは、送信５０および受信４８回路をアンテナ４６に接続する二重通信機能の双方を取り入れることができる。加えて、調整可能整合ネットワーク５２は、アンテナ４６が動作可能な送信あるいは受信周波数帯域を選択する機能を取り入れる。以下に説明されるように、調整可能整合ネットワーク５２は、送信信号上で測定し、回線６４上に不整合指示信号を生成する。これらの不整合指示信号６４は、信号および制御処理装置５６によって受信される。信号および制御処理装置５６は、回線６６上に整合ネットワーク制御信号を生成し、この信号は調整可能整合ネットワーク５２によって受信され、アンテナ４６を選択された周波数帯域に整合するのに使用される。従って、調整可能整合ネットワーク５２は、アンテナ４６のインピーダンスを調整して、動作のために選択された時に各異なる周波数帯域に対する、望ましいインピーダンス整合を提供することができる。
【００３８】
図５は、図４に示される調整可能整合ネットワーク５２のための回路配列を示している。調整可能整合ネットワーク５２は、従来のスイッチ技術（つまり、ＰＩＮダイオードあるいはＧａＡｓ）を使用して作られたＴ／Ｒスイッチ６８を含む。Ｔ／Ｒスイッチ６８は、ＴＤＭＡフレーム期間の間の適当な時間に、アンテナ４６を受信４８あるいは送信５０回路のいずれかに接続するために、制御信号７０を通して、信号および制御処理装置５６によって制御される。Ｔ／Ｒスイッチ６８は、従って、ＴＤＭＡフレーム速度において作動する。調整可能整合ネットワーク５２はまた、それぞれ受信および送信のための上位７４および下位７６バンクに分割される、スイッチのバンク７２を含む。スイッチの上位バンク７４はスイッチ６８の受信接点に接続し、スイッチの下位バンク７６はＴ／Ｒスイッチ６８の送信接点に接続する。スイッチの上位バンク７４の各スイッチは、その特定の受信周波数帯域に対するアンテナ・インピーダンス整合を最適化するよう構成された、それぞれの受信帯域整合ネットワーク７８ａ、７８ｂ、．．．７８ｎに接続する。同様に、スイッチの下位バンク７６の各スイッチは、その特定の送信周波数帯域に対するアンテナ・インピーダンス整合を最適化するよう構成された、それぞれの送信帯域整合ネットワーク８０ａ、８０ｂ、．．．８０ｏに接続する。
【００３９】
Ｔ／Ｒスイッチ６８がアンテナ４６を受信回路４８に接続するとき、スイッチの上位バンク７４は、適当な受信周波数帯域を選択するために使用される。同様に、Ｔ／Ｒスイッチ６８がアンテナ４６を送信回路５０に接続するとき、スイッチの下位バンク７６が適当な送信帯域を選択するために使用される。スイッチの上位７４および下位７６バンクによる帯域切替は、信号および制御処理装置５６から受信された帯域選択信号８２によって制御される。帯域切替はＴ／Ｒ切替よりかなり頻度が低いので、スイッチのバンク７２は、超小型電子機械（ＭＥＭ：Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｍａｃｈｉｎｅ）のような電気機械スイッチを含む。スイッチのバンク７２のいずれのＭＥＭも、Ｔ／Ｒスイッチ６８のＴ／Ｒ切替速度で作動する必要はない。受信帯域の選択は送信帯域の選択とは別々であり、送信帯域を選択しているときに受信帯域を選択解除することもその反対も必要でないからである。
【００４０】
複数のスイッチ７２が受信および送信周波数帯域を異なるワイヤに分離するので、受信整合ネットワーク７８ａ−ｎおよび送信整合ネットワーク８０ａ−ｎは、各受信および送信周波数帯域に対するアンテナ・インピーダンス整合を最適化するのに、独立して別々に使用することができる。アンテナ４６がどの周波数帯域においても既に良好な整合を示している場合、関連する整合ネットワークは単に、空（ｎｕｌｌ）ネットワークを含むことができる。その他の場合、整合ネットワークは単に、適当なインピーダンスの適当な長さのストリップ線路を含むことができる。各整合ネットワークは、通常、単一直列誘導器および分路コンデンサよりも複雑ではない。このような配置は理論的には、各比較的狭い送信あるいは受信周波数帯域にわたって、どんなインピーダンスも望ましい値、例えば５０オームに整合させることができる。このような整合ネットワークは、例えば、ガリウムひ素、酸化アルミニウムあるいは二酸化ケイ素のような絶縁基板上の付着金属からなる、らせん形誘導器およびコンデンサとして統合することができる。絶縁基板上には、ＭＥＭスイッチ７２およびＴ／Ｒスイッチ６８もまた構築し、単一の構成部品を形成することができる。
【００４１】
前記のように、ＭＥＭ素子のさらなる寿命テストにより、ＴＤＭＡフレーム速度におけるＴ／Ｒ切換に対する適合性を確認することができる。しかし、従来の設計方法は、Ｔ／Ｒスイッチ６８に対して従来のＰＩＮダイオードあるいはＧａＡｓＲＦスイッチ技術を使用し続けている。帯域切替および適応整合調整は、通常かなり頻度が低く、従って、ＭＥＭ素子は、摩耗による故障の危険が少なく、これらの切替え機能のために使用することができる。電気機械ラッチング・リレーが十分に小さい大きさで製造することができれば、これらのリレーをＭＥＭ素子の代替として使用することができる。しかし、現在の技術水準においては、ＭＥＭ技術は、超小型電気機械スイッチを製造する最も有望な方法である。
【００４２】
図５に示される調整可能整合ネットワーク５２において、受信７８ａ−ｎおよび送信８０ａ−ｎ整合ネットワークは、特定のアンテナと携帯電話の組合せにカスタマイズされなければならない。同一の特定のアンテナが異なる携帯電話上で使用されたとしても、各整合ネットワークのインピーダンス整合特性は、異なるものでなければならない。従って、図５の特定の設計の製造量は、特定の携帯電話とアンテナの組合せの製造量に制限される。非回帰費用が回収される量を増やすために、一以上のアンテナと携帯電話の組合せに対して同一のアンテナ結合回路を使用することが望ましい。図６は、図５において同一の参照番号で示される要素のそのような配置を示している。
【００４３】
図６は、５２’に概要的に示される、調整可能整合ネットワークの第２の実施例を示している。調整可能整合ネットワーク５２’は、アンテナ４６とＴ／Ｒスイッチ６８との間に接続する可変整合ネットワーク８４を含む。スイッチのバンク７２は、図５に関して上述したのと同様に、Ｔ／Ｒスイッチ６８に接続している。しかし、図５に示される受信７８ａ−ｎおよび送信８０ａ−ｎ整合ネットワークは除かれ、スイッチの上位バンク７４内の各スイッチは、それぞれの帯域フィルタ５８ａ−ｎに直接接続し、同様に、スイッチの下位バンク７６内の各スイッチは、それぞれの電力増幅器６０ａ−ｎに接続する。信号および制御処理装置５６からの制御信号８６は、Ｔ／Ｒスイッチ６８をＴＤＭＡフレーム速度において作動させるが、スイッチのバンク７２および可変整合ネットワーク８４は、周波数帯域を変えるときにのみ作動させる。送信および受信状態の間に可変整合ネットワーク８４を変えることは可能であるが、このことは、そこにあるスイッチがＴＤＭＡフレーム速度で動作することを必要とする。このような高速の切替を避けるために、可変整合ネットワーク８４は、１組の帯域の送信および受信周波数帯域の双方において、インピーダンスがアンテナ４６を整合させる状態に設定されている。この特定の実施例において、交差帯域動作は可能ではない。交差帯域動作は、携帯電話が帯域の第１の組の送信帯域における周波数において送信し、帯域の第２の組の受信帯域における周波数において受信する場合に起こる。対照的に、送信および受信周波数帯域の選択および関連する整合ネットワークが互いに独立しているので、図５に示される実施例においては交差帯域動作は可能である。しかし、図６に示される調整可能整合ネットワーク５２’の利点は、信号および制御処理装置５６からの整合制御信号８６が、特定の場合に対してソフトウェアの実施によってカスタマイズすることができるので、可変整合ネットワーク８４がアンテナおよび携帯電話の型の範囲にわたって機能できることである。
【００４４】
図７は、５２”に概要的に示される、交差帯域動作を可能にする、調整可能整合ネットワークの第３の実施例を示している。調整可能整合ネットワーク５２”は、受信機を送信機からは別に整合するための、個別の可変受信８８および送信９０整合ネットワークを含む。Ｔ／Ｒスイッチ６８はアンテナ４６に接続し、可変受信整合ネットワーク８８はＴ／Ｒスイッチ６８の受信接点に接続し、可変送信整合ネットワーク９０はＴ／Ｒスイッチ６８の送信接点に接続する。可変受信整合ネットワーク８８は、アンテナ４６を適当な受信帯域フィルタ５８ａ−ｎに整合させるために、スイッチの上位バンク７４に接続する。同様に、可変送信整合ネットワーク９０は、アンテナ４６を適当な電力増幅器６０ａ−ｎに整合させるために、スイッチの下位バンク７６に接続する。従って、送信帯域および受信帯域の選択は独立しており、整合ネットワーク８８あるいは９０のいずれも変更する必要なく、交差帯域動作を可能にしている。
【００４５】
インピーダンス整合制御信号９２は、信号および制御処理装置５６によって提供され、Ｔ／Ｒスイッチ６８をＴＤＭＡフレーム速度で動作させるが、スイッチのバンク７２および可変受信８８および送信９０整合ネットワークは、動作周波数帯域の選択が変わるときのみ変化するよう動作させる。このことは、携帯電話１０（図１参照）が基地局１１ａ、１１ｂおよび基地局１２ａ、１２ｂの間の境界を横切るときのような、比較的遅い速度で起こり、各可変整合ネットワーク８８および９０に含まれる整合ネットワーク・スイッチの寿命に過度の負荷をかけない。
【００４６】
受信機の性能における不完全なアンテナ整合の有害な影響は、送信機の性能におけるものよりも深刻ではないので、可変送信整合ネットワーク９０のみを使用し、可変受信整合ネットワーク８８を省いても十分であるときがある。通常、受信機の性能に与えるアンテナ不整合の唯一の影響は、その熱雑音指数におけるものであり、干渉が限られている携帯電話においては重要ではないかもしれない。さらに、携帯電話は通常、電池で作動しているので、電池電力を保持するために高効率で送信しなければならない。このような高送信効率は、良好な送信インピーダンス整合を保証することによって容易となる。このような考慮は通常、基地局には当てはまらない。基地局は送信電力を確保しているからである。
【００４７】
送信特性におけるアンテナ不整合の有害な影響のひとつは、送信機の直線性に関する問題である。飽和型（つまり、クラスＣ電力増幅器の非線形、定数包絡線）送信機は、不整合の特定の方向によって、減少あるいは増加された電力を不整合アンテナに配信する可能性がある。送信機によって配信された電力が増加されていた場合、基地局は、受信信号は過剰であると検知し、携帯電話がその電力を減少させるよう指示する命令を携帯電話に送る可能性がある。基地局におけるこの検知および修正は、アンテナ不整合を部分的に補償し、携帯電話の電池の寿命を維持するのに役立つ。しかし、スペクトル効率を改善するためあるいは他の理由により、線形変調が使用されている場合、これはＣＤＭＡシステムにおいては基本的であるが、アンテナ不整合は、瞬間電力レベルが変調の望ましいピーク電力レベルよりかなり低いときに、電力増幅器を非線形にしてしまう可能性がある。この非線形性が検知され修正されない限り、他の局との干渉が起きてしまう。線形電力増幅器をアンテナ不整合から隔離する従来の方法のひとつは、電力増幅器とアンテナの間に絶縁器を置くことである。しかし、絶縁器は狭帯域装置であり、物理的に大きく、通常高価である。各周波数帯域に対してひとつの絶縁器が必要とされ、従って、大きさが重要である携帯電話にそれらを統合することは困難である。本発明の調整可能整合ネットワークは、帯域毎の絶縁器の必要性を排除し、電力増幅器の直線性を維持するために、可変整合ネットワークを使用して良好な電力増幅器インピーダンス整合を保証する。
【００４８】
可変送信整合ネットワーク９０の調整を容易にするために、図８は、図７の調整可能整合ネットワーク５２”に追加された、インピーダンス不整合測定および量子化装置９４を示している。インピーダンス不整合測定および量子化装置９４は、送信信号の順方向および反射電力を測定する方向性結合器９６、および、順方向および反射電力測定を受信し、アンテナ・インピーダンス不整合の粗い量子化指示を提供する信号１００を生成する、検知および量子化装置９８を含む。インピーダンス不整合測定および量子化装置９４は、図８に示されるように可変送信整合ネットワーク９０とスイッチのバンク７２の間に置かれた場合、すべての周波数帯域において動作しなければならない。しかし、それが困難な場合、別個のインピーダンス不整合測定および量子化装置９４を、スイッチの下位バンク７６とそれぞれの電力増幅器６０ａ−ｎの間に置くことができる。
【００４９】
アンテナのインピーダンス不整合は、可変送信整合ネットワーク９０を適当に調整することができるようにするために、正確に測定する必要はない。インピーダンス不整合は、“良好”あるいは“不良”値に量子化されればよい。後者の“不良”値は、スミス・チャート上のインピーダンス不整合がある場所を示す４つの領域のうちのひとつにさらに量子化される。
【００５０】
図９は、４つの“不良”領域１０１、１０２、１０３、１０４、および、円で定義されたチャートの中央の“良好”領域１０５に対応する５つの領域に分割されたスミス・チャートのグラフを示している。“良好”領域１０５を定義する円は、ほとんどの携帯電話応用に対して良好と仮定されている、反射係数０．１、あるいは−２０ｄＢ、あるいは１．２ＶＳＷＲに対応する。“良好”領域１０５の外側のスミス・チャートの残りの部分は、４つの“不良”４分円に分類される。これらの４分円はそれぞれ、反射係数の負の実数部（領域１０１および１０３）、反射係数の正の実数部（領域１０２および１０４）、反射係数の負の虚数部（領域１０２および１０１）、反射係数の正の虚数部（領域１０３および１０４）に対応する。
【００５１】
インピーダンス整合あるいは不整合をこれらの５つの領域１０１−１０５に量子化するために、反射電力信号は、順方向電力信号を局所発振器として使用して、直交復調器（図８においては図示されていない）（つまり、局所発振器と直交に駆動される２つの平衡混合器）の信号入力に接続される。各復調器からのＤＣ出力の符号は、インピーダンス不整合が存在する図９のスミス・チャートの４分円を示す。順方向電力信号の振幅と相対的な反射電力信号の振幅は、インピーダンス整合が“良好”かあるいは“不良”かを指示する。ほとんどの携帯電話応用において、反射電力信号振幅が順方向電力信号振幅の１０パーセントより小さい場合、整合は通常、“良好”と判断される。このような決定は、整流された順方向電力信号の１０パーセントを比較器のひとつの入力上に置き、整流された反射電力信号を比較器の他の入力上に置くための、１０：１電位差計ステップ・ダウンを使用することによって行うことができる。“１”あるいは“０”の比較器出力はそれから、反射電力が順方向電力の１０パーセントより小さいかどうかの所望の指示を提供する。
【００５２】
図８に示されるインピーダンス不整合測定および量子化装置９４は、３ビットの出力信号１００を信号および制御処理装置５６に提供する。“良好／不良”指示信号が、整合が“良好”であると指示する場合、反射係数は“良好”領域（図９における１０５）内にあり、信号および制御処理装置５６は、可変送信整合ネットワーク９０を変化させない。他方、不整合指示信号が、整合が“不良”であると指示する場合、信号および制御処理装置５６は、一以上の整合ネットワーク・スイッチを動作させて、一以上の整合ネットワーク・スイッチのリアクタンスを最小限変化させる。一以上の整合ネットワーク・スイッチへのリアクタンスの変化の符号は、不整合の領域によって与えられる。
【００５３】
例えば、図９を参照すると、不整合が領域１０３あるいは１０４内にある場合、第１のリアクタンスは、インピーダンスの容量性部分を減少させるように作動され、不整合が領域１０１あるいは１０２内にある場合、第１のリアクタンスは、インピーダンスの容量性部分を増加するように作動される。同様に、不整合が領域１０１あるいは１０３内にある場合、インピーダンス（反射係数）の実数部に影響するように置かれた第２のリアクタンスは、インピーダンスの実数部を増加させるように作動される。一方、不整合が領域１０２あるいは１０４内にある場合、第２のリアクタンスは、インピーダンスの実数部を減少させるように作動される。５つの領域１０１−１０５への量子化が粗いために、良好領域１０５における整合を達成するためにリアクタンスをどれほど変化させればよいかは、知ることはできない。しかし、各リアクタンスを最小限にのみ変化させることによって、整合はゆっくり“良好”領域１０５に入ることができ、この時点でリアクタンスの調整は停止する。
【００５４】
ひとつの実施例において、リアクタンス調整が行われる周波数は、ＴＤＭＡフレームにつき１回に制限され、調整は、全送信フレームにわたる平均反射係数を分類することに基づく。さらに、調整は、電位干渉問題を避けるために、携帯電話が送信していないときにのみ、望ましくは受信もしていないときにのみ行われる。必要ならば、調整は、信号および制御処理装置５６を使用していくつかのフレームにわたる平均不整合領域を決定することにより、ＴＤＭＡフレームにつき１回以下の頻度、例えば１００ｍｓにつき１回に制限することができる。
【００５５】
先に収束された整合スイッチ制御信号もまた、ＥＥＰＲＯＭのような不揮発性記憶装置内の、動作周波数に対するテーブルに記憶される。これらの値は、先に使用された動作周波数上の送信が発生するたびに、初期値として呼び出される。さらに、これらの記憶された値は、電力増幅器がその最大動作電力レベルよりかなり低いレベルで動作しているときはいつでも、使用することができる。このような動作の間、調整は中断される。調整の中断は、線形電力増幅器は最大電力より小さい電力で動作しているときには不整合により性能が低下することが少ないので、低電力動作の間では可能である。図８に示されるインピーダンス不整合測定および量子化装置９４は、最大電力が選択されたときにのみ動作する必要があり、従って、それにより必要とされる感度を減少させる。
【００５６】
図１０は、図８に示される、方向性結合器９６および、検知および量子化装置９８の回路図である。図１０はまた、可変整合ネットワーク１１０の例示的回路図を示している。図１０に示される可変整合ネットワーク１１０は、前記の整合ネットワーク、つまり、調整可能整合ネットワーク５２、可変整合ネットワーク８４、可変受信整合ネットワーク８８、および、可変送信整合ネットワーク９０のいずれにも使用することができる。
【００５７】
例示的可変整合ネットワーク１１０は、長さＬの伝送路１１２を含む。伝送路１１２は、伝送路１１２のいずれかの端において接地に取付けられている、第１のコンデンサ・バンク１１４および第２のコンデンサ・バンク１１６を有し、特性インピーダンスＺｏを有する。伝送路１１２の特性インピーダンスＺｏが目標整合インピーダンス（例えば、５０オーム）より大きく、その長さＬが波長の４分の１より短いとき、その影響は、直列インダクタンスの影響に類似し、従って、ネットワークはＰｉネットワークと同様に動作する。
【００５８】
各第１の１１４および第２の１１６コンデンサ・バンクは、各スイッチ１１８を通して接地に接続している３つの並列接続コンデンサを含む。各コンデンサは、それぞれのスイッチ１１８を有する。コンデンサの第１のバンク１１４は、ｄＣ１：２ｄＣ１：４ｄＣ１の２進比にあり、ここで、ｄＣ１は静電容量における最少の変化を表す。同様に、コンデンサの第２のバンク１１６は、ｄＣ２：２ｄＣ２：４ｄＣ２の２進比にあり、ここで、ｄＣ２もまた、静電容量における最少の変化である。従って、第１の１１４および第２の１１６コンデンサ・バンクと関連する静電容量は、信号および制御処理装置５６において受信された３つのビット２進数制御信号１００の２つと共に、各コンデンサに関連するそれぞれのスイッチ１１８が動作する際に、それぞれ０から７ｄＣ１および０から７ｄＣ２の間で変化する。ＭＥＭ素子は、切替コンデンサ、伝送路１１２、および他の選択的半導体構成部品と同じ基板上に統合することができるので、スイッチ１１８に使用されるスイッチの好ましい型である。しかし、ＰＩＮダイオードあるいはリレーを使用することもできる。
【００５９】
方向性結合器９６は、順方向および反射電力信号をサンプリングし、制御電圧Ｖｃｃと接地の間に接続している無限インピーダンス検知器１２０を使用して、これらの信号を整流する。無限インピーダンス検知器は図１０に示されるように構成され、抵抗器１２２、１２４、１２６および１２８、コンデンサ１３０および１３２、そして、トランジスタ１３４、１３６、１３８および１４０を含む。サンプリングされた順方向電力信号は、トランジスタ１４０の制御端子に入力され、サンプリングされた反射電力信号はトランジスタ１３４の制御端子に入力される。検知された逆方向電力は、回線１４２においてトランジスタ１３６の出力端子から取出され、検知された順方向電力は、回線１４４においてトランジスタ１３８の出力端子から取出される。回線１４４上の検知された順方向電力信号は、１０：１電圧分割ネットワーク１４５に入力され、回線１４２上の逆方向電力信号振幅は、比較器１４６によって検知された順方向電力信号の１０分の１と比較される。比較器１４６は、不整合が図９に示される良好領域１０５内にあるかどうかを示す“良好／不良”決定信号１００ａを、信号および制御処理装置５６に出力する。
【００６０】
反射電力信号はまた、平衡混合器１４８および１５０の信号入力に適用され、これらの混合器は、順方向電力信号による局所発振器入力において直交に駆動される。９０度位相分割、つまりヒルバート（Ｈｉｌｂｅｒｔ）・ネットワーク１５２は、順方向電力信号を９０度位相差異をもって分割し、９０度分割順方向電力信号１５４および１５６を混合器１４８および１５０に入力し、これらの混合器を直交に駆動する。ＴＤＭＡ送信フレームにわたって平均化された、平衡混合器１４８および１５０からの平均ｄＣ出力信号１５８および１６０は、それぞれ、比較器１６２および１６４に入力され、これらの比較器は結果を正（＋）あるいは負（−）のいずれかに量子化し、それぞれの出力信号１００ｂおよび１００ｃを信号および制御処理装置５６に送る。このように量子化することにより、図９の４つの４分円１０１−１０４のどこに不整合があるかが決定される。このことは、信号および制御処理装置５６が、予めプログラムされた規則に基づき、それぞれｄＣ１あるいはｄＣ２の最少の段階分、静電容量Ｃ１あるいはＣ２、あるいはその双方を増加させるか減少させるかを決定するのに十分である。予めプログラムされた規則は、決定された動作が常に、インピーダンス不整合を図９の“良好”領域１０５に向けて動かし、最終的にはそこに置く結果になることを保証している。
【００６１】
予めプログラムされた規則のセットは、全ての可能な規則のセットのうちの予め設定された数のセットである。可能な規則のセットの数は、４つの領域１０１−１０４の各々にたいする合計９個の可能な動作に対して、（−ｄＣ２、０、ｄＣ２）と組み合わされた可能な動作（−ｄＣ１、０、ｄＣ１）のひとつを選択することによって決定される。そして、６４（２^６）の可能な先在のコンデンサへの切換状態の各々に対して、合計６４ｘ９^４の規則のセットとなる。これらの規則のセットのひとつの選択は、アンテナあるいは携帯電話の選択とは無関係であり、シミュレーション技術によって決定することができる。決定された静電容量変化の６４ｘ４の値は、先在の（６４のうち１つの）コンデンサ切換状態と組合わされ、変化の後の新しいコンデンサ切換状態を決定することができる。６つのスイッチ制御ビットが、２５６バイトの参照用テーブルに記憶された切換状態をプログラムするために必要である。携帯電話の動作が望まれる各周波数帯域に対して、ひとつのこのようなテーブルが必要であろう。
【００６２】
図１０に示されるような全検知および量子化装置９８は、単一のシリコン・チップとして構築することができる。あるいは、送信回路５０（図４参照）の一部である、送信信号生成および変調チップに統合することもできる。同様に、スイッチ１１８を含む可変整合ネットワーク１１０は、異なるチップあるいはモジュ−ルの数を減らすために、ＭＥＭスイッチ７２のバンクに統合することができる。
【００６３】
超小型電子機械に関するさらなる情報のために、以下の米国特許を参照されたい。これらの開示は参照によりここに取り入れられる。米国特許第６，０５７，５２０号“弧抵抗高電圧超小型機械静電スイッチ”、米国特許第６，０２３，１２１号“熱アーチ形ビーム超小型電気機械構造”、米国特許第５，９９４，８１６号“熱アーチ形ビーム超小型電気機械素子および関連する製造方法”、米国特許第５，９６２，９４９号“超小型電気機械位置決め装置”、および、米国特許第５，９５５，８１７号“熱アーチ形ビーム超小型電気機械スイッチングアレー”。
【００６４】
ここに、携帯電話の動作が望まれる複数の周波数帯域においてアンテナを整合させる問題をいかに解決するかを含む、携帯電話をどのように複数の周波数帯域において動作するように構築することができるかを開示してきた。ここに開示されているのは、送信機に対する整合アンテナ負荷インピーダンスを自動的に決定する、適応整合ネットワークである。ＴＤＭＡ送信スロットの間のインピーダンス不整合の粗い量子化、および、ＴＤＭＡフレーム形式の送信スロットの間の適応整合ネットワークの整合構成要素への修正に基づき、複数の周波数におけるインピーダンス整合を達成することができる。本発明は、ＴＤＭＡネットワークにおける動作に限定されず、携帯装置が送信も受信もしていないアイドル・スロットがあるどんなネットワークにおいても、アンテナを整合させるために動作することができることに注意されたい。
【００６５】
本発明を特定の図面を参照して記述してきたが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、多様な変更を行うことができることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の調整可能整合ネットワークを取り入れている無線通信装置を含む、無線通信ネットワークを示す図である。
【図２】
従来の携帯電話のブロック回路図である。
【図３】
典型的な時分割多元接続信号波形フレームおよびスロット形式を示す図である。
【図４】
本発明による調整可能整合ネットワークの一般的な実施例を取り入れている無線通信装置のための、アンテナ結合配置を示す図である。
【図５】
図４に示される調整可能整合ネットワークの第１の実施例のための回路配列を示す図である。
【図６】
図４に示される本発明による調整可能整合ネットワークの第２の実施例のための回路配列を示す図である。
【図７】
図４に示される本発明による調整可能整合ネットワークの第３の実施例のための回路配列を示す図である。
【図８】
図７に示される本発明による調整可能整合ネットワークへの、インピーダンス不整合測定および量子化装置の追加を表す回路配列を示す図である。
【図９】
アンテナ不整合に対する、４つの“不良”領域と１つの“良好”領域に対応する５つの領域に分割されたスミス・チャートのグラフである。
【図１０】
図８に示されるインピーダンス不整合および量子化装置の回路図である。

Claims (40)

1. 第１の複数の送信周波数帯域において信号を送信し、第２の複数の受信周波数帯域において信号を受信するための無線通信装置であって、
   無線通信ネットワークへおよびから信号を送受信するためのアンテナと、
   信号送信のための前記第１の複数の送信周波数帯域に対応する第３の複数の送信電力増幅器の選択されたひとつに、前記アンテナを選択的に接続する調整可能整合ネットワーク、を含み、
   前記調整可能整合ネットワークが、前記選択されたひとつの送信電力増幅器と前記アンテナのインピーダンスを整合させることを特徴とする前記無線通信装置。
2. 請求項１に記載の無線通信装置において、前記調整可能整合ネットワークが、信号受信のための前記第２の複数の受信周波数帯域に対応する第４の複数の受信帯域通過フィルタの選択されたひとつに、前記アンテナを選択的に接続し、前記調整可能整合ネットワークが、前記選択されたひとつの受信帯域通過フィルタと前記アンテナのインピーダンスを整合させることを特徴とする、前記無線通信装置。
3. 請求項１に記載の無線通信装置において、前記第１の複数の送信周波数帯域が、前記第２の複数の受信周波数帯域と等しいことを特徴とする、前記無線通信装置。
4. 請求項１に記載の無線通信装置において、前記第３の複数の送信電力増幅器が前記第１の複数の送信周波数帯域より少なく、少なくともひとつの送信電力増幅器が少なくとも２つの送信周波数帯域において動作していることを特徴とする、前記無線通信装置。
5. 請求項１に記載の無線通信装置において、前記調整可能整合ネットワークが、各前記第１の複数の送信周波数帯域に対する送信帯域整合ネットワークを含み、各前記送信帯域整合ネットワークが前記第３の複数の送信電力増幅器のひとつにそれぞれ接続し、前記アンテナに選択的に接続可能であり、各前記送信帯域整合ネットワークがその対応する送信周波数帯域に対してアンテナ・インピーダンス整合を最適化するよう構成されていることを特徴とする、前記無線通信装置。
6. 請求項２に記載の無線通信装置において、前記調整可能整合ネットワークが、（ａ）前記第３の複数の送信電力増幅器のひとつあるいは（ｂ）前記第４の複数の受信帯域通過フィルタのひとつに前記アンテナを選択的に接続するスイッチを含み、前記スイッチが、前記無線通信ネットワークに関連する時分割多元接続信号形式のフレーム期間の間に動作することを特徴とする、前記無線通信装置。
7. 請求項６に記載の無線通信装置において、前記スイッチが、ガリウムひ素電界効果トランジスタ・スイッチあるいはＰＩＮダイオード・スイッチのいずれかを含むことを特徴とする、前記無線通信装置。
8. 請求項１に記載の無線通信装置において、前記調整可能整合ネットワークが、前記第３の複数の送信電力増幅器のひとつに前記アンテナを選択的に接続する電気機械スイッチの第１のバンクを含み、前記電気機械スイッチの第１のバンクが、前記第１の複数の送信周波数帯域のひとつの選択が変わるのに応答して、前記アンテナの選択的接続を変えるよう動作することを特徴とする、前記無線通信装置。
9. 請求項８に記載の無線通信装置において、前記電気機械スイッチの第１のバンクが、超小型電子機械を含むことを特徴とする、前記無線通信装置。
10. 請求項２に記載の無線通信装置において、前記調整可能整合ネットワークが、前記第４の複数の受信帯域通過フィルタのひとつに前記アンテナを選択的に接続する電気機械スイッチの第２のバンクを含み、前記電気機械スイッチの第２のバンクが、前記第２の複数の受信周波数帯域のひとつの選択が変わるのに応答して、前記アンテナの選択的接続を変えるよう動作することを特徴とする、前記無線通信装置。
11. 請求項１０に記載の無線通信装置において、前記電気機械スイッチの第２のバンクが、超小型電子機械を含むことを特徴とする、前記無線通信装置。
12. 請求項５に記載の無線通信装置において、前記送信帯域整合ネットワークが、単一直列誘導器および分路コンデンサを含むことを特徴とする、前記無線通信装置。
13. 請求項２に記載の無線通信装置において、前記調整可能整合ネットワークが、各前記第２の複数の受信周波数帯域に対する受信帯域整合ネットワークを含み、各前記受信帯域整合ネットワークが前記第４の複数の受信帯域通過フィルタのひとつにそれぞれ接続し、前記アンテナに選択的に接続可能であり、各前記受信帯域整合ネットワークが対応する受信周波数帯域に対してアンテナ・インピーダンスを最適化するよう構成されていることを特徴とする、前記無線通信装置。
14. 請求項１３に記載の無線通信装置において、前記受信帯域整合ネットワークが、単一直列誘導器および分路コンデンサを含むことを特徴とする、前記無線通信装置。
15. 請求項２に記載の無線通信装置において、前記調整可能整合ネットワークが、
    前記アンテナに接続する可変整合ネットワークと、
    共通の受信出力および送信入力端子を有し、送信と受信状態の間で動作可能な送信／受信スイッチ、を含み、
    前記送信／受信スイッチが、前記可変整合ネットワークに接続する共通端子を有し、前記送信／受信スイッチの受信出力端子が、前記第４の複数の受信帯域通過フィルタの選択されたひとつに選択的に接続可能であり、前記送信／受信スイッチの送信入力端子が、前記第３の複数の送信電力増幅器の選択されたひとつに選択的に接続可能である、ことを特徴とする、前記無線通信装置。
16. 請求項１５に記載の無線通信装置において、前記調整可能整合ネットワークがさらに、前記第３の複数の送信電力増幅器の選択されたひとつに前記アンテナを選択的に接続するための、前記送信／受信スイッチの送信入力端子と前記第３の複数の送信電力増幅器の間に接続した、電気機械スイッチの第１のバンクを含み、前記電気機械スイッチの第１のバンクが、前記第１の複数の送信周波数帯域のひとつの選択が変わるのに応答して、前記アンテナの選択的接続を変えるように動作することを特徴とする、前記無線通信装置。
17. 請求項１５に記載の無線通信装置において、前記調整可能整合ネットワークがさらに、前記第４の複数の受信帯域通過フィルタの選択されたひとつに前記アンテナを選択的に接続するための、前記送信／受信スイッチの受信出力端子と前記第４の複数の受信帯域通過フィルタの間に接続した、電気機械スイッチの第２のバンクを含み、前記電気機械スイッチの第２のバンクが、前記第２の複数の受信周波数帯域のひとつの選択が変わるのに応答して、前記アンテナの選択的接続を変えるように動作することを特徴とする、前記無線通信装置。
18. 請求項１５に記載の無線通信装置において、前記送信／受信スイッチが、前記無線通信ネットワークによって使用される時分割多元接続信号形式のフレーム速度において動作することを特徴とする、前記無線通信装置。
19. 請求項１５に記載の無線通信装置において、前記可変整合ネットワークが、選択された送信電力増幅器と前記アンテナのインピーダンスを整合するステップ・スイッチ・リアクタンスを含むことを特徴とする、前記無線通信装置。
20. 請求項１９に記載の無線通信装置において、各前記ステップ・スイッチ・リアクタンスが、２進比のリアクタンス値における複数のリアクタンスを含み、各前記複数のリアクタンスが関連するスイッチを有することを特徴とする、前記無線通信装置。
21. 請求項１５に記載の無線通信装置において、前記調整可能整合ネットワークが、さらに、
    前記第３の複数の送信電力増幅器の選択されたひとつに対応する前記第１の複数の送信周波数帯域の選択されたひとつにおいて、送信信号の順方向および反射電力を測定し、アンテナ・インピーダンス不整合の量子化指示を提供する信号を生成する、インピーダンス不整合測定および量子化装置と、
    前記量子化インピーダンス不整合指示信号を受信し処理し、前記可変整合ネットワークを調整して前記選択された送信電力増幅器と前記アンテナのインピーダンス整合を達成するために、前記可変整合ネットワークに調整制御信号を提供する制御処理装置、を含むことを特徴とする、前記無線通信装置。
22. 請求項２１に記載の無線通信装置において、前記量子化インピーダンス不整合指示信号が、前記インピーダンス不整合測定および量子化装置によって、時分割多元接続フレーム期間の送信スロットの間に生成されることを特徴とする、前記無線通信装置。
23. 請求項２１に記載の無線通信装置において、前記制御処理装置が、前記無線通信装置によって送信にも受信にも使用されていない時分割多元接続フレーム期間の一部分の間に、前記可変整合ネットワークに前記調整制御信号を提供することを特徴とする、前記無線通信装置。
24. 請求項２に記載の無線通信装置において、前記調整可能整合ネットワークが、
    共通の受信出力および送信入力端子を有し、送信と受信状態の間に動作する送信／受信スイッチであって、その共通端子を前記アンテナに接続する送信／受信スイッチと、
    前記送信／受信スイッチの前記受信出力に接続し、前記第４の複数の受信帯域通過フィルタの選択されたひとつに選択的に接続する、可変受信整合ネットワークと、
    前記送信／受信スイッチの前記送信入力端子に接続し、前記第３の複数の送信電力増幅器の選択されたひとつに選択的に接続する、可変送信整合ネットワークを有することを特徴とする、前記無線通信装置。
25. 請求項２４に記載の無線通信装置において、前記調整可能整合ネットワークがさらに、
    前記可変送信整合ネットワークを前記第３の複数の送信電力増幅器の選択されたひとつに選択的に接続するために、前記可変送信整合ネットワークと前記第３の複数の送信電力増幅器の間に接続する、電気機械スイッチの第１のバンクを有し、当該電気機械スイッチの第１のバンクが、前記第１の複数の送信周波数帯域のひとつの選択が変わったのに応答して、前記選択的接続を変えるように動作し、
    前記可変受信整合ネットワークを前記第４の複数の受信帯域通過フィルタの選択されたひとつに選択的に接続するために、前記可変受信整合ネットワークと前記第４の複数の受信帯域通過フィルタの間に接続する、電気機械スイッチの第２のバンクを有し、当該電気機械スイッチの第２のバンクが、前記第２の複数の受信周波数帯域のひとつの選択が変わったのに応答して、前記選択的接続を変えるよう動作することを特徴とする、前記無線通信装置。
26. 請求項２５に記載の無線通信装置において、前記電気機械スイッチの第１および第２のバンクが、超小型電子機械を含むことを特徴とする、前記無線通信装置。
27. 請求項２４に記載の無線通信装置において、前記調整可能整合ネットワークがさらに、
    前記第３の複数の送信電力増幅器の選択されたひとつに対応する前記第１の複数の送信周波数帯域の選択されたひとつにおいて、送信信号の順方向および反射電力を測定し、アンテナ・インピーダンス不整合の量子化指示を提供する信号を生成する、インピーダンス不整合測定および量子化装置と、
    前記量子化インピーダンス不整合指示信号を受信し処理し、前記可変送信整合ネットワークを調整して前記選択された電力増幅器と前記アンテナのインピーダンス整合を達成するために、前記可変送信整合ネットワークに調整制御信号を提供する、制御処理装置と、を含むことを特徴とする、前記無線通信装置。
28. 請求項２７に記載の無線通信装置において、前記量子化インピーダンス不整合指示信号が、前記インピーダンス不整合測定および量子化装置によって、時分割多元接続期間の送信スロットの間に生成されることを特徴とする、前記無線通信装置。
29. 請求項２７に記載の無線通信装置において、前記制御処理装置が、前記無線通信装置によって送信にも受信にも使用されていない時分割多元接続フレーム期間の一部分の間に、前記可変送信整合ネットワークに前記調整制御信号を提供することを特徴とする、前記無線通信装置。
30. 請求項２４に記載の無線通信装置において、前記可変受信整合ネットワークが、各前記第２の複数の受信周波数帯域に対する固定整合構成要素のセットか、あるいは、制御処理装置からのスイッチ制御信号に応答して、選択された受信帯域通過フィルタとアンテナのインピーダンスを整合させる、ステップ・スイッチ・リアクタンスのいずれかを含むことを特徴とする、前記無線通信装置。
31. 請求項２４に記載の無線通信装置において、前記可変送信整合ネットワークが、各前記第１の複数の送信周波数帯域に対する固定整合構成要素のセットか、あるいは、制御処理装置からのスイッチ制御信号に応答して、選択された送信電力増幅器とアンテナのインピーダンスを整合させる、ステップ・スイッチ・リアクタンスのいずれかを含むことを特徴とする、前記無線通信装置。
32. 請求項３０に記載の無線通信装置において、前記制御処理装置が、各前記第２の複数の受信周波数帯域に対する前記スイッチ制御信号のための規定値を記憶することを特徴とする、前記無線通信装置。
33. 請求項２７に記載の無線通信装置において、前記制御処理装置が、前記量子化インピーダンス不整合指示信号が規定の限度内のアンテナ・インピーダンス不整合を指示している場合、前記可変送信整合ネットワークの調整を抑止することを特徴とする、前記無線通信装置。
34. 時分割多元接続（ＴＤＭＡ）信号形式を使用する、複数の送信および受信周波数帯域における信号を送受信するための、無線通信装置であって、
    無線通信ネットワークへおよびから信号を送受信するためのアンテナと、
    前記ＴＤＭＡ信号形式のフレーム期間の送信タイムスロットの間に、前記アンテナを送信信号経路に選択的に結合し、前記ＴＤＭＡフレーム期間の受信タイムスロットの間に、前記アンテナを受信信号経路に選択的に結合する、送信／受信スイッチと、
    前記アンテナと選択された送信周波数帯域に対応する選択された送信電力増幅器の間の前記送信信号経路において接続された、可変整合ネットワークと、
    前記選択された送信電力増幅器と前記可変整合ネットワークの間の前記送信信号経路において接続された、インピーダンス不整合測定および量子化装置であって、前記選択された送信周波数帯域上の送信信号の順方向および反射電力を測定し、アンテナ・インピーダンス不整合の量子化指示を提供する不整合指示信号を生成し、前記ＴＤＭＡフレーム期間の前記送信タイムスロットの間に前記不整合指示信号を生成する前記インピーダンス不整合測定および量子化装置と、
    前記不整合指示信号を受信し処理し、前記無線通信装置によって送信のために使用されていない前記ＴＤＭＡフレーム期間の一部分の間に、前記可変整合ネットワークに調整制御信号を提供する、制御処理装置を含む、前記無線通信装置。
35. 請求項３４に記載の無線通信装置において、前記調整制御信号が、前記無線通信装置が受信のために使用していない前記ＴＤＭＡフレーム期間の一部分の間に、前記制御処理装置によって前記可変整合ネットワークに提供されることを特徴とする、前記無線通信装置。
36. 請求項３４に記載の無線通信装置において、前記不整合指示信号が、前記測定された順方向および反射電力から得られた反射係数振幅が、規定値より小さいか大きいかを示す第１のビットを含むことを特徴とする、前記無線通信装置。
37. 請求項３６に記載の無線通信装置において、前記不整合指示信号の前記第１のビットが、反射係数が前記規定値より小さいと示している場合、前記制御処理装置が前記可変整合ネットワークに調整制御信号を提供しないことを特徴とする、前記無線通信装置。
38. 請求項３４に記載の無線通信装置において、前記不整合指示信号が反射係数位相の粗い指示を提供することを特徴とする、前記無線通信装置。
39. 請求項３８に記載の無線通信装置において、前記不整合指示信号が、前記反射係数が複素平面のどの４分円にあるかを示す２ビットの４分円指示部分を含むことを特徴とする、前記無線通信装置。
40. 請求項３９に記載の無線通信装置において、前記２ビットの４分円指示部分が、予め計算された参照用テーブルからの前記調整制御信号を出力するために、前記処理装置によって処理されることを特徴とする、前記無線通信装置。

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