JP2006060819A - 移動電子装置用の並列ループアンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】移動電子装置用のより堅牢なアンテナシステムを提供する。
【解決手段】スマートパーソナルオブジェクトなどの移動電子装置は、信号を放射および受信するためのアンテナシステムを含む。アンテナシステムは、インダクタンスは低減されるが、誘導電圧は実質的な影響を受けない等価回路を定める、電気的に並列に接続される少なくとも２つのアンテナを含む。
【選択図】図３

Description

本発明は、一般に移動電子装置に関する。より詳細には、本発明は、移動電子装置用のアンテナシステムに関する。

社会の移動性が増すにつれて、移動電子装置は、人気および成長の高波に乗った観を呈している。携帯（セルラ）電話、無線ＰＤＡ、無線ラップトップ、およびその他の移動通信装置は、主流消費者層のほとんどが所持している。しかし、サービスエリアが真に十分な広域性をもち、低価格・小型で、バッテリ効率がよい無線通信システムが実現していないために、この成長は抑制され、消費者の満足度も制限されてしまう。セルラデータ送信電話による解決策は、電力効率が良いとはとても言えず、使用を敬遠させる（相対的な）コストおよびサイズ上の不都合を抱えている。

操作性の優れたユーザインタフェース、新しいオペレーティングシステムプラットフォーム、および新しい通信機能を始めとする一連の新しい技術が開発されている。スマートパーソナルオブジェクト（Ｓｍａｒｔ Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｏｂｊｅｃｔ）は、特定のソフトウェアの使用によってより高性能で、より個人化され、より便利になった、時計、ペン、キーホルダ、札入れなどの日常物品である。これらの日常物品は、すでに非常に数多く存在し、もちろん、それらのすべてが、人々が利用価値を認める主要な機能をすでに有している。それらは、交通情報、スケジュール更新、ニュースなど、適時性が重要で人々にとって有用な、まさに今現在の情報ではないがしかしタイムリーな情報を表示するように拡張することもできる。

情報を受信し、利用する、これらの物品の能力は、各物品の信号受信および送信機能に部分的には依存する。適用例によっては、ＦＭ周波数帯域の一部を利用して、情報を送信するのが望ましい。

しかし、潜在的な問題が、ＦＭ信号の効率的利用を妨げることが起こり得る。例えば、いくつかのＦＭおよびより高い周波数用のロッドアンテナのインダクタンス量は（フェライト損失に加えて）、劇的に増加しがちである。インダクタンスの増加は、通常、小さい静電容量を必要とする。しかし、プリント配線基板（ＰＷＢ）トレース（またはプリント回路基板（ＰＣＢ）トレース）および集積回路（ＩＣ）パッケージ、ならびに受信機ＩＣは、タンク回路用に達成可能な最小容量を決定する静電容量を持っている。ＩＣ入力は、一般にインピーダンスが高く、整合回路の使用はさらに多くの損失を招きやすい。整合回路は、浮遊容量も含みやすい。さらに、どのようなタイプのマイクロストリップ整合を使用することも、ポータブル装置のＰＷＢ寸法と比べて波長は非常に長いため、望ましくない。したがって、移動電子装置用のより堅牢なアンテナシステムが望まれる。

低電力ポータブルコンピュータにおいて、本発明は、発信源からの情報を受信するための、並列に接続された少なくとも２つのアンテナを利用する。本発明の一実施形態によれば、アンテナシステムは、周波数変調（ＦＭ）信号の受信を改善するための、少なくとも２つの複数のループアンテナを含む。アンテナシステムは、アンテナ回路において互いに並列に接続される２つのアンテナを含む。並列アンテナは、インダクタンスは低減されるが、誘導電圧は実質的な影響を受けない等価回路となる。本発明のアンテナシステムは、アンテナ同調のために静電容量値を管理可能としながら、システム内の各アンテナにより高いインダクタンスおよび放射抵抗を与える。本発明は、スマートパーソナルオブジェクト技術装置、ならびにその他の短波（ＨＦ）（３〜３０ＭＨｚ（波長１００ｍ〜１０ｍ））、超短波（ＶＨＦ）（３０〜３００ＭＨｚ（波長１０ｍ〜１ｍ））、および極超短波（ＵＨＦ）（３００〜３０００ＭＨｚ（波長１ｍ〜１０ｃｍ））装置が、感度を改善し、構成の柔軟性をもつことを可能にする。

本発明およびその改善点についてのより完全な理解は、以下で簡潔に要約する添付の図面、本発明の例示的な実施形態についての以下に示す詳細な説明、および添付の特許請求の範囲を参照することによって得ることができる。

本発明を、情報携帯端末（ＰＤＡ）、携帯電話、ポケットベル、スマート電話、カメラ付き電話などの無線クライアント装置との関連において説明する。本発明の好ましい実施形態では、クライアント装置は、通信信号を受信するように特別に構成された、腕時計タイプの装置とする。

本発明は、電子装置用のアンテナシステムを提供する。より詳細には、本発明は、移動電子装置による短波、超短波、および極超短波信号の受信を改善するための、移動電子装置用のアンテナシステムを提供する。本発明の好ましい一実施形態によれば、アンテナシステムは、アンテナ回路において互いに並列に接続される、第１および第２のアンテナを含む。並列アンテナ構造は、インダクタンスは低減されるが、誘導電圧は実質的な影響を受けない等価回路となる。本発明のアンテナシステムは、アンテナ同調のために静電容量値を管理可能としながら、各アンテナにより高いインダクタンスおよび放射抵抗を与えるのに役立つ。

以下で説明するように、電子装置は、通信信号を受信および／または送信するように特別に構成された、スマート腕時計タイプの装置とすることができる。実施形態の中には、腕時計ベースのシステムを前提にして説明されるものもあるが、本出願の教示が、ポータブルコンピュータ、携帯情報端末（ＰＤＡ）、セルラ電話、目覚まし時計、キーホルダ、冷蔵庫マグネットなど、その他の移動装置にも等しく適用可能であることは明らかであろう。腕時計は、以下の説明を簡潔にする例示的な目的で使用されるに過ぎず、「移動装置」および／または「クライアント装置」と交換可能に使用することができる。

「コンピュータ読取り可能媒体」は、クライアント／サーバ装置によってアクセス可能な任意の利用可能媒体とすることができる。例えば、コンピュータ読取り可能媒体として、コンピュータ記憶媒体と通信媒体を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。コンピュータ記憶媒体には、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール、またはその他のデータといった情報を記憶するための任意の方法または技法で実施される、揮発性および不揮発性媒体、着脱可能および着脱不能媒体が含まれる。コンピュータ記憶媒体には、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ、もしくはその他のメモリ技術、ＣＤ−ＲＯＭ、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、もしくはその他の光記憶、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスク記憶、もしくはその他の磁気記憶装置、または所望の情報を記憶するのに使用でき、クライアント／サーバ装置によってアクセスできる、その他の任意の媒体が含まれるが、これらに限定されるものではない。

通信媒体は一般に、搬送波またはその他の移送機構などの変調データ信号中に、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール、またはその他のデータを表すものであり、任意の情報配信媒体を含む。「変調データ信号」という語は、信号中に情報を符号化するための方式によって、１つまたは複数の特性を設定または変更された信号を意味する。例えば、通信媒体には、有線ネットワークまたは直接線接続などの有線媒体、および音響、ＲＦ、赤外線、およびその他の無線媒体などの無線媒体が含まれるが、これらに限定されるものではない。上記の媒体のどのような組み合わせも、コンピュータ読取り可能媒体の範囲に含まれる。

「コンテンツ」という語は、電子装置に保存できる任意の情報とすることができる。例えば、コンテンツには、グラフィカル情報、テキスト情報、ならびにグラフィカルおよびテキスト情報の任意の組み合わせが含まれ得るが、これらに限定されるものではない。コンテンツは、表示可能情報または可聴情報とすることができる。可聴情報には、単一音または音ストリームが含まれ得る。

本発明のための全体的な動作環境にき、図１〜図２を参照しながら以下に説明する。

動作環境
図１に、本発明のための例示的な動作環境１００を示す。図１に示すように、ＦＭトランシーバまたは放送は、通信チャネル１１０を介して様々な電子装置に送信される。ＦＭ受信機またはトランシーバを有する例示的な電子装置には、デスクトップコンピュータ、腕時計、ポータブルコンピュータ、無線セルラ電話（セル電話）、および／または携帯情報端末（ＰＤＡ）が含まれ得る。電子装置は、ＦＭ放送から情報を受信するように構成される。ＦＭ放送は、標準ＦＭ送信、サブキャリアＦＭ送信、または希望する他の任意のタイプのＦＭ送信を含む、ただし、これらに限定されない、任意の複数のタイプから成ることができる。

図１には、対話モデルに基づいて動作するように構成される電子システムを含むことができる例示的な電子装置が示されている。電子システムは、上で説明したＦＭ送信システムなどの無線インタフェースを利用することができる。各々の電子システムは、通信チャネルを介して、メッセージ／情報を受信する。

図示および説明した動作環境は、適切な動作環境の例であるに過ぎず、本発明の用途および機能の範囲に対して、どのような制限も示唆するものではない。本発明での使用に適し得るその他の周知のコンピューティングシステム、環境、および／または構成には、パーソナルコンピュータ、サーバコンピュータ、ハンドヘルドまたはラップトップ装置、マルチプロセッサシステム、マイクロプロセッサベースシステム、プログラム可能な家電、ネットワークＰＣ、ミニコンピュータ、メインフレームコンピュータ、上記のどのシステムまたは装置をも含み得る分散コンピューティング環境などが含まれるが、これらに限定されるものではない。

例示的な電子システム
図２は、例示的な電子装置２００の機能コンポーネントを示した概略図である。電子装置２００は、プロセッサ２６０と、メモリ２６２と、ディスプレイ２２８と、ユーザインタフェース２３２とを有する。メモリ２６２は一般に、揮発性メモリ（例えば、ＲＡＭ）と、不揮発性メモリ（例えば、ＲＯＭ、フラッシュメモリなど）とを含む。電子装置２００は、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ社のＷｉｎｄｏｗｓ（登録商標） ＣＥオペレーティングシステムや、別のオペレーティングシステムなどの、メモリ２６２に置かれプロセッサ２６０で実行されるオペレーティングシステム２６４を含む。ユーザインタフェース２３２は、一連のプッシュボタン、スクロールホイール、（典型的な電話にあるような）数字ダイヤリングパッド、または別のタイプのユーザインタフェース手段とすることができる。ディスプレイ２２８は、液晶ディスプレイ、マルチビットディスプレイ、フルカラーディスプレイ、または電子装置で普通に使用されるその他の任意のタイプのディスプレイとすることができる。一実施例では、ディスプレイ２２８は、入力装置としても機能するタッチ式とすることができる。

１つまたは複数のアプリケーションプログラム２６６が、メモリ２６２にロードされ、オペレーティングシステム２６４上において実行される。アプリケーションプログラムの例として、電話ダイアラプログラム、電子メールプログラム、スケジューリング／カレンダプログラム、ＰＩＭ（個人情報管理）プログラム、インターネットブラウザプログラムなどがある。電子装置２００は、メモリ２６２内に配置される不揮発性ストレージ２６８も含む。不揮発性ストレージ２６８は、電子装置２００の電源を切っても失ってはならない永続的な情報を保存するために使用することができる。アプリケーション２６６は、電子メールアプリケーションによって使用される電子メールまたはその他のメッセージ、ＰＩＭによって使用される連絡先情報、スケジューリングプログラムによって使用されるアポイント情報、文書処理アプリケーションによって使用される文書など、ストレージ２６８内の情報を使用し、保存することができる。

電子装置２００は、１つまたは複数のバッテリとして実装できる電源２７０を有する。電源２７０はさらに、バッテリを補い、または充電する、ＡＣアダプタまたは電力ドッキングクレードルを含むことができる。

電子装置２００はまた、２つのタイプの外部通知機構、すなわち、ＬＥＤ２４０とオーディオインタフェース２７４を備えるものとして示されている。これらの装置は、一度起動されると、通知機構によって指定された期間は、プロセッサ２６０およびその他のコンポーネントがバッテリ電力を節約するために停止させられていても、オン状態であり続けるように、電源２７０に直接結合することができる。ＬＥＤ２４０は、ユーザが装置の電源オン状態を指示する行動をとるまで、無期限にオン状態であり続けるようにプログラムすることができる。オーディオインタフェース２７４は、可聴信号をユーザに提供し、またユーザから受け取るために使用される。例えば、オーディオインタフェース２７４は、電話の会話を円滑にするため、または音声認識を使用するユーザインタフェースのためなどに、オーディオ出力を提供するスピーカに結合することができ、またオーディオ入力を受け取るマイクロフォンに結合することができる。別の実施例では、新規到着メッセージをユーザに通報するなど、ユーザにフィードバックを与えるために、バイブレーション装置（図示せず）を使用することができる。電子装置２００は、各通報機構（例えば、オーディオ、バイブレーション、およびビジュアルな合図）を別々に制御することができる。

電子装置２００は、無線周波数通信を受信および／または送信する機能を実行する無線インタフェースレイヤ２７２も含む。無線インタフェースレイヤ２７２は、通信事業者またはサービスプロバイダを介して、電子装置２００と外部世界との間の無線接続を容易にする。無線インタフェースレイヤ２７２への送信および無線インタフェースレイヤ２７２からの送信は、オペレーティングシステム２６４の制御下で行われる。言い換えると、無線インタフェースレイヤ２７２によって受信される通信は、オペレーティングシステム２６４を介してアプリケーションプログラム２６６に渡され、その逆も成り立つ。

本発明の一実施例では、電子装置２００は、無線インタフェースを含む、腕時計装置などの移動電子装置である。腕時計装置用の例示的なユーザインタフェースが、図３に示されており、以下で説明される。以下で説明するユーザインタフェース構成は、複数のセレクタボタン（例えば、４つのセレクタボタン）を含むが、多くのセレクタボタンの機能を、単一のセレクタ（例えば、ボタン、ロケットスイッチ、ホイールなど）に併せ持たせることができる。

ユーザインタフェース（ＵＩ）
図３には、情報が一目で分かる技術（ｇｌａｎｃｅａｂｌｅ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）を利用するように構成されたユーザインタフェースを含む、例示的な腕時計装置３００が示されている。腕時計装置３００は、電子システムを収容するベゼル３１０を含む（例えば、図２を参照）。電子システムは、図２に関連して先に説明したハードウェアと一致した方式で機能を実行する。ベゼル３１０は、液晶ディスプレイ、マルチビットディスプレイ、またはフルカラーディスプレイなどのディスプレイ３２０を含む。本発明の一実施形態では、腕時計の針は、ディスプレイ３２０上に電子的に描画される。一つの代替的な実施形態では、ベゼルは、ディスプレイ３２０を見づらくすることのない、アナログ型の腕時計の針を含む。腕時計装置３００は、ユーザインタフェース（ＵＩ）として動作するように構成された一連のボタン３３０（ａ）〜（ｅ）を含む。

ユーザインタフェースにおいて、各ボタンは、セレクタとして動作する。すべてのボタンは、デフォルト機能、および／またはコンテキストで決まる機能を有する。現在選択されているチャネルが、各セレクタのコンテキストを決定する。代替として、現在アクティブな表示が、各セレクタのコンテキストを決定することもできる。例えば、表示画面（例えば、ヘルプ画面）がアクティブコンテキストになるように、表示画面をメイン表示上にスーパーインポーズすることができる。電子装置３００は、各セレクタに関連する機能が選択チャネルまたは表示画面に基づいて変化し得るという点で、コンテキスト依存性がある。

移動電子装置用のアンテナシステム
本発明は、電子装置用のアンテナシステムを提供する。より詳細には、本発明は、腕時計などの移動電子装置による短波、超短波、および極超短波信号の受信を改善するための、移動電子装置用のアンテナシステムを提供する。本発明の好ましい一実施形態によれば、アンテナシステムは、アンテナ回路において、互いに並列に接続される第１および第２のアンテナを含む。並列アンテナ構造は、インダクタンスは低減されるが、誘導電圧は実質的な影響を受けない等価回路となる。本発明のアンテナシステムは、アンテナ同調のために静電容量値を管理可能としながら、各アンテナにより高いインダクタンスおよび放射抵抗を与えるのに役立つ。説明する実施形態では、電子装置は、通信信号を受信および／または送信するように特別に構成された、スマート腕時計タイプの装置とすることができる。

以下の説明は、腕時計装置および類似した電子システム用のアンテナシステムに関する。しかし、本発明は腕時計装置に限定されるものではないことが理解されよう。また、当業者であれば、その他の移動および携帯電子装置に対する本発明の利点を認識されよう。

図４に、例示的な腕時計装置４００が示されている。腕時計装置４００は、本発明に従って動作するように構成される電子システム４０２を含む。電子システム４０２は、図４に示すようなベゼルに、あるいは腕時計装置の他のいずれかの部分に収容することができる。腕時計装置４００はまた、使用者の腕に腕時計を装着するための腕時計バンド４０４も含むことができる。

電子システム４０２は、コンピュータベースのシステムであり、受信機タイプおよび／またはトランシーバタイプの装置として動作する機能を備える。図に示すように、電子システムは、トランシーバ４０６、マイクロコンピュータユニットまたはマイクロプロセッサ４０８、およびアナログ無線機４１０を含む。以下で詳しく説明するように、アンテナは、情報信号を放射および／または受信するために、トランシーバ４０６に接続される。マイクロプロセッサ４０８と無線受信機コンポーネントの間のトランザクションは、マイクロプロセッサ−デジタルトランシーバインタフェースによって仲介される。腕時計装置４００のコンポーネントは、腕時計サイズの筐体中に収容され、バッテリ電力によって動作する。

トランシーバ４０６は一般に、トランシーバ用の制御、スケジューリング、および後処理タスクを実行するデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）４１２と、デジタル無線、システムタイミング、およびリアルタイムイベント処理（ｒｅａｌ−ｔｉｍｅ ｅｖｅｎｔ ｄｉｓｐａｔｃｈｉｎｇ）を含むリアルタイム装置（ＲＴＤ）４１４とを含む。ＤＳＰ４１２は、マイクロプロセッサ４０８に結合され、トランシーバタスクは、マイクロプロセッサ４０８から命令を受ける。

ＤＳＰ４１２のタスクの１つは、サブキャリア位相再生、変調速度再生および／またはトラッキング、フェージング効果の補償、復調、デインタリービング（ｄｅ−ｉｎｔｅｒｌｅａｖｉｎｇ）、チャネル状態推定、および／または誤り訂正などを目的として、受信データを処理することである。ＤＳＰ４１２は、送信データパケットを解析して、ＲＴＤ４１４のローカルクロックに関係する放送局の信号タイミングを決定する。ローカルクロックは、信号サンプリングの整合性を維持するために、送信機のクロック信号と同期させる。受信機は、受信データの誤読を最低限に抑えるために、定期的に送信機とシンボル同期をとる。

ＲＴＤ４１４のデジタル部は、マイクロプロセッサ４０８およびＤＳＰ４１２にシステムクロックを供給する水晶発振器など、システム時間基準発生器を含むことができる。時間基準はまた、送信および受信動作に変調速度およびサンプルタイミングを提供し、無線動作に開始／停止制御を提供し、マイクロプロセッサ４０８およびＤＳＰ４１２に対するクロックサスペンション（ｃｌｏｃｋ ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ）の期間を制御する。ＲＴＤ４１４は、無線動作も実行し、同様に付加的な動作を実行することができる。無線受信機４１０は、パケットとして構成される区分化データを受信するように構成される。

次に図５Ａ〜図５Ｃを参照すると、本発明の好ましい一実施形態によるアンテナシステム５００が示されており、図４の腕時計装置４００に関連して説明したトランシーバ４０６などのトランシーバ５０２（ＲＦＩＣ）に電気的に接続される。トランシーバ５０２は、この実施形態によれば、アナログ信号処理機能、発振器、位相ロックループ（ＰＬＬ）、ＡＤＣを含み、アンテナ同調制御を提供する。図５Ａに示すように、トランシーバは、デジタルＩＣ５０３と通信可能である。デジタルＩＣ５０３は、プロセッサ、メモリ、デジタル乗算器、およびフィルタを含む。デジタルＩＣ５０３は、ＬＣＤなどのディスプレイ５０５と通信可能である。電源５０７は、電力回路５０９を介して、装置に電力を供給する。ＲＦＩＣ５０２は、共振タンク回路として、アンテナを同調させるように動作でき、増幅、ミキシング、アナログ／デジタル変換を提供する。デジタルＩＣ５０３は、デジタル信号処理、システムレベルタイミングおよび制御、ならびにユーザＩ／Ｏを提供するように動作できる。

アンテナシステム５００は、ボアサイトおよび１つまたは複数のヌルを含む関連付けられたアンテナパターン、ならびに約１００ＭＨｚで約−２５ｄＢｉのアンテナ利得を有する。この利得は、アンテナ指向性および効率を含む。具体的な利得値が腕時計装置の動作周波数に伴って変化することは理解されよう。腕時計装置は、各場合に自動同調するように動作でき、アンテナヌルが情報源の方向に向けられているときにデータを処理するためのフォワードエラー計算アルゴリズムを含む。本明細書で説明するアンテナシステムが送信だけの適用例および受信だけの適用例にも適用可能なことも理解されよう。

引き続き図５Ａを参照すると、アンテナシステム５００は、第１および第２のアンテナ５０４、５０６を含み、これらのアンテナは、電気的に互いに並列に接続される。本発明の好ましい一実施形態によれば、（例えば、銅箔スパイラルを用いた）各アンテナの一端５０４ａ、５０６ａは、トランシーバ回路の銅トレースの一端（トレース上で一緒にはんだ付けされた２つの端は「端子」と呼ぶことができる）に結合される。以下で図５Ｂを参照しながら説明するように、本発明の一実施形態によれば、銅トレースの他端は、チップピン５２２、５２４、５２６（ＲＸ＋、ＴＸ＋、ＣＡＰ１＋）に結合される。同様の方式で、各アンテナの他端５０４ｂ、５０６ｂは、トランシーバ回路の別の銅トレースに結合される。その銅トレースの他端は、チップピン５１６、５１８、５２０（ＲＸ−、ＴＸ−、ＣＡＰ１−）に結合される。

本発明の一実施形態では、並列アンテナ結合体（ｐａｒａｌｌｅｌ ａｎｔｅｎｎａ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ）の一方の端子は、チップピン５１６、５１８、５２０（ＲＸ−、ＴＸ−、ＣＡＰ１−）に接続され、並列アンテナ結合体の他方の端子は、チップピン５２２、５２４、５２６（ＲＸ＋、ＴＸ＋、ＣＡＰ１＋）に結合される（図５Ｂを参照）。代替実施形態では、ＣＡＰ２バンクを使用して、並列アンテナ結合体の一方の端子を、チップピン５１６、５１８、５２８（ＲＸ−、ＴＸ−、ＣＡＰ２−）に接続し、並列アンテナ結合体の他方の端子を、チップピン５２２、５２４、５３０（ＲＸ＋、ＴＸ＋、ＣＡＰ２＋）に結合することができる。さらに別の代替的な実施形態では、ＣＡＰ１バンクとＣＡＰ２バンクを共に使用して、並列アンテナ結合体の一方の端子を、チップピン５１６、５１８、５２０、および５２８（ＲＸ−、ＴＸ−、ＣＡＰ１−、ＣＡＰ２−）に接続し、並列アンテナ結合体の他方の端子を、チップピン５２２、５２４、５２６、および５３０（ＲＸ＋、ＴＸ＋、ＣＡＰ１＋、ＣＡＰ２＋）に結合することができる。

トランシーバ（ＲＦＩＣ）５０２は、個々の静電容量バンクまたは複数の静電容量バンクに並列に接続されるインダクタンス量に基づいて、約５ｐｆから約３５ｐｆの間に静電容量を調整するように動作できる。例えば、ＣＡＰ１バンクに接続されている場合、インダクタンス量は、約９４ｎＨから約２１８ｎＨとすることができる。ＣＡＰ２バンクに接続されている場合、インダクタンス量は、約９４ｎＨから約２１８ｎＨとすることができる。ＣＡＰ１バンクとＣＡＰ２バンクの両方に接続されている場合、インダクタンス量は、約４７ｎＨから約１０９ｎＨとすることができる。したがって、個々の移動電子装置およびその関連適用例に基づいて、アンテナシステムの一部として、ＣＡＰ１バンク、ＣＡＰ２バンク、または両方を使用することができる。

本発明の好ましい一実施形態によれば、第１のアンテナ５０４は、長さが約４０ｍｍであり、直径は約８ｍｍである。この実施形態によれば、図５Ｃに示すように、第１のアンテナ５０４は、銅テープ５１０が巻きつけられたフェライト棒５０８を含み、棒の周囲には複数のループが形成されて、平面らせん巻線構成（ｐｌａｎａｒ ｓｐｉｒａｌ ｗｉｎｄｉｎｇ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）が形作られる。第２のアンテナ５０６も、長さが約４０ｍｍであり、直径は約８ｍｍである。第２のアンテナ５０６も好ましくは、銅テープ５１４が巻きつけられたフェライト棒５１２を含む。各アンテナの一部としてフェライト棒を使用することで、各アンテナの実効放射抵抗および放射効率を効果的に増やすことができる。この実施形態の場合、各アンテナは、銅テープが巻きつけられたフェライト棒を含み、各アンテナの銅テープは、３重巻きの巻線となっている。さらに、この実施形態によれば、個々のフェライト棒の各巻線は、隣の巻線と約３ｍｍの間隔を保っており、テープは、どちらの棒でも、同じ方向（図５Ｃに示す各アンテナの場合は反時計回り）に巻かれている。しかし、銅テープの巻数は、個々の適用例およびその所望の結果に応じて、より少なくすることも、より多くすることもできることは、当業者であれば理解されよう。

本発明によれば、アンテナシステム５００は、アンテナ同調のために静電容量値を管理可能としながら、各アンテナ５０４、５０６により高いインダクタンスおよび放射抵抗を与えるのに役立つ。以下でさらに説明するように、アンテナシステム５００は、インダクタンスは低減されるが、等価回路に対する誘導電圧は実質的な影響を受けないような等価回路となる。

アンテナシステム５００の無線受信機能は、アンテナシステム５００をシステム５００と並列な静電容量と共振させることによって、強化することができる。受信信号電圧が主にコイルに現れることなく、トランシーバによって全く使用不能とはならないように、容量はアンテナの無効（インダクタンス）成分を共振させ、または除去する。好ましくは、トランシーバ５０２は、上で説明したように、１つまたは複数の静電容量バンクを含む（図５Ｂの静電容量バンクＣＡＰ１、ＣＡＰ２を参照）。本発明の好ましい実施形態によれば、静電容量バンクＣＡＰ１および／またはＣＡＰ２は、それぞれ第１および第２のアンテナ５０４、５０６に並列に接続される。トランシーバ５０２は、第１および第２のアンテナのインダクタンスに基づいて、静電容量を自動的に調整するように動作でき、すなわち、第１および第２のアンテナと、ＣＡＰ１および／またはＣＡＰ２は、発振器を形成し、トランシーバ５０２は、正しい周波数が見つかるまで、バイナリステッピングパターン（ｂｉｎａｒｙ ｓｔｅｐｐｉｎｇ ｐａｔｔｅｒｎ）を利用して、静電容量の量を調整する。

アンテナシステム５００のアンテナ５０４、５０６は、ループアンテナとして表すことができ、各アンテナは、銅テープの巻線の内側に含まれる、フェライトなどの高透磁率の磁心を有する。しかし、一つの代替的な実施形態によれば、各アンテナは、内部棒または磁心をもたない、ターン数または巻数が複数の巻線状の導体を含むことができる。電気的に小さなループアンテナの場合（ループの直径＜＜波長）、開路アンテナの端子に現れる誘導電圧は、雑音電圧に比べて小さい。適用例によっては、タンク回路を使用して、誘導電圧の量を増やすこともできる。タンク回路は、コイル、静電容量、および任意で抵抗を含む並列共振回路である。

電圧または起電力（ＥＭＦ）（ＶまたはＥＭＦ＝Ｎ×（ｄＰＨＩ／ｄｔ）、ただし、ＰＨＩは磁束量、Ｎはターン数）のさらなる増加は、ターン数が複数のループを使用することによって達成することができる。しかし、アンテナシステムを設計する際には、ターン数（Ｎ）と、導体損失、任意の絶縁体の誘電損失、隣接導体の近接損失といった損失との間のトレードオフを考慮しなければならない。与えられた磁界（磁界「Ｈ」）の磁束密度を増加させる別の方法は、より高い透磁率（ｕ_r）をもつ素材をループアンテナの内側に挿入することである。ＦＭ周波数（約８５から１０８ＭＨｚ）およびより高い周波数では、ｕ_rが高い素材の損失も考慮しなければならない。

上で説明したように、本発明の好ましい一実施形態によれば、アンテナシステム５００の各アンテナ５０４、５０６のアンテナコアとして、フェライト棒が使用される。しかし、その他の高透磁率の素材も同様に使用することができ、本発明は、本明細書で説明する実施例または実施形態によって限定されるものではない。さらに、フェライトまたはその他の高透磁率素材の棒をアンテナコアに使用する場合、導体巻線の最外縁から棒の両端を突出させることによって磁束密度を高めることができる。巻数の増加による「割り増し」損失は、導体巻線の縁から棒の両端を突出させることによって、実質的に打ち消すことができる。

上で説明したように、本発明によれば、２以上のループアンテナを共振容量と並列に接続することによって、等価回路の誘導電圧を実質的に同じに維持しながら、等価回路のインダクタンスを低減させることができる。このことは、例えば、スマート腕時計などの移動電子装置にとって、装置のサイズ制約（「形状の要因」）が与えられた場合に、特に望ましい。さらに、等価回路の損失抵抗も低下する。

図６には、シングルループアンテナの回路モデルが示されている。記号Ｒは、導体および絶縁体損失、ならびに放射抵抗を表す。Ｖは、磁界によって誘導される電圧を表す（Ｖ＝Ｎ×（ｄＰＨＩ／ｄｔ））。図７には、並列に接続された２つのループアンテナの回路モデルが示されている。ループアンテナは電気的に小さいので、（同一方向に巻かれた実質的に同じループアンテナの場合）Ｖ１とＶ２は同相で、振幅が等しいことに留意されたい。また、Ｒおよびインダクタンス（Ｌ）は、この実質的に同じループアンテナの実施例では、各アンテナで等しい。

図５Ｃに示す実施形態を参照しながら説明したように、アンテナシステム５００の第１および第２のアンテナ５０４、５０６は、相互インダクタンスを無視し得る量に低減するのに役立つ距離だけ離して配置される。各棒が（上で説明した銅テープ巻線など）多数の導体巻線または巻きを含む場合、離間距離は、好ましくはフェライト棒の直径または幅にほぼ等しく、この例では、約８ｍｍから約１０ｍｍである。テブナン等価回路を得るために、重ね合わせが用いられる。図８には、図７の回路モデルについてのテブナン等価電圧（Ｖ_th）を決定するための回路解析が示されている。図９には、図７の回路モデルについてのテブナン等価電源インピーダンスＺ₀を決定するための回路解析が示されている（ただし、Ｓは、無効成分インピーダンス、ならびに回路励起および応答を周波数の関数として確定するのに用いられるラプラス変換変数として定義される）。

図１０には、２つのアンテナが並列に接続された最終的なテブナン等価回路が示されている。シングルアンテナのインダクタンスＬが、アンテナシステムの２つの並列アンテナによる等価回路ではＬ／２であることに留意することが重要である。インダクタンスが低くなるほど、タンク回路を共振させるためのより大きな容量（この例では２×Ｃ）を実装することが可能になる。したがって、寄生容量に起因するタンク回路の制限は、かなり緩和される。また、Ｒが等価回路ではＲ／２となるが、Ｖ_th電圧は依然として図６のシングルアンテナの場合と同じであることにも留意されたい。

図１１には、等価アンテナ回路、共振容量、およびトランシーバが示されている。トランシーバ入力抵抗または容量の等価並列損失抵抗は、アンテナシステムの等価並列抵抗とほぼ同じになるので、受信機の入力端子に現れる電圧は、並列アンテナとともに増加する。

一例として、トランシーバの入力抵抗が高い場合（例えば、１０Ｍオーム）、並列アンテナシステムには、Ｖ_th／２Ｒの共振電流が流れる。この共振電流は、１／（ｊｗ２×Ｃ）の容量性リアクタンスを流れる（図１１を参照）。シングルアンテナの場合、共振電流は、１／（ｊｗ×Ｃ）の容量性リアクタンスを流れるＶ_th／４Ｒである。適切な周波数で同調する並列アンテナのリアクタンスはより低く（１／２）、共振電流はより大きい（×２）ので、コンデンサ（および受信機入力）に現れる電圧は、シングルアンテナでも、並列アンテナでも同じである。しかし、トランシーバ入力抵抗がより低い場合（例えば、６Ｋオーム）、共振電流のいくらかは、入力抵抗を流れ、共振コンデンサを変化させる効果はより小さい。この増加電圧は、本発明の好ましい実施形態による、各アンテナに複数のターン数およびフェライト素材の磁心を使用することによって放射抵抗を増加させる当初の目的に加えて、感度も向上させる。

図１２〜図１５に、１０Ｍオームの入力抵抗を有するトランシーバに関する例を示す。図１２および図１３には、シングルアンテナについてのシミュレーションが示されている。図１４および図１５には、並列に接続され、同じ周波数で共振する２つのアンテナについてのシミュレーションが示されている。

実験結果
以下に示す表１および表２は、シングルアンテナと２つの並列アンテナシステムのデータを比較したものである。シングルアンテナは、４０ｍｍ×８ｍｍのフェライト棒の周りに１０ｍｍ幅の銅テープを３回巻きつけたものである。フェライト棒には、ＦＡＩＲ−ＲＩＴＥ社製のＭａｔｅｒｉａｌ６７を用いた。銅テープには、厚さ０．００１４インチ（約０．０３５６ｍｍ）の３Ｍ社製のＰＮ１１９４を用いた。２つの並列アンテナシステムをテストするのに、図５Ａに示すアンテナシステムに類似するプロトタイプを作成した。２つの並列アンテナのテストは、シングルアンテナの場合と同じテープおよびフェライト素材を用いて行ったが、使用したフェライト棒は４５ｍｍ×８ｍｍのものであった。長さの僅かな増加は、全体的な結果に対しては無視できるものである。シングルアンテナは、ＦＭサブキャリア上でデータを受信するＲＦトランシーバを含む腕時計モジュールに接続された。同様に、２つの並列アンテナも、ＦＭサブキャリア上でデータを受信するＲＦトランシーバを含む腕時計モジュールに接続された。同じ腕時計モジュールが、両方のケースで使用され、テストは、約０．５ｄＢの再現性を可能とするため、ギガヘルツ横電磁モジュール（ＧＴＥＭ：Ｇｉｇａｈｅｒｔｚ Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｍｏｄｕｌｅ）で行われた。

データは、２つのアンテナを並列に接続したアンテナシステムを使用した場合、シングルアンテナの実装に比べて、６から７ｄＢの改善が見られることを示している。表１に示すように、８８．９ＭＨｚの場合、シングルアンテナは、５６ｄＢｕＶ／ｍのときに、ブロック誤り率（ＢＬＥＲ）が６２％であるが、並列アンテナは、４９ｄＢｕＶ／ｍのときに、ＢＬＥＲが７６％である（７ｄＢの改善）。表２に示すように、９８．７ＭＨｚの場合、シングルアンテナは、５３ｄＢｕＶ／ｍのときに、ＢＬＥＲが２４％であるが、並列アンテナは、４７ｄＢｕＶ／ｍのときに、ＢＬＥＲが３３％である（６ｄＢの改善）。

本発明によれば、直線偏波電磁界（ｌｉｎｅａｒ ｐｏｌａｒｉｚｅｄ ｆｉｅｌｄ）を受信するための、互いに並列に接続され、またＦＭトランシーバに結合される少なくとも２つのアンテナを含む、移動電子装置用の改良アンテナシステムが提供される。上で説明したアンテナ巻線が、長方形などの異なる形状をとり得ることは理解されよう。本発明の一つの代替的な実施形態は、並列に接続された４つのアンテナの使用を含む。さらに、より「全」方向に近いアンテナパターンを可能にするために、複数のアンテナを配列することもできる。アンテナをそのように配列することで、１つのアンテナ電磁界パターンの「ヌル点」が、その他のアンテナ電磁界パターンのピークに一致し、ループアンテナに見られるヌル点に伴う問題を克服するように動作し得る。また、システム中の１つまたは複数のアンテナで巻線の方向性を反転させ、雑音源以外の方向ではアンテナ利得を高く維持しつつ、雑音源方向では利得を低く抑えるなど、具体的な目的に合った電磁界パターンを形作ることができる。

上述の明細書、実施例、およびデータは、本発明の構成の製造および使用について完全な説明を提供する。本発明の主旨および範囲から逸脱することなく、本発明の多くの実施形態を作成することができるので、本発明は、本明細書に添付される特許請求の範囲によって確定される。

動作環境を示した図である。 電子装置を示した概略図である。 ユーザインタフェースを含む腕時計装置を示した図である。 別の腕時計装置と関連するコンポーネントを示した図である。 本発明の一実施形態によるアンテナシステムに結合される移動電子装置の機能ブロック図である。 ＲＦトランシーバ用のピンレイアウトを示した図である。 本発明の一実施形態によるアンテナシステムを示した図である。 シングルループアンテナ用の回路モデルを示した図である。 並列に接続された２つのループアンテナ用の回路モデルを示した図である。 図７の回路モデルに関するテブナン等価電圧（Ｖ_th）を決定するための回路解析を示した図である。 図７の回路モデルに関するテブナン等価電源インピーダンスを決定するための回路解析を示した図である。 図７の回路モデルに関する最終的なテブナン等価回路を示した図である。 等価アンテナ回路、共振容量、およびトランシーバを示した図である。 シングルアンテナについてのシミュレーションを示した図である。 シングルアンテナについてのシミュレーションを示した図である。 並列に接続され、同じ周波数で共振する２つのアンテナについてのシミュレーションを示した図である。 並列に接続され、同じ周波数で共振する２つのアンテナについてのシミュレーションを示した図である。

符号の説明

３００ 腕時計装置
３１０ ベゼル
３２０ ディスプレイ
３３０ａ、３３０ｂ、３３０ｃ、３３０ｄ、３３０ｅ ボタン
５０４、５０６ アンテナ
５０８、５１２ フェライト棒
５１０、５１４ 銅テープ

Claims (20)

1. 周波数範囲内の信号を送受信するように動作するトランシーバと、
   前記信号を放射および受信するために前記トランシーバに結合されるアンテナシステムであって、前記アンテナシステムは、
   前記トランシーバに結合され、ある長さと、ある幅と、ある巻き数とを有し、各一巻きがある回転の方向を有する第１のアンテナと、
   前記トランシーバに結合され、前記第１のアンテナから離して配置され、ある長さと、ある幅と、ある巻き数とを有し、各一巻きがある回転の方向を有する第２のアンテナであって、前記第２のアンテナは前記第１のアンテナに電気的に接続されて並列アンテナ回路構造を構成することと、
   前記信号を処理するために前記トランシーバに結合されるマイクロプロセッサと、
   を備えることを特徴とする移動電子装置。
2. 前記並列アンテナ回路構造は、インダクタンスは低減されるが、等化回路に対する誘導電圧は実質的な影響を受けない等価回路を定めることを特徴とする請求項１に記載の移動電子装置。
3. 前記トランシーバは、周波数変調帯域内で動作することを特徴とする請求項１に記載の移動電子装置。
4. 前記トランシーバは、約８７．６ＭＨｚから約１０７．９ＭＨｚの受信動作周波数範囲を有することを特徴とする請求項３に記載の移動電子装置。
5. 前記トランシーバは、約８５．３ＭＨｚから約１０８．７ＭＨｚの送信動作周波数範囲を有することを特徴とする請求項３に記載の移動電子装置。
6. 前記第１のアンテナおよび前記第２のアンテナは、ほぼ同じ巻線の巻き数を有し、各アンテナの巻線の各一巻きは、同じ回転の方向を有することを特徴とする請求項１に記載の移動電子装置。
7. 前記第１のアンテナおよび前記第２のアンテナは各々、導体が巻きつけられた高透磁率の磁心を含むことを特徴とする請求項１に記載の移動電子装置。
8. 前記第１のアンテナおよび前記第２のアンテナは各々、空芯の導体コイルを含むことを特徴とする請求項１に記載の移動電子装置。
9. 前記第１のアンテナおよび前記第２のアンテナは各々、平面らせん構造を有する導体を含むことを特徴とする請求項１に記載の移動電子装置。
10. 周波数範囲内の信号を送受信するように動作するトランシーバと、
    前記トランシーバに結合され、前記信号を放射および受信するように構成されるアンテナ手段であって、インダクタンスは低減されるが、等価回路に対する誘導電圧は実質的な影響を受けない等価回路を定めるアンテナ手段と、
    前記信号を処理するために前記トランシーバに結合されるマイクロプロセッサと、
    を備えることを特徴とする移動電子装置。
11. 前記アンテナ手段は、互いに電気的に接続されて並列アンテナ回路構造を定める少なくとも２つのアンテナを含むことを特徴とする請求項１０に記載の移動電子装置。
12. 前記アンテナ手段は、
    前記トランシーバに結合され、ある長さと、ある幅と、ある巻き数とを有し、各一巻きがある回転の方向を有する第１のアンテナと、
    前記トランシーバに結合され、前記第１のアンテナとの相互インダクタンスを無視し得る量に低減する距離だけ前記第１のアンテナから離して配置され、ある長さと、ある幅と、ある巻き数とを有し、各一巻きがある回転の方向を有する第２のアンテナであって、前記第２のアンテナは前記第１のアンテナに電気的に接続されて並列アンテナ回路構造を定めることと、
    を含むことを特徴とする請求項１０に記載の移動電子装置。
13. 前記第１のアンテナおよび前記第２のアンテナは、等しい巻線の巻き数を有し、各アンテナの巻線の各一巻きは、同じ回転の方向を有することを特徴とする請求項１２に記載の移動電子装置。
14. 前記第１のアンテナおよび前記第２のアンテナは各々、導体が巻きつけられた高透磁率の磁心を含むことを特徴とする請求項１２に記載の移動電子装置。
15. 前記第１のアンテナおよび前記第２のアンテナは、ほぼ同じ長さ、幅、巻線の巻き数を有することを特徴とする請求項１２に記載の移動電子装置。
16. 信号を放射および受信するように構成された移動電子装置用のアンテナシステムであって、
    ある長さと、ある幅と、ある巻き数とを有し、各一巻きがある回転の方向を有する第１のアンテナと、
    前記第１のアンテナから離して配置され、ある長さと、ある幅と、ある巻き数とを有し、各一巻きがある回転の方向を有する第２のアンテナであって、前記第２のアンテナは前記第１のアンテナに電気的に並列に接続されて、前記並列アンテナ回路構造は、インダクタンスは低減されるが、誘導電圧は実質的な影響を受けない等価回路を定めることと、
    を備えることを特徴とするアンテナシステム。
17. 前記第１のアンテナおよび前記第２のアンテナは、前記第１のアンテナの幅にほぼ等しい距離だけ互いに離して配置されることを特徴とする請求項１６に記載のアンテナシステム。
18. 前記第１のアンテナおよび前記第２のアンテナは、ほぼ同じ巻線の巻き数を有し、各アンテナの巻線の各一巻きは、同じ回転の方向を有することを特徴とする請求項１６に記載のアンテナシステム。
19. 前記第１のアンテナおよび前記第２のアンテナは各々、導体が巻きつけられた高透磁率の磁心を含むことを特徴とする請求項１６に記載のアンテナシステム。
20. 前記第１のアンテナおよび前記第２のアンテナは各々、ほぼ同じ長さと、幅と、巻線の巻き数とを有することを特徴とする請求項１６に記載のアンテナシステム。

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