JP2010233124A - Transceiver with embedding type resonant antenna - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To avoid a null point by forming a sending/receiving antenna of triaxial constitution of XYZ and to enable sending/receiving at free handset attitude by improving S/N at receiving about 8 dB when compared with a conventional one and reducing power consumption at sending to about 60% of a conventional one. <P>SOLUTION: A transceiver has one or two or meaningfully three resonance coils drawn by a pattern on one flexible printed substrate and connected to a capacitor of narrowband tuning. A front end IC chip is mounted on the same flexible printed substrate. When the flexible printed substrate is mounted on the transceiver, it is bent so that each resonance coil has a directionality of a maximum of XYZ three-axis which are at right angles to each other. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

トランシーバ(ウォーキートーキー)がカナダのDonald L.Hingsによって考案されてから60年あまり、現在の携帯電話の隆盛に至るまで原理的に大きな変化はなかった。やがてウォーキートーキーは光ファイバーで有線ネットワークが構成された最後の1マイルのWiMAX様の無線化だけに縮小され、高額の通話料を支払う携帯電話はなくなるであろう。また指向性を画一的に分割して電波を有効に利用しようというMIMO方式への現在進行中のチャレンジを超えて、空間を有効に分割してチャンネル数を増やすBeyond−MIMOの基礎を固める必要がある。そのような無線通信端末に関する基本的な構造が本件の技術分野である。
The transceiver (Walkie Talkie) is a Canadian company Donald L. For 60 years since it was devised by Hings, there has been no major change in principle until the current rise of mobile phones. Eventually, Walkie Talkie will be reduced to WiMAX-like wireless for the last mile, where the wired network is configured with optical fiber, and there will be no mobile phone that pays high call charges. It is also necessary to solidify the foundation of Beyond-MIMO that effectively divides space and increases the number of channels, beyond the ongoing challenge to MIMO systems that attempt to use radio waves effectively by dividing directivity uniformly. There is. The basic structure of such a wireless communication terminal is the technical field of the present case.

従来の無線通信端末の技術・製品は半波長ダイポールなどの基準アンテナを特性インピーダンスを持つ短いケーブルやレッヘルラインを介してLNAの前で終端して整合させる考えに基づいており、これはまた送信時にも同じ観念が保たれていた。その考えを180度転換し通信チャンネル空間にフロントエンドチップが置いてあり、これに補助的にアンテナをつけた場合の究極的な性能追求が従来のケーブル終端形式からどのくらい優れたものになるかというのが本発明の主題である。また従来は広帯域が優れていると考えられていたが、その考えを180度転換し究極的な狭帯域を追求した場合、従来のケーブル終端形式から諸性能がどのくらい優れたものになるかと言うことである。そのS/Nに関しては改善の期待値は少なくとも6dBであるが、このような非整合・狭帯域の試みはかって行われたことがなかった。
The technology and products of conventional wireless communication terminals are based on the idea of terminating and matching a reference antenna such as a half-wave dipole in front of the LNA via a short cable or Lehel line with characteristic impedance. The same idea was maintained. The idea is changed 180 degrees, and the front end chip is placed in the communication channel space, and how much the ultimate performance pursuit when an antenna is attached to this is superior to the conventional cable termination type. This is the subject of the present invention. In addition, it was thought that broadband was excellent in the past, but if the idea was changed 180 degrees and the ultimate narrow band was pursued, it would say how much performance would be superior to the conventional cable termination type It is. With respect to the S / N, the expected improvement is at least 6 dB, but such a mismatch / narrowband attempt has never been attempted.

特開2005−328112JP-A-2005-328112

1)受信のヌル点の回避
2)受信のS/N性能を6dB以上改善すること
3)受信のバンド内妨害を20dB以上改善すること
4)受信の消費電力を半分以下に減らすこと
5)送信の消費電力を半分程度に減らすこと
6)回路駆動を低電圧の単一電圧にすること
7)無線充電対応としてACアダプターを廃止すること
1) Avoidance of reception null point 2) Improvement of reception S / N performance by 6 dB or more 3) Improvement of reception in-band interference by 20 dB or more 4) Reduction of reception power consumption by half or less 5) Transmission 6) Reduce circuit drive to a single low voltage 7) Abolish AC adapter for wireless charging

<微小共振ループアンテナでの構成>
従来のトランシーバがループアンテナではなくインダクタ装荷短縮モノポールを採用していたのは、垂直偏波で使う前提でハンドセットを垂直に立てていれば相手がどの方角にいても単一のアンテナで用が済み、またモノポールアンテナの方が空間を占める割合が少なく格納できるからである。短縮モノポールの装荷インダクタの銅損はどうしても放射損より大きくなってしまい性能を改善するには限界があった。最近原理が正しくは分からないまま埋め込み型誘電体チップアンテナが多く使われている。その原理とはアンテナの専門家がアンテナの大きさと電力利得には関係がなく、アンテナの大きさと共振帯域にこそ関係があるという原理が古い教育のせいでどうしても飲み込めないでいることである。図1に示すようにループアンテナを使えば装荷するのはキャパシタであり、その損失を放射抵抗より小さくするのは容易である。ループアンテナを水平に置けば水平偏波に対応し水平面内で無指向性になるが、この形はトランシーバに取り付けるのには難があり、またQが高くなりすぎる面があるのでこれまで携帯電話やウォーキートーキーなどのトランシーバに使われた例はなかった。
<Configuration with minute resonant loop antenna>
The conventional transceiver adopted the inductor loading shortened monopole instead of the loop antenna. If the handset is set up vertically on the assumption that it is used in vertical polarization, it can be used with a single antenna regardless of the direction of the other party. This is because the monopole antenna occupies less space and can be stored. The copper loss of the shortened monopole loaded inductor is inevitably larger than the radiation loss, and there is a limit to improving the performance. Recently, embedded dielectric chip antennas are often used without knowing the principle correctly. The principle is that antenna specialists have nothing to do with antenna size and power gain, and the principle that antenna size has a relationship with the resonance band cannot be swallowed due to old education. As shown in FIG. 1, if a loop antenna is used, a capacitor is loaded and it is easy to make the loss smaller than the radiation resistance. If the loop antenna is placed horizontally, it corresponds to horizontal polarization and becomes omnidirectional in the horizontal plane, but this form is difficult to attach to the transceiver, and the Q is too high, so there is a mobile phone so far There was no example used for transceivers such as Walkie Talkie.

<3軸ループアンテナの組み込み>
PCBパターンで作れるのはループアンテナであるが、これを従来のモノポールのように垂直偏波で使用するには図2に示すように中心軸がX−Yコイルで直交する2つのループの出力を組み合わせて無指向性にしなければならない。これに中心軸がZ軸のループを組み合わせれば、如何なる状況でもヌルを必ず回避でき、またハンドセットのあらゆる姿勢で使用することができ、また水平偏波にも対応できる。すなわち3軸直交ループアンテナは複素数線形結合と組み合わせてオールマイティな解の一つである。
従来のアテナはハンドセット内に半分埋め込み半分を外に出して、少しでも金属シャーシや搭載部品や手の影響を受けないようにする必要があった。しかし高いQ値を持つ微小共振ループアンテナはハンドセットの内部に埋め込んでも動作上問題がない。最近は携帯電話で主流になった埋め込み型狭帯域共振誘電体チップアンテナの理論的な裏づけは、本論術によってそのような電磁気論的背景が初めて明らかにされる。
<Incorporation of 3-axis loop antenna>
A loop antenna can be made with a PCB pattern, but in order to use it with vertical polarization like a conventional monopole, as shown in FIG. 2, the outputs of two loops whose central axes are orthogonal with XY coils are used. Must be omnidirectional. If this is combined with a loop whose central axis is the Z axis, nulls can be avoided without fail in any situation, can be used in any posture of the handset, and can handle horizontal polarization. That is, the three-axis orthogonal loop antenna is one of almighty solutions in combination with complex linear combination.
The conventional athena had to be half-embedded in the handset, and the half should come out so that it was not affected by the metal chassis, mounted parts, or hands. However, a micro resonant loop antenna having a high Q value has no operational problem even if it is embedded inside the handset. The theoretical support for the embedded narrowband resonant dielectric chip antenna, which has recently become mainstream in mobile phones, is the first to reveal such an electromagnetic background.

<狭帯域共振アンテナの特徴>
従来のインダクタ装荷半埋め込みモノポールアンテナは、共振によって到来電界による誘起電圧が希望波で周波数ピーキングを受けてLNAに印加されるが、トランシーバのバンド幅が750MHz−850MHzであればQ<8でなければならない。Q=8でも帯域の両端では−3dBの減衰となる。インダクタ装荷半埋め込みモノポールアンテナは標準アンテナに外部入力BNC端子を通して接続するよりS/N特性が3dB程度劣る。従来の物の見方を180度転換し、できるだけ狭帯域を目指しQ>80となるようにすれば図3に示すような形式で全ての性能が歴史的に改善する。
歴史的な性能改善とは、過大な妨害波に極めて強くなること、LNAの電流を大幅に減らしてもトランシーバの通話距離を延ばせること、TXがD級駆動できること、近傍の金属が動作に影響しなくなることなどだけではなく、RF技術者が50オームと整合の教えから抜けられない因習から一歩でも踏み出すことである。
<Features of narrowband resonant antenna>
In a conventional inductor-loaded semi-embedded monopole antenna, an induced voltage due to an incoming electric field is frequency-peaked by a desired wave due to resonance and applied to the LNA. However, if the transceiver bandwidth is 750 MHz to 850 MHz, Q <8. I must. Even when Q = 8, attenuation is −3 dB at both ends of the band. The inductor-loaded semi-embedded monopole antenna is inferior in S / N characteristics by about 3 dB compared to a standard antenna connected through an external input BNC terminal. If the conventional view of the object is changed by 180 degrees and Q> 80 is aimed at as narrow a band as possible, all the performances are historically improved in the form as shown in FIG.
Historical performance improvements are extremely strong against excessive disturbances, extend the talk distance of transceivers even if the current of the LNA is greatly reduced, TX can be driven in class D, and nearby metals affect the operation. Not only is it going to disappear, but it is also an RF engineer to take a step away from the convention that the 50 ohms and inconsistency teaching cannot be missed.

<可同調ループアンテナの機能>
従来の装荷アンテナは固定の周波数応答を持っていたが、Q>100として狭帯域の大きなメリットを享受するためには可同調にしなければならない。回りの金属や人体の影響で僅かに変化する同調周波数をキャリブレートするには、図4に示すように正帰還をかけて(即ち振幅制限付の等価的な負性抵抗を挿入して)発振させ、その発振周波数をX−talの基準周波数と比較することを行う。
周波数ホッピングで割り当て帯域内のチャンネルを移動する場合は、新しいチャンネルに移る毎にキャリブレートを行う。図に於いてフレキ基板の両面電極対向容量として形成される共振容量は、2つの島に分割されその小さい方がTX増幅器としてのNMOSスイッチとPMOSスイッチに接続される。この小さい方の容量をVcc(=3.3V)に繋ぐかグラウンドに繋ぐかの時間分割割合pで出力が決められる。スイッチング電流による高調波は高いQによって阻止されて遠方と近傍に放射しない。
<Function of tunable loop antenna>
Conventional loaded antennas have a fixed frequency response, but must be tunable in order to enjoy the great benefits of narrow bands with Q> 100. In order to calibrate the tuning frequency that slightly changes due to the influence of surrounding metal and the human body, as shown in FIG. 4, a positive feedback is applied (that is, an equivalent negative resistance with an amplitude limit is inserted) to oscillate. The oscillation frequency is compared with the reference frequency of X-tal.
When a channel within the allocated band is moved by frequency hopping, calibration is performed each time a new channel is moved. In the figure, the resonant capacitance formed as the double-sided electrode opposing capacitance of the flexible substrate is divided into two islands, and the smaller one is connected to an NMOS switch and a PMOS switch as a TX amplifier. The output is determined by the time division ratio p of connecting the smaller capacity to Vcc (= 3.3 V) or to the ground. Harmonics due to the switching current are blocked by the high Q and do not radiate far and near.

<初段増幅器雑音の要求事項の緩和>
従来のLNA(低雑音増幅器)の概念はアンテナとLNAを75オームの特性インピーダンスのケーブルで接続し、アンテナはこの75オームとできるだけインピーダンスの整合性がよくなるようにしてケーブルが長い場合にVSWRの不整合で反射が起こってエコー妨害となるのを防ぎ、LNAもまた75オームの抵抗で終端するものである。
1)アンテナが800MHzでは、例えば半波長ダイポールとして19cm程度の長さになる
2)雑音指数(NF)は3dBが理論限界である
このため6dBの雑音指数を得るには低雑音増幅器にバイポーラトランジスタなら1.4mA、CMOSトランジスタのエクスポーネンシャル領域なら3.2mA程度のバイアス電流が必要になる。これはボルツマン原理に基づく自然律でありその制約から逃れることはできない。微小共振ループアンテナをLNAを含むフロントエンドチップに直結した場合は、同じ基準で8dBよいNFを得るのにLNAのバイアス電流は100uA以下でよい。図5は今でもRF技術者の間で常識になっている75オーム終端形式である。アンテナの雑音温度は室温と等しいとして雑音指数が定義されるが、宇宙の電波を観測するアンテナではこのアンテナ温度Taは3度Kに近いが、地上間通信の場合は150度K程度である。Taを300度KとしてNFを考えると、アンテナを75オームで終端することや、LNAの雑音の寄与が過少評価されてしまう。基準アンテナは半波長ダイポールが使われる。アンテナは広帯域を理想としている。実際ウォーキートーキーのハンドセットにはこの外部アンテナ端子がBNCコネクタとして付属している。本論術ではこの理想とされていた受信形態を数式1に示すような基準として他の受信方法の優劣をdBで評価する。
図6には固定共振のインダクタ装荷短縮モノポールアンテナをケーブルを介さずLNAに直結し、高くなったQは装荷インダクタの直列抵抗でQダンプされてQ=8程度になった場合の相対S/N(半波長ダイポールと比較)を示す。S/Nは−3dBになる。これを補うために短縮モノポールで等が使われる用になって基地局の出力が増強された。
図7は本論術が採用する形態であるが、放射素子をループアンテナとしているために装荷は共振容量であり、このために共振を制動するのが主としてループ素子の放射抵抗だけになり極めて高いQ値になり、共振周波数と希望周波数に一致させる手段がなく通常の通信では使用されたことがない。それを構わずS/Nを調べると標準的な半波長ダイポール受信に対して8dB程度よい値になる。これは減衰が1/R則より早く起こる地表の通信で到達距離が2倍程度延びるか基地局のTX出力を1/4程度に減ずることができることを示している。
しかしこのことが十分に理解できたとしても、この狭帯域共振を使いこなす方法を持たなければ自然の理が与えたこの簡素な恩恵に浴することはできない。周波数拡散方式(SpreadSpectrum)等で通信速度に必要な帯域を遥かに超えて広い帯域を使うことは、克服すべき漏話を自ら作り出しているだけでなく、これまでは誰も気づかなかったが受信S/Nの点で大きなマイナスを背負い、その分基地局の出力を増強する必要がある。このような力づくのシステム構築は20世紀に置き去りにして、我々はスマートパワーを実行するために自然の理を知らねばならない。
<Relieving first-stage amplifier noise requirements>
The conventional concept of LNA (low noise amplifier) is that the antenna and LNA are connected by a cable with a characteristic impedance of 75 ohms. The matching prevents reflections from causing echo interference and the LNA also terminates with a 75 ohm resistor.
1) When the antenna is 800 MHz, for example, the length is about 19 cm as a half-wave dipole. 2) The noise figure (NF) is 3 dB, which is the theoretical limit. Therefore, to obtain a noise figure of 6 dB, a low-noise amplifier and a bipolar transistor can be used. A bias current of about 3.2 mA is required for an exponential region of 1.4 mA and a CMOS transistor. This is a natural law based on the Boltzmann principle and cannot be avoided. When the microresonant loop antenna is directly connected to the front end chip including the LNA, the bias current of the LNA may be 100 uA or less in order to obtain an NF of 8 dB with the same reference. FIG. 5 is a 75 ohm termination format that is still common among RF engineers. The noise figure is defined on the assumption that the noise temperature of the antenna is equal to the room temperature, but this antenna temperature Ta is close to 3 degrees K for an antenna that observes radio waves in space, but it is about 150 degrees K for terrestrial communication. Considering NF with Ta of 300 degrees K, the antenna termination at 75 ohms and the contribution of LNA noise would be underestimated. A half-wave dipole is used as the reference antenna. The antenna is ideally broadband. Actually, this external antenna terminal is attached as a BNC connector to the handset of the walkie-talkie. In this theory, this ideal reception form is used as a reference as shown in Equation 1, and the superiority or inferiority of other reception methods is evaluated in dB.
In FIG. 6, a fixed resonance inductor loaded shortening monopole antenna is directly connected to the LNA without a cable, and the high Q is relative to the S / Q when Q is dumped by the series resistance of the loaded inductor to reach Q = 8. N (compared to half-wave dipole). S / N is -3 dB. To compensate for this, the output of the base station was increased by using a shortened monopole or the like.
FIG. 7 shows a form adopted by the present theory. Since the radiating element is a loop antenna, the load is a resonant capacity. Therefore, the resonance is damped only by the radiating resistance of the loop element. Value, and there is no means for matching the resonance frequency with the desired frequency, and it has never been used in normal communication. Regardless of this, when the S / N is examined, the value is about 8 dB better than the standard half-wave dipole reception. This indicates that the reach can be extended by about 2 times or the TX output of the base station can be reduced to about 1/4 in the surface communication where the attenuation occurs earlier than the 1 / R rule.
However, even if this is fully understood, it is impossible to take advantage of this simple benefit given by natural reason without having a way to master this narrowband resonance. The use of a wide band far exceeding the band necessary for the communication speed in the spread spectrum method (SpreadSpectrum) etc. not only creates the crosstalk that should be overcome by itself, but also no one has noticed so far. It is necessary to carry a large minus on the point of / N and increase the output of the base station accordingly. Such power building systems are left behind in the 20th century, and we must know the nature of nature to implement smart power.

<可変同調手段>
従来の固定帯域幅の短縮モノポールでは、800MHzの中心周波数に対して帯域幅が100MHzであれば、インダクタンス装荷によるアンテナの共振のQ値は8(=800/100)の程度を超えることができなかった。これに対して微小共振ループでは100以上のQ値を近傍に部品や金属があり、また人体があっても容易に維持できる。この場合の−3dB帯域幅は8MHzであり、通話にはCDMAなどの変調を行うことができ、中心周波数を合わせる同調が必要になる。ICの外側の共振容量とループアンテナのインダクタンスは、バンドの周波数の上限での共振周波数を決め、これに給電チップの微細容量を加えて行ってバンドの周波数の下限までをカバーする。これにはRF−CMOSプロセスに用意されたバラクタ(電圧可変容量ダイオード)を用いる場合もあるが直線性の問題があり、一般的にMIM容量をNMOSトランジスタで切り替える方法が取られる。人体の影響で高いQ値の微小共振ループの共振周波数は変化するが、キャリブレートにより正しい周波数が保たれる。図8に可変同調回路例を示す。
NMOSトランジスタのRFスイッチとしての性能はRonxCoffの時定数で決まり、チャンネル長の世代により異なるが0.18um世代では0.4オームpF程度である。トランシーバの帯域750MHz−850MHzをこの時定数でカバーすると到達できるQ値が決められる。しかし本論術のケースでは主としてループ素子の放射抵抗でQ値が決められている。
<Variable tuning means>
In the conventional fixed bandwidth shortened monopole, if the bandwidth is 100 MHz with respect to the center frequency of 800 MHz, the resonance Q value of the antenna due to the inductance loading can exceed about 8 (= 800/100). There wasn't. On the other hand, in the minute resonance loop, a Q value of 100 or more is easily maintained even if there are parts and metals in the vicinity and there is a human body. In this case, the -3 dB bandwidth is 8 MHz, and the call can be modulated by CDMA or the like, and tuning that matches the center frequency is required. The resonance capacity outside the IC and the inductance of the loop antenna determine the resonance frequency at the upper limit of the band frequency and add the fine capacitance of the power supply chip to this to cover the lower limit of the band frequency. For this, there is a case where a varactor (voltage variable capacitance diode) prepared for the RF-CMOS process is used, but there is a problem of linearity, and generally a method of switching the MIM capacitance with an NMOS transistor is taken. Although the resonance frequency of the minute resonance loop having a high Q value changes due to the influence of the human body, the correct frequency is maintained by calibration. FIG. 8 shows an example of a variable tuning circuit.
The performance of the NMOS transistor as an RF switch is determined by the time constant of RonxCoff, and varies depending on the channel length generation, but is about 0.4 ohm pF in the 0.18 um generation. When the transceiver band 750 MHz to 850 MHz is covered with this time constant, the Q value that can be reached is determined. However, in this case, the Q value is determined mainly by the radiation resistance of the loop element.

<送信のD級駆動と低電圧化>
従来のTX増幅器はプシュプル回路でA級動作する以外に放射される高調波を低く抑える方法がなく、このため電波法の規制に合致させるのは困難を極め、しかも最大効率は50%が上限であった。微小共振ループのTX駆動器は、その高いQのために図9に示すようにD級動作させることができ、電波法の規制に設計以前に合致し最大効率は100%が上限である。このためトランシーバは性能が大幅に高められる反面、消費電力は半分以下になる。また駆動電圧をアンテナのインピーダンスや個別半導体によらず、単一の低電圧(例えば3.3V)にすることができる。
XYZ3軸のコイルはトランシーバ機内で基本的に直交しており、コイル間の干渉は問題にならない。
<Transmission class D drive and lower voltage>
Conventional TX amplifiers do not have a method to suppress radiated harmonics other than class A operation in a push-pull circuit. For this reason, it is extremely difficult to meet the regulations of the Radio Law, and the maximum efficiency is limited to 50%. there were. Due to its high Q, the micro-resonant loop TX driver can be operated in class D as shown in FIG. 9 and meets the regulations of the Radio Law before design, and the maximum efficiency is 100%. As a result, the performance of the transceiver is greatly improved, but the power consumption is less than half. Further, the drive voltage can be set to a single low voltage (eg, 3.3 V) regardless of the impedance of the antenna or the individual semiconductor.
The XYZ triaxial coils are basically orthogonal in the transceiver machine, and interference between the coils is not a problem.

<XYZ3軸等化回路>
従来のトランシーバ端末機はマルチパス妨害によるヌル点を避けるためにスペースダイバシティ(複数のアンテナの位置を変えること)を使用することが寸法上・使用上の制約からできない。どんな受信状況でも最良の結果を出せるのはXYZ3軸の組み合わせを複素数の係数で線形結合しそれを刻々適応化する方法である。これは図10に示すように受信波を3チャンネルのLNAで増幅しRF段またはIF段での特定の線形結合を出力する傍ら、そのバックグラウンドで変化に対応する最適化を山登り論理で行えばよい。3軸等化方式はヌル点を避けるだけではなく、水平偏波受信も可能にする。
<XYZ 3-axis equalization circuit>
Conventional transceiver terminals cannot use space diversity (changing the position of multiple antennas) in order to avoid null points due to multipath interference due to dimensional and usage constraints. The best result in any reception situation is a method of linearly combining the XYZ 3-axis combinations with complex coefficients and adapting them every moment. As shown in FIG. 10, the received wave is amplified by a three-channel LNA and a specific linear combination at the RF stage or IF stage is output. On the other hand, optimization corresponding to the change in the background is performed by hill-climbing logic. Good. The 3-axis equalization system not only avoids null points, but also enables horizontal polarization reception.

<半2重の送受信最適化アルゴリズム>
半2重通信ではTXはRXと同一の周波数を使用し、交信相手との伝送チャンネルは送受信で等価であるので、図11に示すようにRXの線形結合係数(振幅・位相)をそのままTXに使ってXYZのコイルを駆動すれば、交信相手には常にマルチパスが最適等化された形で伝わる。交信相手のアンテナ形式が同じXYZ3軸の方式である場合は等化機能が重複するので、片側だけがこれを行う簡単な形から、役割分担して更に効果を高める方法までを送受信の仲裁(アービトレーション)として取り決めて置くことが必要である。これは海上交通で2隻の船が対面するときに、どちらに回避するか決めておくのと同じである。
1)相手が3軸方式の場合は自分はRXだけを適応型にして、TXは適応型にしない
2)両者が制御内容を交換してTX/RX両方を重複して制御し更に伝送効率を高める
という2つの方法に分かれる。
3軸方式は基地局と端末機双方のTX出力を減らすことができる。
<Half-duplex transmission / reception optimization algorithm>
In half-duplex communication, TX uses the same frequency as RX, and the transmission channel with the communication partner is equivalent for transmission and reception. Therefore, as shown in FIG. 11, the RX linear coupling coefficient (amplitude / phase) is directly used as TX. If the XYZ coil is used to drive, the multipath is always transmitted to the communication partner in an optimally equalized form. If the antenna type of the communication partner is the same XYZ 3-axis method, the equalization function is duplicated, so the arbitration of transmission and reception (arbitration) from simple form in which only one side performs this to the method of sharing roles and further improving the effect ) Must be negotiated and placed. This is the same as deciding which to avoid when two ships meet in maritime traffic.
1) If the other party is a three-axis system, only the RX will be adaptive, and TX will not be adaptive. 2) Both will exchange control contents and control both TX / RX to further improve transmission efficiency. It is divided into two methods of raising.
The 3-axis method can reduce the TX output of both the base station and the terminal.

<バンド内過大妨害波排除能力>
従来のLNAは広帯域のアンテナと結ばれると過大な妨害波に晒されるために、通常外付けバラクタを使った前置可同調回路がつけられるが、バラクタの電圧−容量そのものが非直線(パラメトリックノンリニア)あるために過大な妨害波をフィルタで除去する過程で、CTB(コンポジットトリプルビート)、相互変調、混変調などの妨害を生じる。図12に示す可同調微小共振ループでは給電チップの微細容量を切り替えるのでこのような問題を発生しない。従来無線HAMやトランシーバで避けようがなかったバンド内過大妨害波の問題は、可同調微小共振ループでは最初から避けられている。
<In-band excessive interference elimination capability>
When a conventional LNA is connected to a wide-band antenna, it is exposed to excessive interference, so a pre-tunable circuit using an external varactor is usually attached. However, the voltage-capacitance of the varactor itself is non-linear (parametric nonlinear) Therefore, in the process of removing excessive interference waves with a filter, interference such as CTB (composite triple beat), intermodulation, and cross modulation occurs. In the tunable minute resonance loop shown in FIG. 12, such a problem does not occur because the minute capacitance of the power supply chip is switched. The problem of excessive in-band interference that cannot be avoided with a conventional wireless HAM or transceiver has been avoided from the beginning in a tunable microresonant loop.

<全2重の送受信最適化アルゴリズム>
全2重通信ではTXのバンドとRXのバンドが分けられる。各国で実施されている実際の周波数ではないが、例として800MHzを中心に750MHz〜800MHzがTXバンド、800MHz〜850MHzがRXバンドと仮定する。図13に示すように自分局が3軸対応であるのに対して基地局が3軸対応でない従来型であれば、自分局は自らRXチャンネルの3軸結合係数を最適化し、また基地局との交信でTXチャンネルの3軸結合係数を最適化する。基地局が3軸対応であれば、自分局は自らRXチャンネルの3軸結合係数を最適化し、また基地局との交信でTXチャンネルの3軸結合係数を最適化する他、交信を通して基地局のTXとRXそれぞれの3軸結合係数も最適化する。
<Full duplex optimization algorithm>
In full-duplex communication, the TX band and RX band are separated. Although it is not an actual frequency implemented in each country, 750 MHz to 800 MHz is assumed to be a TX band and 800 MHz to 850 MHz is assumed to be an RX band around 800 MHz as an example. As shown in FIG. 13, if the base station is a conventional type that is compatible with three axes but the base station is not compatible with three axes, the own station itself optimizes the three-axis coupling coefficient of the RX channel, The three-axis coupling coefficient of the TX channel is optimized through communication. If the base station supports three axes, the own station itself optimizes the three-axis coupling coefficient of the RX channel and optimizes the three-axis coupling coefficient of the TX channel through communication with the base station. The triaxial coupling coefficient for each of TX and RX is also optimized.

<チャンネル等化の統計的指標>
端末機でXYZ3軸適応化を行った場合の平均的な受信レベルを1とすると、それを行わず単一のダイポールやループで受信した場合の平均的な受信レベルはπ/4(−2dB)であり、大きな差はない。図14に示すように、XYZ3軸適応化が意味があるのは受信レベルが閾値以下のヌルになる確率が、標準チャンネルフェージングモデルでは1/3〜1/5に減少する。ヌル点に留まっているとその間受信は途絶えるが、移動していればヌルになるのは一瞬である。
<Statistical indicators for channel equalization>
Assuming that the average reception level when the XYZ triaxial adaptation is performed at the terminal is 1, the average reception level is π / 4 (−2 dB) when receiving with a single dipole or loop without performing it. There is no big difference. As shown in FIG. 14, XYZ three-axis adaptation is meaningful in that the probability that the reception level is null below the threshold is reduced to 1/3 to 1/5 in the standard channel fading model. If it stays at the null point, reception stops during that time, but if it moves, it will be null for a moment.

<無線充電>
最近のトランシーバは、リチウムイオン充電電池をACアダプターで充電する必要がある。これは煩雑であるので、携帯電話等が汎用充電器で無線電力充電されるのに合わせて無線充電器を共用し家庭や出先や移動する車の中で常に充電が行われていて、充電電池の放電積算回数による耐用年数が大幅に伸びるようにしたい。このために必要なコイルは図15に示すようにXYZ3軸コイルと同じプリント基板上に形成される。
例として無線電力伝送の搬送波を13.56MHzに選び、無線充電コイルの銅損が無視できて放射損が主たる無負荷損失の場合、0<R<λ/2π(=3.5m)の範囲ではコイル−コイル間の電力伝送効率は一定で50%〜70%となる(1<mL<2、mLは負荷抵抗と放射抵抗の比)コイルを密着させなければ実用的な電力伝送効率が得られないと考える因習はコイルを共振させないファラデー世界の話である。。
<Wireless charging>
Modern transceivers need to charge lithium ion rechargeable batteries with an AC adapter. Since this is complicated, the wireless battery charger is shared with the mobile phone or the like when it is wirelessly charged with a general-purpose charger, and charging is always performed in the home, on the road, or in a moving car. I would like to extend the service life significantly by the number of accumulated discharges. The coils necessary for this are formed on the same printed circuit board as the XYZ triaxial coils as shown in FIG.
As an example, when the carrier wave for wireless power transmission is selected to be 13.56 MHz and the copper loss of the wireless charging coil can be ignored and the radiation loss is the main no-load loss, the range of 0 <R <λ / 2π (= 3.5 m) Coil-coil power transmission efficiency is constant and 50% to 70% (1 <mL <2, mL is the ratio of load resistance to radiation resistance). The notion that I don't think is the story of the Faraday world where the coil does not resonate. .

<フレキ基板アンテナ>
単一のリジッドPCB基板ではXYZ3軸のうち、1つの軸のコイルしか形成できない。安価なポリエステルフレキを使えば図16に示すように折り曲げてXYZ3軸のアンテナを形成することができ、アンテナの鋭い共振周波数は常時行われるキャリブレーションで正確な同調が取れる。これに無線電力伝送のコイルを加えることができる。全2重対応の場合はTXコイルとRXコイルはフレキ基板の両面に形成する。
<Flexible board antenna>
A single rigid PCB substrate can form only one of the XYZ three axes. If inexpensive polyester flexible is used, it can be bent as shown in FIG. 16 to form an XYZ triaxial antenna, and the sharp resonance frequency of the antenna can be accurately tuned by calibration that is always performed. A coil for wireless power transmission can be added to this. In the case of full duplex, the TX coil and RX coil are formed on both sides of the flexible substrate.

<製造コストの削減>
従来のインダクタンス装荷短縮アンテナを送受信に使った回路と比べて、微小共振ループアンテナ方式では図17に示すように部品数が少なくなり、また電源電圧が単一化されるのでトランシーバの製造コストの削減額は500円程度となる。
<Reducing manufacturing costs>
Compared to a circuit using a conventional inductance-loaded shortening antenna for transmission / reception, the micro-resonant loop antenna system reduces the number of components as shown in FIG. The amount is about 500 yen.

<周辺の金属の影響の軽減>
従来のインダクタンス装荷短縮アンテナの方式と比べて周辺の部品や金属の送受信に対する影響は、共振のQ値に反比例して大幅に軽減される。図18に示すように到来電磁界Hが誘導する電流によって周辺の部品や金属の影響を定量化して扱うことができる。周辺の異物で一般的に影響が大きいのは金属板でありこれはショートリングと等価である。従来のファラデーの概念は電磁誘導は磁気的な現象であり、その原理で設計されたアンテナにもショートリングにも同じような数式4で表される電流i1が流れる。したがって金属板はアンテナの動作に重大な影響を与える。これに対して微小共振ループアンテナでは、インダクタンスと共振容量のリアクタンス分が打ち消され、誘起電圧を放射抵抗で割った数式5で表される電流i2が流れる。

このi2とi1の比は従ってQ倍であり、トランシーバの場合はQ=100程度にすることができる。これは即ち微小共振ループアンテナは従来のアンテナと比べて周辺の金属などの影響を1/100程度しか受けないことを示している。また更にQを高くすれば、金属ケースの中に入った携帯電話にアクセスすることができるのが実験で確認されており、異物としての金属が到来電磁界を遮蔽するという従来の常識は根底から覆るのである。
<Reduction of influence of surrounding metal>
Compared with the conventional antenna loading shortening antenna system, the influence on the transmission / reception of peripheral components and metal is greatly reduced in inverse proportion to the resonance Q value. As shown in FIG. 18, the influence of surrounding parts and metals can be quantified and handled by the current induced by the incoming electromagnetic field H. A metal plate having a large influence in general on the peripheral foreign matter is equivalent to a short ring. The conventional Faraday concept is that electromagnetic induction is a magnetic phenomenon, and a similar current i1 expressed by Equation 4 flows through an antenna and a short ring designed based on the principle. Therefore, the metal plate has a significant influence on the operation of the antenna. On the other hand, in the minute resonance loop antenna, the reactance of the inductance and the resonance capacitance is canceled, and a current i2 expressed by Equation 5 obtained by dividing the induced voltage by the radiation resistance flows.

The ratio of i2 and i1 is therefore Q times, and in the case of a transceiver, it can be about Q = 100. This means that the microresonant loop antenna is affected only by about 1/100 of the influence of surrounding metals as compared with the conventional antenna. Furthermore, if Q is further increased, it has been confirmed by experiments that a mobile phone contained in a metal case can be accessed, and the conventional common sense that a metal as a foreign object shields an incoming electromagnetic field is fundamental. To cover.

<人体の影響の軽減>
その70%が水分である人体が、金属板のような作用を無線電力伝送に与えることはない。800MHzで無線通信するトランシーバが相手局の反対側にあっても人体は影響しない。800MHzと2.45GHzが人体の組織を過熱する効果は大きな違いがある。いま検証すべきことは周波数と電力と人間の細胞の中のDNAの塩基を置換する閾値の関係である。この塩基の置換は瞬時に起こるが、蓄積効果とは置換された数が被爆機会で増加することである。塩基が置換されると細胞分裂でそのまま受け継がれる。生殖細胞であれば全数が置換されたままになる。
先ず図19に示すような微小共振ループアンテナの場合、トランシーバの送受信に人体や手が影響を与える程度は無視できる。とくに微小共振ループアンテナの機内に埋め込まれている場合、アンテナ素子を手の中に握っているのと同じ状態であるが、影響はないことが確認されている。
次に図20に示すように、到来電磁界と誘導電磁界を合わせたものが人体に損傷を与える程度を調べる。この場合近傍の電界は電力出力の平方根に比例する。また人体への損傷は周波数と電界を掛け合わせたものに依存するというモデルを使うと安全の基準が明らかになって来る。
ここで図21に示すようなDNAの塩基ATGCの付け替えの空間電圧の閾値の具体的なモデルで調べる。DNAの置換は次のような3つの主要因がある。
1)紫外線・X線・電磁波
2)粒子の被爆(アルファ線など)
3)化学反応(コールタールなど)
DNAに空間電位差が与えられたときに、その周波数とは無関係に塩基が影響を受ける長さ(例えば1nm)当たり電位差が1Vであれば、到来電磁界が去ったときに塩基がつけ換わっているというのが背景である。結合が到来電磁界で振動を受けて結合が不確かでも、通常は到来電磁界が去ったときの元の結合状態で居られるが、その間に擾乱が加われば他の安定した状態に戻るのが塩基のつけ換わりである。電磁波は進行するので周波数が高い方が電位の勾配が大きくなる。850MHzと100MHzと10MHzでは同じ塩基つけ換え耐性は図の右側に示すような電力比になる。
<Reduction of human influence>
A human body whose water content is 70% does not give an action like a metal plate to wireless power transmission. Even if the transceiver that performs radio communication at 800 MHz is on the opposite side of the partner station, the human body is not affected. There is a big difference in the effect that 800 MHz and 2.45 GHz overheat human tissue. What should be verified now is the relationship between frequency, power, and threshold value for replacing DNA bases in human cells. This base substitution occurs instantaneously, but the accumulating effect is that the number of substitutions increases with the chance of exposure. When the base is replaced, it is inherited as it is in cell division. All germ cells remain replaced.
First, in the case of a minute resonance loop antenna as shown in FIG. 19, the extent to which a human body or hand affects transceiver transmission / reception is negligible. In particular, it has been confirmed that when it is embedded in a micro-resonant loop antenna, it is in the same state as holding the antenna element in the hand, but has no effect.
Next, as shown in FIG. 20, the degree to which the combination of the incoming electromagnetic field and the induced electromagnetic field damages the human body is examined. In this case, the electric field in the vicinity is proportional to the square root of the power output. Using a model that damages to the human body depends on the product of frequency and electric field, safety standards become clear.
Here, a specific model of the threshold value of the spatial voltage for replacement of the DNA base ATGC as shown in FIG. 21 is examined. There are three main factors for DNA replacement as follows.
1) Ultraviolet rays, X-rays, electromagnetic waves 2) Particle exposure (alpha rays, etc.)
3) Chemical reaction (coal tar, etc.)
When a spatial potential difference is applied to DNA, if the potential difference is 1 V per length (eg, 1 nm) at which the base is affected regardless of its frequency, the base is changed when the incoming electromagnetic field leaves. That is the background. Even if the coupling is affected by the incoming electromagnetic field and the coupling is uncertain, it is usually in the original coupling state when the incoming electromagnetic field leaves, but if a disturbance is added during that time, the base returns to another stable state. It is a replacement. Since electromagnetic waves travel, the higher the frequency, the greater the potential gradient. In 850 MHz, 100 MHz, and 10 MHz, the same base change resistance has a power ratio as shown on the right side of the figure.

<アンテナと放射の理論>
トランシーバを最適化し運用するためには、電磁気学の中でアンテナ・電波伝播理論が広く・深く理解され、システムが自在に構築されなければならないが、基本的で重要でありながら従来は全く理解がなされずそのため教科書にも決し登場することのなかった微小アンテナの分野を、世界の科学者・教授・指導的技術者が正しく学ばなければならない。微小共振放射素子アンテナが見落とされている背景は、それと組み合わされるべきICチップの設計のアーキテクチャーが未発達なことと、RF技術者は通常50/75オームでしか測定ができない環境にあるので、微小アンテナを実証的に扱えないことが主たる原因である。
<微小ダイポールと微小ループ>
アンテナの基準は半波長ダイポールであり、半波長付近でそのリアクタンス成分はゼロに近づき放射抵抗は73オームである。ループアンテナは周囲長が1波長の時にリアクタンス成分がゼロに近づき、給電点の方向を除いてループの平面内で無指向性となるが基準にはされない。しかし電磁気学の枠内で半波長ダイポールや1波長ループではなく微小ダイポールアンテナと微小ループアンテナを基準と考えた方が物事の本質がよく見極められることが、以下に示す論述で誰もが初めて気づく。ただ微小ダイポールと微小ループは狭帯域であるという優れた特徴があるのを、広帯域(ブロードバンド)こそがいいという誤った観念を植えつけられているために理解が進んでいない。微小ダイポールと微小ループは類似した特性を持つ。図22に微小ダイポールと微小ループの特性を併記する。それによって如何にこの2つの要素が電波伝搬の基本であり、素粒子の相互作用にも関わっているかが理解できるであろう。
数式6は微小アンテナ素子の放射抵抗である。
数式7は微小アンテナ素子のリアクタンスである。微小ダイポールは容量性(Capacitive)であり、微小ループは誘導性(Inductive)である。
数式8は微小アンテナ素子のリアクタンスと放射抵抗の比であり、符号が反対のリアクタンスを装荷して、微小アンテナのリアクタンス分を打ち消した場合に生じる共振のQ値を示している。アンテナが小さい程高いQ値が得られ、微小共振アンテナは利得は半波長ダイポールと等しいが、狭帯域となる所以がここにある。微小ループアンテナの場合Q値は巻き数nには無関係になる。

数式9は微小アンテナ素子を装荷しない場合の到来電界Eに対する開放端子電圧である。アンテナが小さい程端子電圧は小さい。
数式10は符号が反対のリアクタンスを装荷して微小アンテナのリアクタンス分を打ち消し、放射抵抗と同じ抵抗値で終端した場合の有能電力である。微小ダイポールも微小ループも有能電力は同じであり、またその有能電力はアンテナの大きさとは無関係である。
到来電界Eと放射抵抗の放射空間温度による熱雑音の比であるS/Nは数式11で表されるが、アンテナの大きさに依存しない。半波長ダイポールの微小ダイポールに対する特徴は、リアクタンスを打ち消す装荷容量が不要で、共振が比較的広帯域であるに過ぎない。オリバーヘビサイドの放射はエネルギーの流れであるという言い分はここで崩される。
給電点が増幅器ICチップで終端された受信アンテナに必要なのは、有能電力ではなく数式12に示す共振電圧であり、アンテナの大きさが小さい方が共振電圧は大きい(このことは全てのアンテナ技術者に見落とされえている)。
数式13は微小アンテナの到来電界Eに対する共振電流である。アンテナが小さい方が共振電流は大きい。
数式14は微小アンテナの共振電流による遠方界としての再放射である。アンテナの希望周波数に於ける再放射能力は、銅損が放射抵抗に対して無視できる範囲でアンテナの寸法に依らない。
<微小アンテナの近傍界と遠方界>
微小アンテナの世界では、図23に示すように微小ダイポールと微小ループという基本形を組み合わせて全てのアンテナが構成することができる。
電磁気学ではビオ=サバールの法則から、微小アンテナの電磁界は数式15、数式16、数式17のように表される。
<Theory of antenna and radiation>
In order to optimize and operate a transceiver, antennas and radio wave propagation theory must be widely and deeply understood in electromagnetics, and the system must be freely constructed. For this reason, scientists, professors, and supervising engineers around the world must correctly learn the field of micro-antennas that have never appeared in textbooks. The background of the overlooked micro-resonant radiating element antenna is that the architecture of the IC chip design to be combined with it is underdeveloped, and because RF engineers can usually measure only at 50/75 ohms, The main reason is that the minute antenna cannot be handled empirically.
<Micro dipole and micro loop>
The reference of the antenna is a half-wave dipole, the reactance component approaches zero near the half-wave, and the radiation resistance is 73 ohms. The loop antenna has a reactance component approaching zero when the perimeter is 1 wavelength, and becomes omnidirectional in the plane of the loop except for the direction of the feed point, but is not a reference. However, within the framework of electromagnetism, everyone will be aware for the first time in the following discussion that the essence of things can be better determined by considering a microdipole antenna and a microloop antenna as a reference rather than a half-wave dipole or single-wavelength loop. . However, since the small dipole and the micro loop have the excellent feature that they are narrow bands, the understanding that the wide band (broadband) is good is instilled, so the understanding is not progressing. Micro dipoles and micro loops have similar characteristics. FIG. 22 shows the characteristics of a minute dipole and a minute loop. This will help you understand how these two elements are fundamental to radio wave propagation and are also related to the interaction of elementary particles.
Equation 6 is the radiation resistance of the minute antenna element.
Equation 7 is the reactance of the minute antenna element. The micro dipole is capacitive and the micro loop is inductive.
Formula 8 is the ratio between the reactance of the minute antenna element and the radiation resistance, and indicates the Q value of resonance that occurs when the reactance having the opposite sign is loaded and the reactance of the minute antenna is canceled. The smaller the antenna is, the higher the Q value can be obtained. The gain of the microresonant antenna is equal to that of the half-wave dipole, but this is why it has a narrow band. In the case of a minute loop antenna, the Q value is independent of the number of turns n.

Expression 9 is an open terminal voltage with respect to the incoming electric field E when the small antenna element is not loaded. The smaller the antenna, the lower the terminal voltage.
Equation 10 is the available power when the reactance having the opposite sign is loaded, the reactance of the minute antenna is canceled, and terminated with the same resistance value as the radiation resistance. The effective power is the same for both the micro dipole and the micro loop, and the effective power is independent of the size of the antenna.
S / N, which is the ratio of the thermal noise due to the radiation field temperature of the incoming electric field E and the radiation resistance, is expressed by Equation 11, but does not depend on the size of the antenna. The characteristics of the half-wave dipole with respect to the minute dipole are that a loading capacity for canceling the reactance is unnecessary, and the resonance is merely a relatively wide band. The claim that Oliver snakeside radiation is a flow of energy is broken here.
What is necessary for a receiving antenna whose feed point is terminated with an amplifier IC chip is not the effective power but the resonance voltage shown in Formula 12, and the smaller the antenna size, the larger the resonance voltage (this is the case for all antenna technologies). Can be overlooked by the other).
Expression 13 is a resonance current with respect to the incoming electric field E of the minute antenna. The smaller the antenna, the larger the resonance current.
Expression 14 is re-radiation as a far field by the resonance current of the minute antenna. The re-radiation capability of the antenna at the desired frequency does not depend on the size of the antenna so long as the copper loss is negligible with respect to the radiation resistance.
<Near field and far field of minute antenna>
In the world of minute antennas, as shown in FIG. 23, all antennas can be configured by combining basic shapes of minute dipoles and minute loops.
In electromagnetism, the electromagnetic field of a small antenna is expressed as Equation 15, 16, and 17 from Bio-Savart's law.

<共振コイルの幾何学的実現方法>
XYZ3軸の微小共振ループと無線電力伝送の受信コイルは図24に示すように1枚のフレキ基板上で作られる。リアクタンスと放射抵抗の比がQ=100と決まればコイルの半径と波長の比が巻き数nとは無関係に決まり、a/λ=0.06となる。
中心周波数800MHzの波長は38cmであるからa=22mmとなる。インダクタンスは数式7から85nHで共振容量は0.5pFであり、厚さ50umのポリエステルフィルムの小さな面積の静電容量で形成される。この周波数での銅の表皮厚は約3umである。銅損は放射損より小さくなる。
<Geometric realization method of resonant coil>
As shown in FIG. 24, the XYZ triaxial micro-resonance loop and the wireless power transmission receiving coil are formed on a single flexible substrate. If the ratio of reactance and radiation resistance is determined to be Q = 100, the ratio of the radius of the coil to the wavelength is determined regardless of the number of turns n, and a / λ = 0.06.
Since the wavelength of the center frequency of 800 MHz is 38 cm, a = 22 mm. The inductance is 85 nH from Equation 7, the resonance capacitance is 0.5 pF, and the capacitance is formed by a small area capacitance of a polyester film having a thickness of 50 μm. The skin thickness of copper at this frequency is about 3 um. Copper loss is smaller than radiation loss.

<MIMO方式について>
図25はMIMO方式とマイクロセル方式の比較である。将来の切り札と考えられているMIMO方式は、基地局の送受信アレーアンテナのアレーファクタを微細方角毎に設定してマルチビームとし、通話チャンネル数を実効的に増やす方法である。しかしこれは現在使われているセル方式のセルを微細化したマイクロセル方式でも同じことが実現でき、どちらも電力の総和を減らせるが、設置場所のコストや大幅にコスト低減されるであろう基地局のトランシーバユニットなどを考慮してどちらが経済的であるかを選べばよい。本論術の方式が自然の理の見極めに関する本質的なことであるのに対して、MIMO方式やマイクロセル方式は表面的なことである。本方式が発展するBeyond−MIMOは自然の理に関することである。
<About the MIMO system>
FIG. 25 is a comparison between the MIMO system and the microcell system. The MIMO method, which is considered as a trump card in the future, is a method of effectively increasing the number of communication channels by setting the array factor of the transmission / reception array antenna of the base station for each fine direction to be a multi-beam. However, the same can be achieved with the micro cell system, which is a miniaturized cell system cell currently in use, and both can reduce the total power, but the cost of the installation site and the cost will be greatly reduced. It is only necessary to select which one is more economical considering the transceiver unit of the base station. Whereas this logical method is essential for the determination of natural reason, the MIMO method and the microcell method are superficial. The Beyond-MIMO that this system develops is about nature.

本発明によって、XYZの3軸を持つ3つのコイルを使って受信のヌル点の回避する通信チャンネルの等化が行われ、現行の携帯通話方式のまま周波数・エリア利用率は1.5倍程度高い密度で使用することができる。また受信のS/N性能を8dB程度改善することができる。また受信のバンド内妨害を1/10以下に低減することができる。またLNAの消費電力を1/10以下に減らすことができる。またTXアンプの消費電力を60%程度に減らすことができる。また表示装置を除いた他の回路駆動を単一電圧にすることができる。また無線充電にすることができる。またトランシーバの製造コストを500円程度削減することができる。またヌル点が回避され、狭帯域化されるので、CDMAが大幅に簡略化された世界標準を作ることができ、最終的に全ての携帯通信を通信容量を倍増して1GHz以下にシフトできるBeyond−MIMOの礎にすることができる。

According to the present invention, equalization of a communication channel that avoids a null point of reception is performed using three coils having three axes of XYZ, and the frequency / area utilization rate is about 1.5 times with the current mobile phone communication system. Can be used at high density. Further, the S / N performance of reception can be improved by about 8 dB. Further, it is possible to reduce reception in-band interference to 1/10 or less. Further, the power consumption of the LNA can be reduced to 1/10 or less. Further, the power consumption of the TX amplifier can be reduced to about 60%. In addition, other circuit drives except for the display device can be set to a single voltage. It can also be wirelessly charged. The transceiver manufacturing cost can be reduced by about 500 yen. Also, the null point is avoided and the bandwidth is narrowed, so CDMA can make a greatly simplified world standard, and finally all mobile communications can double the communication capacity and shift to 1 GHz or less Beyond -It can be the cornerstone of MIMO.

図26に仮想的に800MHzを中心にしたマイクロバンドCDMA(MCDMA)のトランシーバにとって最良の微小共振ループの形態とその等価回路を示す。
FIG. 26 shows the best microresonant loop form and its equivalent circuit for a microband CDMA (MCDMA) transceiver centered around 800 MHz virtually.

図27が本方式に基づいて考え得る改善を尽くしたトランシーバの実施例である。携帯電話に必要なICチップはフロントエンドチップ、無線充電プロファイルチップ、ベースバンドチップ、LCD表示モジュールの4つである。フロントエンドチップ、無線充電プロファイルチップはアンテナパターンとともにフレキ基板にマウントされ、コネクタで主基板に接続される。マイコンを内蔵したベースバンドチップはリジッドな主基板にマウントされ、キースキャンボタン、スピーカー/マイクロフォン、充電プロファイルICチップのコントール部、フレキ基板とのコネクタ部、及び同じく主基板にマウントされたLCD表示モジュールに接続される。図に示したものがフレキ基板にマウントされる外付け部品の全てであり、従来のトランシーバと比べて著しく簡素であり部品数が少ない。
FIG. 27 shows an embodiment of a transceiver that has been considered to be improved based on this system. There are four IC chips required for a mobile phone: a front-end chip, a wireless charging profile chip, a baseband chip, and an LCD display module. The front end chip and the wireless charging profile chip are mounted on a flexible board together with an antenna pattern, and are connected to the main board by a connector. Baseband chip with built-in microcomputer is mounted on rigid main board, key scan button, speaker / microphone, control part of charging profile IC chip, connector part with flexible board, and LCD display module also mounted on main board Connected to. All of the external components mounted on the flexible substrate are shown in the figure, and are significantly simpler and have fewer components than conventional transceivers.

本発明はトランシーバ、携帯電話、WiFi、WiMaxなどの無線通信機器基本構造として広く適用することができる。
The present invention can be widely applied as a basic structure of a wireless communication device such as a transceiver, a mobile phone, WiFi, or WiMax.

は従来のアンテナと微小共振ループである。Is a conventional antenna and a minute resonance loop. はXYZ3軸TX/RXアンテナと無線電力充電コイル である。Are an XYZ triaxial TX / RX antenna and a wireless power charging coil. は狭帯域共振電子同調RX/TXアンテナ である。Is a narrowband resonant electronically tuned RX / TX antenna. は可同調ループアンテナの機能である。Is a function of a tunable loop antenna. は外部アンテナのBNC入力のS/N である。Is the S / N of the BNC input of the external antenna. はインダクタ装荷短縮モノポールのS/Nである。Is the S / N of the inductor loaded short monopole. は微小共振ループのS/N である。Is the S / N of the microresonant loop. は微細容量切り替えによる可変電子同調回路 である。Is a variable electronic tuning circuit with fine capacitance switching. はTXアンテナのD級駆動と低電圧化 である。Is the class D drive and lower voltage of the TX antenna. は自在な姿勢を許容するXYZ3軸アンテナ である。Is an XYZ triaxial antenna that allows a free attitude. は半2重送受信最適化アルゴリズムである。Is a half-duplex transmission / reception optimization algorithm. はバンド内過大妨害波排除能力である。Is the ability to eliminate excessive interference in the band. は全2重送受信最適化アルゴリズムである。Is a full duplex transmission / reception optimization algorithm. は空間利用率の統計的な指標である。Is a statistical indicator of space utilization. は無線充電方式である。Is a wireless charging system. はフレキ基板アンテナである。Is a flexible substrate antenna. は製造コストの削減である。Is a reduction in manufacturing costs. はアンテナの周辺の金属の影響の差である。Is the difference in the influence of the metal around the antenna. は携帯電話ハンドセットと人体の影響 である。Is the influence of the mobile phone handset and the human body. は3Wの無線電力の電磁界と携帯電話1WのTX放射の比較である。Is a comparison of 3 W wireless power electromagnetic field and mobile phone 1 W TX radiation. はDNAの塩基置換の電位差耐性である。Is the potential difference tolerance of DNA base substitution. は高いQの微小アンテナの動作原理である。Is the operating principle of a high Q micro-antenna. は高いQの微小アンテナからの近傍界・遠方界放射である。Is near-field / far-field radiation from a high-Q micro-antenna. は共振コイルの幾何学的実現方法である。Is the geometrical realization of the resonant coil. はマルチビームMIMO方式である。Is a multi-beam MIMO scheme. は最良の形態である。Is the best form. は実施例である。Is an example.

Claims (11)

1枚のフレキシブルプリント基板上(フレキ)のパターンで描かれ、狭帯域同調のコンデンサと接続された、1つまたは2つまたは有意義に3つの共振コイルを持ち、同一のフレキにフロントエンドICチップをマウントし、そのフレキをトランシーバに実装するに当って最大XYZ3軸の互いに直交する指向性をそれぞれの共振コイルが持つ様に折り曲げることを可能にし、旧来の1/4波長モノポールかインダクタを装荷した短縮ホイップアンテナと比べて、ICチップへの入力電圧を同一の到来電界に対して20dB程度大きくなるようにして、LNA(低雑音増幅器の雑音)を決めるバイアス電流が一定の時に信号に対する増幅器雑音の寄与を相対的に減らして受信S/N性能を6dB以上改善し、また非直線性を持たない前置LCフィルタが妨害波を阻止してLNAをアタックしないようにすること。 A front-end IC chip on the same flex, with one, two, or meaningfully three resonant coils drawn in a pattern on a single flexible printed circuit board (flexible) and connected to a narrowband tuned capacitor When mounting the flexible cable on the transceiver, it is possible to bend the directivity of up to XYZ three axes perpendicular to each other so that each resonance coil has it, and loaded with a conventional 1/4 wavelength monopole or inductor Compared with the shortened whip antenna, the input voltage to the IC chip is increased by about 20 dB with respect to the same incoming electric field, and when the bias current that determines LNA (low noise amplifier noise) is constant, Reducing the contribution relatively, improving the reception S / N performance by 6 dB or more, and having a non-linear LC Filters prevent jamming and prevent LNAs from attacking. 有意義に3つのXYZ軸共振コイルにそれぞれ接続された3つのRX低雑音増幅器の出力を複素数の線形結合係数で(即ち位相と振幅を変えて)混合することで、相手のトランシーバからの電波のマルチパスを含む到来方向に受信感度の最大を向けることができるようにすること。またXYZ軸の3チャンネルに可変位相量と可変振幅を与える最適化アルゴリズムとして、垂直偏波の場合垂直軸の回りにX軸コイルとY軸コイルの出力の線形結合で水平面360度スキャンをすることを主体とし、これにZ軸コイルの出力を加えて傾き補正とヌル点回避を行う山登りロジックを用いること。また水平偏波で使用する場合には水平面内無指向性であるZ軸コイルの出力をそのまま用いること主体とし、これにX軸コイルとY軸コイルの出力の線形結合を加えて傾き補正とヌル点回避を行うこと。 By meaningfully mixing the outputs of three RX low noise amplifiers connected to the three XYZ axis resonance coils respectively with complex linear coupling coefficients (ie, changing the phase and amplitude), it is possible to The maximum receiving sensitivity should be directed to the direction of arrival including the path. Also, as an optimization algorithm for giving variable phase amount and variable amplitude to the three channels of XYZ axes, in the case of vertical polarization, a horizontal plane 360 degree scan is performed by linear combination of the outputs of the X axis coil and the Y axis coil around the vertical axis. The hill-climbing logic that performs tilt correction and null point avoidance by adding the output of the Z-axis coil to this is used. When used in horizontal polarization, the output of the Z-axis coil that is omnidirectional in the horizontal plane is used as it is, and the linear combination of the output of the X-axis coil and the Y-axis coil is added to this to correct the tilt and null. Do point avoidance. 半2重通信に於いてトランシーバをTXモードに切り替えたときに、RXモードで最適化したXYZ3軸の線形結合係数をそのままTXモードの3チャンネルのXYZ3軸の可変位相量と正負可変振幅として与えて、電力を最小化するとともにヌル点の発生を抑えること。またTXモードが続く場合、会話の途切れの瞬間にRXモードに切り替えて最適化係数を維持・更新すること。こちらがRXモードでヌル点を回避できていることが、TXモードで相手にもヌル点を与えていないことを保証するには、相手が決めるこちらのRXモードの周波数とこちらが決めるこちらのTXモードの周波数が一致していなければならない。これを一致させるために双方のX−Tal発振器の周波数をそれぞれの受信周波数に一致させるか、或いは片方がこれを行うように取り決めること。また相手がXYZ3軸のトランシーバの場合そのTXモードで重み付けを変えると、こちらのRXモードの最適化条件がマルチパスなどで変化するので、双方向のやり取りで最適化を同時に行わないように取り決めること。或いは双方でRX/TXの最適化を行う場合には、その最適化係数を交換して更に高度な最適化が行えるようにすること。 When switching the transceiver to TX mode in half-duplex communication, the XYZ 3-axis linear coupling coefficient optimized in RX mode is given as it is as 3-phase XYZ 3-axis variable phase amount and positive / negative variable amplitude in TX mode. Minimize power and suppress the generation of null points. If the TX mode continues, switch to the RX mode at the moment when the conversation is interrupted to maintain / update the optimization coefficient. In order to guarantee that the null point is avoided in the RX mode and that the other party is not given a null point in the TX mode, the frequency of the RX mode determined by the partner and the TX determined by the partner are determined. Mode frequency must match. In order to match this, either the frequency of both X-Tal oscillators must match the respective reception frequency, or one can arrange to do this. Also, if the partner is an XYZ 3-axis transceiver, changing the weighting in that TX mode will change the optimization conditions of this RX mode due to multipath, etc., so make sure that the optimization is not performed at the same time in two-way exchanges. . Alternatively, when RX / TX optimization is performed on both sides, the optimization coefficient should be exchanged so that further optimization can be performed. 携帯電話のような全2重通信のトランシーバに於いて、TXチャンネルの可同調XYZ3軸コイルセットとRXチャンネルの可同調XYZ3軸コイルセットを持ち、TXのコイルセットとRXのコイルセットは近接していてもお互いに同調がずれていて干渉せず、それぞれが最適の線形結合係数を相手局または基地局との交信を通して確立するようにすること。 A full-duplex communication transceiver such as a mobile phone has a TX channel tunable XYZ triaxial coil set and an RX channel tunable XYZ triaxial coil set, and the TX coil set and RX coil set are close to each other. Even though they are out of sync with each other and do not interfere with each other, each establishes an optimal linear combination coefficient through communication with the other station or base station. 銅損制限領域ではなく放射損制限領域で動作する大きさのXYZ軸のアンテナコイルの動作Qは、近くに人体やトランシーバのシャーシや搭載された部品があっても、100以上を保つことができる。このためTXアンプをD級動作(スイッチングモード)させても、放射される高調波としての遠方・近傍への不要輻射はそのままで電波法の基準を満たしているので、消費電力を従来のA級動作のTXと比べて約1/2程度に減らすことができる。これを正しく実行するために、トランシーバハンドセットの機内から送受信帯域内で共振する部品や機構を取り除くか、その共振が送受信帯域外となるように変更すること。 The operation Q of the XYZ-axis antenna coil sized to operate in the radiation loss limited region, not the copper loss limited region, can be maintained at 100 or more even when there is a human body, a transceiver chassis, or a mounted component nearby. . For this reason, even if the TX amplifier is operated in class D (switching mode), unnecessary radiation to the distant / near vicinity as harmonics is still satisfied and meets the standards of the Radio Law. Compared with the TX of operation, it can be reduced to about ½. In order to do this correctly, remove components or mechanisms that resonate within the transmit / receive band from the transceiver handset machine, or change the resonance to be outside the transmit / receive band. 使用するトランシーバの周波数帯域の上限で外付けのコイルと外付けの共振容量が同調するようにし、ICチップに内蔵された微細容量を少しずつ加えて行ってトランシーバの周波数帯域の下限までをカバーできるようにすること。またこの微細容量を切り替えるNMOSトランジスタスイッチの大きさを、そのON抵抗が共振のQ値を100以下にせず、またOFF容量が共振周波数を帯域外にシフトすることがないように選ぶこと。この同調をICチップの自己発振モードとしてFSS(周波数シンセサイザー)で基準周波数と比較して人体やトランシーバの金属シャーシの近傍効果による同調周波数変化キャリブレートすること。 The external coil and the external resonant capacitor can be tuned at the upper limit of the frequency band of the transceiver to be used, and the minute capacitance built in the IC chip can be added little by little to cover the lower limit of the frequency band of the transceiver. To do so. The size of the NMOS transistor switch for switching the fine capacitance should be selected so that the ON resistance does not make the resonance Q value 100 or less, and the OFF capacitance does not shift the resonance frequency out of the band. This tuning is performed as a self-oscillation mode of the IC chip and compared with a reference frequency by an FSS (frequency synthesizer), and the tuning frequency change calibration due to the proximity effect of the metal chassis of the human body or the transceiver is calibrated. アンテナコイルのできるだけ高いQ値を維持することにより、人体やトランシーバの金属シャーシ/搭載部品がトランシーバの受信性能や送信性能に影響しないようにすること。従来のインダクタ装荷短縮モノポールは、放射素子がトランシーバ筺体や手から離れていることを求めたが、遥かに高いQ値を持つ微小共振ループでは近くの金属やトランシーバ筺体や手の影響を事実上受けないので、それに沿った埋め込み型の構造にすること。 Maintain the highest possible Q value of the antenna coil so that the human body and the transceiver's metal chassis / mounted components do not affect the transceiver's reception and transmission performance. Conventional inductor loading shortened monopoles required that the radiating element be far away from the transceiver housing and hand, but in the microresonant loop with a much higher Q factor, the effect of nearby metal, transceiver housing and hand is virtually eliminated. Since it does not receive, make it an embedded type structure. XYZ3軸のコイルがパターンとして描かれて共振容量とフロントエンドチップが搭載されたフレキ基板に、無線電力伝送の受信同調コイルを描き、無線電力対応充電プロファイルチップを搭載して、従来付属していたACアダプター/充電器を廃止し携帯機器に共通の無線充電器が使用できるようにすること。 A XYZ triaxial coil is drawn as a pattern, and a flexible tuning board for wireless power transmission is drawn on a flexible board on which a resonant capacitor and a front end chip are mounted. Abolish the AC adapter / charger so that a common wireless charger can be used for mobile devices. XYZ3軸のコイルと無線電力伝送の受信同調コイルが基板パターンとして描かれ、フロントエンドチップと無線電力対応充電プロファイルチップが搭載されたフレキ基板で、共振容量をベースフィルムを挟んで対向する両面電極で構成すること。 XYZ triaxial coil and wireless power transmission receiving tuning coil are drawn as a substrate pattern, a flexible substrate with a front-end chip and a wireless power compatible charging profile chip mounted, with resonant electrodes on both sides facing each other with a base film in between Make up. トランシーバのXYZ3軸コイルのそれぞれの周波数の製造のバラツキと近傍の金属の影響などによる周波数シフトをキャリブレートして不揮発性メモリーに記憶させた後に、固定の共振周波数配置を与えて3つの任意の値の無数の組み合わせとなるアナログID(電子指紋)とし、電池のない状態でもこの組み合わせがフォローティングゲートで記憶されて微弱電波で遠隔的にバックスキャター検出されるようにし、また交信に際しての物理的なKeyとすること。 After calibrating and storing the frequency shift due to the variation in the frequency of each of the XYZ triaxial coils of the transceiver and the influence of nearby metal in a non-volatile memory, a fixed resonant frequency arrangement is given to give three arbitrary values Innumerable combinations of analog IDs (electronic fingerprints) are stored in the following gate even in the absence of a battery so that backscatter can be detected remotely with weak radio waves, and the physical key for communication To do. トランシーバのリチウムイオンバッテリーが放電してしまえば山での遭難や海難に於いてただのガラクタになる。手回し発電機でバッテリーを少しでも充電するのが従来の観念であったが、本発明では緊急SOSボタンを有し、このトグルモードでパッシブ共振を遠方から検出されることができる。また入山時に登録した周波数組み合わせIDで雪崩で埋まった場合などにおいて捜索の手掛かりになるようにすること。
Once the transceiver's lithium-ion battery is discharged, it can be just a mess in mountain distress and marine accidents. Although it was a conventional idea to charge the battery with a hand-driven generator as much as possible, the present invention has an emergency SOS button, and in this toggle mode, passive resonance can be detected from a distance. Also, if you are buried in an avalanche with the frequency combination ID that you registered when you entered the mountain, you should be a clue to search.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130091183A (en) * 2012-02-07 2013-08-16 엘지전자 주식회사 Charging device for mobile terminal
KR20170078604A (en) * 2014-09-05 2017-07-07 솔라스 파워 인크. Wireless electric field power transfer system, method, transmitter and receiver therefor
CN108614257A (en) * 2011-04-14 2018-10-02 古野电气株式会社 Hydrospace detection device, sound navigation ranging and hydrospace detection method
CN112290695A (en) * 2020-09-14 2021-01-29 德清阿尔法创新研究院 MIMO magnetic safe charging method based on magnetic resonance
CN113490858A (en) * 2019-01-31 2021-10-08 弗劳恩霍夫应用研究促进协会 Participant of a communication system with a magnetic antenna

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108614257A (en) * 2011-04-14 2018-10-02 古野电气株式会社 Hydrospace detection device, sound navigation ranging and hydrospace detection method
KR20130091183A (en) * 2012-02-07 2013-08-16 엘지전자 주식회사 Charging device for mobile terminal
KR20170078604A (en) * 2014-09-05 2017-07-07 솔라스 파워 인크. Wireless electric field power transfer system, method, transmitter and receiver therefor
KR102500394B1 (en) 2014-09-05 2023-02-15 솔라스 파워 인크. Wireless electric field power transfer system, method, transmitter and receiver therefor
CN113490858A (en) * 2019-01-31 2021-10-08 弗劳恩霍夫应用研究促进协会 Participant of a communication system with a magnetic antenna
CN112290695A (en) * 2020-09-14 2021-01-29 德清阿尔法创新研究院 MIMO magnetic safe charging method based on magnetic resonance
CN112290695B (en) * 2020-09-14 2024-01-16 德清阿尔法创新研究院 MIMO magnetic safety charging method based on magnetic resonance

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