JP2010509832A - 能動無線モジュール - Google Patents

Abstract

本発明は、単一アンテナと無線回路からなるモジュールに単に制御信号を印加することにより、広帯域や多重帯域に対応できるようにした能動無線モジュールに関する。そのために、アンテナ、フィルタ及び電力増幅器に、電圧によってインピーダンス特性が変化する制御素子を各部の特性に適合する位置に少なくとも一つ以上配置してモジュールを形成し、外部制御信号に応じて前記各制御素子に適切な直流電圧を印加して周波数特性を調節することで、所望の周波数特性を容易に設定することができ、且つ装着空間を低減できる効果がある。尚、様々な端末機に前記モジュールを適用できるようにして汎用性を向上させ、よって、無線端開発費用を低減できるという効果がある。

Description

本発明は、無線端末機に適用される無線モジュールに関し、特に、単一のアンテナと無線回路からなるモジュールに制御信号を印加することにより広帯域や多重帯域に対応できるようにした能動無線モジュールに関する。

近年、移動通信システムと無線データ通信システムなどの急速な補給や、既存の様々な無線放送と無線技術との混在によって、多重周波数帯域や広い周波数帯域で動作することができる無線手段に対する要求が急増している。

特に、同一の目的で相違する周波数と通信方式を利用する移動通信システムの全てを支援するために、地域の移動によって、またはサービスの選択によって相違する移動通信システムを利用できるようにする多重帯域移動通信端末機が開発及び使用されており、その必要性も次第に増大している。しかしながら、前記多重帯域移動通信端末機には、多重帯域や広帯域で動作するために固有の特性を有する無線端（アンテナ、ＲＦ回路部）が重複して構成されるので、端末機の小型化や軽量化が制限され、費用や電力消耗も高い。

例えば、一般的な１／４波モノポール（Ｑｕａｔｅｒ−ｗａｖｅ ｍｏｎｏｐｏｌｅ）アンテナは１／４波長長さを有しねばならないが、このような空間が充足されない場合には、非常に狭い周波数帯域特性を有するようになる。すなわち、アンテナのための装着空間は次第に減少しているものの、複数の無線端構成が要求される多重帯域に対する要求は増加しており、無理にアンテナの大きさを減少させる場合、狭い周波数特性により通信手段の性能が劣化する。

図１は、受動特性を有する一般的な無線（ＲＦ）端を示すブロック図であって、図示のように、アンテナ及びマッチング部１、前記アンテナ及びマッチング部１を介して送受信する信号をフィルタリングするフィルタ部２、送受信する信号を増幅する電力増幅部３、帯域に関係なく共通的に使用されるその他のＲＦ素子部４、及び送受信される信号を処理するデジタル信号処理部（ＤＳＰ）及びベースバンド部５からなる。この中で、前記アンテナ及びマッチング部１、フィルタ部２及び電力増幅部３は、固有の周波数特性を有する素子であるため、設計された帯域のみで最適に使用することができる。

図２は、図１のように単一の受動素子で構成したＲＦ端に固有周波数特性を周波数に対する入力反射係数の関係を通じて示すグラフであって、目標とする広い周波数帯域のうち一部の帯域のみで動作することができる。

したがって、図３のような方式で所望の帯域に対する周波数特性を表す素子を適用したＲＦブロックを複数で構成することで、図４のように複数の帯域で使用可能な無線端を具現することができる。その他のＲＦ素子部１３やＤＳＰ及びベースバンド部１４は共用できるが、アンテナ及びマッチング部１０ａ〜１０ｃ、フィルタ部１１ａ〜１１ｃ及び電力増幅部１２ａは使用する帯域によって別々に構成されなければならないため、複数のアンテナを装着する空間が要求され、電力増幅部の選択的駆動のためにスイチング素子構成が要求されるなど構成が複雑になって、費用が高くなるだけでなく、体積が増加する。

国際公開第２００６／０３５５１８号パンフレット 米国特許出願公開第２００５／００２６６４７

多重帯域を支援するための無線端の構成を簡素化するために新しく提案する本発明の実施の形態の目的は、固有の帯域特性を有するアンテナと無線回路素子に電気的に特性が変更される制御素子を配置しつつ、一つのモジュールとして構成し、外部制御により前記モジュールの制御素子の特性を可変させる制御部をさらに具備することにより、前記モジュールを可変的帯域に対する無線特性を有するアンテナと無線回路素子を動作するように制御して、無線端特性と装着空間を効果的に改善した能動無線モジュールを提供することにある。

本発明の実施の形態の他の目的は、アンテナ、フィルタ及び電力増幅器に電圧により特性が可変する複数の制御素子を配置してこれらをモジュール化し、前記モジュールの各制御素子に外部制御信号に応じる電圧を印加して、前記モジュールが所望の帯域に適合する特性を有するようにすることで、前記外部制御信号に応じて所望の帯域に対する特性を有する無線端を、単一モジュール構成を通じて実現し、前記モジュールを汎用化して端末機の無線端設計を容易にした能動無線モジュールを提供することにある。

本発明の実施の形態のまた他の目的は、アンテナ、フィルタ及び電力増幅器に、電圧によってインピーダンス特性が変化する制御素子を各部の特性に適合する位置に少なくとも一つ以上具備し、外部制御信号に応じて前記各制御素子に適切な直流電圧を印加することで、所望の特性によって帯域を可変させて調節できるようにした能動無線モジュールを提供することにある。

本発明の実施の形態のまた他の目的は、アンテナ、フィルタ及び電力増幅器のうち少なくとも一つの無線素子に対して少なくとも一つ以上の制御素子を相違する一に適用して汎用化されたモジュールを構成することで、制御が不必要な制御素子は所定のインピーダンスに固定し、必要な用途によって最小限の制御信号だけで周波数特性を調節して所望の複数帯域や広帯域に対応できるようにした能動無線モジュールを提供することにある。

上記の目的を達成すべく、本発明の一実施の形態による能動無線モジュールは、アンテナ及びマッチング部を含む第１階層と、前記第１階層と周波数特性が対応するフィルタを含む第２階層と、前記第１及び第２階層と周波数特性が対応する電力増幅部を含む第３階層と、前記第１乃至第３階層のうち少なくとも一つの階層に具備された素子と直並列連結されるか該当の素子の代わりに具備される一つ以上の電圧制御可変インピーダンス素子と、外部制御信号に応じて生成した出力電圧を前記電圧制御可変インピーダンス素子に印加して、前記可変インピーダンス素子が含まれた階層の帯域特性を変更する制御部と、を含んで構成される。

前記電圧制御可変インピーダンス素子は、印加される直流電圧によってインピーダンスが可変する可変キャパシタ及びバラクタダイオード（Ｖａｒａｃｔｏｒ Ｄｉｏｄｅ）を含む素子から選択されることができる。

前記制御部は、前記各階層のうち何れか一つの階層の周波数特性変化を検出してこれを外部制御信号と見做した後、他の階層の周波数特性を自動的に変化させる機能をさらに有することができる。

また、本発明の他の実施の形態による能動無線モジュールは、信号ライン及び接地が形成された基板上に配置されて、少なくとも一つ以上の第１電圧制御可変インピーダンス素子を含む無線信号処理回路が具備された無線回路部と、前記基板と離隔して形成され、前記無線回路部と連結されるフィルタリング回路が具備されたフィルタ部と、前記フィルタ部と離隔して形成され、前記基板の信号ラインとはアンテナ給電部を介して前記フィルタ部を経て連結されるアンテナ部と、前記フィルタ部にフィルタリング回路素子として適用されるか、前記アンテナ部と接地との間に連結される第２電圧制御可変インピーダンス素子と、外部制御信号に応じて可変電圧を生成して、該当の電圧を前記第１及び第２電圧制御可変インピーダンス素子に提供する制御部と、を含んで構成される。

前記無線回路部は、外部制御信号に応じて周波数特性を可変させるスイッチ部をさらに含み、前記制御部は、前記スイッチ部の信号を外部制御信号と見做して、前記無線回路部の周波数特性変更によって前記フィルタ部とアンテナ部のうち少なくとも一つと連結される可変インピーダンス素子を制御して、前記フィルタ部とアンテナ部の周波数特性を前記無線回路部の周波数特性に一致させる手段を含む。

また、本発明のまた他の実施の形態による能動無線モジュールは、信号ラインが形成された基板上に配置され、電圧によってインピーダンスが可変する素子を少なくとも一つ以上含む無線回路が具備された無線回路部と、前記無線回路部と連結され、電圧によってインピーダンスが可変する素子を少なくとも一つ以上含むフィルタ回路部と、前記フィルタ回路部と連結されて構成されるアンテナ放射体と、前記放射体の一部領域と接地との間に挿入され、電圧によってインピーダンスが可変する素子とを含むアンテナ部と、前記各インピーダンス可変素子に外部から提供される電圧を提供するために、前記各インピーダンス可変素子と電気的に連結された電極を具備した外部連結電極部と、を含んで構成される。

また、本発明のまた他の実施の形態による能動無線モジュールは、接地基板と、前記接地基板と離隔して配置される多重帯域アンテナ放射体と、前記多重帯域アンテナ放射体と前記接地基板とを連結する短絡部と、前記多重帯域アンテナ放射体と連結されて、信号を送受信する給電部と、前記多重帯域アンテナ放射体の使用帯域によって使用時に電流密度が最も高くなる前記多重帯域アンテナ放射体の帯域別領域のうち少なくとも一つの領域と接地との間に配置され、電圧によってインピーダンスが可変する一つ以上のインピーダンス可変素子と、前記給電部と連結され、帯域通過回路構成のうち一部として電圧によってインピーダンスが可変する素子を利用した帯域通過フィルタ部と、を含んで構成される。

ここで、前記能動無線モジュールは、前記インピーダンス可変素子を制御する信号ライン及び電極をインタフェース手段として露出しながら前記構成を保護する保護構造物をさらに含むことができる。

本発明の実施の形態による能動無線モジュールによれば、固有の帯域特性を有するアンテナと無線回路素子に電気的に特性が変更される制御素子を配置して一つのモジュールに構成し、外部制御により前記モジュールの制御素子の特性を可変させる制御部をさらに具備することにより、外部制御信号で前記モジュールを制御して多重帯域や広帯域を支援しつつ装着空間を最小化できるという効果が得られる。

本発明の実施の形態による能動無線モジュールによれば、アンテナ、フィルタ及び電力増幅器に電圧により特性が可変する制御素子を配置してこれらをモジュール化し、前記モジュールの各制御素子に外部制御信号による電圧を印加して、前記モジュールが所望の帯域に適合する特性を有するようにすることで、前記外部制御信号によって所望の帯域に対する特性を有する無線端を単一モジュール構成を通じて実現し、前記モジュールを汎用化して端末機の無線端設計容易性を高めるという効果が得られる。

本発明の実施の形態による能動無線モジュールによれば、アンテナ、フィルタ及び電力増幅器に電圧によってインピーダンス特性が変化する制御素子を各部の特性に合う位置に少なくとも一つ以上配置し、外部制御信号に応じて前記各制御素子に適切な直流電圧を印加することで、所望の周波数特性を容易に設定できるという効果が得られる。

本発明の実施の形態による能動無線モジュールによれば、アンテナ、フィルタ及び電力増幅器のうち少なくとも一つの無線素子に対して、少なくとも一つ以上の制御素子を相違する位置に適用して汎用化されたモジュールを構成することで、制御が必要ない制御素子は高いインピーダンスや固定されたインピーダンスに設定し、制御が必要な制御素子のみを制御して所望の帯域変化を実施して、必要な用途によって最小限の制御信号だけで所望の複数帯域や広帯域をカバーできるという効果が得られる。

以下、添付図面及び実施の形態を通じて本発明を詳細に説明する。
図５は、本発明の一実施の形態の動作方式を説明するためのブロック図であって、図示のように、無線素子の周波数特性に大きく影響を及ぼさないその他のＲＦ素子部４０とＤＳＰ及びベースバンド部４５の前端に、アンテナ及びマッチング部２１、フィルタ部２２及び電力増幅部２３を含む能動無線モジュール２０と前記能動無線モジュール２０を制御する制御部３０とを構成する。

前記能動無線モジュール２０において、前記アンテナ及びマッチング部２１は、電圧制御によってアンテナの帯域と共振点が可変するように構成し、フィルタ部２２も電圧制御によって通過帯域が可変するように構成し、さらに電力増幅部２３も電圧制御によって周波数特性が可変するように構成する。そして、制御部３０を利用して前記能動無線モジュール２０の各部を制御して所望の周波数帯域と共振特性を得るようにする。前記構成において、能動無線モジュール２０と制御部３０をそれぞれ区分して図示したが、前記制御部３０は前記能動無線モジュール２０に内蔵されることもできる。

図６は、図５のような構成により得られる周波数特性を示すグラフであって、図示のように、能動無線モジュール２０を構成し、これを前記制御部３０で適切に制御する場合、無線端の周波数特性を必要な周波数帯域のうち任意の帯域に可変できるようになる。

図７は、能動無線モジュール５０の概念図であって、前記モジュールは制御部５５を含んで構成されることができる。前記能動無線モジュール５０は、実質的に共振周波数変化によって帯域特性が変化するアンテナを含む第１階層５１と、前記第１階層５１によって変化した帯域特性に合わせて信号をフィルタリングするために通過帯域特性が変化するフィルタを含む第２階層５２と、アンテナとフィルタにより得られる周波数特性に合わせて無線信号を処理するためのマッチング部、電力増幅部、その他の無線素子を含む第３階層５３とに区分されることができる。制御部５５は、少なくとも前記第１階層５１、第２階層５２に対する周波数特性を可変させ、必要な場合、第３階層５３に対する周波数特性も調節することができる。

実質的に、前記制御部５５の制御により前記各階層５１〜５３の周波数特性が可変できるようにするため、前記各階層５１〜５３には電圧によってインピーダンスが可変する素子が構成される。電圧によってインピーダンスが可変する素子としては、可変キャパシタやバラクタダイオード（Ｖａｒａｃｔｏｒ Ｄｉｏｄｅ）などがあり、これらに一定の直流電圧を印加するとインピーダンスが変化する。

一例として、前記第１階層５１のアンテナの場合、アンテナ放射板に前記可変インピーダンス素子を挿入する場合、前記可変インピーダンス素子のインピーダンスを無限大から徐々に減少させるほど、アンテナの共振周波数と帯域が可変する。このために前記可変インピーダンス素子に印加される直流電圧を前記制御部５５が制御するように構成されることができる。

第２階層５２に含まれるフィルタの場合、前記フィルタを構成する低域通過回路と高域通過回路（ＲＣフィルタの場合）や共振回路（ＬＣフィルタの場合）を構成する素子の代わりに、前記可変インピーダンス素子を適用（例えば、可変キャパシタでキャパシタを代替）し、該当の可変インピーダンス素子のインピーダンスを調節するとフィルタリング領域の周波数が可変する。ここで、同じくこのような可変インピーダンス素子のインピーダンスは前記制御部５５が提供する直流電圧によって決定される。勿論、前記インピーダンス素子の電圧対インピーダンス変化程度は、必要な可変周波数領域によって決定でき、第３階層５３に含まれる様々な無線信号処理手段にも可変インピーダンス素子が適用されて所望の周波数特性を得るように制御されることができる。

前記制御部５５は、自体的に或いは外部制御信号に応じて既設定の電圧を前記各階層に構成される可変インピーダンス素子に印加する。前記制御部５５は、内部的にデジタルアナログ変換部を具備することができ、単に固定された電圧のうち所望の電圧を選択するためのスイッチを具備することもでき、このような機能を支援するための様々な付加素子（演算増幅器、制御回路、メモリなど）をさらに具備することができる。

例えば、前記制御部５５が外部から提供される単純な制御信号に応じて所望帯域に適合するように前記第１階層乃至第３階層に含まれた可変インピーダンス素子を調節する場合、前記各インピーダンス素子に提供される電圧は等しいであるか、または相違する場合もある。従って、内部的に前記制御信号に対応する周波数特性を提供するための前記可変インピーダンス素子に対する制御電圧値のセットがメモリに格納されており、後で検索されて適用されることもできる。または、前記制御部５５が単純に各可変インピーダンス素子に対する電圧を提供する機能のみをし、実質的な制御信号は外部から提供されるように構成することもできる。また他の方式で、前記制御部５５は設定された可変インピーダンス素子のみを制御し、特定の値に固定されなければならない可変インピーダンス素子に対しては、固定された電圧が提供されるように構成（例えば、スイッチ設定など）することもできる。

図８は、本発明の第１実施の形態の構成を示しており、図示のように、無線端の構成に可変インピーダンス素子である制御素子を適用し、これを制御部６９で制御する。ここで、前記制御部６９に提供される制御信号に対する構成は省略する。

図８に示すように、メイン基板６１上に形成された信号ライン６２に能動素子及び受動素子からなる能動及び受動素子部６３が連結され、前記能動及び受動素子部６３はアンテナ給電部６４を介してアンテナ部６５と連結される。ここで例に挙げたアンテナは、移動通信端末機や無線電話などに使用されるＰＩＦＡ（板状逆Ｆアンテナ）（Ｐｌａｎｎｅｒ Ｉｎｖｅｒｔｅｄ−Ｆ Ａｎｔｅｎｎａ）であるが、他の構造のアンテナを利用することもできる。前記アンテナ部６５と前記メイン基板６１との間にはフィルタ部６６が具備されており、前記各素子は接地部６７と連結されている。場合によっては、前記アンテナ部６５とフィルタ部６６が構成された空間に電力増幅器を具備することも可能である。前記構成は、前記信号ライン６２に電流を供給すると前記能動及び受動素子部６３を経てアンテナ部６５とフィルタ部６６に供給される構造であって、電流源は一つまたはそれ以上でも良く、複数である場合、それぞれアンテナ部６５とフィルタ部６６に提供され、電力増幅器が具備されている場合、該当の電力増幅器にも個別電流源が連結される。

前記アンテナ部６５と接地部６７との間に可変インピーダンス素子（便宜のために、以下「制御素子」と称する）６８が挿入されている。場合によっては、前記フィルタ部６６にも制御素子が具備されることができる。また、前記能動及び受動素子部６３にも制御素子が具備され、制御部６９が前記能動及び受動素子部６３に具備された制御素子とアンテナ部６５に連結された制御素子６８とを一括して、あるいは別々に制御する。

例えば、図示された無線モジュールがＣＤＭＡ帯域で動作するアンテナ部６５とフィルタ部６６であると仮定する場合、能動及び受動素子部６３に含まれた制御素子やアンテナ部６５に連結された制御素子６８のインピーダンスを変化させると、ＣＤＭＡ帯域とＧＳＭ帯域を両方使用するように構成することもできる。ここで、前記能動及び受動素子部６３に簡単なスイッチを加え、前記スイッチの操作によって周波数の特性が可変するように構成する場合、前記制御部６９は前記スイッチの操作を認知し前記アンテナ部６５に連結された制御素子６８を調節して、前記スイッチ操作によって周波数特性が変化した能動及び受動素子部６３に合わせて、アンテナ部６５（フィルタ部６６にも制御素子が具備された場合、フィルタ部６６も含まれ、制御素子を含む電力増幅器を構成した場合、これも含む）の周波数特性を自動的に調節するように構成することもできる。すなわち、能動無線モジュールの一部無線素子に対する周波数特性を変更すれば、他の素子も自動的に周波数が調整されるように（ｓｅｌｆ ｔｕｎｎｉｎｇ）構成することができる。

図９は、外部制御信号に応じて制御素子の特性を変化させる方式を説明する構成図であって、図示のように、直流電源７１から受信した電圧を制御部７０が外部制御信号に基づいて一定の電圧に調節して、ＲＦ素子７２に含まれるか連結された制御素子７３に印加すると、前記制御素子７３のインピーダンスが変化して前記ＲＦ素子７２の全体インピーダンスが変化し、それにより周波数特性が変化する。図９は、例えば、５Ｖの直流電源を利用する場合、前記制御部７０が０〜５Ｖの電圧を生成して前記制御素子７３のインピーダンスを調節する方式を示しており、前記制御部７０は、内部的にデジタル‐アナログ変換手段や電圧調節手段、またはスイッチング手段などを具備して、電源電圧を任意の電圧に変換することができる。

図１０は、図８に示したアンテナの共振点が前記アンテナ部６５に挿入された制御素子６８のインピーダンス値Ｚによって変化することを示しており、図示のように、制御素子のインピーダンス値が変化するによって、共振点と帯域幅が変化することを確認することができる。図１０では、前記アンテナ部に挿入された制御素子のインピーダンス値が相違する４種類で提供されており、ここで、各インピーダンス値Ｚ１〜Ｚ４に対するアンテナの共振点と帯域幅が大きく変化することが分かる。

図１１は、本発明の第２実施の形態を示しており、アンテナ部に複数の制御素子を適用した場合を示し、フィルタ部と他のＲＦ素子にも複数の制御素子が適用されることができる（図示せず）。

図示の構成もＰＩＦＡアンテナの構造であって、前記ＰＩＦＡアンテナは二重帯域アンテナとして使用されることができる。図示のように、接地部８１に離隔してアンテナ部（アンテナ放射構造物）８６を具備し、前記接地部８１とアンテナ部８６とを短絡部８２で連結し、前記アンテナ部８６に対する給電部８４に加えて第１制御素子８３及び第２制御素子８５を相違する位置に具備している。前記第１制御素子８３及び第２制御素子８５は、それぞれアンテナ部８６の相違する部分と接地部８１との間に挿入され、制御部（図示せず）がそれぞれ前記第１制御素子８３と第２制御素子８５に直流電圧を印加してインピーダンスを調節するようになる。ここで、前記第１制御素子８３と第２制御素子８５は、前記制御部の制御によって電気的に開放に該当する高いインピーダンスを提供できなければならない。また、必要な場合、前記第１制御素子８３と第２制御素子８５は電圧に対するインピーダンス可変値が相違するように構成されることもできる。

前記アンテナ部８６は一般的に二重帯域特性を有するＰＩＦＡアンテナであって、このうち低い帯域と高い帯域で使用される場合、電流密度の高くなる領域がそれぞれ相違する。すなわち、低い周波数帯域で使用される場合には、第１制御素子８３が連結された部分の電流密度が高くなり、高い周波数帯域で使用される場合には、第２制御素子８５が連結された部分の電流密度が高くなる。すなわち、前記各制御素子８３、８５は、前記アンテナ部８６が使用される周波数帯域で電流密度が高い部分にそれぞれ連結されると、前記制御素子のインピーダンスを可変させた場合、前記アンテナ部８６の帯域変動幅が大きくなる。

図１２は、図１１に図示した構成で前記第１制御素子８３と第２制御素子８５のインピーダンスを、前記制御素子８３、８５が電気的に開放されたと見なされるほど高めた場合であって、前記アンテナ部８６の固有インピーダンス特性を示す。図示のように、狭帯域でありながら二重帯域である該当のアンテナ１ｎ８６の特性を確認することができる。

図１３は、図１１に図示した構成で前記第１制御素子８３のインピーダンスを可変させ、第２制御素子８５は電気的に開放状態を維持するようにした場合であって、図示のように、図１２で非常に狭帯域であった低周波数帯域が大幅に広がったことが確認できる。

図１４は、図１１に図示した構成で前記第２制御素子８５のインピーダンスを可変させ、第１制御素子８３は電気的に開放状態を維持するようにした場合であって、図示のように、図１２で比較的狭帯域であった高周波数帯域が大幅に広がったことが確認できる。

図１５は、制御素子を適用して構成したフィルタ回路の例を示している。図１５に示すように、インダクタとキャパシタからなるＬＣ共振回路で構成した帯域通過フィルタで、一部キャパシタを可変キャパシタＣ４で代替した後、前記可変キャパシタを制御素子として活用して、フィルタの周波数特性を可変させることができるように構成している。
図１５では、一つの可変キャパシタＣ４を利用したが、必要によっては他のキャパシタをＣ１、Ｃ３の代りに電圧によってインピーダンスが変化する可変キャパシタを適用することで、もっと様々なフィルタの特性変化を得ることができる。

図１６は、図１５の回路で可変キャパシタＣ４に電圧を印加してインピーダンスを変更する場合のフィルタ特性変化を示しており、前記可変キャパシタＣ４のインピーダンス調節によって４箇所位置の境界周波数が得られた。すなわち、前記可変キャパシタＣ４のインピーダンスを調節することで、帯域通過特性を１．４６ＧＨｚ−１．６６ＧＨｚ帯域から１．５２ＧＨｚ−１．７２ＧＨｚ帯域まで精密に調節できるということが分かる。

上述したように、電圧によってインピーダンスが調節されることができる制御素子を無線端のうち一部構成要素（アンテナ、フィルタ、電力増幅器、マッチング部等）などに適用するかまたは追加してモジュールを構成した後、これらに電圧を提供してインピーダンスを可変させる制御部を一緒にあるいは別途に構成することで、前記制御部に適切な制御信号を提供して前記モジュールの周波数特性を調節するか、あるいは前記制御部が任意のモジュール構成要素に対する周波数特性変化を検出してモジュールの残りの構成要素の周波数特性を自動チューニングすることができる。したがって、小型モジュールを利用しても多重帯域または広帯域無線通信のための無線端の構成が可能となる。特に、前記能動無線モジュールは、前記制御部に制御信号や無線モジュールを構成する素子の周波数を変更するための制御信号（例えば、スイッチ操作のための信号）を提供するための信号ラインをインタフェースに露出しつつ前記能動無線モジュールを包む保護構造物をさらに具備することで、独立的な単一モジュールを具現することができる。そして、もし制御部が省略される能動無線モジュールを構成する場合、前記無線モジュール構成に含まれる制御素子の制御信号ラインをインタフェースに露出しつつ前記モジュールを包む保護構造物をさらに具備して単一モジュールを具現することができる。

前記保護構造物を利用した構成の場合、制御部を内蔵した構成では外部制御信号を前記制御部に印加することで前記能動無線モジュールの周波数特性を容易に変更することができ、制御部を内蔵しない構成では様々な制御素子を予め構成した後、必要ない制御素子はモジュール外部から固定された電圧を印加して該当の制御素子を電気的に開放されるようにするか（アンテナに挿入された制御素子の場合）、固定されたインピーダンスを有するようにして（全ての制御素子に適用可能）基本的な初期構成を実施した後、必要な制御素子のみに外部制御手段を利用して適切な電圧を印加することで、該当の能動無線モジュールの周波数特性を可変させることができる。すなわち、高い汎用性を有することができるので、様々な無線端末機に適用することができ、無線端開発のための費用と時間も低減できる。

狭帯域無線システムの構造を示すブロック図である。 図１の周波数特性を示すグラフである。 広地域／多重帯域無線システムの構造を示すブロック図である。 図３の周波数特性を示すグラフである。 本発明の一実施の形態の基本構成を示すブロック図である。 本発明の一実施の形態の周波数特性を示すグラフである。 本発明の実施の形態に適用されるモジュールの構成を示す概念図である。 本発明の他の実施の形態のモジュール構造を示す斜視図である。 本発明の実施の形態に適用される制御部の制御方式を示す概念図である。 図８に図示された実施の形態の共振点を変化させた場合を示すグラフである。 本発明のまた他の実施の形態のモジュール構造を示す斜視図である。 図１１のモジュールの共振点を変化させた場合を示すグラフである。 図１１のモジュールの共振点を変化させた場合を示すグラフである。 図１１のモジュールの共振点を変化させた場合を示すグラフである。 能動帯域フィルタの構成例を示す回路図である。 制御素子の値を変化させながら測定した図１５のフィルタ特性変化を示すグラフである。

符号の説明

２０ 能動無線モジュール
２１ アンテナ及びマッチング部
２２ フィルタ部
２３ 電力増幅部
３０ 制御部
４０ その他のＲＦ素子部
４５ ＤＳＰ及びベースバンド部
５０ 能動無線モジュール
５１ 第１階層
５２ 第２階層
５３ 第３階層
５５ 制御部
６１ メイン基板
６２ 信号ライン
６３ 能動及び受動素子部
６４ アンテナ給電部
６５ アンテナ部
６６ フィルタ部
６７ 接地部
６８ 制御素子
６９ 制御部
８１ 接地部
８２ 短絡部
８３ 第１制御素子
８４ 給電部
８５ 第２制御素子
８６ アンテナ部

Claims (25)

1. アンテナ及びマッチング部を含む第１階層と、
   前記第１階層と周波数特性が対応するフィルタを含む第２階層と、
   前記第１及び第２階層と周波数特性が対応する電力増幅部を含む第３階層と、
   前記第１乃至第３階層のうち少なくとも一つの階層に具備された素子と直並列連結されるか該当の素子の代わりに具備される一つ以上の電圧制御可変インピーダンス素子と、
   外部制御信号に応じて生成した出力電圧を前記電圧制御可変インピーダンス素子に印加して、前記可変インピーダンス素子が含まれた階層の帯域特性を変更する制御部とを含む
   ことを特徴とする能動無線モジュール。
2. 前記制御部は、外部制御信号に応じて前記一つ以上の電圧制御可変インピーダンス素子に各々相違する電圧を提供する
   ことを特徴とする請求項１に記載の能動無線モジュール。
3. 前記電圧制御可変インピーダンス素子は、印加される直流電圧によってインピーダンスが可変する可変キャパシタ及びバラクタダイオードを含む素子から選択される
   ことを特徴とする請求項１に記載の能動無線モジュール。
4. 前記電圧制御可変インピーダンス素子は、前記各階層のうち少なくとも一つの階層では複数で構成される
   ことを特徴とする請求項１に記載の能動無線モジュール。
5. 前記電圧制御可変インピーダンス素子は、前記第１階層のアンテナを成すアンテナ放射体と接地との間に一つ以上挿入される
   ことを特徴とする請求項１に記載の能動無線モジュール。
6. 前記電圧制御可変インピーダンス素子は、既設定の使用周波数帯域で送受信時、電流密度が最も高くなるアンテナ放射体部分と接地との間に挿入される
   ことを特徴とする請求項５に記載の能動無線モジュール。
7. 前記電圧制御可変インピーダンス素子は、前記制御部の制御によって少なくとも電気的に開放に対応する高いインピーダンスを提供する
   ことを特徴とする請求項５に記載の能動無線モジュール。
8. 前記制御部は、前記各階層のうち何れか一つの階層の周波数特性変化を検出して、これを外部制御信号と見こなした後、該当の制御信号に応じて既設定の情報に基づいて他の階層の可変インピーダンス素子に印加する電圧を変更して、前記他の階層の周波数特性を前記周波数特性変化が検出された階層の周波数特性に合わせて自動的に変化させる手段をさらに具備した
   ことを特徴とする請求項１に記載の能動無線モジュール。
9. 信号ライン及び接地が形成された基板上に配置されて、少なくとも一つ以上の第１電圧制御可変インピーダンス素子を含む無線信号処理回路が具備された無線回路部と、
   前記基板と離隔して形成され、前記無線回路部と連結されるフィルタリング回路が具備されたフィルタ部と、
   前記フィルタ部と離隔して形成され、前記基板の信号ラインとはアンテナ給電部を介して前記フィルタ部を経て連結されるアンテナ部と、
   前記フィルタ部にフィルタリング回路素子として適用されるか、前記アンテナ部と接地との間に連結される第２電圧制御可変インピーダンス素子と、
   外部制御信号に応じて可変電圧を生成して、該当の電圧を前記第１及び第２電圧制御可変インピーダンス素子に提供する制御部とを含む
   ことを特徴とする能動無線モジュール。
10. 前記第１及び第２電圧制御可変インピーダンス素子は、可変キャパシタまたはバラクタダイオードである
    ことを特徴とする請求項９に記載の能動無線モジュール。
11. 前記制御部は、外部制御信号に応じて前記第１及び第２電圧制御可変インピーダンス素子に各々相違する電圧を提供する
    ことを特徴とする請求項９に記載の能動無線モジュール。
12. 前記無線回路部は、外部制御信号に応じて周波数特性を可変させるスイッチ部をさらに含み、
    前記制御部は、前記スイッチ部の信号を外部制御信号と見做して、前記無線回路部の周波数特性変更によって前記第１及び第２電圧制御可変インピーダンス素子のうち少なくとも一つに提供する電圧を変化させて、前記フィルタ部とアンテナ部の周波数特性を前記無線回路部の周波数特性に一致させる手段を含む
    ことを特徴とする請求項９に記載の能動無線モジュール。
13. 前記第２電圧制御可変インピーダンス素子は、前記フィルタ部にフィルタリング回路素子として適用される第１素子と、前記アンテナ部と接地との間に連結される第２素子とを含む
    ことを特徴とする請求項９に記載の能動無線モジュール。
14. 前記無線回路部は、可変インピーダンス素子を含む電力増幅部を含む
    ことを特徴とする請求項９に記載の能動無線モジュール。
15. 前記制御部は、前記外部制御信号に応じて前記第１及び第２電圧制御可変インピーダンス素子に既設定の単一電圧値または相違する電圧値のセットを提供して、帯域幅と共振点を既設定の値に変化させる
    ことを特徴とする請求項９に記載の能動無線モジュール。
16. 前記制御部は、前記外部制御信号に応じて既設定の電圧を前記第１及び第２電圧制御可変インピーダンス素子に選択的に印加する複数のスイッチを含む
    ことを特徴とする請求項９に記載の能動無線モジュール。
17. 前記第２電圧制御可変インピーダンス素子は、前記フィルタ部とアンテナ部各々に複数で構成され、各々電圧に対するインピーダンス可変値が相違するように構成される
    ことを特徴とする請求項９に記載の能動無線モジュール。
18. 前記アンテナ部に複数で連結される第２電圧制御可変インピーダンス素子は、使用の際に電流密度が最も高い使用帯域別アンテナ部分と接地との間に各々連結される
    ことを特徴とする請求項１７に記載の能動無線モジュール。
19. 前記フィルタ部に複数で連結される第２電圧制御可変インピーダンス素子は、前記フィルタ部に使用されるキャパシタを代替する
    ことを特徴とする請求項１７に記載の能動無線モジュール。
20. 前記第２電圧制御可変インピーダンス素子は、前記制御部による電圧によって電気的に開放に対応する高いインピーダンスを提供する
    ことを特徴とする請求項１７に記載の能動無線モジュール。
21. 信号ラインが形成された基板上に配置され、電圧によってインピーダンスが可変する素子を少なくとも一つ以上含む無線回路が具備された無線回路部と、
    前記無線回路部と連結され、電圧によってインピーダンスが可変する素子を少なくとも一つ以上含むフィルタ回路部と、
    前記フィルタ回路部と連結されて構成されるアンテナ放射体と、前記放射体の一部領域と接地との間に挿入され、電圧によってインピーダンスが可変する素子とを含むアンテナ部と、
    前記各インピーダンス可変素子に外部から提供される電圧を提供するために、前記各インピーダンス可変素子と電気的に連結された電極を具備した外部連結電極部とを含む
    ことを特徴とする能動無線モジュール。
22. 前記外部連結電極部は、インタフェース手段を外部に露出されつつそれ以外の構成は露出しない保護構造物をさらに含む
    ことを特徴とする請求項２１に記載の能動無線モジュール。
23. 接地基板と、
    前記接地基板と離隔して配置される多重帯域アンテナ放射体と、
    前記多重帯域アンテナ放射体と前記接地基板とを連結する短絡部と、
    前記多重帯域アンテナ放射体と連結されて、信号を送受信する給電部と、
    前記多重帯域アンテナ放射体の使用帯域によって使用時に電流密度が最も高くなる前記多重帯域アンテナ放射体の帯域別領域のうち少なくとも一つの領域と接地との間に配置され、電圧によってインピーダンスが可変する一つ以上のインピーダンス可変素子と、
    前記給電部と連結され、帯域通過回路構成のうち一部として電圧によってインピーダンスが可変する素子を利用した帯域通過フィルタ部とを含む
    ことを特徴とする能動無線モジュール。
24. 前記インピーダンス可変素子に外部制御信号に応じて可変的な直流電圧を印加する制御部をさらに含む
    ことを特徴とする請求項２３に記載の能動無線モジュール。
25. 前記インピーダンス可変素子を制御する信号ライン及び電極をインタフェース手段として露出しながら前記構成を保護する保護構造物をさらに含む
    ことを特徴とする請求項２３に記載の能動無線モジュール。

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