JP2010514351A

JP2010514351A - 高次共振性を用いるマルチバンドチューナブル周波数再構成可能アンテナ

Info

Publication number: JP2010514351A
Application number: JP2009542779A
Authority: JP
Inventors: パン，ヘレン，ケイ．; ヤン，ソンナン; チョウドリー，デババニ; ナイア，ヴィジェイ，ケイ．
Original assignee: インテルコーポレイション
Priority date: 2006-12-22
Filing date: 2007-11-28
Publication date: 2010-04-30
Also published as: US20080150830A1; EP2122837A1; TW200835041A; KR101087926B1; US8369796B2; EP2122837B1; WO2008088463A1; KR20090088914A; EP2122837A4; TWI385852B; CN101573878A; CN101573878B

Abstract

無線装置は、マルチバンド再構成可能アンテナデザインにおいて高次高調波を用い、アンテナの高次共振は、マルチバンド周波数再構成可能アンテナにマルチバンドを構築するように用いられる。

Description

マルチバンド再構成可能アンテナデザインにおいて高次高調波を用いる無線装置に関する。

多くの異なるディジタル技術の最近の進展は、１つの装置から他の装置に、そして他のシステムにネットワークを通して大量のデータを送信する必要性がかなり高くなってきている。技術開発は、音声、映像、撮影及びデータ情報のディジタル化及び圧縮を可能にし、それらの情報は、ネットワークにおいてコンピュータ及び他のディジタル装置から他の装置に即座に送信されることが可能である。コンピュータは、より高速の中央演算処理装置及び実質的に増加したメモリ能力を有し、そのことは、大量のデータを高速に送受信することができる装置の需要を高めてきている。

データを転送するように、携帯型無線装置には、必要な複数の周波数領域を供給する無線周波数（ＲＦ）サブシステムが組み込まれる。シングルバンドアンテナは、より多くの無線がプラットフォームに集積されるように、プラットフォーム空間を増加することが可能である。マルチバンドアンテナは、３つ又は４つのバンドがそれらのバンドにおいて好ましいアンテナ性能を維持するように動作を制限されることが可能である。ブロードバンドアンテナは、ＲＦフロントエンドバンドパスフィルタを必要とするバンドノイズの中から不所望のものを導入する可能性がある。明らかに、ディジタル技術における開発は、データを供給する必要性を刺激し、同じプラットフォームにおけるマルチ無線装置サブシステムにおける改善が必要とされている。

本発明の主題については、本明細書の結びの部分に特に示され、明確に主張されている。本発明については、しかしながら、機構及び動作方法の両方について、目的、特徴及び有利点と共に、添付図を参照するときに、以下の詳細説明を読むことにより更に理解することができる。

図示の簡単化及び明確化のために、図に示す要素は必ずしもスケーリングして描かれてはいない。例えば、要素の一部の寸法は、明確化のために他の要素に相対して誇張して示されている。更に、適切に考慮されている場合、全体の図を通して、対応する又は類似する要素を表すために同じ参照番号が付けられている。

本発明に従った高次の共振を用いるマルチバンドチューナブル周波数再構成可能アンテナを有する無線装置及びその実施について示す図である。本発明に従ったマルチバンドチューナブル周波数再構成可能アンテナの実施形態を示す図である。ＧＳＭ８５０、ＰＣＳ１９００、ＧＳＭ９００、ＤＣＳ１８００及びＩＭＴ２０００についての周波数バンドで動作するマルチバンドチューナブル周波数再構成可能アンテナの特徴を示す図である。ＧＳＭ８５０、ＰＣＳ１９００、ＧＳＭ９００、ＤＣＳ１８００及びＩＭＴ２０００についての周波数バンドで動作するマルチバンドチューナブル周波数再構成可能アンテナの特徴を示す図である。ＧＳＭ８５０、ＰＣＳ１９００、ＧＳＭ９００、ＤＣＳ１８００及びＩＭＴ２０００についての周波数バンドで動作するマルチバンドチューナブル周波数再構成可能アンテナの特徴を示す図である。ＷＬＡＮについての周波数バンドにおいて動作するマルチバンドチューナブル周波数再構成可能アンテナの特徴を示す図である。ＷＬＡＮについての周波数バンドにおいて動作するマルチバンドチューナブル周波数再構成可能アンテナの特徴を示す図である。ＷＬＡＮについての周波数バンドにおいて動作するマルチバンドチューナブル周波数再構成可能アンテナの特徴を示す図である。

以下の詳細説明においては、本発明を全体的に理解できるように、多くの特定の詳細について記載している。しかしながら、本発明が、それらの特定の詳細説明を参照することなしに実行されることが可能であることを、当業者は理解することができるであろう。他の例においては、既知の方法、手順、構成要素及び回路については、本発明を曖昧にしないように説明していない。

図１に示す実施形態においては、他の装置との通信を可能にするように１つ又はそれ以上の無線装置を有する無線通信装置１０が示されている。無線通信装置１０は、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１規格に基づく無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）、ＩＥＥＥ８０２．１６−２００５規格に基づくＷｉＭａｘ及びＭｏｂｉｌｅＷｉＭａｘネットワーク、ＷＣＤＭＡ（ＷｉｄｅｂａｎｄＣｏｄｅＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ）ネットワーク及びＧＳＭ（ＧｌｏｂａｌＳｙｓｔｅｍｆｏｒＭｏｂｉｌｅＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）ネットワークの基礎技術を提供するワイヤレスフィデリティ（Ｗｉ−Ｆｉ）等の無線ネットワークにおいて動作することが可能であるが、本発明は、それらのネットワークのみにおいて動作するように限定されるものではない。通信装置１０の同じプラットフォームにおいて一緒に用いられるマルチ無線装置サブシステムは、ネットワークにおいてＲＦ／位置空間で他の装置との通信能力を提供する。従って、無線通信装置１０の高性能なモバイルプラットフォームは、異なる周波数に適応可能な調整がマルチ無線装置プラットフォームの要求と適合するようにするアンテナを有する。

通信装置１０は、多様な製品における多くのアプリケーションを有することに留意する必要がある。例えば、権利主張される主題は、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、スマートフォン、ＭＰ３プレーヤ、カメラ、携帯情報端末（ＰＤＡ）、医用又はバイオテクノロジー装置、自動車用安全及び保護装置、自動車用娯楽情報製品等に組み込まれることが可能である。しかしながら、本発明の範囲は、それらの実施例に限定されるものではないことを理解する必要がある。

図１は、変調信号を受信して、送信するトランシーバ１２及びアンテナを有する通信装置１０のモバイルプラットフォームを示している。その図は、変調／復調を割り当てるようにアンテナをトランシーバに結合することを示す単純化した実施形態を示している。一般に、アナログフロントエンドトランシーバ１２は、スタンドアロン型無線周波数（ＲＦ）ディスクリート回路又は集積アナログ回路であることが可能であり、又はトランシーバ１２は、ミックスモード集積回路としてのプロセッサと共に組み込まれることが可能であり、その場合、プロセッサは、命令を取り込み、デコードを生成し、オペランドを求め、適切な処置を実行し、次いで結果を記憶する機能を処理する。プロセッサは、ベースバンドと、機能を行うアプリケーションとを有し、アプリケーションの機能を処理するプロセッサコアを用い、処理負荷がそれらのプロセッサコアにおいて共有されるようにすることが可能である。プロセッサは、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）及び不揮発性メモリ等のメモリの組み合わせを有することが可能であるシステムメモリ２８におけるメモリ記憶部にインタフェース２６を介してデータを転送することが可能であるが、それらのメモリの種類、即ち、メモリの多様性も、システムメモリ２８に含まれるメモリの組み合わせも、本発明を制限するものではない。

図２は、フレキシビリティを有する周波数再構成可能アンテナがマルチ無線装置プラットフォームの要求に適切に適合する本発明の一実施形態を示すブロック図である。通信装置１０は、３Ｇセルラー及びＷＬＡＮについての有効なバンドのグループ化を示す次の表と共に隣接する周波数バンドをグループ化するアンテナのデザインを有する。

表２は、セルラー通信システム及びＷＬＡＮ通信システムにおいて７つの周波数バンドを割り当てるように、２つのスイッチ、即ち、スイッチ２２０及びスイッチ２３０を用いて調節されることが可能であるアンテナ放射要素２１０を有する単極ベントアンテナを示している。７つのセルラー及びＷＬＡＮバンドは、２つの別個のグループに分割され、両方の周波数バンドのグループにおける動作を与えるように適切にスイッチングされることが可能である。通信装置１０の実施形態は、より低い製造コストを達成するようにプラットフォーム集積を簡単化する上でより少ない数のスイッチを用い、より小さいアンテナを実現するように、マルチベント周波数再構成可能アンテナに対してこのマルチバンドを用いることが可能である。異なるアンテナ放射要素の幅及び形状を選択することにより、給電入力インピーダンスが５０Ωのマイクロストリップ給電ライン２１５を有する図２に示す略５０Ωである限り、複数の高次高調波モードが種々の比で調節されることが可能である。

スイッチ２２０及び２３０は、フレキシブルな基板の上部か又は下部のどちらかに位置付けられることが可能である。従来技術の装置は、典型的には、基板の上部のスイッチを用いる一方、本発明においては、スイッチパッケージの高さを小さくするように、フレキシブルな基板の下部にまた、スイッチを位置付けることが可能である。フレキシブルな基板の下にスイッチ２２０及び２３０を位置付けることにより、フレキシブルな基板は、ラップトップコンピュータの蓋の機械的筐体内部に、即ち、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）スクリーンの周囲の領域に、位置付けられる又は組み込まれることが可能である。一部の実施形態においては、機械的筐体のエッジにおける選択された領域は、それらのスイッチのための場所を提供するように切り取られることが可能である。それ故、過剰なスイッチパッケージの高さは、アンテナパターンの上部から取り除かれることが可能である。アンテナ基板の下部におけるスイッチは、金属が満たされたビアを用いてフレキシブルな基板の上部側のアンテナの金属パターンに接続されることが可能である。

アンテナ２００は、例えば、微小電気機械（ＭＥＭ）スイッチ、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）スイッチ及びＰＩＮダイオードスイッチ等のＲＦスイッチを用いて、より高い周波数動作にスイッチングされ、最低周波数バンドにおいて動作するようにデザインされることが可能である。アンテナ２００は、異なる電気的長さ及び電流分布を達成するように、複数のスイッチを用いることにより異なる周波数バンドで動作するように適切に再構成されることが可能である。

動作中、スイッチ２２０及びスイッチ２３０の両方は、ＧＳＭ８５０、ＰＣＳ１９００、ＧＳＭ９００、ＤＣＳ１８００及びＩＭＴ２０００のようなリストアップされた５つのセルラーバンドにおいてアンテナ２００が通信することを可能にするように、閉じられることが可能である。他のスイッチの設定においては、スイッチ２２０及び２３０は両方共、バンド６及びバンド７で表されるＷＬＡＮバンドでアンテナ２００が通信するように、開かれることが可能である。スイッチ２２０及び２３０の両方は、１つのＤＣスイッチ制御ラインが異なるマルチバンドの段階に対して再構成可能アンテナ２００を調節することができるように、略同時にオン又はオフに切り換えられることが可能であることに留意されたい。

また、閉じた位置でスイッチ２２０及び２３０の両方を用いる場合、通信装置１０は、セルラーモードで動作し、８２４乃至９６０ＭＨｚの範囲内の周波数、ＧＳＭ８５０及び９００バンドの１７１０乃至２１７０ＭＨｚをカバーするＢＷ＝１５％、ＤＣＳ／ＰＣＳ／ＷＣＤＭＡをカバーするＢＷ＝２３．７％において通信するように構成される。スイッチ２２０及び２３０が開状態の位置にある場合、通信装置１０は、ＷＬＡＮモードで動作し、２．４乃至２．４８ＧＨｚの範囲内の周波数、８０２．１１ｂ／ｇ／の４．９乃至５．９ＧＨｚについてＢＷ＝３．５％、屋内／屋外の８０２．１１ａ／ｎに対してＢＷ＝１８．５％において通信するように構成される。

図２は、５つのセルラーバンド及び２つのＷＬＡＮバンドをカバーするようにアンテナ２００の動作を構成するように２つのＲＦスイッチを示しているが、一部の実施形態においては、１つのスイッチで十分であることが指摘される必要がある。しかしながら、第２ＲＦスイッチは、アンテナの帯域幅を広くするように他の共振枝を与える。その図から、ＲＦパッケージかスイッチは、マイクロストリップライン２１０に示されている高さ方向に曲がったアンテナを再使用するように基板の背後に位置付けられることが可能である。更に、ＲＦスイッチは、アンテナの寸法を増加させることなく、アンテナのデザインに対して具現化されることが可能である。

図３乃至５は、ＧＳＭ８５０、ＰＣＳ１９００、ＧＳＭ９００、ＤＣＳ１８００及びＩＭＴ２０００のようなリストアップされた５つのセルラーバンドにおける通信を可能にする閉状態の位置にある図２の両方のスイッチを有する曲がった単極アンテナ２００の特性を示している。特に、図３は、セルラー構成におけるシミュレートされた反射減衰を示し、図４は、８８０ＭＨｚにおける再構成可能アンテナであって、ピークゲインが約４ｄＢｉである放射パターンを示し、そして、図５は、１９４０ＭＨｚにおける放射パターンであって、ピークゲインが約４ｄＢｉである放射パターンを示している。

図６乃至８は、ＢＡＮＤ６及びＢＡＮＤ７のようなリストアップされたＷＬＡＮバンドにおける通信を可能にする開状態の位置において図２の両方のスイッチを有する曲がった単極アンテナ２００の特性を示している。特に、図６は、ＷＬＡＮ構成におけるシミュレートされた反射減衰を示し、図７は、２．４ＧＨｚにおける再構成可能アンテナであって、ピークゲインが約２ｄＢｉである放射パターンを示し、そして、図８は、５ＧＨｚにおける放射パターンであって、ピークゲインが約６ｄＢｉである放射パターンを示している。

従来のＭＸＮプラットフォームは、所定の周波数バンドに対してマルチ入力−マルチ出力（ＭＩＭＯ）について１つのアンテナ又はＮ個のアンテナを割り当てる一方、本発明においては、マルチバンド周波数再構成可能アンテナに対してマルチバンドを用いて１つのプラットフォームにより多くの無線装置を集積することが可能である。本発明に従って、モバイルプラットフォームは、ＲＦ干渉除去、並びに電磁気干渉及び電磁気能力（ＥＭＩ／ＥＭＣ）評価に関する無線装置の性能を最適化し、ユーザの要求を満たすように、異なる構成に適切に調節されることが可能である。アンテナ要素の最小数が、ＭＩＭＯ及びスイッチダイバーシティの両方を支援するように用いられることが可能である。

今日まで、単一の給電点を有するマルチバンド周波数再構成可能アンテナが、ＧＳＭ８５０、ＰＣＳ１９００、ＧＳＭ９００、ＤＣＳ１８００及びＩＭＴ２０００有する５つのセルラーバンド並びに２つのＷＬＡＮバンドをカバーするように用いられることが可能である。本発明の再構成可能アンテナは、必要なアンテナの数と、無線通信周波数バンドをカバーする調節可能性を備えつつ、関連ＲＦスイッチの数とを、減少することが可能である。ＲＦスイッチ及びＲＦスイッチ制御ラインにおける減少によるプラットフォームの空間における節約は、コストパフォーマンスの高いマルチ無線装置ワイヤレスプラットフォーム環境を与えることができる。

それ故、マルチバンド再構成可能アンテナのデザインにおける固有の高次高調波を実施することにより、アンテナの高次の共振が、マルチバンド周波数再構成可能アンテナに対してマルチバンドを構築するように用いられる。上記の本発明の実施形態においては、マルチバンド毎の周波数再構成可能性が、複数のスイッチを用いて可能である。空間配分が最小化されることが可能であり、ヒンジを通るＲＦケーブルの数が減少されることが可能である。

本発明の特定の特徴について、本明細書で図示して詳述しているが、多くの修正、置き換え、変形及び同等なものが可能であることを、当業者は理解することができる。それ故、同時提出の特許請求の範囲における請求項は、本発明の真の範囲に入るそのような修正及び変形全てを包含するように意図されている。

Claims

マルチバンド周波数再構成アンテナを用いて通信する方法であって：
前記マルチバンド周波数再構成アンテナがセルラーバンドにおいて通信するように、第１位置に第１スイッチ及び第２スイッチを位置付ける段階；並びに
前記マルチバンド周波数再構成アンテナがＷＬＡＮバンドにおいて通信するように、第２位置に前記第１スイッチ及び前記第２スイッチを位置付ける段階；
を有する方法。
請求項１に記載の方法であって、前記第１位置は閉状態の位置であり、前記第２位置は開状態の位置である、方法。
請求項１に記載の方法であって、前記セルラーバンドは、少なくともＧＳＭ８５０、ＰＣＳ１９００、ＧＳＭ９００、ＤＣＳ１８００及びＩＭＴ２０００を有する、方法。
請求項１に記載の方法であって、略同時に前記第１スイッチ及び前記第２スイッチをオン又はオフにスイッチングする段階を更に有する、方法。
請求項１に記載の方法であって、異なるマルチバンドステージに対して前記マルチバンド周波数再構成アンテナを調節するように１つのＤＣスイッチ制御ラインを用いる段階を更に有する、方法。
請求項１に記載の方法であって、前記マルチバンド周波数再構成アンテナにマルチバンドを動的に調節するように、前記マルチバンド周波数再構成アンテナに固有の高次高調波を用いる段階を更に有する、方法。
請求項１に記載の方法であって、フレキシブル基板の下部側に前記第１スイッチ及び前記第２スイッチを位置付ける段階を更に有する、方法。
第１スイッチ及び第２スイッチ；並びに
アンテナ放射要素であって、第１位置において第１スイッチ及び第２スイッチを有するアンテナ放射要素は、セルラー周波数バンドを割り当て、第２位置において第１スイッチ及び第２スイッチを有するアンテナ放射要素は、ＷＬＡＮ周波数バンドを割り当てる、アンテナ放射要素；
を有するマルチバンド調節可能周波数再構成可能アンテナ。
請求項８に記載のマルチバンド調節可能周波数再構成可能アンテナであって：
付加的な適合要求なしに、前記アンテナ放射要素に給電する実質的に５０Ωの入力インピーダンス；
を更に有する、マルチバンド調節可能周波数再構成可能アンテナ。
請求項８に記載のマルチバンド調節可能周波数再構成可能アンテナであって、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチは、前記アンテナ放射要素における高さを小さくするように基板の背後に位置付けられる、マルチバンド調節可能周波数再構成可能アンテナ。
請求項８に記載のマルチバンド調節可能周波数再構成可能アンテナであって、異なるアンテナ金属パターン幅及び形状を選択することは、複数の高次高調波が調節されるようにする、マルチバンド調節可能周波数再構成可能アンテナ。
請求項８に記載のマルチバンド調節可能周波数再構成可能アンテナであって、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチは電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）スイッチである、マルチバンド調節可能周波数再構成可能アンテナ。
請求項８に記載のマルチバンド調節可能周波数再構成可能アンテナであって、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチはＰＩＮダイオードスイッチである、マルチバンド調節可能周波数再構成可能アンテナ。
請求項８に記載のマルチバンド調節可能周波数再構成可能アンテナであって、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチは微小電気機械（ＭＥＭ）スイッチである、マルチバンド調節可能周波数再構成可能アンテナ。
再構成可能アンテナを有する無線装置であって：
前記再構成可能アンテナがセルラーバンドで通信するようにする第１位置、及び前記再構成可能アンテナがＷＬＡＮバンドで通信するようにする第２位置の両方における第１スイッチ及び第２スイッチ；並びに
前記再構成可能アンテナが異なるマルチバンドステージに対して調節することを可能にするように前記第１スイッチ及び前記第２スイッチを実質的に一緒にスイッチングするように、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチに結合された１つのＤＣスイッチ制御ライン；
を有する無線装置。
請求項１５に記載の無線装置であって、前記ＤＣスイッチ制御ライン及びＲＦ信号ラインは、クロスカップリング及び信号干渉を回避するように無関係である、無線装置。
請求項１５に記載の無線装置であって、スイッチパッケージの高さを小さくするように下に備えられた前記第１スイッチ及び前記第２スイッチを有するフレキシブルな基板
を更に有する、無線装置。
請求項１７に記載の無線装置であって、前記スイッチパッケージを有するアンテナ要素は、ラップトップの蓋の機械的筐体内部に備えられている、無線装置。