JP2011061776A - Ｕｈｆバンドチャンネル信号の受信のための電気的小型アンテナを含むアンテナシステム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、受信機によってＵＨＦ帯からのチャンネル信号を受信するための、電気的小型アンテナを含むアンテナシステムに関する。
【解決手段】本システムはアンテナに接続されたポートと受信機のポートとの間の接続と、アンテナに関する環境に起因するインピーダンスの変化を補償し、アンテナの能動インピーダンス整合と干渉することなしに、受信チャンネルに近接している、干渉しているチャンネルの周波数を排除するために受信機によって受信した信号の品質に依存してコマンド信号によって制御されている能動インピーダンス整合デバイスとを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＵＨＦバンドチャンネル信号の受信のための電気的小型アンテナ（ＥＳＡ）を含むアンテナシステムに関する。

本発明は、ＵＨＦ（Ｕｌｔｒａ Ｈｉｇｈ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）の解放された高周波帯内の、スペクトル帯の低周波帯から１ＧＨｚまでを使用可能にする。この帯域は、以前はアナログでテレビの放送を行うために使用された。テレビ放送のアナログからデジタルへの推移がこの帯域を解放した。これらの周波数は、高精細（Ｈｉｇｈ Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ、ＨＤ）放送サービスを実施するために視聴覚放送局に、およびセルネットワークによるインターネットへのアクセスサービスを起動するために携帯電話事業者に割り当てられた。１ＧＨｚ未満のＵＨＦスペクトル帯中にこれらを配置することは、建物内において信号が長距離かつ良く入り込むことを確実にする。

しかし、ＵＨＦスペクトル帯の高周波帯におけるインターネットアクセスサービスのプログラミングされた外観は、明らかにＤＶＢ＿ＴまたはＤＶＢ＿Ｈ標準受信サービスへの干渉に関する両立の問題を抱えている。実際、サブバンド７９０−８６２ＭＨｚの全体、または９チャンネルを電子通信に割り当てることが推奨されている。

その上、装置の小型化された携帯用品はマルチバンド、およびマルチモードであり、重要な無線機能を複数有している。

よって、４から５の周波数帯および広域帯のアンテナをカバーするアンテナを覆いの内部に集積している余分な平面端末機は、一般に平凡な水準の性能を有し、比較的容積が大きく、一方、良質なアンテナは容積が小さいが、対応する帯域は狭い。

４７０から８６２ＭＨｚまでの周波数帯に存在するＵＨＦ帯の使用は、小型アンテナの構造をより精巧にする。よってこのことは電気的小型アンテナの物理的な寸法を波長より非常に小さくさせる。

結果として、効率に関しては性能は平凡である。効率は特に接地平面、連結器、多くの異なる回路内部における位置、およびインピーダンス整合に依存する。

広域帯インピーダンス整合電気的小型アンテナの回路および方法は、特許文献１により知られている。

このインピーダンス整合回路は、負の容量と負のインダクタンスにおける回路が電気的小型アンテナの広域帯整合を得ることができるように、非フォスターリアクタンスの作用をシミュレートした能動回路によって形成される。このインピーダンス整合回路は、アンテナの等価なリアクタンスを中和させることができる。しかし、この回路は約１メートルの長さのダイポールアンテナにより３０から８８ＭＨｚに関係しており、本発明によって使用され、ＵＨＦチャンネルに相当する周波数に適していない。

非フォスターリアクタンスおよび能動回路の使用を実現するために、容量性のまたは誘電性の正のインピーダンスによってイメージインピーダンスが実現されるであろう。この種の構造は負のインピーダンスコンバータと呼ばれる。

負のインピーダンスコンバータの原理は図１に関連して記述される。２つのトランジスタＴ１およびＴ２は、第１のトランジスタＴ１の基盤が抵抗Ｒ２を介して接地平面に接続され、第２のトランジスタＴ２が容量性素子Ｃ２にされるように、異なるように取り付けられる。

よって、アンテナリアクタンスを補償するために、このコンバータをアンテナと直列に配置する、すなわち、広帯域インピーダンス整合を得るために、第２のトランジスタＴ２のトランスミッタがアンテナのポート１に接続され、第１のトランジスタのトランスミッタが受信機のポート２に接続されれば十分である。

ＵＨＦ帯の小型アンテナの場合、アンテナの反射係数は、ＵＨＦ帯においてリアクタンスがたとえば０．６ｐＦから３．５ｐＦまで変化することを示し、この結果、アンテナリアクタンスの完全な補償は、従うべき同じ変動法則を要求するであろう。

しかし、リンビル概念として知られるこの概念は、低周波においてのみ有効である。

一方、この高周波における差分構造が分析される場合、これは、シリコン技術における負の抵抗を実現するために使用されるものと似通っており、受信機側からみた補償における結果には、さらなる正の抵抗が関与していることに注意されたい。

アンテナの直接後ろに位置しているこの回路に加えて、このような構造の感度またはゲインを不利にしかねない減衰を取り込まないことが重要である。

よって、１ＧＨｚのゲインが保証されなければならない場合、抵抗Ｒ２およびトランジスタＴ２のコレクターの寄生容量（ｐａｒａｓｉｔｅ ｃａｐａｃｉｔｙ）により定義されるカットオフ周波数は１ＧＨｚよりも大きくなければならない。

米国特許第６１２１９４０号明細書

本発明の目的は、これらの問題を解決することである。

本発明は、電気的小型アンテナを含む受信機によるＵＨＦ帯からのチャンネル信号の受信のためのアンテナシステムにある。本システムは、アンテナポートとアンテナポートの受信機との間の接続と、アンテナに関係する環境に起因するインピーダンスの変動を補償し、アンテナの能動インピーダンス整合を妨げることなく受信チャンネルと近接する干渉するチャンネルの周波数をカットするために、受信機によって受信された信号の質に依存してコマンド信号によって制御される能動インピーダンス整合デバイスとを備える。本発明の概念により、能動インピーダンス整合デバイスを加えることによって、全てのＵＨＦ帯にわたり電気的小型アンテナの性能の水準を保証し、よって感度の最適な水準を可能にすることができるようになる。さらに、端末機のプロセッサによって操作される、調整可能な阻止フィルターのネットワークを加えることによって、ＵＨＦスペクトルの高周波帯から提供される新たなサービスの受信のための可能性を残しながら、ＵＨＦスペクトルの高周波帯からの潜在的な干渉の管理が確実になる。

優先的に、能動インピーダンス整合デバイスは、異なるように取り付けられた第１のトランジスタおよび第２のトランジスタによって形成された可変容量（ｖａｒｉａｂｌｅ ｃａｐａｃｉｔｙ）の負のインピーダンスコンバータを備え、それぞれのトランジスタのそれぞれのトランスミッタはチョークダブルインダクタンス（Ｃｈｏｋｅ ｄｏｕｂｌｅ ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ）による電源に接続され、ラジオ周波数（ＲＦ、ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）の水準における分離された基準点（ｄｅ−ｃｏｕｐｌｅｄ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｐｏｉｎｔ）を生成する。

優先的に、能動インピーダンス整合デバイスは、チョークダブルインダクタンスのそれぞれの先端に接続された能動阻止フィルターの並列ネットワークによって形成されたフィルタリングネットワークを備える。

優先的に、負のインピーダンスコンバータの第１のトランジスタの基盤は、インダクタンスを介して接地平面に接続され、一方負のインピーダンスコンバータの第２のトランジスタの基盤は、インピーダンス整合を実現するために可変容量を介して接地平面に接続されている。

優先的に、負のインピーダンスコンバータの可変容量を制御するための第１のコマンド信号およびフィルタリングネットワークの可変容量を制御するためのコマンド信号は、受信機に付随した制御ブロックによって解析された、受信した水準または高い水準の干渉の存在を知らせる受信機情報を介して送信される。

上述の発明の特徴および利点は、添付された図を参照しながら次の説明を読むことによってさらに明確になるであろう。

従来技術による負のインピーダンスコンバータを使用した電気的小型アンテナの適応を示す図である。 本発明によるアンテナシステムを示す図である。

図２は本発明の原理を示している。本発明に関するアンテナシステムは電気的小型アンテナを備えており、入力ポート１はインピーダンス整合デバイスのポート２を介して、例えば、増幅器Ａ、チューナー素子Ｔおよび復調器Ｄを備えたＤＶＢ−Ｈ受信機といった標準的な受信機を介してＵＨＦ帯チャンネル信号を受信するための受信機に接続されている。インピーダンス整合デバイスは最初に、図１を用いて記述され、例えばゲイン６を８ｄＢというようにＵＨＦ帯の周波数限界のゲインを実現することが出来、また容量の補償を受信した信号の周波数に応じて線形にすることが出来る、トランジスタＴ１の基盤に接続されているインダクタンスＬ２の付加を備えるデジタルインピーダンスコンバータＣＩＮによって形成される。

可変容量Ｃｖは、図１に示されている負のインピーダンスコンバータＣＩＮの容量Ｃ２に取って代わる。可変容量Ｃｖは、受信機復調機に関連しているコマンドブロックＢＣによって操作される信号Ｓ１によって制御され、アンテナの構造および／または端子、不整合の現象および感度の損失に依存して、送信される信号Ｓ１が結果として導かれる制御効果を考慮に入れながら可変容量Ｃｖに作用することを可能にする。決められた閾値に従う電圧の検出は、コンバータの容量Ｃｖを変更する制御電圧の伝送を許可し、よってアンテナのインピーダンス整合に、したがってアンテナの性能に直接作用する。

以下に記述される方法における負のインピーダンスコンバータＣＩＮに関連して、インピーダンス整合デバイスは、コマンドブロックＢＣによって操作される制御信号Ｓ２によってＦに調節されることが出来るフィルタリングネットワークを備える。実際、能動インピーダンス整合システムの干渉要素を操作することは、インターネットアクセスサービスのスペクトルの高周波部における共存、したがって潜在的にＤＶＢ＿Ｈ受信機に対し干渉を起こしかねない要素に関して、必要である。

インピーダンス整合デバイスの一部であることにより、トランジスタトランスミッタＴ１およびＴ２に接続されている電源ＡはトランジスタＴ１およびＴ２のＤＣ分極を確実にする。

トランジスタＴ１およびＴ２のトランスミッタは、チョークダブルインダクタンス（Ｃｈｏｋｅ ｄｏｕｂｌｅ ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ）Ｌ３−１およびＬ３−２によってレベルＲＦにおいて分離されている。したがって、それぞれのトランスミッタがこのチョークダブルインダクタンスＬ３−１およびＬ３−２の先端の一つに接続されている、トランジスタの、分極が確実になされ、電源Ａに接続されているこのダブルインダクタンスの中心点Ｐは、レベルＲＦにおいて分離されている参照点（ｃｏｌｄ ｐｏｉｎｔ）である。

この参照点Ｐは、阻止フィルターから成るフィルタリングネットワークを設置するために、ここでは慎重に使用される。阻止フィルターを実現するために適した容量によって、高い値（チョーク、Ｃｈｏｋｅ）においてインダクタンスＬ３を共振させ、よってコンバーターのＲＦ機能と干渉しないためには十分である。フィルタリングネットワークは、トランジスタトランスミッタのそれぞれに接続され、受信機プロセッサに関係したコマンドブロックＢＣを介して操作される信号Ｓ２によって制御される能動素子フィルターＬＣの並列ネットワークを備える。したがってこの構造は、増加することに対する排除が可能である。図２は、解放されたＧＨｚ帯の直下のスペクトル帯の使用に対応する「デジタル配分（ｄｉｇｉｔａｌ ｄｉｖｉｄｅｎｄ）」に関連した３つの干渉しているチャンネルの排除を示している。阻止フィルターの数は干渉しているチャンネルの数に依存する。

デジタル分配環境における端末機の機能の状況内において、監視方法は高い水準で干渉する要素を周波数を単位として探し、記憶することを可能とし、端末機はＤＶＢ＿Ｈ受信モードにある。広帯域検出器（ｗｉｄｅ ｂａｎｄ ｄｅｔｅｃｔｏｒ、ＷＢＤ）は、受信と干渉する要素の存在を検出することができ、したがって制御ブロックに送信されるこの情報は、受信したＤＶＢ＿Ｈチャンネルに最も近い干渉する要素に対する阻止フィルターの起動を許可する。広帯域検出器（ｗｉｄｅ ｂａｎｄ ｄｅｔｅｃｔｏｒ、ＷＢＤ）からの情報が決められた閾値を越えて返ってきた場合、干渉する要素は阻止される。干渉が残っている場合、最も近くにある干渉する要素に対し第２の阻止器の起動が許可される。よって本概念は、たとえば、ＵＨＦスペクトル帯の高周波部における３つのインターネットアクセス型チャンネルの干渉する要素の排除を可能にする。

能動インピーダンス整合のこの概念は、電気的小型アンテナのＵＨＦ帯において有効である。インピーダンス整合の観点からの結果は、アンテナ単体は１ｄＢ以下のリターンロス係数または１６ｄＢのオーダーの伝送損失を有するといった、著しい改善が見られた。屋内環境における測定は、このような概念のゲインが、Ｃ／Ｎ比においてマージン（ｍａｒｇｉｎ）が３から６ｄＢに変換することを可能にし、要求される品質の基準を、エラーのない受信が確実なものであるようにした。

調節可能な、阻止フィルターの提案されたネットワークは、小型回路基板上に多数の切り替え可能な容量が可能なＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）技術を使用することによって実施されることができる。制御ブロックＢＣは、負のインピーダンスコンバータの可変容量Ｃｖを制御するために第１のコマンド信号Ｓ１を送信し、フィルタリングネットワークの可変容量を制御するために第２のコマンドＳ２を送信する。受信レベルを知らせる自動ゲイン制御（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ、ＡＧＣ）の情報、またはＷＤＢ（Ｗｉｄｅ Ｂａｎｄ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）検出器からの情報といった、受信した信号の品質に関する受信機からの情報は、高いレベルの干渉する要素の存在、または、エラー（ＥＣＣ）または干渉が決められた閾値にしたがってこの制御ブロックＢＣによって分析され、コンバータＣＩＮの可変容量Ｃｖおよび阻止フィルターのネットワークの可変容量Ｃのコマンドが決定されたことを知らせるほかの情報などを知らせる。主にデジタルアナログ回路（Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｎａｌｏｇｉｃａｌ Ｃｉｒｃｕｉｔ、ＤＡＣ）が備えられ、よって電圧を制御されたＭＥＭＳ技術の容量と整合をとることができる。

Claims (4)

1. 受信機によってＵＨＦ帯からのチャンネル信号を受信するためのアンテナシステムであって、電気的小型アンテナを備え、
   前記システムは、前記アンテナに接続されたポート（Ｐｏｒｔ１）と前記受信機のポート（Ｐｏｒｔ２）との間の接続と、前記アンテナに関する環境に起因するインピーダンスの変化を補償し、前記アンテナの能動インピーダンス整合と干渉することなしに、受信している前記チャンネルに近接している、干渉しているチャンネルの周波数を排除するために前記受信機によって受信した信号の品質に依存してコマンド信号（Ｓ１、Ｓ２）によって制御されている能動インピーダンス整合デバイスとを備えたことを特徴とするアンテナシステム。
2. 前記能動インピーダンス整合デバイスが、異なるように取り付けられた第１のトランジスタ（Ｔ１）および第２のトランジスタ（Ｔ２）によって形成された可変容量（Ｃｖ）の負のインピーダンスコンバータ（ＣＩＮ）を備え、前記第１のトランジスタ（Ｔ１）の基盤はインダクタンスＬ２を介して接地平面に接続され、前記第２のトランジスタ（Ｔ２）の基盤は前記可変容量Ｃｖを介して接地平面に接続されてインピーダンス整合が実現され、それぞれの前記トランジスタ（Ｔ１、Ｔ１）のそれぞれのトランスミッタはチョークダブルインダクタンス（Ｃｈｏｋｅ ｄｏｕｂｌｅ ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ）（Ｌ３−１、Ｌ３−２）を介して電源（Ａ）に接続され、レベルＲＦにおいて分離されている参照点（Ｐ）を生成することを特徴とする請求項１に記載のアンテナシステム。
3. 前記能動インピーダンス整合デバイスはさらに前記チョークダブルインダクタンス（Ｌ３−１、Ｌ３−２）のそれぞれの先端に接続された能動阻止フィルターの並列ネットワークによって形成されたフィルタリングネットワークを備えたことを特徴とする請求項２に記載のアンテナシステム。
4. 負のインピーダンスコンバータの可変容量Ｃを制御するための第１の前記コマンド信号Ｓ１およびフィルタリングネットワークの可変容量を制御するための第２の前記コマンド信号Ｓ２が、前記受信した信号のレベルまたは決められた閾値にしたがって前記受信機に関連したコントロールブロック（ＢＣ）を介して分析された高いレベルの干渉の存在を知らせる受信機情報を介して送信されることを特徴とする請求項１に記載のアンテナシステム。