JP2019122026A - 外付けアンテナ及び無線通信システム - Google Patents

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Abstract

【課題】アクティブ受信強化機能を有し、低コストで、使用が便利な条件下で、無線通信システムの受信能力と通信品質を強化できる外付けアンテナ及び無線通信システムを提供する。【解決手段】無線通信システムは、外付けアンテナと、通信ホストと、を含み、外付けアンテナは、第一のアンテナ素子と、第二のアンテナ素子と、論理判断回路と、スイッチング回路と、を含む。第一のアンテナ素子は、通信ホストが受信モードで動作する時、無線信号を受信するのに用いられる。第二のアンテナ素子は、通信ホストが送信モードで動作する時、無線信号を送信するのに用いられる。論理判断回路は、通信ホストに結合され、通信ホストが受信モードまたは送信モードで動作するのか否か判断し、判断結果を発生させるのに用いられる。スイッチング回路は、論理判断回路に結合され、判断結果に基づき、第一のアンテナ素子または第二のアンテナ素子に選択的に結合されるのに用いられる。【選択図】図2

Description

本発明は無線ネットワーク通信技術に関し、特にアクティブ受信強化機能を有する外付けアンテナ及び無線通信システムに関する。
ネットワーク通信の普及に伴い、より多くの場所に、無線LAN(Wireless LAN:WLAN)の無線基地局(Wireless Access Point,WAP)が設置され、より多くの無線インターネットの環境が作られている。一般的に、無線基地局は、信号範囲の辺縁では、信号が不安定な状況を有し、特に、リモートクライアント(Client)(例えば、携帯電話、ノートパソコン等)の伝送電力は、無線基地局より小さく、無線基地局の伝送信号の送信範囲内であったとしても、リモートクライアントが送信する無線信号を受信することは、依然として微弱すぎて識別が困難であることから、如何にして、既存材料部品を用い、通信法規を違反しない前提の下で、無線基地局の信号受信能力を増加するかは、重要な課題となっている。
本発明は、アクティブ受信強化機能を有し、低コストで、使用が便利な条件下で、無線通信システムの受信能力と通信品質を強化できる外付けアンテナ及び無線通信システムを提供する。
本発明の実施形態における外付けアンテナは、通信ホストに結合されるのに適しており、第一のアンテナ素子と、第二のアンテナ素子と、論理判断回路と、スイッチング回路とからなるアンテナ完成品である。通信ホストは、受信モード及び送信モードで動作できる。第一のアンテナ素子は、通信ホストが受信モードで動作する時、無線信号を受信するのに用いられる。第二のアンテナ素子は、通信ホストが送信モードで動作する時、無線信号を送信するのに用いられる。論理判断回路は、通信ホストが受信モードまたは送信モードで動作するのか否か判断し、判断結果を発生させる。スイッチング回路は、論理判断回路に結合され、判断結果に基づき、第一のアンテナ素子または第二のアンテナ素子に選択的に結合されるのに用いられる。
本発明の実施形態における無線通信システムは、通信ホストと、外付けアンテナと、を含み、外付けアンテナは、通信ホストに結合される。外付けアンテナは、第一のアンテナ素子と、第二のアンテナ素子と、論理判断回路と、スイッチング回路とからなるアンテナ完成品である。第一のアンテナ素子は、通信ホストが受信モードで動作する時、無線信号を受信するのに用いられる。第二のアンテナ素子は、通信ホストが送信モードで動作する時、無線信号を送信するのに用いられる。論理判断回路は、通信ホストが受信モードまたは送信モードで動作するのか否か判断し、判断結果を発生させる。スイッチング回路は、論理判断回路に結合され、判断結果に基づき、第一のアンテナ素子または第二のアンテナ素子に選択的に結合されるのに用いられる。
上述に基づき、本発明の実施形態における外付けアンテナは、通信ホストに結合される。外付けアンテナは、リモートクライアントによって送信された無線信号を受信するのに用いられる第一のアンテナ素子と、リモートクライアントに無線信号を送信するのに用いられる第二のアンテナ素子と、論理判断回路と、スイッチング回路と、を含む。論理判断回路は、通信ホストが受信モードまたは送信モードで動作するのか判断し、判断結果をスイッチング回路に送信し、第一のアンテナ素子と第二のアンテナ素子とを切り換える。本発明の別の実施形態において、上記外付けアンテナと、通信ホストと、を含む無線通信システムを提供する。これにより、本発明の実施形態における外付けアンテナ及び無線通信システムは、アクティブ受信強化機能を有し、既存材料部品を用い、通信法規を違反せずに、使用が便利な条件下で、無線通信システムの受信能力と通信品質を強化することを達成できる。
本発明の上述した特徴と利点を更に明確化するために、以下に、実施例を挙げて図面と共に詳細な内容を説明する。
図1(A)は、本発明の実施形態に基づく無線通信システムの側面模式図である。図1(B)は、図1(A)の実施形態に基づく無線通信システムの別の角度の模式図である。 図2(A)は、本発明の実施形態に基づく外付けアンテナの透視ブロック模式図である。図2(B)は、本発明の実施形態に基づく外付けアンテナの回路構造模式図である。 本発明の実施形態に基づく外付けアンテナの入出力インターフェースの拡大模式図である。 本発明の実施形態に基づく論理判断回路の回路模式図である。
図1(A)は、本発明の実施形態に基づく無線通信システムの側面模式図である。図1(B)は、図1(A)の実施形態に基づく無線通信システムの別の角度の模式図である。図1(A)と図1(B)に示すように、無線通信システム10は、少なくとも一本の外付けアンテナ100と、通信ホスト200と、を含み、外付けアンテナ100は、通信ホスト200に結合され、本実施形態において、外付けアンテナ100は、外付けアクティブ受信強化型アンテナであってもよい。図面は、4本の外付けアンテナ100を例として示すが、本発明は、アンテナの数を限定しない。
図2(A)は、本発明の実施形態に基づく外付けアンテナの透視ブロック模式図である。図2(B)は、本発明の実施形態に基づく外付けアンテナの回路構造模式図である。図3は、本発明の実施形態に基づく外付けアンテナの入出力インターフェースの拡大模式図である。図1(A)と図1(B)を併せて、図2(A)〜図3を参照する。
本実施形態において、外付けアンテナ100内部は、第一のアンテナ素子110と、第二のアンテナ素子120と、通信回路152と、を含み、第一のアンテナ素子110と第二のアンテナ素子120は、それぞれ外付けアンテナ100の延伸方向上で対向する両端に配置される(図2(A)に示すとおりである)。図2(B)に示すように、通信回路152は、論理判断回路130と、スイッチング回路140と、増幅回路150と、を含む。論理判断回路130は、通信ホスト200に結合され、通信ホスト200からの無線信号を伝送して、通信ホスト200が受信モードまたは送信モードで動作するのか判断して、判断結果を発生させるのに用いられる。スイッチング回路140は、論理判断回路130に結合され、判断結果に基づき、第一のアンテナ素子110と第二のアンテナ素子120をそれぞれ論理判断回路130に切り換えるのに用いられる。増幅回路150は、第一のアンテナ素子110とスイッチング回路140の間に結合される。
外付けアンテナ100は、クライアントからの無線信号を受信する時、以下、受信モードと称し、外付けアンテナ100は、通信ホスト200の、無線信号をクライアントに送信しようとする時、以下、送信モードと称する。
送信モードでは、第二のアンテナ素子120は、スイッチング回路140によって、論理判断回路130に導通し、この時、第一のアンテナ素子110は、開路状態を表し、また、通信ホスト200は、第二のアンテナ素子120によって無線信号をクライアントに送信する。
受信モードでは、第一のアンテナ素子110は、スイッチング回路140によって、論理判断回路130に導通し、この時、第二のアンテナ素子120は、開路状態を表し、通信ホスト200は、第一のアンテナ素子110によってリモートクライアントの無線信号を受信し、増幅回路150に送信し、増幅回路150は、第一のアンテナ素子110が受信した無線信号を増幅して、無線通信システム10の受信能力を向上させる。詳細には、第一のアンテナ素子110は、受信した無線信号を変換し、続いて、増幅回路150は、上記無線信号を増幅して受信強度を向上させることから、通信ホスト200が増幅回路150によって拡大された信号を受信することは、無線通信システム10の受信能力を強化でき、即ち、増幅回路150を有する外付けアンテナによって受信能力を強化する。
以下に、本発明の実施形態の実施方式をさらに詳述する。
通信ホスト200は、例えば、無線基地局(Wireless Access Point)、無線ルーター(Wireless Router)、ブリッジ(Bridge)またはゲートウェイ(Gateway)、ユーザー端末装置(Customer Premises Equipment,CPE)等またはその他の無線通信能力を有するネットワーク伝送装置であり、ここでは限定しない。
外付けアンテナ100は、それぞれ第一のアンテナ素子110または第二のアンテナ素子120によって無線信号の受信及び送信を実現しており、実施形態において、第一のアンテナ素子110または第二のアンテナ素子120は、例えば、二重周波数アンテナであってもよく、第一の周波数帯と第二の周波数帯をカバーすることができ、第一のアンテナ素子110と第二のアンテナ素子120のアンテナ構造は同じであっても、異なっていてもよい。例を挙げると、実施形態において、第一のアンテナ素子110または第二のアンテナ素子120(または両者)は、2.4GHz周波数帯(即ち、第一の周波数帯)と5GHz周波数帯(即ち、第二の周波数帯)をカバーすることができる。換言すると、実施形態において、外付けアンテナ100は、WiFi及びブルートゥース(Bluetooth)通信技術における動作周波数帯を支援できる。即ち、外付けアンテナ100は、例えば、2.4GHz周波数帯と5GHz周波数帯をカバーするWiFiアンテナであってもよい。
図2(A)の実施形態において、基板ノイズ(board noise)または送信信号の干渉を避けるために、受信モードを担う第一のアンテナ素子110は、外付けアンテナ100の上端に配置され、送信モードを担う第二のアンテナ素子120は、外付けアンテナ100の下端に配置される。具体的には、第一のアンテナ素子110は、外付けアンテナ100の通信ホスト200から遠い一端に配置され、第二のアンテナ素子120は、外付けアンテナ100の通信ホスト200に近い他端に配置される。
本実施形態において、外付けアンテナ100は、第一の入出力インターフェース160をさらに含む。第一の入出力インターフェース160は、メスコネクタであり、通信ホスト200のワイヤに接続して直流/交流電源を受信するのに用いられる。この直流/交流電源は、増幅回路150に駆動電圧VDD2を提供できる。具体的には、第一の入出力インターフェース160は、電源穴、Type−Cインタフェースまたはユニバーサルシリアルバス(Universal Serial Bus,USB)インターフェースのような、物理的な電源伝送線を受け入れることができるものであり、無線電源の伝送を受信するための充電インターフェースであってもよいが、本発明はこれに対して限定せず、図3の実施例では、第一の入出力インターフェース160は、マイクロユニバーサルシリアルバス(Micro USB)インターフェースを例としている。
図3を再び併せて図1を参照すると、本実施形態において、無線通信システム10は、通信ホスト200と外付けアンテナ100を電気的に接続する伝送線210をさらに含み、伝送線210の一端は、通信ホスト200のうちの一つの入出力インターフェース262に接続され、他端は第一の入出力インターフェース160に接続され、伝送線210は、通信ホスト200から外付けアンテナ100に直流/交流電源を提供するのに用いられる。例を挙げると、伝送線210は、USBをMicro USBに変換する伝送線であり(これに限定しない)、即ち、伝送線210の通信ホスト200に結合されるための伝送インターフェースは、標準USBインターフェースであり、伝送線210の外付けアンテナ100に結合されるための伝送インターフェースは、Micro USBインターフェースである。本実施形態において、伝送線210は、一つのUSBコネクタを四つのMicro USBコネクタに変換する伝送線であり、一つの入出力インターフェース262だけを用いて、複数本の外付けアンテナ100に電源を供給してもよいが、伝送線210は、一本に限定せず、その他の実施形態において、一つの入出力インターフェース262を用いて、一本の外付けアンテナ100だけに電源を供給してもよい。
さらに説明することは、図面の第一の入出力インターフェース160と入出力インターフェース262の位置と実施形態は、例示及び説明しているだけで、本発明を限定するものではない。
本実施形態において、外付けアンテナ100の第二の入出力インターフェース170は、通信ホスト200の信号入出力インターフェース272に結合され、通信ホスト200と信号伝送を行う。論理判断回路130は、第二の入出力インターフェース170によって無線信号を伝送し、また、第一の入出力インターフェース160と第二の入出力インターフェース170は、二つに分けられたインターフェースである。第二の入出力インターフェース170は、例えば、SMA(Sub Miniature version A)コネクタ、BNC(Bayonet Neill-Concelman)コネクタまたはN−Typeコネクタ、またはその他の無線信号を受信するためのコネクタ素子であるが、本発明はこれに対して限定しない。
上記実施形態からわかるように、外付けアンテナ100は、第一の入出力インターフェース160と第二の入出力インターフェース170によって通信ホスト200に電気的に接続される、即ち、外付けアンテナ100と通信ホスト200は、分離可能であることから、本発明の外付けアンテナ100は、特定の通信ホスト200に縛られる必要がなく、さらに、一般的に市販されている通信ホストのアンテナも本発明の外付けアンテナ100に置き換えることができ、したがって、既存材料部品を用い、通信法規を違反せず、コストを削減する状況下で、通信ホスト200の接続品質と通信能力を強化できる。
図4は、本発明の実施形態に基づく論理判断回路の回路模式図である。図4に示す論理判断回路は、上記実施形態に適用できる。図2(B)と図3を再び併せて図4を参照すると、論理判断回路130は、第二の入出力インターフェース170によって無線信号を伝送し、即ち、無線信号は図2(B)が示すIN端から入力され、そして、第一の入出力インターフェース160によって直流電源(その電圧値は、例えば5Vである)を受信し、即ち、直流電源は図2(B)が示すVDD1端から入力される。論理判断回路130において、無線信号は、通信ホスト200が受信モードまたは送信モードで動作するのかを指示することを判断し、判断結果DETを発生させる。具体的には、図4の実施形態において、論理判断回路130は、ダイオード134と、コンパレータ132と、を含み、コンパレータ132は、通信ホスト200に結合され、ダイオード134は、コンパレータ132とスイッチング回路140の間に結合され、スイッチング回路140は、例えば、RFスイッチ(Radio Frequency Switch)である。コンパレータ132は、第一の入出力インターフェース160によって、通信ホスト200に提供された直流/交流電源、即ち、駆動電圧VDD1と駆動電圧VDD2を受信し、駆動する。例えば、駆動電圧VDD1は、5Vであり、駆動電圧VDD2は、3.3Vであるがこれに限定しない。
本実施形態において、コンパレータ132は、第二の入出力インターフェース170によって通信ホスト200に提供された試験中の無線信号TX_DETも受信し、イネーブル信号TX_ENと試験中の無線信号TX_DETを比較し、受信した試験中の無線信号TX_DETは、受信モードまたは送信モードを行おうとしているのか判断し、ダイオード134は、試験中の無線信号TX_DETを受信して、電圧信号(即ち、判断結果DET)に変換し、論理判断回路130は、判断結果DETをスイッチング回路140に提供し、スイッチング回路140は、判断結果DETに基づき、受信モードと送信モードを切り換える。詳細には、実施形態において、判断結果DETがローレベル信号(例えば、論理ローレベル)である時、スイッチング回路140は、第一のアンテナ素子110に切り換えて、受信モードを行い、判断結果DETがハイレベル信号(例えば、論理ハイレベル)である時、スイッチング回路140は、第二のアンテナ素子120に切り換えて、送信モードを行う。
特に説明することは、図4で使用される複数の抵抗R、複数のキャパシタCまたはインダクタンスL及び回路構造は、回路を説明する実施態様するだけで、本発明を限定するためではなく、複数の抵抗Rの間の抵抗値は同じとは限らず、複数のキャパシタCの間のキャパシタ値も同じとは限らず、当業者は、図4の回路構造及び通常の知識から十分な教示を得ることができ、ここでは、さらに説明しない。
以下は、本発明の実施形態における実験結果であり、異なる距離の下で、同じ通信ホストと同じリモートクライアントの条件下で、製造元の通信ホストを用いたアンテナおよび外付けアンテナ100に置き換えた信号送信及び受信能力を測定する。ここで、通信ホストは、ルーターTP−Link Archer C2であり、リモートクライアントは、AsusのノートパソコンX550Vであり、使用するアンテナの数は、二本に維持する。
表1と表2は、それぞれ2.4Gと5Gにおける測定周波数範囲の下、それぞれ通信ホストとリモートクライアントの距離が30mと50mの条件下で、測定された信号送信伝送及び受信能力を示す。ここで、TXは、ネットワーク送信伝送速度を表し、RXは、ネットワーク受信伝送速度を表す。
Figure 2019122026
Figure 2019122026
実験結果からわかるように、同じ通信ホストは、本発明の実施形態における外付けアンテナに置き換えた後、無線信号を受信する能力及び接続品質は明らかに向上しており、特に、長距離範囲において効果はさらに顕著である。
以上より、本発明の実施形態における外付けアンテナ及び無線通信システムについて、外付けアンテナは、通信ホストに結合され、外付けアンテナは、第一のアンテナ素子と、第二のアンテナ素子と、論理判断回路と、増幅回路と、スイッチング回路と、を含む。論理判断回路は、通信ホストが無線信号を受信しようとするのかまたは無線信号を送信しようとするのか判断し、判断結果をスイッチング回路に送信し、第一のアンテナ素子または第二のアンテナ素子を切り換える。第一のアンテナ素子は、無線信号の受信動作を行うのに用いられ、第二のアンテナ素子は、無線信号の送信を行うのに用いられ、二組のアンテナ素子を用いることで、それぞれ無線信号を受信及び送信し、また、第一のアンテナ素子と第二のアンテナ素子は、それぞれ外付けアンテナの延伸方向上で対向する両端に配置されることから、ノイズを低減し、通信品質を向上できる。第一のアンテナ素子は、無線信号を受信した後、増幅回路によって増幅されることから、低電力の条件下で受信能力を強化できる。また、外付けアンテナは、容易に、通信ホストと分離または結合できることから、異なる通信ホストに合わせて、使用上の柔軟性を向上できる。これにより、本発明の実施形態における外付けアンテナ及び無線通信システムは、既存材料部品を用い、通信法規を違反せずに、低コストで、使用が便利な条件下で、無線通信システムの受信能力と通信品質を強化できる。
本文は以上の実施例のように示したが、これに限られるものではなく、当業者が本発明の精神の範囲から逸脱しない範囲において、変更又は修正することが可能であるが故に、本発明の保護範囲は均等の範囲にまで及ぶものとする。
本発明は、低コストで、使用が便利な条件下で、無線通信システムの受信能力と通信品質を強化できる外付けアンテナ及び無線通信システムを提供する。
10:無線通信システム
100:外付けアンテナ
110:第一のアンテナ素子
120:第二のアンテナ素子
130:論理判断回路
132:コンパレータ
134:ダイオード
140:スイッチング回路
150:増幅回路
152:通信回路
160:第一の入出力インターフェース
170:第二の入出力インターフェース
200:通信ホスト
210:伝送線
262:入出力インターフェース
272:信号入出力インターフェース
DET:判断結果
IN:入力端
TX_EN:イネーブル信号
TX_DET:試験中の無線信号
VDD1、VDD2:駆動電圧

Claims (10)

  1. 受信モード及び送信モードで動作する通信ホストに用いられる外付けアンテナであって、
    前記通信ホストが前記受信モードで動作する時、無線信号を受信する第一のアンテナ素子と、
    前記通信ホストが前記送信モードで動作する時、前記無線信号を送信する第二のアンテナ素子と、
    前記通信ホストに結合され、前記通信ホストが前記受信モードまたは前記送信モードで動作するのか否か判断し、判断結果を発生させる論理判断回路と、
    前記論理判断回路に結合され、前記判断結果に基づき、前記第一のアンテナ素子または前記第二のアンテナ素子に選択的に結合されるスイッチング回路と、
    を含む外付けアンテナ。
  2. 前記第一のアンテナ素子と前記第二のアンテナ素子は、それぞれ前記外付けアンテナの延伸方向上で対向する両端に配置される、
    請求項1に記載の外付けアンテナ。
  3. 前記第一のアンテナ素子と前記スイッチング回路の間に結合され、前記第一のアンテナ素子が受信した前記無線信号を増幅する増幅回路をさらに含む、
    請求項1に記載の外付けアンテナ。
  4. 前記論理判断回路は、ダイオードと、コンパレータと、を含み、前記コンパレータは、前記通信ホストに結合され、前記ダイオードは、前記コンパレータと前記スイッチング回路の間に結合される、
    請求項1に記載の外付けアンテナ。
  5. 前記判断結果がローレベル信号である時、前記スイッチング回路は、前記第一のアンテナ素子に結合され、前記判断結果がハイレベル信号である時、前記スイッチング回路は、前記第二のアンテナ素子に結合される、
    請求項1に記載の外付けアンテナ。
  6. 前記第一のアンテナ素子は、前記外付けアンテナの前記通信ホストから遠い一端に配置され、前記第二のアンテナ素子は、前記外付けアンテナの前記通信ホストに近い他端に配置される、
    請求項1に記載の外付けアンテナ。
  7. 前記通信ホストに結合され、前記通信ホストから直流電源を受信する第一の入出力インターフェースと、
    前記通信ホストに結合される第二の入出力インターフェースと、をさらに含み、
    前記論理判断回路は、前記第二の入出力インターフェースによって前記無線信号を伝送する、
    請求項1に記載の外付けアンテナ。
  8. 前記第一のアンテナ素子と前記第二のアンテナ素子は、第一の周波数帯と第二の周波数帯をカバーする、
    請求項1に記載の外付けアンテナ。
  9. 通信ホストと、
    前記通信ホストに結合される、請求項1に記載の外付けアンテナと、を含む、
    無線通信システム。
  10. 前記通信ホストと前記外付けアンテナを電気的に接続し、前記通信ホストから電源を前記外付けアンテナに提供する伝送線と、をさらに含み、
    前記通信ホストに接続されるインターフェースが標準ユニバーサルシリアルバス(Universal Serial Bus,USB)インターフェースであり、
    前記外付けアンテナに接続されるインターフェースがマイクロユニバーサルシリアルバス(Micro USB)インターフェースである、
    請求項9に記載の無線通信システム。
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