JP4327218B2 - 全二重アンテナ・システムおよび方法 - Google Patents

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Description

本出願は共に係争中の、米国特許出願第10/899,285号、タイトル「FULL−DUPLEX ANTENNA SYSTEM AND METHOD」と関連し、二つの出願は共に同じ所有権を有する。この出願が完全に本出願の参照として組み込まれている。
本出願はまた以下の二つの係争中の米国出願と関連する。この二つの出願は、上述の同時係争中の米国出願と同じ日付で提出されており、同じ発明者を持つ。これらの出願は参照として本出願に組み込まれている。米国特許出願第10/899,218号、タイトル「SYSTEM AND METHOD FOR IMPEDANCE MATCHING AN ANTENNA TO SUB−BANDS IN A COMMUNICATION BAND」、および、米国特許出願第10/899,278号、タイトル「SYSTEM AND METHOD FOR DUAL−BAND ANTENNA」。
本出願はまた、本出願と同じ日付で提出された同じ発明者を持つ、以下の二つの米国出願と関連し、これらの出願は本出願の参照として組み込まれている。「SYSTEM AND METHOD FOR IMPEDANCE MATCHING AN ANTENNA TO SUB−BANDS IN A COMMUNICATION BAND」と「SYSTEM AND METHOD FOR DUAL−BAND ANTENNA MATCHING」。
本発明は一般に、無線通信アンテナと関連し、さらに特別に言うなら、全二重アンテナと、対応するアンテナ・マッチング回路構成とのためのシステムと方法に関連する。
電話のような携帯無線通信機器の大きさは、さらなる多機能を加えつつ、小さくなり続けている。その結果、それらの部品を不便な位置にパッケージしながら、設計者は部品やデバイス・サブシステムのパフォーマンスを増大させ、かつ、大きさを小さくしなければならない。このような重要な部品の一つが、無線通信アンテナである。このアンテナは、例えば電話トランシーバやグローバル・ポジショニング・システム(GPS)受信機に接続され得る。
最先端の無線電話はいくつもの異なる通信帯で作動することが期待される。アメリカ合衆国では、850メガヘルツ(MHz)付近のセルラー帯(AMPS)と,1900MHz付近のPCS(Personal Communication System)帯が使われている。他の通信帯は、1800MHz付近のPCN(Personal Communication Network)とDCS、900MHz付近のGSMシステム(Groupe Special Mobile)、それに、800から1500MHz付近のJDC(Japanese Digital Cellular)を含む。対象となる他の帯は、1575MHz付近のGPS信号、2400MHz付近のBluetooth、1850から2200MHzのwideband code division multiple access(WCDMA)である。
無線通信機器は、単純な円筒形のコイルまたはホイップ・アンテナを、一次的または二次的通信アンテナのどちらかとして使うことで知られている。インバーテッド−Fアンテナもまたよく使われる。アンテナの共鳴周波数はその電気的長さに応答し、その電気的長さは動作周波数波長の部分を形成する。無線機器アンテナの電気的長さは、しばしば四分の一波長の倍数になる。例えば、5λ/4,3λ/4,λ/2,または、λ/4のように。ただしλは動作周波数の波長で、有効波長は、アンテナ・ラジエータの物理的長さと、近似誘電定数に応答する。
慣習上は、各無線機器トランシーバ(受信機および/または送信機)は、特別な通信帯と共鳴する離散的なアンテナと接続されている。トランシーバは通信帯の中のチャンネルと同調され得る。しかしながら、たくさんのトランシーバを組み込んで、それぞれが異なる通信帯で動作し、または、トランシーバは数多くの通信帯で動作するように同調することができる、携帯無線機器が使用可能となって来た。乱暴なやり方は、各通信帯に異なる共振器やアンテナを加える方法である。例えば、非調和な関連の共鳴周波数の応答を作り出すために、異なる領域で二つの微小な帯のパッチを貼り付ける方法が知られている。しかしながら、このような設計は、全ての要求される周波数(通信帯)をカバーするのに常には適切でない。上述のアンテナの解は、高通信帯のバンドパス応答を広げるためのものであり、例えばGPSとPCS通信をカバーするため、および、セルラー帯(AMPS)周波数を共鳴させる低通信帯を使うためである。しかしながら、GPSおよびPCSパフォーマンスを改良させるために高バンドを広げることは、セルラー帯パフォーマンスを費やすことになる。
もう一つのアンテナに関連した問題は、無線電話通信の二重の性質に由来する。典型的には、通信帯の送信サブバンド周波数は、受信サブバンド周波数と隣接する。その結果、送信機と受信機はしばしば同じアンテナの使用を共有する。いくつかの局面では、送信と受信通信は同時に起こる。アンテナと、関連する回路構成が共有されているので、有意な量の結合が生じ得る。例えば、受信機へ結合する送信信号は受信機のノイズのフロアーを上げ、感度を減少させる。デカップリングが高められて、フィルタリング回路構成が単純化され小さくなると、もし送信機と受信機が同じアンテナを共有しなければ、無線電話の全てのパフォーマンスは改良され得る。
従来のアンテナ・デザインは誘電物質の使用を組み込んでいる。一般的に言って、アンテナによって作られる場の一部は、ラジエータから誘電体を通して、平衡(接地)に帰る。アンテナは同調されて周波数に共鳴して、ラジエータの波長と誘電定数は、共鳴周波数と最適な関係を有する。最も一般的な誘電体は空気で、その誘電定数は1である。他の物質の誘電定数は空気と関連して定義される。
強誘電性物質は、印加された電圧に応じて変化する誘電定数を有する。その変化可能な誘電定数のために、強誘電性物質は同調可能部品を作るのに良い候補である。しかし、従来の測定技術では、プロセスとは関係なしで、強誘電性部品を実質的に損失のあるものとして特徴付け、ドーピングや他の形成技術が損失する性質を改良するために用いられる。したがって、それらは広くは使われていない。RFまたはマイクロ波長領域で動作する強誘電性同調可能部品は、特に損失が多いと見なされている。その観測は、例えば、特に最大の同調が望まれているときに、高ラジオ周波数(RF)またはマイクロ波長損失がバルク(厚さが1.0mmより大きく)FE(強誘電性)物質にとって通常のルールとなる、レーダー応用の実験で支持されている。一般に、ステップが損失を改良(減少)するために取られないとすると、大部分のFE物質は損失がある。このようなステップには次が含まれるが、これに制限されるものではない。(1)堆積前および後のアニーリングまたは両方を用いたO空所に対する補償、(2)表面圧力を減少させるためのバッファ層の使用、(3)他の物質との合金化またはバッファ化、(4)選択的ドーピング。
低パワー部品の制限された範囲での同調に対する需要が近年増加してきて、強誘電性物質に対する興味は、バルク物質よりも薄膜の使用に向けられつつある。しかし、高い強誘電性損失の仮定は、薄膜の加工物にもまた当てはまる。従来のブロードバンド測定技術は、同調可能な強誘電性部品がバルクであろうと薄膜であろうと実質的に損失を持つという仮定を、支持している。例えば、無線通信マッチング回路では、2GHz付近の周波数では、40より大きいQ、好ましくは180より大きい、より好ましくは350より大きいのが必要である。これらの同じ仮定が、アンテナ・インターフェイス回路構成とトランシーバのデザインに適用される。
同調可能な強誘電性部品、中でも特に薄膜を使ったものは、様々な周波数に機敏な回路に広く使える。回路構成に対して一つより多い通信帯に同調を許すので、同調可能部品が望ましい。多重バンドをカバーする同調可能部品は、離散化されたバンドの固定された周波数の部品とそれに関連するスイッチを不要とするので、潜在的に部品全体の数を減少させる。これらの有利な点は、多機能化の必要性と低価格と小型化が矛盾する要求に見える
、無線ハンドセット・デザインで特に重要である。例えば、CDMAハンドセットでは、独立した部品のパフォーマンスは高く強調される。FE物質は、縮小されるのを抵抗しているRF部品の集積化を可能とし得る。
もしも全二重アンテナ・システムが、送信および受信機能のための分離されたアンテナを用いて構成され得れば、有利である。
もしも上述の送信および受信機能の間の選択性を、ナローバンド、選択可能チャンネルを使って高められれば、有利である。
もしも上述のアンテナ・システムが、選択可能共鳴、選択可能インピーダンス、選択可能インピーダンス・マッチング回路、または、上述の性質の組み合わせを使って、動作するようにできれば、有利である。
本発明は、二つの分離された機構を使って、送信回路構成と受信回路構成を効果的に分離することができる、全二重アンテナ・システムを提供する。第一に、システムは、送信機と受信機のために分離されたアンテナを使う。第二に、アンテナの応答は狭められる。このことは、アンテナが作用するチャンネルを周波数選択可能とすることで達成される。この周波数選択性は、アンテナ共鳴を調節することで達成され得る。その代わりに、選択可能性はアンテナ・インピーダンスを調節することで達成される。他の代わりでは、周波数選択可能性は、アンテナによって与えられるインピーダンスをマッチング回路で調節することによって達成される。さらには、選択可能性は、上述の調節機構の組み合わせを使うことで達成され得る。
したがって、全二重アンテナ・インピーダンス・マッチングのために方法が提供される。この方法は次のことを含む。第一アンテナを第一周波数帯の周波数選択可能第一チャンネルに効果的に共鳴させること、第一チャンネル周波数で第一アンテナ・インピーダンスを生成すること、第二アンテナを第一周波数帯の周波数選択可能第二チャンネルに効果的に共鳴させること、第二チャンネル周波数で第二アンテナ・インピーダンスを生成すること、第一チャンネル周波数で第一共役インピーダンス整合を与えること、第二チャンネル周波数で第二共役インピーダンス整合を与えること。例えば、第二アンテナが受信通信に使用される一方で、第一アンテナは送信に使用され得る。
第一の局面では、第一チャンネル周波数で第一共役インピーダンス整合を与えることは、周波数選択可能第一共役インピーダンスを与えることを含む。同様にして、第二チャンネル周波数で第二共役インピーダンス整合を与えることは、周波数選択可能第二共役インピーダンスを与えることを含む。第二の局面では、第一チャンネル周波数で第一アンテナ・インピーダンスを生成することは周波数選択可能第一インピーダンスを生成することを含み、第二チャンネル周波数で第二アンテナ・インピーダンスを生成することは周波数選択可能第二インピーダンスを生成することを含む。
第三の局面では、第一アンテナを第一周波数帯の周波数選択可能第一チャンネルに効果的に共鳴させることは、共鳴の周波数を選択することを含む。同様にして、第二アンテナを第一周波数帯の周波数選択可能第二チャンネルに効果的に共鳴させることは、共鳴の周波数を選択することを含む。
さらには、二つの完全に異なる通信帯での全二重動作のために方法が提供される。すなわち、この方法は、第一アンテナを第二周波数帯の周波数選択可能第三チャンネルに効果的に共鳴させることと、第三チャンネル周波数で第三アンテナ・インピーダンスを生成することを含む。第二アンテナを第二周波数帯の周波数選択可能第四チャンネルに効果的に共鳴させることと、第四チャンネル周波数に第四アンテナ・インピーダンスを生成すること。そして、第三チャンネル周波数に第三共役インピーダンス整合が与えられ、第四チャンネル周波数に第四共役インピーダンス整合が与えられる。
上述の方法、全二重アンテナ・システム、それに無線電話全二重システムのさらなる詳細は、以下で与えられる。
図1は、通信チャンネルを選択的に同調するための本発明の全二重アンテナシステムの、概要ブロック図である。システム100は、第一周波数帯の周波数選択可能第一チャンネルに効果的に共鳴する第一アンテナ102を備えている。通信システムに依存して、第一チャンネルは、数キロヘルツからメガヘルツ(MHz)までに広がる最小周波数の範囲を有する。選択度に依存して、周波数の範囲は、いくつかの隣接したチャンネルをカバーするに十分な幅であり得る。第一アンテナ102は、第一チャンネル周波数において第一インピーダンスで、ライン104上にインターフェース・ポートを有する。
第二アンテナ106は、第一周波数帯の周波数選択可能第二チャンネルに効果的に共鳴している。第二アンテナ106は、第二チャンネル周波数において第二インピーダンスで、ライン108上にインターフェースを有する。第一マッチング回路110は、ライン104上に、第一チャンネル周波数で第一共役インピーダンスを有する第一アンテナ・インターフェイス・ポートへと接続された、ポートを備えている。当該技術で理解されているように、共役インピーダンスは整合しているインピーダンスに対して、近似的に等しい実数値と反対の虚数値を与える。さらに、多くの場合、真の共役整合は、対象の全周波数の範囲に対して与えられることはできない。そして、共役整合はしばしば、範囲の中心周波数に対して定義される。第二マッチング回路112は、第二チャンネル周波数で第二共役インピーダンスを有するライン108上の第二アンテナ・インターフェイス・ポートに接続されたポートを備えている。
第一と第二チャンネルの周波数選択性は、数多くの関連する因子と関連付けられている。これらの因子は、アンテナ共鳴周波数、または、アンテナの有効電気的長さ、アンテナ・インピーダンス、それに、マッチング回路インピーダンスがある。例えば、第一の状況では、アンテナ102は第一チャンネルに共鳴し得るが、しかし、うまく整合していない。このような状況では、パワーの有意な量が、アンテナ102とアンテナ・マッチング回路110の間のインターフェイスで反射パワーとして、浪費される。第一の状況は、ここで使われるように、「第一チャンネルで効果的に共鳴している」アンテナを記述していない。同様にして、第二の状況では、第一アンテナ102と第一マッチング回路110が第一チャンネル周波数で適切に整合され得る。しかしながら、アンテナは第一チャンネル周波数で効率的に電波を放出(radiate)しないことが有り得る。すなわち、アンテナの有効電気的長さが、第一チャンネル周波数の四分の一波長の倍数でないことが有り得る。再び、この状況は、第一チャンネルまたは第一チャンネル周波数に効果的に共鳴しているアンテナを記述していない。
一つの局面では、第一周波数帯の各チャンネルに対して、第一アンテナ102は30%より大きいアンテナ効率で効果的に共鳴している。同様にして、第一周波数帯の各チャンネルに対して、第二アンテナは30%より大きいアンテナ効率で効果的に共鳴している。
図2は、第一と第二チャンネルの間の関係を描いた周波数プロットである。例えば、第一アンテナ(第一チャンネル)が放射された通信を受信し得る一方、第二アンテナ(第二チャンネル)は放射された通信を送信する。図に示されるとおり、第一チャンネルは低サブ・バンドと共に選ばれ得、一方、第二チャンネルは第一周波数帯の高サブ・バンドから選ばれる。図では、最初の2チャンネルの選択しか示されていないが、本発明はいかなる数の一回目(または二回目)のチャンネル選択に制限されるものではない。
一つの局面では、第一アンテナは、第一周波数帯中心周波数に関して、0.0025あるいはそれ以上の部分的バンド幅である、第一チャンネル周波数の範囲を有する。同様にして、第二アンテナは、第一周波数帯中心周波数に関して、0.0025あるいはそれ以上の部分的バンド幅である、第二チャンネル周波数の範囲を有する。
図1に戻って、システムの第一の単純な局面では、第一アンテナ102と第二アンテナ106の共鳴とインピーダンスは固定される。このシナリオでは、チャンネル選択性は、第一マッチング回路110と第二マッチング回路112によって与えられる共役整合を通じて、達成される。言い換えると、第一マッチング回路110は第一周波数帯に周波数選択可能第一共役インピーダンスを有する。同様にして、第二マッチング回路112は第一周波数帯に周波数選択可能第二共役インピーダンスを有する。
二つ目の単純なシナリオでは、マッチング回路構成によって与えられるインピーダンスのように、アンテナ共鳴は固定される。チャンネル選択性は、アンテナ・インピーダンスを制御することにより与えられる。アンテナ・インピーダンスは、固定されたマッチング回路インピーダンスに、(共役的に)整合される。すなわち、第一アンテナ102は選択可能第一インピーダンスを有し、第二アンテナ106は選択可能第二インピーダンスを有する。
三つ目の単純なシナリオでは、アンテナ・インピーダンスとマッチング回路インピーダンスが固定される。チャンネル選択性は、アンテナ共鳴周波数を制御することで達成される。すなわち、第一アンテナ102の共鳴は周波数選択可能であり、第二アンテナ106の共鳴は周波数選択可能である。
チャンネル選択性は上述のシナリオからの特徴を組み合わせることで得られることが理解されるべきである。例えば、チャンネル選択性は、アンテナ・インピーダンスに沿ってアンテナ共鳴を調節すること、または、マッチング回路インピーダンスと共にアンテナ共鳴、または、マッチング回路インピーダンスと共にアンテナ・インピーダンス、または、アンテナ共鳴、アンテナ・インピーダンス、それに、マッチング回路インピーダンスを同時に調節することで得ることが可能である。
図1と2を両方見て、システムのいくつかの局面で、第一アンテナ102は、第二周波数帯の周波数選択可能第三チャンネルでもまた共鳴する。第一アンテナ102は、ライン104上の第一マッチング回路インターフェイスへ、第三チャンネル周波数での対応する第三インピーダンスを与える。同様にして、第二アンテナ106は、第二周波数帯の周波数選択可能第四チャンネルに共鳴する。第二アンテナ106は、ライン108上の第二マッチング回路インターフェイスへ、第四チャンネル周波数での対応する第四インピーダンスを与える。第一マッチング回路110は第三チャンネル周波数で第三共役インピーダンスを有し、第二マッチング回路112は第四チャンネル周波数で第四共役インピーダンスを有する。
典型的には、システムは第一周波数帯か第二周波数帯かのどちらかで動作し、第一、第二周波数帯で同時に動作することはない。言い換えると、第一、第二アンテナ102/106は第一周波数帯で同時に共鳴し得る。同調させ直した後、第一、第二アンテナ102/106は第二周波数帯で同時に共鳴し得る。
本発明のこの局面は、824から894MHzのセルバンドで動作する携帯電話を所有する人物にとって、例えば、自宅にいるときに、有用である。旅行中、使用者のネットワークは異なるバンド、例えばGSM 880−960MHzバンドで動作し得る。慣習的には、ユーザーは、一つは自宅用一つは旅行用と、二つの電話を持たなくてはならない。本発明は、適切な周波数帯を選ぶことで、ユーザー携帯電話が両方の環境で効率よく動作することを可能にする。言い換えると、本発明は無線装置を、二つの異なるバンドにおいて同じアンテナおよびマッチング回路構成を効率的に使用することを可能にする。例えば、911またはロケーションに基礎を置くサービスをサポートするために、共通の回路構成を電話とGPSの通信の両方に使えるようにする。
図6は、図1のシステムのもう一つの局面を図示する概要ブロック図である。上の図1の分析をさらに拡張するために、システム600は複数のアンテナを備える。図示されているのはアンテナ602,604,606であるが、システムは特別な個数のアンテナに制限されるものではない。図1の説明で定義されるように、例えば第一周波数帯のように、周波数帯の周波数選択可能チャンネルにおいて、これら602−606のアンテナのそれぞれは効果的に共鳴している。各アンテナ602−606は、それぞれ、ライン608,610,612上に、選択されたチャンネル周波数においてインピーダンスでインターフェイスポートを有する。システム600はさらに、対応する複数のマッチング回路(MC)614,616,618を備える。614から618の各マッチング回路は、選択されたチャンネル周波数における共役インピーダンスを供給するために、それぞれ、ライン608から612の上の対応するアンテナ・インターフェイス・ポートと結合されたポートを有する。一つの局面では、アンテナ602−606は異なるチャンネルに同時に効果的に共鳴する。例えば、システムは、一つの送信チャンネルと二つの受信チャンネルを、それぞれ異なる周波数で、サポートできる。もう一つの局面では、アンテナ602−606は同じチャンネルに同時に効果的に共鳴できる。例えば、アンテナの多様性の興味から、同じチャンネル周波数が二つの異なるアンテナで受信され得る。
無線通信をサポートするために、第一と第二アンテナ102/106は、824と894メガヘルツ(MHz)の間の範囲の第一周波数帯に対して、それぞれ第一と第二チャンネルで共鳴し得る。その代わりに、第一周波数帯が、いくつか例を挙げると、1850と1990MHz、880と960MHz、1710と1880MHz、1900と2100MHz、410と450MHz、2400と2480MHz、4900と5900MHz、1565と1585MHzの間の範囲内である。第二周波数帯もまた周波数の範囲の上述のリストによって記述され得る。
共鳴とインピーダンス調節が可能なアンテナは上述の関連出願に記述されていて、これらの特許出願は参照としてここに組み込まれる。アンテナに選択可能な共役インピーダンスを供給することが可能なアンテナ・マッチング回路はこれらの特許出願に記述されていて、これらの特許出願は参照としてここに組み込まれる。
第一と第二アンテナは以下のアンテナの種類のうちの一つであり得る。すなわち、インバーテッド−F、モノポール、ダイポール、ホーン、ループ、へリックス、トラベリング・ウェーブ、クワドリフィラー・へリックス、バランスド、アンバランスド・アンテナ、電気双極、磁気双極、または、容量性負荷磁気双極アンテナ。アンテナ選択共鳴と調節可能インピーダンスの様相を明らかにするのを助けるために、例示的なインバーテッド−Fアンテナが以下に記述される。しかし、本発明システムが、いかなる特別なアンテナの種類に限定されるものではないということは理解されるべきである。第一と第二アンテナが同じタイプのアンテナである必要もない。
図3は、共鳴周波数調節可能インバーテッド−Fアンテナを図示した概要ブロック図である。一つの局面から見ると、第一アンテナ(および/または第二アンテナ)はインバーテッド−Fアンテナ300である。インバーテッド−Fアンテナ300は、アンテナ・ラジエータ304と参照電圧306の間の分路に接続された、第一可変コンデンサ302を含む。例えば、参照電圧は接地され得る。第一コンデンサ302は共鳴周波数を変化させるために使われる。言い換えると、第一コンデンサ302はラジエータ304の有効電気的波長を変化させるために使われる。
一つの局面では、第一可変コンデンサ302は、コントロール電圧に応答する誘電定数を有する強誘電性誘電体と、コントロール電圧を受けるためのライン308上のインターフェイスを含む。上述の可変コンデンサ機能を可能とする強誘電性(FE)コンデンサは、関連出願の節にリストされた特許出願に詳細に記述されている。これらのFE関連の出願は、ここに参照として組み込まれる。例えば、強誘電性可変コンデンサ302は、インターデジタル、ギャップ、または、オーバーレイ・コンデンサで有り得る。しかしながら、次の点に注意する。可変コンデンサ302は、従来の部品、またはFEと従来の部品の組み合わせから作られ得る。
図4は、インピーダンス調節可能インバーテッド−Fアンテナの概要ブロック図である。一つの局面では、第一アンテナは、第一インピーダンスを変化させるために、接地された共鳴部403の足に並んだ、第二可変コンデンサ402を有するインバーテッド−Fアンテナ400である。その代わりに、第三可変コンデンサ404が、第一インピーダンスを変化させるためにマッチング回路(図示されていない)と直列に接続されているのが示される。もう一つのバリエーションとして、第二コンデンサ402と第三コンデンサ404の両方がインピーダンスを変化させるために使われ得る。同様にして、第二アンテナは、同等の方法で変化する第二インピーダンスを与える、インバーテッド−Fアンテナになり得る。図3の説明で述べたように、第二コンデンサ402と第三可変コンデンサ404は、コントロール電圧に応答する誘電定数を有する強誘電性誘電体を含み得る。第二コンデンサ402はコントロール電圧を受け取るためにライン406上にインターフェイスを有し、第三コンデンサ404はコントロール電圧を受け取るためにライン408上にインターフェイスを有する。強誘電性可変コンデンサ402と404は、インターデジタル、ギャップ、または、オーバーレイ・コンデンサであり得る。
示されていない別の局面では、インピーダンスは、ライン104への分路に置かれた可変コンデンサによって制御される。さらに、整合性は、例を挙げるなら「L」,「T」,πネットワークを使うことで変化され得る。さらには、整合は、従来の部品、あるいは、FEと従来の部品の組み合わせで実行され得る。インバーテッド−Fアンテナは、インピーダンスと共鳴周波数の両方を変化させるコンデンサを含み得ることが理解されるべきである(図3を参照)。
図5は、インピーダンス調節可能マッチング回路の概要ブロック図である。第一マッチング回路が例として使われているが、以下の説明は第二マッチング回路にも等しくよく当てはまる。一つの局面では、第一マッチング回路110は、第一チューニング回路500と第二チューニング回路502を含む。これらの回路は直列に置かれて示されているが、並列の置き方もまた可能である。
例示的な第一チューニング回路500は、固定されたインダクタンス値を有する第一インダクタ504と選択可能な容量値を有する第五可変コンデンサ506を含み得る。同様にして、第二チューニング回路502は、固定されたインダクタンス値を有する第二インダクタ508と選択可能な容量値を有する第六可変コンデンサ510を含み得る。
第五コンデンサ506と第六コンデンサ510は、コントロール電圧に応答する誘電定数を有する強誘電性誘電体、および、ライン512と514のそれぞれでコントロール電圧を受け取るインターフェイスを含み得る。第一コンデンサ506と第六コンデンサ510は、インターデジタル、ギャップ、または、オーバーレイ・コンデンサであり得る。
第一、第二チューニング回路500/502は「L」のトポロジーで示されているが、当業者は、同調可能な直列要素、同調可能な分路要素、π、「T」、それに上述の本発明の異なる様々な局面でのトポロジーの組み合わせを使うことで、同じ機能を可能とすることができる。また、チューニング回路は、従来のコンデンサ、バラクター・ダイオード、および/またはFEコンデンサの組み合わせで可能となり得る。
図7は、全二重アンテナ・マッチング・システムを備えた本発明の無線電話の概要ブロック図である。電話700は、第一周波数帯でのアンテナ通信を処理するライン704上の送信ポートとライン706上の受信機ポートを有するトランシーバー702を備える。第一アンテナ102は、第一周波数帯の周波数選択可能第一チャンネルに効果的に共鳴していて、第一チャンネル周波数において第一インピーダンスでライン104上にインターフェイスポートを有する。第二アンテナ106は、第一周波数帯の周波数選択可能第二チャンネルに効果的に共鳴していて、第二チャンネル周波数において応答する第二インピーダンスでライン108上にインターフェイスを有する。
第一マッチング回路110は、第一チャンネル周波数において第一共役インピーダンスでライン104上に、第一アンテナ・インターフェイス・ポートと接続された出力ポートを有する。第一マッチング回路110は、ライン704上にトランシーバー送信ポートに接続された入力ポートを有する。第二マッチング回路112は、第二チャンネル周波数において第二共役インピーダンスでライン108上に、第二アンテナ・インターフェイス・ポートと接続された入力ポートを有する。第二マッチング回路112は、ライン706上にトランシーバー受信ポートに接続された出力ポートを有する。
一つの局面では、第一マッチング回路110は、第一周波数帯で周波数選択可能第一共役インピーダンスを有する。同様にして、第二マッチング回路112は、第一周波数帯で周波数選択可能第二共役インピーダンスを有する。
二つ目の局面では、第一アンテナ102は選択可能第一インピーダンスを有し、第二アンテナ106は選択可能第二インピーダンスを有する。三つ目の局面では、第一アンテナ102の共鳴は周波数選択可能であり、第二アンテナ106の共鳴は周波数選択可能である。
電話700の異なる局面では、トランシーバー702は第二周波数帯でアンテナ通信をさらに加えて処理する。この点で、第一アンテナ102は、第三チャンネル周波数で対応する第三インピーダンスと共に、第二周波数帯において周波数選択可能第三チャンネルに共鳴する。同様にして、第二アンテナ106は、第四チャンネル周波数で対応する第四インピーダンスと共に、第二周波数帯において周波数選択可能第四チャンネルに共鳴する。第一マッチング回路110は第三チャンネル周波数で第三共役インピーダンスを有し、第二マッチング回路112は第四チャンネル周波数で第四共役インピーダンスを有する。
典型的には、電話700は、第一周波数帯と第二周波数帯のどちらか一方に同調して動作し、第一、第二周波数帯の両方同時にはない。しかし、電話700は、第一、第二アンテナ102/106が第一周波数帯に同時に効果的に共鳴する用に動作し得る。第二周波数帯の動作に同調するとき、第一、第二アンテナ102/106は第二周波数帯に同時に効果的に共鳴する。
第一アンテナ102、第二アンテナ106、第一マッチング回路110、第二マッチング回路112のさらなる詳細は、上の図1と3−6の説明で記述されており、簡潔にするためここでは繰り返さない。
図8は、全二重アンテナ・インピーダンス・マッチングのための本発明の方法を描いたフローチャートである。方法は、明快にするため、番号付けられたステップの順列として描かれているが、明示的に述べられなければ、番号付けについて言及されない。これらのステップのいくつかは、スキップされたり、並列的に行われたり、順列の順番を厳密に保持する要求なしに行われたりされ得ることが理解されるべきである。方法はステップ800から始まる。
ステップ802は第一アンテナを、上で定義したように、第一周波数帯の周波数選択可能第一チャンネルで、効果的に共鳴させる。ステップ804は、第一チャンネル周波数で第一アンテナ・インピーダンスを生成する。ステップ806は第二アンテナを、第一周波数帯の周波数選択可能第二チャンネルで、効果的に共鳴させる。804から806に関して、いくつかの局面で、効果的な共鳴とは、第一周波数帯の全てのチャンネルで、30%より大きい効率の共鳴を意味する。ステップ808は、第二チャンネル周波数で第二アンテナ・インピーダンスを生成する。ステップ810は、第一チャンネル周波数で第一共役インピーダンス整合を与える。ステップ812は、第二チャンネル周波数で第二共役インピーダンス整合を与える。
本方法の一つの局面では、第一チャンネル周波数で第一共役インピーダンス整合を与えること(ステップ810)は、周波数選択可能第一共役インピーダンスを与えることを含む。同様にして、ステップ812は周波数選択可能第二共役インピーダンスを与える。
もう一つの別の局面では、第一チャンネル周波数で第一アンテナ・インピーダンスを生成すること(ステップ804)は、周波数選択可能第一インピーダンスを生成することを含む。同様にして、ステップ808は周波数選択可能第二インピーダンスを生成する。もう一つの異なる局面では、第一周波数帯の周波数選択可能第一チャンネルで第一アンテナを効果的に共鳴させること(ステップ802)は、共鳴周波数を選択することを含む。この点で、ステップ806は共鳴周波数を選択する。
もう一つの異なる局面で、この方法はさらなるステップを含む。ステップ814は、第二周波数帯の周波数選択可能第三チャンネルにおいて第一アンテナを効果的に共鳴させる。ステップ816は、第三チャンネル周波数で第三アンテナ・インピーダンスを生成する。ステップ818は、第二アンテナを、第二周波数帯の周波数選択可能第四チャンネルで効果的に共鳴させる。ステップ820は、第四チャンネル周波数で第四アンテナ・インピーダンスを生成する。ステップ822は、第三チャンネル周波数で第三共役インピーダンス整合を与える。ステップ824は、第四チャンネル周波数で第四共役インピーダンス整合を与える。
例えば、第一と第二アンテナが、それぞれ、第一と第二チャンネルで同時に共鳴し得る(ステップ802と806)。その代わりに、第一と第二アンテナが、それぞれ、第三と第四チャンネルで同時に共鳴し得る(ステップ814と818)。次の点に注意する。本方法はステップ802,806,814,818の全四ステップを同時に行う必要はない。
一つの局面では、第一と第二チャンネルは、824と894MHzの間の範囲の第一周波数帯で共鳴する(ステップ802と806)。その他の第一周波数帯の存在範囲は、例を挙げるなら、1850と1990MHzの間、880と960MHzの間、1710と1880MHzの間、1900と2100MHzの間、410と450MHzの間、2400と2480MHzの間、4900と5900MHzの間、1565と1585MHzの間となる。これらと同じ範囲が第二周波数範囲の定義に適用される。
一つの局面では、第一周波数帯の周波数選択可能第一チャンネルに第一アンテナを効果的に共鳴させることは(ステップ802)、第一チャンネルを通じて情報を送信することを含む。第一周波数帯の周波数選択可能第二チャンネルで第二アンテナを効果的に共鳴させることは(ステップ806)、第二チャンネルを通じて情報を受信することを含む。
図9は、図8の方法の別の局面を描いたフローチャートである。方法はステップ900でスタートする。ステップ902は、第一周波数帯で周波数選択可能チャンネルに複数のアンテナを効果的に共鳴させる。これらのチャンネルは、同じ周波数であっても、または、なくてもよい。ステップ904は、各チャンネル周波数でインピーダンスを生成する。ステップ906は、各チャンネル周波数で共役インピーダンス整合を与える。その代わりに、述べたように、各アンテナに共役整合が与えられる。
チャンネル選択可能な全二重アンテナ・システムと方法が提供された。特定のアンテナ・デザイン、マッチング回路デザイン、動作周波数の例が明確化の目的で記述された。しかしながら、本発明は単にこれらの例に制限されるものではない。本発明の他のバリエーションや実施形態は当業者によって見つけられるであろう。
図1は、通信チャンネルを選択的に同調するための、本発明の全二重アンテナ・システムの概要ブロック図である。 図2は、第一と第二チャンネルの間の関係を描いた周波数プロットである。 図3は、共鳴周波数調節可能インバーテッド−Fアンテナを描いた概要ブロック図である。 図4は、インピーダンス調節可能インバーテッド−Fアンテナの概要ブロック図である。 図5は、インピーダンス調節可能マッチング回路の概要ブロック図である。 図6は、図1のシステムのもう一つの局面を描いた概要ブロック図である。 図7は、全二重アンテナ・マッチング・システムを備えた本発明の無線電話の概要ブロック図である。 図8は、全二重アンテナ・インピーダンス・マッチングの本発明の方法を描いたフローチャートである。 図9は、図8の方法のもう一つの局面を描いたフローチャートである。

Claims (19)

  1. 信チャンネルを選択的に同調する全二重アンテナシステム(100)であって
    該システムは、
    第一周波数帯の周波数選択可能第一チャンネルの第一周波数において共鳴する第一アンテナ(102)であって、該第一アンテナ(102)は、該第一アンテナ(102)が該第一周波数帯の該第一チャンネルにおいて信号を送信するときに第一インピーダンスを有する第一アンテナインターフェイスポートを有する、第一アンテナ(102)と、
    該第一周波数帯の周波数選択可能第二チャンネルの第二周波数において共鳴する第二アンテナ(106)であって、該第二アンテナ(106)は、該第二アンテナ(106)が該第一周波数帯の該第二チャンネルにおいて信号を受信するときに第二インピーダンスを有する第二アンテナインターフェイスポートを有する、第二アンテナ(106)と、
    該第一アンテナインターフェイスポート接続された第一出力ポート(104)を含む第一マッチング回路(110)であって、該第一マッチング回路(110)は、該第一アンテナ(102)が該第一周波数帯の該第一チャンネルにおいて信号を送信するときに、該第一アンテナ(102)の該第一インピーダンスに対する第一共役インピーダンス整合を供給し、該第一共役インピーダンス整合は、該第一インピーダンスに対して第一実数抵抗値および第一虚数リアクタンス値を提供する、第一マッチング回路(110)と、
    該第二アンテナインターフェイスポート接続された第二入力ポート(108)を含む第二マッチング回路(112)であって、該第二マッチング回路(112)は、該第二アンテナ(106)が該第一周波数帯の該第二チャンネルにおいて信号を受信するときに、該第二アンテナ(106)の該第二インピーダンスに対する第二共役インピーダンス整合を供給し、該第二共役インピーダンス整合は、該第二インピーダンスに対して第二実数抵抗値および第二虚数リアクタンス値を提供する、第二マッチング回路(112)と
    を備えるシステム。
  2. 記第一マッチング回路(110)の第一共役インピーダンスは、前記第一周波数帯において周波数選択可能であり
    前記第二マッチング回路(112)の第二共役インピーダンスは、該第一周波数帯において周波数選択可能である、請求項1に記載のシステム。
  3. 記第一アンテナ(102)の第一インピーダンスは、選択可能第一インピーダンスであり
    前記第二アンテナ(106)の第二インピーダンスは、選択可能第二インピーダンスである、請求項1に記載のシステム。
  4. 記第一アンテナ(102)は、第二周波数帯の周波数選択可能第三チャンネルの第三周波数において、該第一アンテナ(102)が該第二周波数帯の該第三チャンネルにおいて信号を送信するときに前記第一アンテナインターフェイスポートにおいて供給される対応した第三インピーダンスで共鳴し、
    前記第二アンテナ(106)は、該第二周波数帯の周波数選択可能第四チャンネルの第四周波数において、該第二アンテナ(106)が該第二周波数帯の該第四チャンネルにおいて信号を受信するときに前記第二アンテナインターフェイスポートにおいて供給される対応した第四インピーダンスで共鳴し、
    前記第一マッチング回路(110)は、該第一アンテナ(102)が該第二周波数帯の該第三チャンネルにおいて信号を送信するときに該第一アンテナ(102)の該第三インピーダンスに対する第三共役インピーダンス整合を有し、
    前記第二マッチング回路(112)は該第二アンテナ(106)が該第二周波数帯の該第四チャンネルにおいて信号を受信するときに該第二アンテナ(106)の該第四インピーダンスに対する第四共役インピーダンス整合を有する、請求項1に記載のシステム。
  5. 記第一アンテナ(102)および前記第二アンテナ(106)は、前記第一周波数帯で同時に共鳴し、
    該第一アンテナ(102)および該第二アンテナ(106)は、前記第二周波数帯で同時に共鳴する、請求項に記載のシステム。
  6. 記第一アンテナ(102)は、インバーテッド−Fアンテナ(300)であり、該第一アンテナ(102、300)の共鳴周波数を変えるようにアンテナラジエータ(304)と参照電圧(306)との間の分路に接続された第一可変コンデンサ(302)さらに含み、
    前記第二アンテナ(106)は、インバーテッド−Fアンテナ(300’)であり、該第二アンテナ(106、300’)の共鳴周波数を変えるようにアンテナラジエータ(304’)と参照電圧(306’)との間の分路に接続された第二可変コンデンサ(302’)さらに含む、請求項に記載のシステム。
  7. 記第一可変コンデンサ(302)および前記第二可変コンデンサ(302’)は
    コントロール電圧(308、308’)に応答して該第一可変コンデンサ(302)および該第二可変コンデンサ(302’)の容量を変更させる誘電定数を有する強誘電性誘電体と、
    該コントロール電圧を受け取るためのインターフェイス
    を含む、請求項に記載のシステム。
  8. 記第一アンテナ(102)は、インバーテッド−Fアンテナ(400)であり、該第一アンテナ(102、400)の前記第一インピーダンスを変えるように前記第一マッチング回路(110)と直列接続されている第三可変コンデンサ(404)さらに含み、
    前記第二アンテナ(106)は、インバーテッド−Fアンテナ(400’)であり、該第二アンテナ(106、400’)の前記第二インピーダンスを変えるように前記第二マッチング回路(112)と直列接続されている第四可変コンデンサ(404’)さらに含む、請求項3に記載のシステム。
  9. 記第三可変コンデンサ(404)および前記第四可変コンデンサ(404’)は
    コントロール電圧(408、408’)に応答する誘電定数を有する強誘電性誘電体と、
    該コントロール電圧を受け取るためのインターフェイス
    を含む、請求項に記載のシステム。
  10. 記第一マッチング回路(110)は
    前記第一出力ポート(104)に接続された第一同調回路(500)と、
    該第一同調回路(500)に直列接続された第二同調回路(502)と
    を含み、
    前記第二マッチング回路(112)は
    前記第二入力ポート(108)に接続された第三同調回路(500’)と、
    該第三同調回路(500’)に直列接続された第四同調回路(502’)と
    を含む、請求項2に記載のシステム。
  11. 前記第一マッチング回路(110)の前記第一同調回路(500)は
    固定されたインダクタンス値を有する第一インダクタ(504)と
    選択可能な容量値を有する第五可変コンデンサ(506)と
    を含み、
    該第一マッチング回路(110)の前記第二同調回路(502)は
    固定されたインダクタンス値を有する第二インダクタ(508)と
    選択可能な容量値を有する第六可変コンデンサ(510)と
    を含み、
    前記第二マッチング回路(112)の前記第三同調回路(500’)は
    固定されたインダクタンス値を有する第三インダクタ(504’)と
    選択可能な容量値を有する第七可変コンデンサ(506’)と
    を含み、
    該第二マッチング回路(112)の前記第四同調回路(502’)は
    固定されたインダクタンス値を有する第四インダクタ(508’)と
    選択可能な容量値を有する第八可変コンデンサ(510’)と
    を含む、請求項10に記載のシステム。
  12. 記第五可変コンデンサ(506)、前記第六可変コンデンサ(510)、前記第七可変コンデンサ(506’)および前記第八可変コンデンサ(510’)は
    ントロール電圧に応答する誘電定数を有する強誘電性誘電体と、
    コントロール電圧を受け取るためのインターフェイス
    を含む、請求項11に記載のシステム。
  13. 記強誘電性可変コンデンサ、インターデジタル、ギャップ、オーバーレイコンデンサを含むグループから選択される、請求項に記載のシステム。
  14. 記強誘電性可変コンデンサ、インターデジタル、ギャップ、オーバーレイコンデンサを含むグループから選択される、請求項に記載のシステム。
  15. 二重アンテナシステム(100)におけるインピーダンスマッチングの方法であって
    該方法
    第一アンテナ(102)、該第一アンテナ(102)が第一周波数帯の周波数選択可能第一チャンネルにおいて信号を送信するときに該第一周波数帯の周波数選択可能第一チャンネルの第一周波数において共鳴させること
    該第一アンテナ(102)が該第一周波数帯の該第一チャンネルにおいて信号を送信するときに第一チャンネル周波数において第一アンテナインピーダンスを生成すること
    第二アンテナ(106)、該第二アンテナ(106)が該第一周波数帯の周波数選択可能第二チャンネルにおいて信号を受信するときに該第一周波数帯の周波数選択可能第二チャンネルの第二周波数において共鳴させること
    該第二アンテナ(106)が該第一周波数帯の該第二チャンネルにおいて信号を受信するときに第二チャンネル周波数において第二アンテナインピーダンスを生成すること
    該第一アンテナインピーダンスに対する周波数選択可能第一共役インピーダンス整合を供給することであって、第一マッチング回路(110)が、該第一周波数帯の該第一チャンネル周波数において該第一共役インピーダンス整合を供給し、該第一共役インピーダンス整合は、該第一インピーダンスに対して第一実数抵抗値および第一虚数リアクタンス値を提供する、ことと
    該第二アンテナインピーダンスに対する周波数選択可能第二共役インピーダンス整合を供給することであって、第二マッチング回路(112)が、該第一周波数帯の該第二チャンネル周波数において該第二共役インピーダンス整合を供給し、該第二共役インピーダンス整合は、該第二インピーダンスに対して第二実数抵抗値および第二虚数リアクタンス値を提供する、ことと
    を含む方法。
  16. 記第一チャンネル周波数において前記第一アンテナインピーダンスを生成することは、周波数選択可能第一アンテナインピーダンスを生成することを含み、
    前記第二チャンネル周波数において前記第二アンテナインピーダンスを生成することは、周波数選択可能第二アンテナインピーダンスを生成することを含み、
    前記第一アンテナ(102)は、インバーテッド−Fアンテナ(400)であり、該第一アンテナ(102、400)の前記第一インピーダンスを変えるように前記第一マッチング回路(110)と直列接続されている第三可変コンデンサ(404)をさらに含み、
    前記第二アンテナ(106)は、インバーテッド−Fアンテナ(400’)であり、該第二アンテナ(106、400’)の前記第二インピーダンスを変えるように前記第二マッチング回路(112)と直列接続されている第四可変コンデンサ(404’)をさらに含む、請求項15に記載の方法。
  17. 前記第一アンテナ(102)を前記第一周波数帯の前記周波数選択可能第一チャンネルの第一周波数において共鳴させること、共鳴の周波数を選択することを含み、
    前記第二アンテナ(106)を該第一周波数帯の前記周波数選択可能第二チャンネルの第二周波数において共鳴させること、共鳴の周波数を選択することを含み、
    該第一アンテナ(102)は、インバーテッド−Fアンテナ(300)であり、該第一アンテナ(102、300)の共鳴周波数を変えるようにアンテナラジエータ(304)と参照電圧(306)との間の分路に接続された第一可変コンデンサ(302)をさらに含み、
    該第二アンテナ(106)は、インバーテッド−Fアンテナ(300’)であり、該第二アンテナ(106、300’)の共鳴周波数を変えるようにアンテナラジエータ(304’)と参照電圧(306’)との間の分路に接続された第二可変コンデンサ(302’)をさらに含む、請求項15に記載の方法。
  18. 前記第一アンテナ(102)を、該第一アンテナ(102)が第二周波数帯の周波数選択可能第三チャンネルにおいて信号を送信するときに該第二周波数帯の周波数選択可能第三チャンネルの第三周波数において共鳴させること
    該第一アンテナ(102)が該第二周波数帯の該第三チャンネルにおいて信号を送信するときに第三チャンネル周波数において第三アンテナインピーダンスを生成すること
    前記第二アンテナ(106)を、該第二アンテナ(106)が該第二周波数帯の周波数選択可能第四チャンネルにおいて信号を受信するときに該第二周波数帯の周波数選択可能第四チャンネルの第四周波数において共鳴させること
    該第二アンテナ(106)が該第二周波数帯の該第四チャンネルにおいて信号を送信するときに第四チャンネル周波数において第四アンテナインピーダンスを生成すること
    該第三アンテナインピーダンスに対する第三共役インピーダンス整合を供給することであって、前記第一マッチング回路(110)が、該第二周波数帯の該第三チャンネル周波数において該第三共役インピーダンス整合を供給する、ことと、
    該第四アンテナインピーダンスに対する第四共役インピーダンス整合を供給することであって、前記第二マッチング回路(112)が、該第二周波数帯の該第四チャンネル周波数において該第四共役インピーダンス整合を供給する、ことと
    さらに含む、請求項15に記載の方法。
  19. 前記第一アンテナ(102)が前記第一周波数帯の前記第一チャンネルにおいて信号を送信するとき、および前記第二アンテナ(106)が該第一周波数帯の前記第二チャンネルにおいて信号を受信するときに、該第一アンテナ(102)および該第二アンテナ(106)は、それぞれ、前記第一周波数および前記第二周波数おいて同時に共鳴し、
    該第一アンテナ(102)が前記第二周波数帯の前記第三チャンネルにおいて信号を送信するとき、および該第二アンテナ(106)が該第二周波数帯の前記第四チャンネルにおいて信号を受信するときに、該第一アンテナ(102)および該第二アンテナ(106)は、それぞれ、前記第三周波数および前記第四周波数おいて同時に共鳴する、請求項18に記載の方法。
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