JP4394680B2 - アンテナの電気的長さを調節するためのシステムおよび方法 - Google Patents

Description

（関連出願）
本出願は、題目が「Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｔｅｌｅｐｈｏｎｅ Ａｎｔｅｎｎａ Ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｓｙｓｔｅｍ」の米国特許出願１０／４０７，６０６号（２００３年４月３日出願）、題目が「Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｗｉｔｃｈ （ＭＥＭＳ） Ａｎｔｅｎｎａ」の米国特許出願１０／３７１，７９２号（２００３年２月２１日出願）、題目が「Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｗｉｔｃｈ （ＭＥＭＳ） Ａｎｔｅｎｎａ Ａｒｒａｙ」の米国特許出願１０／３７１，５６４号（２００３年２月２１日出願）、題目が「Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ａｎｔｅｎｎａ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｔｕｎｉｎｇ Ｓａｍｅ」の米国特許出願１０／１１７，６２８号（２００２年４月４日出願）、題目が「Ｉｎｖｅｒｔｅｄ−Ｆ Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ａｎｔｅｎｎａ」の米国特許出願１０／１２０，６０３号（２００２年４月９日出願）に関連する。

本発明は概して無線通信アンテナに関し、詳しくは、ポータブル無線通信装置アンテナの試験周波数を調整するためのシステムおよび方法に関する。

例えば、電話器のようなポータブル無線通信装置の大きさは、機能性の増加にもかかわらず、縮小化し続けている。結果として、その設計者は、その大きさを縮小させ、または所望の位置にそれらの構成要素を配置する一方で、その構成要素または装置サブシステムの性能を増加させなければならない。このような重大な意味をもつ１つの構成要素が無線通信アンテナである。このアンテナは、電話用トランシーバ、または例えばＧＰＳ（ｇｌｏｂａｌ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）に接続される。

無線電話機は多くの異なる周波数帯域で動作する。米国では、約８５０メガヘルツ（ＭＨｚ）においてはセルラーの帯域（ＡＭＰＳ）が、約１９００ＭＨｚにおいてはＰＣＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）帯域を使用している。他の周波数帯域では、約１８００ＭＨｚにおいてはＰＣＮ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、約９００ＭＨｚにおいてはＧＳＭ（Ｇｒｏｕｐｅ Ｓｐｅｃｉａｌｅ Ｍｏｂｉｌｅ）システム、および約８００ＭＨｚ〜１５００ＭＨｚにおいてはＪＤＣ（Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｅｌｌｕｌａｒ）を含んでいる。関与する他の帯域は、約１５７５ＭＨｚにおいてはＧＰＳ信号、約２４００ＭＨｚにおいてはＢｌｕｅｔｏｏｔｈである。

従来、有効な通信成果は、ホイップアンテナを使用して達成されてきた。例えば、無線電話機を使用する場合、ヘリカルアンテナおよびホイップアンテナの組合せを使用することが典型的である。ホイップアンテナが引っ込められた待機モードでは、スタビー（ｓｔｕｂｂｙ）でローゲインヘリカルコイルを使用し、制御チャンネル通信を維持する。トラフィックチャンネルが開始される（電話が鳴る）と、その使用者は、ハイヤーゲインホイップアンテナを伸ばすことを選択する。いくつかの装置は、ヘリカルアンテナとホイップアンテナとを結合する。他の装置は、ホイップアンテナが伸びる場合には、ヘリカルアンテナを切断する。しかし、ホイップアンテナは、無線電話機の全体の形状因子を増加させている。

例えば、ｄｃパワーバス（ｐｏｗｅｒ ｂｕｓ）、電磁気ラジエータのような回路基板の一部を使用することが知られている。この解決法により、シャーシ本体から伸びるアンテナの問題が取り除かれる。プリント回路基板、またはマイクロストリップアンテナは、専ら電磁気通信の目的のために形成される。これらのアンテナは、小型要素中、相対的に高性能を提供する。

すべてのユーザーが、最高性能のためにアンテナホイップが伸びることを理解するわけではなく、この突起がポケットまたは財布の中で引っかかり、そのホイップが所望でない形状ファクターを形成するので、シャーシに組み込まれたアンテナの形が研究されている。つまり、このアンテナは、ホイップ、パッチ、または関連する修正物のいずれであろうと、電話機のシャーシ中に形成され、またはそのシャーシによって入れられる。このアプローチは、所望の電話機形成ファクターを形成する一方で、このアンテナは、ユーザー操作、ユーザーに誘発される他の負荷作用に影響を受けやすい。例えば、テーブル上に存在する場合に８２４〜８９４メガヘルツ（ＭＨｚ）間のバンド幅において動作するように調整されたアンテナは、ユーザーの手に持たれている場合には、７９０〜８３０ＭＨｚ間で動作するように最適に調整され得る。さらに、この調整は、ユーザーの物理的特長並びにそれらの電話機の持ち方および動作方法の選択に依存し得る。このようにして、従来の組み込まれたアンテナを工場調整することは非現実であり得、ユーザー操作の作用の原因となる。
欧州特許出願第ＥＰ−Ａ−１ ２２０ ３５４号は、閉ループアンテナ調整システム（ｃｌｏｓｅｄ ｌｏｏｐ ａｎｔｅｎｎａ）を開示し、このシステムはサウンディング技術（ｓｏｕｎｄｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）を使用している。具体的には、このシステムは伝送の調節閾値に到達しない低水準の信号を生成して、上記システムのレスポンスの共振振動数を調節する。この技術によれば、このアンテナシステムを調整している間には、通信は起こり得ない。

無線通信装置のアンテナが最大の効率で動作するように監視され、修正され得るならば、それは有利なことである。

たとえばユーザー操作の作用により、無線装置がアンテナ調整において減衰を検出し得るならば、それは有利なことである。

ユーザー操作または他のアンテナのデチューニングメカニズム（ｄｅｔｕｎｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）の作用の検出に応答して、無線装置アンテナ調整が修正され得るならば、それは有利なことである。

（発明の要旨）
本発明は、アンテナの電気的長さを検出するための無線通信装置システムおよび方法について記載する。つまりは、この装置は、例えばユーザー操作に応答してアンテナデチューニングを検出する。検出された情報を使用して、この装置はアンテナの特徴を修正し、アンテナを「動」かし、その対象動作周波数における調整を最適化する。

したがって、アンテナの電気的長さを調節するための方法が提供される。この方法は：トランシーバとアンテナとの間で所定の周波数で伝送線信号を伝達すること；伝送線信号を検出すること；および伝送線信号の検出に応答してアンテナの電気的長さを修正することを含む。伝送線信号を検出することは、典型的には、伝送線信号パワーレベルを検出することを意味する。

ある局面では、伝送線信号の検出に応答してアンテナの電気的長さを修正することは、アンテナインピーダンスを修正することを含む。
代替的には、アンテナの電気的長さを修正することは、トランシーバとアンテナとの間の伝送線信号の強さを最適化することを含むということが述べられ得る。

さらに具体的には、トランシーバとアンテナとの間において所定周波数で伝送線信号を伝達することは、アンテナポートにおいてトランシーバからの電装線信号を受信することを含む。次いで、伝送線信号を検出することは、アンテナポートから反射した伝送線信号を計測することを含む。

この方法のある局面では、このアンテナは、ラジエータ、カウンタポイズ、並びにこのラジエータおよびカウンタポイズとともに主に配置される誘電体を備える。次いで、伝送線信号の検出に応答してアンテナの電気的長さを修正することは、誘電体の誘電率を変更することを含む。ある局面では、このアンテナの誘電体は、可変誘電率を有する強誘電体材料を備える。

代替的には、このアンテナは、少なくとも１つの選択的に接続されるマイクロエレクトロメカニカルスイッチ（ＭＥＭＳ）を有するラジエータ（ｒａｄｉａｔｏｒ）を備える。次いで、伝送線信号の検出に応答してアンテナの電気的長さを修正することは、ＭＥＭＳの接続に応答してラジエータの電気的長さを変更することを含む。他の局面では、ＭＥＭＳは、カウンタポイズの電気的長さを変更するように使用され得る。

アンテナの電気的長さを調節するための上述の方法およびアンテナシステムのさらなる詳細は以下に提供される。

（好ましい実施形態についての詳細な説明）
図１は、アンテナの電気的長さを調節するための本発明のアンテナシステムの模式的なブロック図である。このシステム１００は、能動素子１０４を有するアンテナ１０２を備え、能動素子１０４は、制御信号に対応する電気的長さを有し、アンテナポートは伝送線１０６に接続され、伝送線信号を送受信する。アンテナ１０２は、能動素子に接続および制御信号を受信する線１０８上に制御ポートを有する。特に、無線電話システム関連では、能動素子の所定動作周波数は、８２４〜８９４メガヘルツ（ＭＨｚ）、１８５０〜１９９０ＭＨｚ、１５６５〜１５８５ＭＨｚ、および２４００〜２４８０ＭＨｚの周波数範囲を含む。アンテナの電気的長さは、（最適に調整された）アンテナの動作周波数と直接的に関連性を有することが理解され得る。例えば、周波数１８７５ＭＨｚで動作するように設計されたアンテナは、誘電率を有する媒質を介して伝播する電磁波の１／４の波長である効率的な電気的長さを有し得る。電気的長さは、近接する誘電体の特徴に対応する効率的な電気的長さであると考えられ得る。

検出器１１０は、伝送線信号を検知するために、伝送線１０６に動作可能なように接続される線１１２上に入力を、および検出信号を提供するために線１１４上に出力を有する。動作可能なように接続されるということは、この明細書中で使用されるように、介在素子を介して直接接続または間接接続のいずれか一方を意味する。調節回路１１６は、検出信号を受信するために線１１４上で検出器出力に接続された入力、および対象アンテナの電気的長さに対応する基準信号を受信するために接続された線１１８上に基準入力を有し、この電気的長さは、線１０６上の伝導伝送線信号（ｔｈｅ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｌｉｎｅ ｓｉｇｎａｌ）の周波数に関係する。調節回路１１６は、線１０８においてアンテナに接続される出力を有し、検出信号および基準（以下同様）信号に応答して制御信号を提供する。システム１００の無線電話アプリケーションがさらに、フィルター、デュプレクサ、およびアイソレータ（示さず）を備えることに注目したい。

システム１００のある局面では、アンテナポートは、能動素子１０４の電気的長さの変化に応答して伝送線信号を反射する。次いで、検出器１１０は、伝送線１０６上のアンテナポートから反射された伝送線信号を検知する。つまり、アンテナポートは、能動素子１０４の電気的長さの変化に応答して変化するパワーレベルにおいて伝送線信号を反射し、検出器１１０は、反射パワーレベルルの変化に対応する伝送線信号を検知する。代替的に述べられることには、アンテナポートは伝送線１０６上に入力インピーダンスを有し、入力インピーダンスは電気的長さ、あるいは能動素子１０４の最適調整された動作周波数の変化に対応して変化する。検出器１１０は、アンテナポートのインピーダンス変化中の変化に対応する伝送線信号を検知する。典型的には、電気的近接の誘電媒体中の変化を原因とする。つまり、効率的な電気的長さは、能動素子付近にある誘電媒体が変化すると変化する。例えば、無線電話アンテナは、テーブル上に置かれていることに対応する第１の電気的長さ、ユーザーの手中にあるか、またはユーザーの手に近接して置かれていることに対応する第２の電気的長さを有し得る。それは、アンテナの電気的長さの変化を引き起こす周囲の誘電媒体の誘電率の変化である。

伝送線信号を提供するために伝送線１０６に接続されるポートを有するトランシーバ１２０も示される。検出器１１０は、トランシーバ１２０によって提供される伝送線信号およびアンテナポートから反射される伝送線信号を検知する。

図２は、強誘電体材料を備え得る図１のアンテナの部分断面図である。能動素子１０４は、カウンタポイズ２００および誘電体２０２を含み、誘電体２０２は、線１０８上の制御信号に対応する誘電率を有するカウンタポイズ２００と近接して配置される。さらに、能動素子は、誘電率の変化に対応する電気的長さを有するラジエータ２０４を含む。ある局面では、誘電体２０２は、線１０８上の制御信号の電圧レベルの変化に応答して変化する可変誘電率を有する強誘電体材料２０６を含む。

ダイポールアンテナが具体的に示され、ここでラジエータおよびカウンタポイズは、１／４の波長の奇数倍数（２ｎ＋１）（λ／４）（ここで、ｎ＝０，１，２，．．）であるアンテナの電気的長さにおいて効率的な電気的長さを有する放射素子である。つまり、この波長は、近接した誘電材料の誘電率に対応し、動作周波数は、変誘電率の変化により修正される。モノポールアンテナおよびパッチアンテナ（ｐａｔｃｈ ａｎｔｅｎｎａ）動作周波数は、異なる制御信号電圧を（反対側の）強誘電体材料に与えることにより変化されることによって同様であり得る。逆Ｆアンテナは、ラジエータの端と接地平面との間、および／またはアンテナポートからラジエータまで連続している強誘電体キャパシタを使用して調整される。本発明との関連での使用に適切な強誘電体のアンテナ設計のさらなる詳細は、上述の、関連出願として引用された出願において見出され得る。これらの関連出願は明細書に援用される。

図３は、マイクロエレクトロメカニカルスイッチ（ＭＥＭＳ）を備え得る図１のアンテナの平面図である。制御信号に対応し、少なくとも１つの選択的に接続され得るＭＥＭＳ３００を能動素子１０４は備える。１つの局面では、能動素子がモノポールアンテナまたはパッチアンテナであるような場合、ラジエータ３０２は電気的長さ３０４を有し、この電気的長さ３０４は、ＭＥＭＳ３００に選択的に接続することに対応して変化する。

他の局面では、アンテナがダイポールである場合、示されるように、アンテナの能動素子１０４は、電気的長さ３０８を有するカウンタポイズ３０６を備え、この電気的長さ３０８は、ＭＥＭＳ３１０の選択的な接続に応答して変化する。ダイポールアンテナのみが具体的に表されているが、アンテナ調整のＭＥＭＳのコンセプトは、本発明を適用し得る広く多様なアンテナの型に適用する。制御信号は、ＭＥＭＳセクションと選択的に接続または切断するために使用される。ラジエータ３０２の一部として備える単一のＭＥＭＳのみが示されるが、他の局面では、このラジエータは多くのＭＥＭＳ備え得ることに注目したい。ＭＥＭＳアンテナ設計のさらなる詳細は、上で関連出願として引用した、ＭＩＣＲＯＥＬＥＣＴＲＯＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＳＷＩＴＣＨ （ＭＥＭＳ） ＡＮＴＥＮＮＡの出願中に見出され得る。この出願は本明細書中に援用される。

図１に戻り、カップラ１３０は、伝送線１０６に接続される入力、および線１１２上で検出器の入力に接続される出力を有する。検出器１１０は、結合信号をｄｃ電圧に変換し、線１１４上で検出信号としてｄｃ電圧を提供する。種々のカップラおよび検出器の設計は、本発明の使用を適用し得る当業者には既知である。

典型的には、検出器１１０は、整流ダイオードおよびキャパシタ（示されてない）を備える。それゆえ、検出器１１０は、一様でない周波数応答を有する。ある局面においては、レギュレータ（以下同様）回路１１６は、結合信号の周波数と相互参照されるｄｃ電圧計測を有するメモリ１３２を備える。典型的には、キャリブレーションは、ｆ１以上またはｆ１以下のどちらかの周波数に対して正または負の電圧オフセットを有するバンドパスの中心周波数（ｆ１）において０ボルトのオフセットを生成するようになされ得る。しかし、他のキャリブレーション体系が可能である。調節回路１１６は、周波数オフセット制御信号を線１０８上に提供し、この信号は、線１１８上の基準信号に対応する。

典型的には、カップラ１３０は、一様でない周波数応答を有する。システム１００の他の局面は、調節回路１１６は、結合信号の周波数と相互参照される結合信号の強度計測を有するメモリ１３４を備える。上述のように、キャリブレーションは、ｆ１以上の周波数またはｆ１以下の周波数のいずれかに対して正のオフセットまたは負のオフセットとするバンドバスの中心周波数（ｆ１）においてゼロオフセットを作成するためになされ得る。このオフセットは、制御信号を間接的に修正するために検出信号に追加され得るか、または制御信号を直接的に修正するように追加され得るかのいずれかである。にもかかわらず、調節回路１１６は、線１１８上の基準信号に対応する周波数オフセット制御信号を線１０８上に提供する。線１１８上の基準信号はアナログ電圧であり得、このアナログ電圧は、対象アンテナの動作周波数を示す。代替的には、基準信号は、対象アンテナの動作周波数のデジタル表現であり得る。調節回路１１６が、検出器とカップラとの間でキャリブレーションするためのメカニズムを有し得ることに注目したい。

このシステム１００のある局面では、調節回路１１６は、以前の制御信号修正を記憶するためのメモリ１３６を備える。以上から、アンテナの能動素子１０４は、起動時、記憶された制御信号修正で開始し得る。無線電話との関連では、メモリ１３６は、例えばユーザーの通常の手の位置に対応して、平均修正を記憶するために使用され得る。開始値として平均修正を使用することにより、多大な資源効率となる。

図４ａおよび図４ｂは模式的なブロック図であり、アンテナの電気的長さを調節するための本発明のアンテナシステムの変形物を示している。図４ａは、時間二重トランシーバを示している。時間二重トランシービングシステムは、送受信信号が同一周波数であるが、時分割な多重システムであると理解される。例えば、時間重複トランシーバは、時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）無線電話システムプロトコルを表す。システム４００は、制御信号、伝送線信号を送受信するために伝送線４０６に接続されるアンテナポート、および能動素子４０４に接続され、および線４０８上の制御信号を受信する制御ポートに対応する電気的長さをもつ能動素子４０４を有するアンテナ４０２を備える。半二重トランスミッタ４１０は伝送線４１２上にポートを有し、アンテナポートに伝送線信号を提供する。半二重レシーバ４１４は、アンテナポートから反射した伝送線信号を受信する伝送線４１６上に入力ポート、および受信された伝送線信号の評価を提供するために線４１８上に出力ポートを有する。

トランスミッタ４１０、レシーバ４１４およびアンテナ４０２が示され、これらはデュプレクサ４２０に接続される。ついで、レシーバ４１４は、アンテナ４０２によって反射される伝送信号を計測し、この信号はデュプレクサを介してリークする。代替的には、示されないが、アイソレータ（または、サーキュレータ）は、線４０６上のアンテナポートに接続される第１のポート、および線４１２上のトランスミッタポートに接続される第２のポートを備え得、第２のポートは第１のポートから最小限に分離される。このアイソレータは、線４１６上にレシーバポートに接続される第３のポートを備え得、この第３のポートは、第１のポートから最小限に分離され、最大限に第２のポートから分離される。

レギュレータ回路４２２は、伝送線信号評価を受信するために線４１８上でレシーバの出力に接続される入力、およびアンテナの電気的長さに対応する基準信号を受信するために線４２４上に基準入力を有し、このアンテナの電気的長さは順に、トランスミッタ４１０によって提供される伝導伝送線信号の周波数に関連する。レギュレータ回路４２２は線４０８上のアンテナに接続された出力を有し、信号評価および基準信号に応答して制御信号を提供する。

ある局面では、レシーバ評価は、自動ゲイン制御電圧の計測である。つまり、レシーバ４１４は、受信信号の信号強度に対応する評価を提供する。このアンテナがうまくマッチすれば、つまり、トランスミッタから受信する伝導伝送線信号の周波数で動作するように調整されれば、ほとんどの信号は反射しない。その結果、レシーバ４１４が低い信号強度の反射パワーレベルルを計測する場合、このアンテナは適切に調整される。このアンテナ調整は、最小信号強度レベルを検索して見つけ出すことによって改善され得る。

代替的には、レシーバは受信された信号をデコードし得、デコードされたビット誤り率（ＢＥＲ）を使用して、アンテナマッチングを評価し得る。上述のように、このアンテナがうまくマッチング（以下同様）する場合、反射信号強度は低い。結果として、うまくマッチしたアンテナのＢＥＲ率は高い。アンテナ調整は、最大ＢＥＲを検索して見つけ出すことによって改善され得る。他のバリエーションでは、受信された復調信号は、（事前変調された（ｐｒｅ−ｍｏｄｕｌａｔｅｄ）伝送信号と比較され得、アンテナマッチングを評価し得る。図１のシステム中のように、レギュレータ回路４２２は、事前のアンテナ修正を有するメモリ（示されず）を備え得、システムの初期設定において使用し得る。

図４ｂは、線４１２上および線４０６上で接続されたポートを備えるアイソレータ４３０を示し、このアイソレータ４３０は、伝送された伝送線信号をアンテナポートに通す。さらにアイソレータ４３０は線１１２上にポートを備え、アンテナポートによって反射した伝送線信号を提供する。検出器１１０はアイソレータ４３０に接続され、反射された伝送線信号を受信する。図１のように、検出器１１０は、レギュレータ回路１１６に検出信号を提供し、レギュレータ回路１１６は検出信号に応答して制御信号を生成する。

図５ａおよび図５ｂは、アンテナの電気的長さを調節するための本発明の方法を示すフローチャートである。この方法（および下記の図６および図７の方法）は、明確にするために番号が付けられた一連のステップとして示されるが、明白な陳述がない限り、順序はその番号付けから推測されるべきではない。これらのステップの一部はスキップされ、同時に実行され、または連続した順序を厳密に維持する必要することなく実行され得ることが理解されるべきである。この方法は、ステップ５００から開始する。

ステップ５０２は、トランシーバとアンテナとの間において所定周波数で伝送線信号を通信する。工程５０４では、伝送線信号を検知する。工程５０６では、伝送線信号の検知に応答してアンテナの電気的長さを修正する。無線通信装置電話の使用に関するある局面では、ステップ５０６においてアンテナの電気的長さを修正することには、８２４〜８９４メガヘルツ（ＭＨｚ）、１８５０〜１９９０ＭＨｚ、１５６５〜１５８５ＭＨｚ、または２４００〜２４８０ＭＨｚ周波数で動作するようにアンテナの電気的長さを修正することを含む。

この方法のある局面では、ステップ５０４において伝送線信号を感知（以下同様）することには、伝送線信号のパワーレベルルを検知することを含む。他の局面では、ステップ５０６において伝送線信号の検知に応答してアンテナの電気的長さを修正することは、アンテナインピーダンスを修正することを含む。代替的には、ステップ５０６は、トランシーバとアンテナとの間の伝送線信号強度を最適化することによって電気的長さを修正する。

ある局面では、このアンテナはアンテナポートを備え、ステップ５０２においてトランシーバとアンテナとの間において所定の周波数で伝送線信号を通信することには、アンテナポートにおいてトランシーバからの伝送線信号を受信することを含む。次いで、ステップ５０４において伝送線信号を検知することは、アンテナポートから反射した伝送線信号を計測することを含む。

他の局面では、このアンテナは、ラジエータ、カウンタポイズ、並びにラジエータおよびカウンタポイズと近接して配置される誘電体を備える。次いで、ステップ５０６において伝送線信号を検知することに応答してアンテナの電気的長さを修正することには、誘電体の誘電率を変更することを含む。１つの局面では、このアンテナの誘電体は、可変の誘電率を有する強誘電体材料を備える。次いで、ステップ５０６における誘電体の誘電率を変更することには、サブステップを含む。ステップ５０６ａでは、制御電圧を強誘電体材料に提供する。ステップ５０６ｂは、制御電圧の変化に応答して強誘電体材料の誘電率を変更する。

他の局面では、このアンテナは、少なくとも１つ選択的に接続可能なマイクロエレクトロメカニカルスイッチ（ＭＥＭＳ）を有するラジエータを備える。次いで、ステップ５０６において伝送線信号を検知することに応答してアンテナの電気的長さを修正することには、ＭＥＭＳへの接続に応答してラジエータの電気的長さを変更することを含む。ある局面においては、このアンテナは、少なくとも１つの選択的に接続可能なＭＥＭＳ有するカウンタポイズを備える。次いで、ステップ５０６において、このアンテナの電気的長さを修正することには、（カウンタポイズ）ＭＥＭＳへの接続に応答してカウンタポイズの電気的長さを変更することを含む。

この方法の他の局面では、ステップ５０４において伝送線信号を検知することには、サブステップを含む。ステップ５０４ａは伝送線信号を結合する。ステップ５０４ｂでは、結合信号を生成する。ステップ５０４ｃでは、結合信号をｄｃ電圧に変換する。ステップ５０４ｄではｄｃ電圧の大きさを計測する。ある局面では、アンテナは、アイソレータを介してトランスミッタに接続される。次いで、伝送線信号を検知することには、伝送された伝送線信号のパワーレベルルを、アイソレータを介して検知することを含む。

本方法の他の局面ではさらなるステップが含まれる。工程５０１ａでは、ｄｃ電圧測定値と結合信号周波数とをキャリブレートする。ステップ５０１ｂでは、結合信号の周波数を決定する。次いで、ステップ５０４において伝送線信号を検知することには、決定された結合信号周波数に応答してｄｃ電圧計測値をオフセットすることを含む。ある局面では、ステップ５０１ｃでは、結合信号強度と結合信号周波数とをキャリブレートする。次いで、ステップ５０４において伝送線信号を検知することには、決定された結合信号周波数に応答してｄｃ電圧計測値をオフセットすることを含む。

この方法の他の局面ではさらなるステップを含む。ステップ５０８では、事前のアンテナの電気的長さの修正を記憶する。ステップ５１０では、初期設定時に記憶された修正値を有するアンテナを初期化する。

ある局面では、ステップ５０１ｄでは初めに、アンテナの電気的長さをキャリブレートし、近接の誘電体材料の所定の第１の周囲条件において、伝送線信号をトランシーバと通信する。ステップ５０１ｅは、近接の誘電体材料のアンテナの第１の周囲条件から誘電体材料のアンテナの第２の周囲条件へ変更する。次いで、ステップ５０４において伝送線信号を検知することには、アンテナの第２の周囲条件による伝送線信号の変化を検知することを含む。ステップ５０６においてアンテナの電気的長さを修正することは、アンテナの第２の周囲条件に応答してアンテナの電気的長さを修正することを含む。

ある局面では、トランシーバおよびアンテナは、ポータブル無線通信電話の構成要素である。次いで、近接の誘電体材料のアンテナの第１の周囲条件から誘電体材料のアンテナの第２の周囲環境に変更することは、ユーザーが電話を操作することを含む。

方法の他の局面では、アンテナは、トランスミッタおよびレシーバを有する半二重トランシーバに接続される。次いで、ステップ５０４において、伝送線信号を検知することは、代替のサブステップを含む。工程５０４ｅは、レシーバにおいて通信された伝送線信号を受信する。工程５０４ｆは、受信された伝送線信号を復調する。工程５０４ｇでは、受信メッセージと伝送メッセージを比較することによって、または受信メッセージを訂正するためにＦＥＣを使用することによって、復調信号における誤り率を計算する。

図６は、放射信号の効率を制御するための本発明の方法を示すフローチャートである。この方法はステップ６００から開始する。ステップ６０２は、所定周波数で電磁気信号を放射する。ステップ６０４は、放射電磁気信号（ｒａｄｉａｔｅｄ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｓｉｇｎａｌ）と伝導電磁気信号（ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｓｉｇｎａｌ）を変換する。工程６０６は、電導信号を検知する。ステップ６０８は、伝導信号（ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｓｉｇｎａｌ）を検知することに応答して放射信号強度を増加させる。

ある局面では、ステップ６０６において伝導信号を検知することは、伝導信号パワーレベルルを検知することを含む。他の局面では、ステップ６０８において伝導信号を検知することに応答して放射信号強度を増加させることは、放射信号と伝導信号との間のインターフェースにおけるインピーダンスマッチを改善することを含む。代替的には、ステップ６０８は、放射信号と伝導信号との間のインターフェースで反射される伝導信号の信号強度を最小化することによって放射信号強度を増加させることが述べられ得る。

図７は、アンテナの動作周波数を調節する本発明の方法を示すフローチャートである。この方法はステップ７００から開始する。ステップ７０２は、トランシーバとアンテナとの間において所定周波数で伝送線信号を通信する。ステップ７０４は、伝送線信号を検知する。ステップ７０６では、伝送線信号を検知することに応答してアンテナの動作周波数を修正する。

アンテナのミスマッチングを検知することに応答して無線装置アンテナの動作周波数を変えるためのシステムおよび方法が提供されている。例示では検知技術を与えられ、本発明の特別な応用を示す。しかし、本発明は、単なるこの例示の検知手段に制限されない。同様に、例示は、選択可能な電気的長さを有するアンテナが与えられている。しかし、もう一度、本発明は、特定のアンテナの型に制限されない。最終的には、無線電話システムと関連して、本発明が導入されてきたけれども、本発明は、放射通信用のアンテナを使用して、いずれのシステムに対しても広範な意味を含んでいる。本発明の他のバリエーションおよび実施形態は当業者に想起され得る。

アンテナの電気長さを調節するための本発明のアンテナシステムの模式的なブロック図である。 強誘電体材料により使用可能な図１のアンテナの部分断面図である。 マイクロエレクトロメカニカルスイッチ（ＭＥＭＳ）により使用可能な図１に記載のアンテナの平面図である。 アンテナの電気的長さを調節するための本発明のアンテナシステムの変形を示す模式的なブロック図である。 アンテナの電気的長さを調節するための本発明の方法を示すフローチャートである。 アンテナの電気的長さを調節するための本発明の方法を示すフローチャートである。 放射信号の効率を制御するための本発明の方法を示すフローチャートである。 アンテナの動作周波数を調節するための本発明の方法を示すフローチャートである。

Claims (27)

1. 無線通信装置のアンテナ（１０２、４０２）を動的にチューニングする方法であって、
   該方法は、
   第１の電気的長さを有するように該アンテナ（１０２、４０２）をチューニングして（５０１ｄ）、該無線通信装置の第１の位置で該無線通信装置を動作させることであって、該第１の位置は、第１の周囲条件にあり、該第１の周囲条件は、第１の誘電率の第１の誘電媒体を含み、該アンテナ（１０２、４０２）は、該無線通信装置内の伝送線（１０６、４０６）によってトランシーバ（１２０）に結合される、ことと、
   伝送線信号が該アンテナ（１０２、４０２）を介して放射されるように、該伝送線（１０６、４０６）を介して所定の周波数で通信信号を伝送すること（５０２）と
   を含み、
   該方法は、
   該アンテナ（１０２、４０２）から反射された該伝送線（１０６、４０６）上の反射伝送線信号を検知すること（５０４）であって、該反射伝送線信号は、該無線通信装置の第２の位置で該無線通信装置が動作したことにより生じる該アンテナ（１０２、４０２）のチューニング（５０１ｄ）の低下を示し、該第２の位置は、第２の周囲条件にあり、該第２の周囲条件は、第２の誘電率の第２の誘電媒体を含む、ことと、
   該反射伝送線信号を検知すること（５０４）に応答して該アンテナ（１０２、４０２）の該第１の電気的長さを第２の電気的長さへと修正すること（５０６）であって、該第２の電気的長さは、該アンテナ（１０２、４０２）をチューニングして、増大した信号強度で該伝送線信号が該アンテナを介して放射されるように、該無線通信装置を該第２の周囲条件で動作させる、ことと、
   該伝送線信号が該アンテナ（１０２、４０２）を介して放射されるように、該伝送線（１０６、４０６）を介して該所定の周波数で該伝送線信号を伝送すること（５０２）と
   を特徴とし、
   該アンテナ（１０２）は、
   ラジエータ（２０４）、カウンタポイズ（２００）、および該ラジエータ（２０４）と該カウンタポイズ（２００）とに近接して配置される可変の誘電体（２０２）を備え、
   該アンテナ（１０２）の第１の電気的長さを修正すること（５０６）は、該可変の誘電体（２０２）の誘電率を変更すること（５０６ｂ）を含み、
   該可変の誘電体（２０２）は、可変の誘電率を有する強誘電体材料（２０６）をさらに備え、
   該誘電体（２０２）の誘電率を変更すること（５０６ｂ）は、制御電圧を該強誘電体材料（２０６）に供給すること（５０６ａ）と、該制御電圧を変更することに応答して該強誘電体材料（２０６）の可変の誘電率を変更すること（５０６ｂ）と
   を含む、方法。
2. 前記反射伝送線信号を検知すること（５０４）は、前記伝送線（１０６、４０６）の信号のパワーレベルを検知することを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記アンテナ（４０２）は、前記伝送線（４０６）を介してアイソレータ（４３０）に結合され、該アイソレータは、トランスミッタ（４１０）に接続され、
   前記反射伝送線信号を検知すること（５０４）は、該アイソレータ（４３０）を介して、該伝送線（４０６）の伝送された信号の信号パワーレベルを検出することを含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記アンテナ（１０２、４０２）の前記第１の電気的長さを修正すること（５０６）は、該アンテナのインピーダンスを修正することを含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記アンテナ（１０２、４０２）の前記第１の電気的長さを修正すること（５０６）は、該アンテナ（１０２、４０２）から反射される前記反射伝送線信号を低減することを含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記アンテナ（１０２）は、少なくとも１つの選択的に接続可能なマイクロエレクトロメカニカルスイッチ（ＭＥＭＳ）（３００）を有するラジエータ（３０２）を備え、該ラジエータ（３０２）は、ラジエータ電気的長さ（３０４）を有し、
   前記アンテナ（１０２）の第１の電気的長さを修正すること（５０６）は、ＭＥＭＳスイッチングを介して該ラジエータ（３０２）のラジエータ電気的長さ（３０４）を変更することを含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記アンテナ（１０２）は、少なくとも１つの選択的に接続可能なＭＥＭＳ（３００）を有するカウンタポイズ（３０６）をさらに備え、該カウンタポイズ（３０６）は、カウンタポイズ電気的長さ（３０８）を有し、
   前記アンテナ（１０２）の第１の電気的長さを修正すること（５０６）は、ＭＥＭＳスイッチングを介して該カウンタポイズ（３０６）の該カウンタポイズ電気的長さ（３０８）を変更することをさらに含む、請求項６に記載の方法。
8. 前記反射伝送線信号を検知すること（５０４）は、
   検出器（１１０）を前記伝送線（１０６）にカップリングすること（５０４ａ）と、
   結合信号を生成すること（５０４ｂ）と、
   該結合信号をＤＣ電圧に変換すること（５０４ｃ）と、
   該ＤＣ電圧の大きさを計測すること（５０４ｄ）と
   を含む、請求項１に記載の方法。
9. 調節回路（１１６、４２２）の第１のメモリ（１３２）を用いて前記ＤＣ電圧計測値を前記結合信号の周波数にキャリブレートすること（５０１ａ）と、
   該結合信号の周波数を決定すること（５０１ｂ）と
   をさらに含み、
   前記反射伝送線信号を検知すること（５０４）は、前記アンテナ（１０２、４０２）に結合された線（１０８）に周波数オフセット制御信号を供給することにより、該決定された結合信号の周波数に応答して該ＤＣ電圧計測値をオフセットすることをさらに含む、請求項８に記載の方法。
10. 調節回路（１１６、４２２）の第２のメモリ（１３４）を用いて前記結合信号の強度を該結合信号の周波数にキャリブレートすること（５０１ｃ）と、
    該結合信号の周波数を決定すること（５０１ｂ）と
    をさらに含み、
    前記反射伝送線信号を検知すること（５０４）は、前記アンテナ（１０２、４０２）に結合された線（１０８）に周波数オフセット制御信号を供給することにより、該決定された結合信号の周波数に応答して前記ＤＣ電圧計測値をオフセットすることをさらに含む、請求項８に記載の方法。
11. 前記アンテナ（１０２、４０２）に結合された調節回路（１１６、４２２）の第３のメモリ（１３６）に以前のアンテナの電気的長さの修正値を記憶すること（５０８）と、
    起動時に該記憶された修正値を用いて該アンテナ（１０２、４０２）を初期化すること（５１０）と
    をさらに含む、請求項１に記載の方法。
12. 前記第１の周囲条件は、近接する誘電体材料を含み、前記第２の周囲条件は、さらなる誘電体材料を含む、請求項１に記載の方法。
13. ユーザーが前記無線通信装置を操作することにより、近接の誘電体材料の前記第１の周囲条件から、さらなる誘電体材料の前記第２の周囲条件へ変更すること（５０１ｅ）をさらに含む、請求項１２に記載の方法。
14. 前記トランシーバ（１２０）は、デュプレクサ（４２０）、トランスミッタ（４１０）、およびレシーバ（４１４）を備え、
    前記反射伝送線信号を検知すること（５０４）は、
    該レシーバ（４１４）において該反射伝送線信号を受信すること（５０４ｅ）と、
    該受信された反射伝送線信号を復号すること（５０４ｆ）と、
    該復号された信号の誤り率を計算すること（５０４ｇ）と
    を含む、請求項１に記載の方法。
15. 移動可能な無線通信装置におけるアンテナチューニングシステム（１００、４００）であって、
    該システムは、
    制御信号に対応する可変な電気的長さを有する能動素子（１０４、４０４）と、トランシーバからの伝送線信号を受け入れるように構成されるアンテナポートと、該制御信号を受け入れるように該能動素子（１０４、４０４）に接続される制御ポートとを備えるアンテナ（１０２、４０２）と、
    該アンテナポートに通信可能に接続される伝送線（１０６、４０６）と、
    該伝送線（１０６）に通信可能に接続され、該伝送線（１０６）を介して該伝送線信号を送受信するように構成されるトランシーバ（１２０）であって、該伝送線信号は、該伝送線信号が該アンテナ（１０２、４０２）を介して放射されるように、所定の周波数で伝送される、トランシーバ（１２０）と、
    該伝送線（１０６）に動作可能に接続される入力（１１２）を有し、該アンテナポートにおいて反射された伝送線信号を検出するように構成される検出器（１１０）と、
    該検出器（１１０）に接続される入力（１１４）を有し、検知された反射伝送線信号に応答して該制御信号を供給するように構成されるレギュレータ回路（１１６、４２２）と、
    該レギュレータ回路（１１６、４２２）および該アンテナ（１０２、４０２）の制御ポートに接続され、該制御信号を該アンテナ（１０２、４０２）に供給するように構成される制御線（１０８）と
    を備え、
    該アンテナ（１０２、４０２）は、増大した信号強度および該所定の周波数で該伝送線信号を放射するために第１の位置用に該アンテナ（１０２、４０２）をチューニングするために該能動素子（１０４、４０４）を第１の長さに設定するための該レギュレータ回路（１１６、４２２）からの第１の制御信号を受信し、該第１の位置は、該無線通信装置の第１の周囲条件にあり、該第１の周囲条件は、第１の誘電率の第１の誘電媒体を含み、
    該検出器（１１０）は、該伝送線信号が放射されるときに該伝送線（１０６）の反射信号を検出し、該反射信号は、該無線通信装置が該第１の位置から第２の位置へと変化したことにより生じる該アンテナ（１０２、４０２）のチューニングの低下を示し、該第２の位置は、該無線通信装置の第２の周囲条件にあり、該第２の周囲条件は、第２の誘電率の第２の誘電媒体を含み、
    該アンテナ（１０２、４０２）は、該所定の周波数で該伝送線信号を放射するために該第２の周囲条件用に該アンテナ（１０２、４０２）をチューニングするために該能動素子（１０４、４０４）を第２の長さに設定するための該レギュレータ回路（１１６、４２２）からの第２の制御信号を受信し、
    該アンテナの能動素子（１０４、４０４）は、ラジエータ（２０４）、カウンタポイズ（２００）、および該ラジエータ（２０４）と該カウンタポイズ（２００）とに近接して配置される可変の誘電体（２０２）を備え、該可変の誘電体（２０２）は、該制御信号に対応する誘電率を有し、該能動素子（１０４、４０４）の可変の電気的長さは、該誘電率の変化に対応し、
    該可変の誘電体（２０２）は、該制御信号の電圧レベルの変化に応答して変化する可変の誘電率を有する強誘電体材料（２０６）を備える、システム（１００、４００）。
16. 基準線（１１８）をさらに備え、
    前記レギュレータ回路（１１６、４２２）は、所定の周波数に対応する基準信号を受け入れるために該基準線（１１８）上に基準入力を有する、請求項１５に記載のシステム（１００、４００）。
17. 前記検出器（１１０）は、前記反射信号のパワーレベルを検知するように構成される、請求項１６に記載のシステム（１００、４００）。
18. 前記アンテナポートは、前記能動素子（１０４、４０４）の可変の電気的長さの変化に応答して変化する入力インピーダンスを有し、
    前記検出器（１１０）は、該アンテナポートのインピーダンスの変化に対応する伝送線信号を検知するように構成される、請求項１５に記載のシステム（１００、４００）。
19. 前記レギュレータ回路（１１６、４２２）は、前記アンテナポートからの前記反射信号の減少に応答して前記制御信号を供給するようさらに構成される、請求項１５に記載のシステム（１００、４００）。
20. 前記アンテナの能動素子（１０４、４０４）は、
    前記制御信号に対応する第１の選択的に接続可能なマイクロエレクトロメカニカルスイッチ（ＭＥＭＳ）（３００）と、
    該ＭＥＭＳ（３００）を選択的に接続することに応答して変化する電気的長さ（３０４）を有するラジエータ（３０２）と
    を備える、請求項１５に記載のシステム（１００、４００）。
21. 前記アンテナの能動素子（１０４、４０４）は、
    前記制御信号に対応する第２の選択的に接続可能なＭＥＭＳ（３１０）と、
    該第２のＭＥＭＳ（３１０）を選択的に接続することに応答して変化する電気的長さ（３０８）を有するカウンタポイズ（３０６）と
    を備える、請求項２０に記載のシステム（１００、４００）。
22. 前記伝送線（１０６）に接続される入力と、前記検出器の入力（１１２）を介して前記検出器（１１０）に接続される出力とを有するカップラ（１３０）をさらに備え、
    該検出器（１１０）は、該カップラ（１３０）からの信号をＤＣ電圧に変換し、検出信号として該ＤＣ電圧を供給するように構成される、請求項１５に記載のシステム（１００、４００）。
23. 前記レギュレータ回路（１１６、４２２）は、結合信号の周波数を相互参照とするＤＣ電圧測定値を有するメモリ（１３２）と、基準信号を受信するための基準信号入力（１１８）とを備え、
    該レギュレータ回路（１１６、４２２）は、該基準信号に対応する周波数オフセット制御信号を供給するように構成される、請求項２２に記載のシステム（１００、４００）。
24. 前記レギュレータ回路（１１６、４２２）は、結合信号の周波数を相互参照とするカップラ信号の強度測定値を有するメモリ（１３４）と、基準信号を受信するための基準信号入力（１１８）とを備え、
    該レギュレータ回路（１１６、４２２）は、該基準信号に対応する周波数オフセット制御信号を供給するように構成される、請求項１５に記載のシステム（１００、４００）。
25. 前記レギュレータ回路（１１６、４２２）は、以前の制御信号修正値を記憶するためのメモリ（１３６）を備え、
    該レギュレータ回路（１１６、４２２）は、起動時に、該記憶された制御信号修正値を用いて前記アンテナの能動素子（１０４、４０４）を初期化するように構成される、請求項１５に記載のシステム（１００、４００）。
26. 伝送された伝送線信号を前記アンテナポートに通すように構成されるポートと、該アンテナポートによって反射された伝送線信号を供給するように構成されるポートとを有するアイソレータ（４３０）をさらに備え、
    前記検出器（１１０）は、該反射された伝送線信号を受け入れるように該アイソレータ（４３０）に接続される、請求項１５に記載のシステム（１００、４００）。
27. 前記トランシーバ（１２０）は、
    デュプレクサ（４２０）と、
    トランスミッタ（４１０）と、
    レシーバ（４１４）と
    を備え、
    該デュプレクサ（４２０）は、一方側で該トランスミッタ（４１０）および該レシーバ（４１４）に接続され、他方側で前記伝送線（１０６）に接続され、該レシーバ（４１４）は、該トランスミッタ（４１０）によって供給され、前記アンテナポートから反射される前記伝送線信号を供給するための出力ポートを有する、請求項１５に記載のシステム（１００、４００）。

Images