JP5144531B2

JP5144531B2 - デュアルバンド・アンテナのフロントエンド・システム

Info

Publication number: JP5144531B2
Application number: JP2008542749A
Authority: JP
Inventors: アリルージル; フィリップミナール; ジャン−リュクロベール; ボルズールフランソワーズル; ナウルジャン−イヴル
Original assignee: Thomson Licensing SAS
Current assignee: Thomson Licensing SAS
Priority date: 2005-11-30
Filing date: 2006-11-28
Publication date: 2013-02-13
Anticipated expiration: 2026-11-28
Also published as: WO2007063066A1; EP1955408B1; US8294628B2; JP2009524272A; KR20080073295A; US20090153425A1; KR101288423B1; EP1955408A1

Description

本発明は、デュアルポートでデュアルバンドの幾つかのアンテナと、電磁信号を送受信するためのインタフェースとで形成されるシステムに関する。本発明は、また、その様なシステムを備えた任意の信号処理装置にも関する。

近年、ワイヤレスモデムは、基地局と、ワイヤレスカードを装備する端末との間にリンクを設定するために利用されている。市場に出回っている殆どの製品は、２．４ＧＨｚ帯で動作するＩＥＥＥ８０２．１１ｂ標準に準拠している。この標準は、１１Ｍｂｐｓまでのビットレートを可能にする。

理論上は５４Ｍｂｐｓが可能な、より速いビットレートのために、製品は、ＩＥＥＥ８０２．１１ｇ標準に準拠し、また、５ＧＨｚ帯で動作するＩＥＥＥ８０２．１１ａ標準に準拠する必要がある。

幾つかの製品は、ｂ標準とｇ標準に従い同時に動作する。その他の製品は、ａ標準に従い動作する。結局、既存製品との互換性と、利用可能な最大容量を使用するために、殆どの基地局は３つの全ての標準、すなわちＩＥＥＥ８０２．１１ａ、ｂ及びｇに同時に適合しなければならず、このため、２．４ＧＨｚと、５ＧＨｚの周波数で動作可能である必要がある。

特許文献１は、２．４−５ＧＨｚ帯のシグナル・トランシーバを記述している。二つのビバルディ型の広帯域アンテナは、ＲＸ／ＴＸスイッチの使用を避けるため、一方を受信に、他方を送信にと、別々に使用されている。しかし、このシステムはアンテナ・ダイバーシティを提供していない。

構造安定性と、ワイヤレスリンクの距離を向上させるため、少なくとも２次のアンテナ・ダイバーシティを持つことが有利である。実際に考慮できるダイバーシティによる解決方法は、受信サブシステムを二重化することを必要とする。

米国特許出願第６２４６３７７号明細書

現時点では、種々の標準の要求に適合するアンテナ・ダイバーシティを伴うシステムのための解決策はなく、受信サブシステムの２重化の要求はない。

本発明は、従って、ＩＥＥＥ８０２.１１ａ、ｂ及びｇといった異なる標準に従い、広帯域アンテナ・ダイバーシティを伴って送受信するデュアルバンド・アンテナシステムと、それに関連するインタフェースを提案する。

本発明は、少なくとも２つのアンテナと、前記２つのアンテナを信号処理回路に接続するインタフェース手段とを備え、電磁信号の送受信のためのダイバーシティを伴うデュアルバンド・アンテナシステムを提供する。各アンテナは、２つの個別のポートを持ち、各ポートは、決められた周波数帯での受信及び／又は送信に対応し、前記インタフェース手段は、決められた周波数帯における信号の選択と送信のために使用することが可能である。

好ましくは、システムは、２つの個別のポートを持つ２つのデュアルバンド・アンテナを備えており、インタフェース手段は、２つの周波数帯の少なくとも１つにおいて少なくとも１つの切替え手段を備えており、この周波数帯での信号の送受信のダイバーシティを確実なものにする。この切替え手段は、好ましくはＤＰＤＴ（ＤｕａｌＰｏｒｔＤｏｕｂｌｅＴｈｒｏｗ）スイッチである。

本発明の他の形態によると、アンテナシステムは、２つの個別のポートを備えた３つのデュアルバンド・アンテナを備えており、インタフェース手段は、２つの周波数帯での受信ポートに関連付けられている切替え手段を備えており、これら周波数帯での受信のダイバーシティを確実なものにする。

好ましくは、切替え手段は、ＳＰＤＴ（ＳｉｎｇｌｅＰｏｒｔＤｏｕｂｌｅＴｈｒｏｗ）スイッチである。

１実施形態において、２つの異なる周波数帯でのダイバーシティを伴う受信を可能にするアンテナは、受信回路のスイッチ及び給電線を支持する層の反対側にある、多層構造のグラウンド面の側において結合され、その一方、送信を可能にする第３のアンテナは、送信回路のスイッチ及び給電線を支持する層の反対側にあるグラウンド面とは異なる側に実装され、さらに他の形態において、２つの異なる周波数帯のダイバーシティを伴う受信を可能にする２つのアンテナと、送信を可能にする第３のアンテナは、多層構造のグラウンド面の１つの側で結合される。

本発明の他の形態によれば、インタフェース手段は、信号処理回路と送受信する信号を増幅するための増幅器を備えている。

好ましくは、アンテナは、電磁結合により給電されるビバルディ型スロット・アンテナであり、信号の送受信は、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ、ｂ又はｇ標準に関連する標準と互換性がある。

本発明は、上記アンテナシステムを含む信号処理装置にも関する。

上述した本発明の特徴、利点及びその他については、添付の図面を用いた以下の記述を読むことでより明らかになる。

説明を簡単にする為、図において、同じ機能を実現する要素を表すために、同じ参照符号を使用する。

３つの特別な構造において、本発明によるアンテナ・フロントエンド・システム１は、アンテナ部２と、いわゆる、インタフェース（またはフロントエンド）部３とで構成され、信号送受信サブシステムのＲＦＩＣ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）回路４の上流に位置している。このフロントエンド・システム１は、ＲＦＩＣ回路と接続する４つの入力／出力端子を有し、この４つの入力／出力端子は、それぞれ、２．４ＧＨｚの周波数での受信Ｒｘ及び送信Ｔｘポートと、５ＧＨｚの周波数での受信Ｒｘ及び送信Ｔｘポートに対応している。

図１ａに示す第１の実施形態によるシステム１は、ａ、ｂ及びｇ標準に割り当てられた、２．４ＧＨｚ及び５ＧＨｚの全ての周波数帯をカバーする、２つの広帯域又はデュアルバンドの、アンテナＡ１とＡ２を含んでおり、５ＧＨｚの周波数での簡易な受信と、２．４ＧＨｚの周波数のみでの２次のアンテナ・ダイバーシティを伴う受信を可能にする。例えば、ビバルディ型である、この長手方向の放射を伴うスロット・アンテナＡ１及びＡ２の組は、２．４ＧＨｚと５ＧＨｚの周波数ための、個別のデュアルポートＮ１及びＮ２を備え、これら周波数帯での信号の送受信を可能にする。

アンテナＡ１のポートＮ１と、アンテナＡ２のポートＮ１は、ＲＦＩＣの２．４ＧＨｚＴｘ端子と、２．４ＧＨｚＲｘ端子に、インタフェース３１経由で接続している。このインタフェース３１は、例えば、２．４ＧＨｚ帯での狭帯域ＤＰＤＴ型の、デュアル入力、デュアル出力の切替え回路である。これは、アンテナＡ１、Ａ２のそれぞれの２．４ＧＨｚポートＮ１と、送信Ｔｘ又は受信Ｒｘに対応するＲＦＩＣ回路の２．４ＧＨｚの端子それぞれとの切替えを管理する。よって、それは、アンテナの２．４ＧＨｚの受信チャネルのうちの一方（アンテナ・ダイバーシティ）又は２．４ＧＨｚ送信チャネルの一方と、他方の選択を管理する。

送信用アンテナＡ１と受信用アンテナＡ２の５ＧＨｚのための他の２つのポートＮ２は、それぞれ、直接、ＲＦＩＣ回路の５ＧＨｚＴｘと、Ｒｘポートに接続されている。このインタフェースの解決法は、以下に説明する様に、アンテナの実装のために提案する構造に組み込むことができるＤＰＤＴスイッチ回路という、単一の外部部品のみを使用する。さらに、この外部部品は、２．４ＧＨｚ帯での動作のみに限定されるので、低周波、狭帯域で動作する。よって、この部品固有の損失は低減される。

図１ｂは、第１の構造によるアンテナを支持する基盤の断面図である。アンテナは、例えばＦＲ４といった、非常に安価な基板である基板Ｓ上に形成される。２つのアンテナの側面を含むグラウンド面Ｍは、基板の底の層に位置する。ビバルディ・アンテナは、基板の反対側にエッチングされたマイクロストリップ給電線から電磁結合により給電される。最上位層Ａは、そのため、給電回路と切替えインタフェース３１のために使用される。

必要であれば、ＲＦＩＣ外部において、送信用に、パワーアンプ３７を、送信信号を増幅するためにＲＦＩＣ回路の送信端子Ｔｘに接続することができる。同様に、必要であれば、受信用に、低雑音増幅器３８を、受信信号を増幅するためにＲＦＩＣ回路の受信端子に接続することができる。

図２ａは、アンテナ・ダイバーシティが２．４ＧＨｚと５ＧＨｚに要求される場合に対する、本発明によるシステムの第２の構成を示す図である。それぞれが２．４ＧＨｚと、５ＧＨｚである、２つの個別のポートＮ１及びＮ２を備えた１組のビバルディ型スロット・アンテナＡ１及びＡ２が、これら周波数帯の信号の受信を可能にする。アンテナＡ１及びＡ２の２．４ＧＨｚのポートＮ１と、５ＧＨｚのポートＮ２は、多重ポートである。これらは、データの送受信に用いられ、ＲＦＩＣ回路と共にインタフェース部を形成する結合回路３２及び３３に接続されている。

この回路３２は、例えば、２．４ＧＨｚ帯の、狭帯域ＤＰＤＴスイッチ回路である。これは、Ｔｘ又はＲｘポートに対応する入力のそれぞれと、アンテナＡ１とＡ２それぞれの切替えに使用することができる。よって、それは、２．４ＧＨｚでの、アンテナの受信チャンネルの一方（アンテナ・ダイバーシティ）又は送信チャネルの一方と、他方の選択を管理する。

同様に回路３３は、例えば、５ＧＨｚ帯の狭帯域ＤＰＤＴスイッチ回路である。これは、ＲＦＩＣ回路４のＴｘ又はＲｘポートに対応する入力それぞれと、アンテナＡ１とＡ２それぞれの切替えに用いられる。よって、それは、５ＧＨｚでの、アンテナの受信チャンネルの一方（アンテナ・ダイバーシティ）又は送信チャネルの一方と、他方の選択を管理する。

この解決方法は、図２ｂに示す方法でアンテナの実装のために提案する構造に組み込むことができる、図２ａと同一の二つの外部部品を使用する。

必要であれば、ＲＦＩＣ外部において、送信用に、パワーアンプ３７を、送信信号を増幅するためにＲＦＩＣ回路の送信端子Ｔｘに接続することができる。同様に、受信用に、低雑音増幅器３８を、受信信号を増幅するためにＲＦＩＣ回路の受信端子に接続することができる。

図２ｂは、第１の構造の断面図と同様、この第２の構造によるアンテナを支持する基板の断面図である。最上位層Ａは、給電回路と２つの切替えインタフェース３２及び３３に使用される。

図３は、２．４ＧＨｚと５ＧＨｚでアンテナ・ダイバーシティが要求される場合の、本発明によるシステムの第３の構造を示す図である。この第３構造は、図３ｃに示す様に、３つのアンテナの多層構造による実装により特徴付けられる。２．４ＧＨｚと５ＧＨｚの周波数帯の信号の受信のみを可能にする、２つの個別のポートＮ１及びＮ２を備えた１組のビバルディ型スロット・アンテナＡ１及びＡ２は、構造の一方の面上に実装される。インタフェース３４は、２．４ＧＨｚの周波数で受信される２つの信号から、受信信号を選択することを可能にする。同様に、インタフェース３５は、５ＧＨｚの周波数で受信される２つの信号から、受信信号を選択することを可能にする。例えば、ＳＰＤＴ（ＳｉｎｇｌｅＰｏｒｔＤｕａｌＴｈｒｏｗ）回路といったスイッチが適正なスイッチである。２つのＳＰＤＴ回路３４及び３５で形成される、２．４ＧＨｚ及び５ＧＨｚでの信号の受信を可能にするインタフェースは、特定の周波数にて送受信ポートを結合する必要がもはや無いため、最小化される。これらの回路は、図３ｃに示す様に、多層構造の一方の面上に組み込むことができる。

２．４ＧＨｚ及び５ＧＨｚ帯での信号送信のための、第３のビバルディ型スロット・アンテナは、基板の反対側に配置される（図３ｃ）。送信信号の、入力端子Ｔｘは、このアンテナの異なるポートに直接接続される。送信状態での、送信サブシステムのＲＦＩＣ部とアンテナとの直接接続は、ＤＰＤＴ回路の存在による損失を取り除くことを可能にする。

図３ｃに示す様に、ビバルディ・アンテナを実装することが可能である。２．４ＧＨｚ及び５ＧＨｚ帯でのダイバーシティを伴うデータ受信用の２つのビバルディ・アンテナは、グラウンド面Ｍの最上位面にエッチングされており、マザーボードを支持する、従来からあるＦＲ４型多層ＰＣＢの９０度の２つの端部上にある。第３のアンテナは、ＦＲ４型多層構造の角の、底面にエッチングされている。ビバルディ・アンテナは、基板の反対側にエッチングされた、マイクロストリップ給電線から、電磁結合により給電されている。送信Ａ_ＴＸのための給電回路は底面にあり、受信Ａ_ＲＸのための給電回路は、基板の多層構造の最上位面にある。共通グラウンド面側がエッチングされた、３つのビバルディ・アンテナを有するこの構造は、送信のための給電回路と受信のための給電回路との間のより良い分離の提供を可能にする。

データ送受信の分離を可能とし、関連するインタフェースの簡略化をもたらすその他の配置も想定することができる。

前述のとおり、必要であれば、受信用に低雑音増幅器３８を、送信用にパワーアンプ３７を、ＲＦＩＣ回路の端子に接続することができる。

他の実施形態として、３つのビバルディ・アンテナは、底面と同じ側に配置される。

本発明によるシステムの第１の構成を示す図である。第１の構成によるアンテナを支持する基板の断面図である。本発明によるシステムの第２の構成を示す図である。第２の構成によるアンテナを支持する基板の断面図である。本発明によるシステムの第３の構成の受信側を示す図である。本発明によるシステムの第３の構成の送信側を示す図である。第３の構成によるアンテナを支持する多層基板の断面図である。

符号の説明

１アンテナ・フロントエンド・システム
２アンテナ部
３インタフェース部
４ＲＦＩＣ回路
３１、３２、３３、３４、３５切替えインタフェース
３７パワーアンプ
３８低雑音増幅器

Claims

デュアルバンドアンテナシステムであって、
多層構造上に実装され、２つの決められた周波数帯で信号を受信又は送信する２つの個別のポートを各々備えた３つのデュアルバンドアンテナと、
信号処理回路に前記信号を接続するインタフェース手段であって、前記２つの周波数帯の各々において受信した２つの信号を切り替えて、各周波数帯での前記信号の受信のダイバーシティを確実なものにする切替え手段を含むインタフェース手段と
を備え、
ダイバーシティを伴う受信を可能にする前記３つのデュアルバンドアンテナのうちの２つのデュアルバンドアンテナと、前記切り換え手段とは、前記多層構造側において実装かつ結合され、
前記２つの決められた周波数帯で前記信号の送信を可能にする第３のアンテナは、前記多層構造とは異なる側に実装され、前記信号処理回路に直接接続されることを特徴とするアンテナシステム。
前記切替え手段は、ＤＰＤＴスイッチまたはＳＰＤＴスイッチである、
請求項１に記載のアンテナシステム。
前記信号の送受信は、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ、ｂ又はｇ標準に関連する標準と互換性がある、
請求項１に記載のアンテナシステム。