JP6479013B2 - 適応的自己同調型アンテナシステム及び方法 - Google Patents

適応的自己同調型アンテナシステム及び方法 Download PDF

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Description

本出願は、一般に、適応的自己同調型アンテナシステム及び方法に関する。具体的には、本出願は、検知アンテナと、ＲＦ検出器と、プロセッサと、アンテナチューナとを含む閉ループシステムを用いてアンテナを適応的に同調させるシステム及び方法、並びに同調型アンテナのためのシステム及び方法に関する。
オーディオ制作は、テレビ番組、ニュース放送、映画、ライブイベント及びその他のタイプの製作物などの音を取り込んで記録するために、マイク、無線オーディオ送信機、無線オーディオ受信機、録音機及び／又ミキサを含む多くのコンポーネントの使用を伴うことができる。通常は、マイクによって製作物の音を取り込み、この音がマイク及び／又は無線オーディオ送信機から無線オーディオ受信機に無線で送信される。無線オーディオ受信機は、プロダクションサウンドミキサなどのクルーメンバにより、録音及び／又はミキシングのための録音機及び／又はミキサに接続することができる。録音機及び／又はミキサには、クルーメンバがオーディオレベル及びタイムコードをモニタできるように、コンピュータ及びスマートフォンなどの電子機器を接続することができる。
無線オーディオ送信機、無線オーディオ受信機及びその他のポータブル無線通信装置は、変調オーディオ信号、データ信号及び／又は制御信号などのデジタル又はアナログ信号を含む無線周波数（ＲＦ）信号を送信するためのアンテナを含む。ポータブル無線通信装置のユーザとしては、舞台出演者、歌手、俳優、ニュースリポータなどが挙げられる。１つの一般的なタイプのポータブル無線通信装置に、通常はベルトクリップ、ストラップ、テープなどでユーザの体に固定される無線ボディパック送信機がある。
通常、ポータブル無線通信装置に含まれる電気的微小アンテナは、装置を小型化し、アンテナとの物理的相互作用を最小化し、観衆から装置を隠しやすくするように、薄型かつ小型である。アンテナは、利用するアンテナのタイプに応じて、装置から延びることも、或いは装置に含めることもできる。しかしながら、アンテナのサイズが減少すると、基本的な物理的制約に起因して、アンテナの使用帯域幅及び効率も低下する。さらに、電気的微小アンテナは、人体に近いという離調効果を受ける可能性が高い。例えば、状況によっては、人体がアンテナに近付くことによってＲＦ信号伝送が２０ｄＢ劣化することもある。
ポータブル無線通信装置において使用される典型的なアンテナタイプとしては、１／４波長ホイップアンテナ、部分的又は完全螺旋アンテナ、セラミックチップアンテナ及びその他のタイプのアンテナが挙げられる。これらの各アンテナタイプには欠点がある。１／４波長ホイップアンテナは装置から延びることができ、従って過度に長く、隠すのが難しく、損傷を受けやすい。部分的又は完全螺旋アンテナも装置から延びることができ、動作帯域幅が限られ、放射効率が低く、人体に近付くと離調の影響を受けやすい。セラミックチップアンテナは装置に含めることができ、他のアンテナタイプよりも物理的に小型であるが、放射効率が非常に低く、動作帯域幅が極端に限られ、やはり人体に近付くと離調の影響を受けやすい。
従って、これらの問題に対処するシステム及び方法のための機会が存在する。具体的には、改善された自動同調可能な動作周波数、低い離調感受性、装置内への一体化能力のために、アンテナの放射抵抗を高め、放射効率を改善し、非近接場強度を最大化することができる閉ループシステムを用いてアンテナを同調させる適応的自己同調型アンテナシステム及び方法のための機会が存在する。
本発明は、とりわけ、（１）アンテナから送信されたＲＦ信号から近接場無線周波数（ＲＦ）信号を検出する検知アンテナを利用し、（２）近接場ＲＦ信号の強度に基づいて近接場ＲＦ信号をＲＦ強度制御信号に変換し、（３）ＲＦ強度制御信号に基づいてアンテナ同調制御信号を生成し、（４）アンテナ同調制御信号に基づいて、アンテナから送信されるＲＦ信号の強度が最大になるようにアンテナチューナを用いてアンテナの電気長を制御し、（５）同調ネットワークと通信して放射抵抗及び放射効率を改善する電気的微小アンテナを提供する、ように設計された適応的自己同調型アンテナシステム及び方法を提供することによって上述の問題点を解決するものである。アンテナは、電子的に同調可能なアンテナとすることができ、あらゆるタイプの物理的構成を有することができる。
ある実施形態では、適応的自己同調型アンテナシステムが、送信アンテナから送信されたＲＦ信号の近接場ＲＦ信号を検出する検知アンテナを含むことができる。このシステムは、近接場ＲＦ信号からフィルタ処理済みの近接場ＲＦ信号を生成する帯域通過フィルタと、フィルタ処理済みの近接場ＲＦ信号を、フィルタ処理済みの近接場ＲＦ信号の強度を表すＲＦ強度制御信号に変換するＲＦ検出器とをさらに含むことができる。このＲＦ強度制御信号をプロセッサが受け取り、ＲＦ強度制御信号に基づいてアンテナ同調制御信号を生成することができる。このアンテナ同調制御信号に基づいて、送信アンテナによって送信されるＲＦ信号の強度が最大になるようにアンテナの電気長を制御するようアンテナチューナを構成することができる。
別の実施形態では、送信アンテナを適応的に自己同調させる方法が、送信アンテナから送信されたＲＦ信号の近接場ＲＦ信号を検出するステップを含む。この近接場ＲＦ信号を帯域通過フィルタ処理して、フィルタ処理済みの近接場ＲＦ信号を生成することができる。このフィルタ処理済みの近接場ＲＦ信号を、フィルタ処理済みの近接場ＲＦ信号の強度を表すＲＦ強度制御信号に変換し、このＲＦ強度制御信号に基づいて、アンテナ同調制御信号を生成することができる。このアンテナ同調制御信号に基づいて、送信アンテナによって送信されるＲＦ信号の強度が最大になるように送信アンテナの電気長を制御することができる。
さらなる実施形態では、適応的自己同調型アンテナシステムが、第１の周波数の第１のＲＦ信号の第１の近接場ＲＦ信号と、第１の周波数とは異なる第２の周波数の第２のＲＦ信号の第２の近接場ＲＦ信号とを検出する検知アンテナを含むことができる。第１のＲＦ信号は、第１の送信アンテナから送信されたものとすることができ、第２のＲＦ信号は、第２の送信アンテナから送信されたものとすることができる。第１のＲＦスイッチが、第１のＲＦ信号が送信されているか、それとも第２のＲＦ信号が送信されているかに基づいて、第１又は第２の近接場ＲＦ信号から選択された近接場ＲＦ信号を伝えることができる。第１及び第２の帯域通過フィルタが、第１及び第２の近接場ＲＦ信号から、第１及び第２のフィルタ処理済みの近接場ＲＦ信号をそれぞれ生成することができる。第２のＲＦスイッチが、第１のＲＦ信号が送信されているか、それとも第２のＲＦ信号が送信されているかに基づいて、第１又は第２のフィルタ処理済みの近接場ＲＦ信号から選択されたフィルタ処理済みの近接場ＲＦ信号を伝えることができる。ＲＦ検出器が、選択されたフィルタ処理済みの近接場ＲＦ信号を、選択されたフィルタ処理済みの近接場ＲＦ信号の強度を表すＲＦ強度制御信号に変換することができる。このＲＦ強度制御信号をプロセッサが受け取り、ＲＦ強度制御信号に基づいてアンテナ同調制御信号を生成することができる。第１のアンテナチューナを、アンテナ同調制御信号に基づいて、第１の送信アンテナによって送信される第１のＲＦ信号の強度が最大になるように第１の送信アンテナの電気長を制御するよう構成することができる。第２のアンテナチューナを、同調制御信号に基づいて、第２の送信アンテナによって送信される第２のＲＦ信号の強度が最大になるように第２の送信アンテナの電気長を制御するよう構成することができる。いくつかの実施形態では、第２の送信アンテナが、例えばダイバーシティ構成などの複数の送信アンテナを含むことができる。これらの実施形態では、第２のアンテナチューナを、ＲＦ信号を送信する所与の時点における最も効率的な送信アンテナを選択するように構成することができる。
別の実施形態では、ＲＦ信号を送信するアンテナ構造が、基板上に配置された第１の螺旋ブランチ及び第２の螺旋ブランチを含む。第１の螺旋ブランチ及び第２の螺旋ブランチは、互いに平行に配置されて互いに電気的に接続されない。アンテナは、第１及び第２の螺旋ブランチと通信する同調ネットワークを含むこともでき、第１の螺旋ブランチの第１の電気長及び第２の螺旋ブランチの第２の電気長を、アンテナの放射抵抗が最大になるように制御するよう構成することができる。アンテナの第１及び第２の螺旋ブランチの各々は、ＲＦ信号を送信する。
本発明の原理を採用できる様々な方法を示す例示的な実施形態を示す以下の詳細な説明及び添付図面から、これらの及びその他の実施形態、並びに様々な置換及び態様が明らかになり、より完全に理解されるであろう。
いくつかの実施形態による、シングルバンド式適応的自己同調型アンテナシステムのブロック図である。 いくつかの実施形態による、シングルバンド式適応的自己同調型アンテナシステムのブロック図である。 いくつかの実施形態による、デュアルバンド式適応的自己同調型アンテナシステムのブロック図である。 いくつかの実施形態による、デュアルバンド式適応的自己同調型アンテナシステムのブロック図である。 いくつかの実施形態による、図１Ａ〜図１Ｂのシステムを用いて、ＲＦ強度制御信号及びアンテナ同調制御信号に基づいて送信アンテナの電気長を制御する動作を示すフローチャートである。 いくつかの実施形態による、図２Ａのシステムを用いて、ＲＦ強度制御信号及びアンテナ同調制御信号に基づいて送信アンテナの電気長を制御する動作を示すフローチャートである。 いくつかの実施形態による、図２Ｂのシステムを用いて、ＲＦ強度制御信号及びアンテナ同調制御信号に基づいて送信アンテナの電気長を制御する動作を示すフローチャートである。 いくつかの実施形態による、図３及び図４Ａ〜図４Ｂの動作に関連してアンテナ同調制御信号を生成する動作を示すフローチャートである。 いくつかの実施形態によるアンテナチューナの例示的な概略図である。 いくつかの実施形態によるアンテナチューナの例示的な別の概略図である。 アンテナの例示的な表現を示す図である。
以下の説明は、本発明の原理に従う本発明の１又はそれ以上の特定の実施形態について説明し、図示し、例示するものである。この説明は、本明細書で説明する実施形態に本発明を限定するためではなく、むしろ当業者が本発明の原理を理解した上でこれらの原理を適用し、本明細書で説明する実施形態のみならず、これらの原理に基づいて想起される他の実施形態も実施できるように、本発明の原理の説明及び教示のために行うものである。本発明の範囲は、文言上、又は均等論の下で添付の特許請求の範囲に含まれる可能性のある全ての実施形態を対象とすることが意図されている。
なお、説明及び図面では、同じ又は実質的に同様の要素には同じ参照数字を付している。しかしながら、例えば異なる数字を付した方が説明が明確になる場合には、これらの要素に異なる数字を付すこともある。また、本明細書に示す図面は必ずしも縮尺通りではなく、場合によっては、特定の特徴をより明確に示すために比率を誇張していることもある。このような表示及び作図手法は、必ずしも根底にある本質的な目的に関与するものではない。上述したように、本明細書は、本明細書で教示され当業者に理解される本発明の原理に従って全体として受け取られ解釈されるように意図されている。
以下で説明する適応的自己同調型アンテナシステム及び方法は、他のタイプのアンテナよりも、特に電気的に微小なコンフォーマルアンテナよりもアンテナの性能を向上させることができる。システム及び方法の閉ループ同調は、帯域幅が限られた電気的微小アンテナが、１／４波長アンテナの帯域幅に近い動作帯域幅を効果的に有しながら、アンテナのコンフォーマルな側面に起因して物理的に小型であって装置に内包されるようにする。さらに、このアンテナは、高い放射抵抗及び改善された放射効率を有し、適応的閉ループアンテナ同調システムは、人体又は他の干渉物との相互作用に起因するアンテナの離調を動的に補償して最小化することができる。具体的には、装置を保持している人物などの人体に起因するアンテナ離調の影響としてアンテナの導体電流の変化が挙げられるが、この影響を適応的自己同調型アンテナシステム及び方法によって補償することができる。
図１Ａは、無線周波数（ＲＦ）信号を最適に送信するシングルバンド式適応的自己同調型アンテナシステム１００の１つの実施形態のブロック図である。システム１００は、アンテナ１０２が、近接場検知アンテナ１０４、帯域通過フィルタ１０６、ＲＦ検出器１０８、プロセッサ１１０及びアンテナチューナ１１２を用いて最大強度及び高放射効率のＲＦ信号を送信できるようにする閉ループシステムとすることができる。帯域幅が限られた同調型アンテナ１０２は、システム１００を使用することにより、ＵＨＦ／ＶＨＦバンド又は他の周波数帯域などの特定の周波数のＲＦ信号を最大放射電力で送信することができる。アンテナ１０２は、例えば以下で説明するような二重並列螺旋ブランチを含むことも、又は別の構成とすることもできる。アンテナ１０２によって送信されるＲＦ信号は、例えばアナログ及び／又はデジタル変調スキームによって変調されたオーディオ信号又はデータ信号を含むことができる。これらの信号は、アナログ又はデジタルＲＦ送受信機／送信機１１６によって変調され、（ＲＦ送受信機／送信機１１６が送信機構成である時には）正しく適合された電力増幅器１１４によって、或いは（ＲＦ送受信機／送信機１１６が送受信機構成である時には）電力増幅器／低雑音増幅器１１４によって増幅されたものとすることができる。ＲＦ送受信機／送信機１１６は、デジタルデータ信号、制御信号などを用いてマイク又は再生装置などの他のコンポーネント（図示せず）と通信することができる。例えば、システム１００を無線オーディオ送信機に含め、アンテナ１０２からＲＦ信号を送信して、さらなる処理のために無線オーディオ受信機、録音機及び／又はその他のコンポーネントによって受け取られるようにすることができる。
システム１００は、アンテナ１０２と電力増幅器１１４の出力との整合を動的に改善することもできる。通常、ポータブル無線システムの文脈では、人体又はその他の物体との相互作用によって生じるアンテナインピーダンスのばらつきに起因してこのような整合は劣化する。従って、システム１００によって実現できる自己同調及び整合は、電力増幅器１１４の設計上の制約を低減し、安定性及び電力効率を改善し、消費電力を減少させることができる。電力増幅器１１４及び／又はＲＦ送受信機／送信機１１６などのシステム１００のコンポーネントの全体的な複雑性及びコストも、現行のシステムに比べて低減することができる。
検知アンテナ１０４は、アンテナ１０２から送信されたＲＦ信号の近接場ＲＦ信号を検出することができる。放射近接場ＲＦ信号は、アンテナ１０２に物理的に最も近いＲＦ信号であり、一般にアンテナからのＲＦ信号のほんのわずかな波長内に存在する。近接場ＲＦ信号の強度と、関連する非近接場ＲＦ信号の強度との間には強い相関性があるため、検知アンテナ１０４を用いて近接場ＲＦ信号を検出することにより、システム１００がアンテナ１０２の同調を決定できるようになる。非近接場ＲＦ信号は、アンテナから離れて位置する受信機によって受け取られる「実際の放射電力」信号としてのＲＦ信号である。従って、システム１００は、近接場ＲＦ信号を検知した後に、アンテナ１０２によって送信されるＲＦ信号の強度を最大化するようにアンテナチューナ１１２を制御することができる。検知アンテナ１０４は、例えばプリント基板上のトレース、ワイヤ、又は広帯域アンテナとすることができ、近接場負荷効果が最小になるようにＲＦ検出器１０８に高入力インピーダンスを提供することができる。
近接場ＲＦ信号は、検知アンテナ１０４から帯域通過フィルタ１０６に提供することができる。帯域通過フィルタ１０６は、アンテナ同調の歪みを避けるために、検知アンテナ１０４によって検出されたＲＦ信号のうち、アンテナ１０２によって送信される周波数帯域外のＲＦ信号を除去する。例えば、検知アンテナ１０４が、システム１００に物理的に近い装置からの近接周波数のＲＦ信号を検出した場合、帯域通過フィルタ１０６は、アンテナ１０２によって送信されたＲＦ信号をさらに処理できるように他のＲＦ信号をフィルタ除去することができる。帯域通過フィルタ１０６は、離散帯域通過フィルタ、マイクロ波帯域通過フィルタ、ＳＡＷ帯域通過フィルタ、螺旋帯域通過フィルタ、誘電帯域通過フィルタ、又は他のタイプのフィルタとすることができる。特定のタイプの帯域通過フィルタ１０６は、帯域外除去要件に依存することができる。ＲＦ検出器１０８は、帯域通過フィルタ１０６からのフィルタ処理済みの近接場ＲＦ信号を、フィルタ処理済みの近接場ＲＦ信号の強度を表すＲＦ強度制御信号に変換することができる。ＲＦ強度制御信号は、例えばＤＣ電圧又はデジタル信号（例えば、ＳＰＩ、Ｉ2Ｃなど）とすることができる。ＲＦ検出器１０８は、例えば５〜１５ｄＢのみに制限されたアンテナ１０２の最低限必要な動的同調範囲のみを検知するように較正することができる。このようにして、周波数帯域内の高出力信号によって引き起こされる干渉を最小化することができる。ＲＦ検出器１０８は、例えば Ａｎａｌｏｇ Ｄｅｖｉｃｅｓ社製のＡＤ８３６１集積回路とすることができる。
プロセッサ１１０は、ＲＦ検出器１０８からＲＦ強度制御信号を受け取り、このＲＦ強度制御信号に基づいてアンテナ同調制御信号を生成することができる。プロセッサ１１０は、システム１００に含まれて他の機能を実行することも、又は独立コンポーネントとすることもできる。プロセッサ１１０上で実行されるルーチンの結果、アンテナ同調制御信号の生成を通じてアンテナ１０２をアンテナチューナ１１２に同調させることができる。具体的には、アンテナチューナ１１２が、送信されるＲＦ信号の強度が最大になるようにアンテナ同調制御信号に基づいてアンテナ１０２の電気長を制御することができる。プロセッサ１１０は、現在の周波数、同調状態が現在の周波数よりも１つ高い周波数、及び同調状態が現在の周波数よりも１つ低い周波数における近接場ＲＦ信号の強度を定期的にサンプリングすることができる。その後、同調制御信号を生成して、アンテナ１０２が近接場ＲＦ信号の最も高い測定強度を有する同調状態に同調されるようにすることができる。同調制御信号の生成方法の実施形態については、以下で図５を参照しながら説明する。
アンテナチューナ１１２は、送信されるＲＦ信号の強度が最大になるようにアンテナ同調制御信号に基づいてアンテナ１０２の電気長を制御できる平衡移相器とすることができる。具体的には、アンテナ同調制御信号を用いてアンテナチューナ１１２の純リアクタンスを制御し、送信されている特定の周波数のアンテナ共振を有するようにアンテナ１０２を同調させることができる。図６に示す１つの実施形態では、アンテナ６０１の２つのブランチが、直列に接続されたインダクタ６０２及びコンデンサ６０４を含む同調ネットワーク６００にそれぞれ接続されている。同調ネットワーク６００内のインダクタ６０２は、同調ネットワーク６００において信号損失が最小になるように高品質係数Ｑ（及びコンデンサ６０４を含む対応する低い直列抵抗値）を有することができる。低帯域端周波数におけるアンテナ共振では、インダクタ６０２の正しく選択されたインダクタンスに関連して、特定の帯域（例えば、ＶＨＦ、ＵＨＦ、Ｌ帯域、Ｓ帯域、Ｃ帯域など）内の動作周波数に応じてコンデンサ６０４を１０〜１０００ｐＦなどの高い値に調整することができる。アンテナ共振を必要な動作周波数に移行させるには、このコンデンサ６０４の値を減少させることができる。コンデンサ６０４の最小値は、アンテナ共振の高帯域端周波数で生じる。図６は、単一の導体螺旋アンテナ６０３と、インダクタ６０２と、コンデンサ６０４とが直列に接続された実施形態も含む。適応的自己同調型システム１００を使用すると、ユーザの取り扱い、並びに人体及び他の物体との近さに起因する、アンテナに対する動的に変化する負荷効果を継続的に補償することができる。例えば、コンデンサ６０４は、デジタルチューナブルコンデンサ（ＤＴＣ）、微小電気機械（ＭＥＭＳ）コンデンサ、又はバラクタダイオードとすることができる。具体的には、同調制御信号は、アンテナ６０１の電気長が適切に制御されるようにコンデンサ又はバラクタダイオードの容量値を制御することができる。
図７に示す別の実施形態では、アンテナ１０２の２つのブランチが、ＰＩＮダイオードで構成された平衡同調ネットワーク７００に接続されている。ＰＩＮダイオードを用いて、ネットワーク７００に提示される入力ポート７０２上の同調制御信号に基づいて、同調ネットワーク７００内の特定のセグメントの短絡又は開放を行うことができる。具体的には、アンテナ同調制御信号に基づいて、アンテナ１０２が所望の周波数で共振するようアンテナ１０２の電気長が制御されるように、適切なＰＩＮダイオードをバイアス処理することができる。平衡同調ネットワーク７００の動作は、図６に示す同調ネットワーク６００といくつかの類似点を有する。いくつかの実施形態では、入力ポート７０２上のＰＩＮダイオードの同調制御信号を、マイクロコントローラ又はプロセッサの汎用入力／出力ポートに接続することができる。この構成では、マイクロコントローラ又はプロセッサが、アンテナ同調制御信号生成アルゴリズムに基づいて適切なＰＩＮダイオードをオン及びオフにすることができる。二重螺旋ブランチを含むアンテナ構成は、平衡同調ネットワーク７００から最適な効果を受けることができるのに対し、単一の導体を含むアンテナ構成は、同調ネットワーク６００から最適な効果を受けることができる。
図１Ｂは、無線周波数（ＲＦ）信号を最適に送信するシングルバンド式適応的自己同調型アンテナシステム１５０の別の実施形態のブロック図である。システム１５０は、アンテナ１５１、１５２が、近接場検知アンテナ１０４、帯域通過フィルタ１０６、ＲＦ検出器１０８、プロセッサ１１０及びＲＦスイッチ１６２を用いて最大強度及び高放射効率のＲＦ信号を送信できるようにする閉ループシステムとすることができる。アンテナ１５１、１５２は、固定ダイバーシティアンテナとすることができ、ＲＦスイッチ１６２は、ＲＦ信号を送信するアンテナ１５１、１５２のうちの最良のアンテナを選択することができる。アンテナ１５１、１５２によって送信されるＲＦ信号は、例えばアナログ及び／又はデジタル変調スキームによって変調されたオーディオ信号又はデータ信号を含むことができる。システム１５０内の近接場検知アンテナ１０４、帯域通過フィルタ１０６、ＲＦ検出器１０８及びプロセッサ１１０は、各々が図１Ａのシステム１００に関して上述したものと同じ機能を有することができる。プロセッサ１１０は、人体によるアンテナの離調効果を考慮して、最も高い電力を放射している特定のアンテナ１５１、１５２が送信に選択されるように、アンテナ同調制御信号に基づいてＲＦスイッチ１６２を制御することもできる。
図２Ａは、ＲＦ信号を最適に送信するデュアルバンド式適応的自己同調型アンテナシステム２００のブロック図である。システム２００は、アンテナ２０２及び２５２が、検知アンテナ２０４、ＲＦスイッチ２０５及び２０７、帯域通過フィルタ２０６及び２５６、ＲＦ検出器２０８、プロセッサ２１０、並びにアンテナチューナ２１２及び２６２を用いて最大強度及び高放射効率のＲＦ信号を送信できるようにする閉ループシステムとすることができる。システム２００を使用することにより、アンテナ２０２は、高周波帯域（例えば、２．４ＧＨｚ又は５．７ＧＨｚ）などの特定の周波数のＲＦ信号を最大放射電力で送信することができ、アンテナ２５２は、低周波帯域（例えば、ＵＨＦ／ＶＨＦ）などの別の周波数のＲＦ信号を最大放射電力で送信することができる。いくつかの実施形態では、アンテナ２０２を、デジタル伝送パケットのプリアンブル期間中にＲＦ信号を送信するように同調させることができ、アンテナ２５２を、送信中のデジタル伝送パケットのプリアンブル期間中を除いてＲＦ信号（例えば、アナログ変調ＲＦ信号）を送信するように連続同調させることができる。
アンテナ２０２は、例えば、より大きなシステム内のコンポーネントの管理を可能にすることができるモニタリング及び制御信号を含むＲＦ信号を高周波帯域で送信することができる。これらのモニタリング及び制御信号は、無線オーディオ送信機の利得調整、オーディオレベルのモニタリング、及び／又はより大きなシステムのＲＦ性能、統計値などの無線面のモニタリング及び制御を含むことができる。このモニタリング及び制御信号には、（例えば、Ｓｈｕｒｅ Ｉｎｃ社から入手可能なＳｈｏｗＬｉｎｋ Ｒｅｍｏｔｅ ＣｏｎｔｒｏｌなどのＩＥＥＥ８０２．１５．４／ＺｉｇＢｅｅベースのプロトコルを介した）無線リンクを利用することができる。これらのモニタリング及び制御信号は、ＲＦ送受信機／送信機２１６によって生成され、（ＲＦ送受信機／送信機２１６が送信機構成である時には）正しく適合された電力増幅器２１４によって、或いは（ＲＦ送受信機／送信機２１６が送受信機構成である時には）電力増幅器／低雑音増幅器２１４によって増幅されたものとすることができる。ＲＦ送受信機／送信機２１６は、他のコンポーネント（図示せず）と通信することができる。いくつかの実施形態では、アンテナ２０２が、２．４ＧＨｚでの送信時に、空間ダイバーシティ構成の２つのチップアンテナを含む。２．４ＧＨｚでの送信時には、検知アンテナ２０４が、デジタル伝送パケットのプリアンブル期間中に両チップアンテナからの近接場ＲＦ信号の強度をモニタした後、残りのデジタル伝送パケット継続時間（例えば、ペイロード期間）にわたってより多くのＲＦ電力を放射するチップアンテナに切り替わることができる。
アンテナ２５２は、例えば以下で説明するような二重並列螺旋ブランチを含むことも、又は別の構成とすることもできる。アンテナ２５２によって送信されるＲＦ信号は、例えばアナログ及び／又はデジタル変調スキームによって変調されたオーディオ信号又はデータ信号を含むことができる。これらの信号は、アナログ又はデジタルＲＦ送受信機／送信機２６６によって変調され、（ＲＦ送受信機／送信機２６６が送信機構成である時には）正しく適合された電力増幅器２６４によって、或いは（ＲＦ送受信機／送信機２６６が送受信機構成である時には）電力増幅器／低雑音増幅器２６４によって増幅されたものとすることができる。ＲＦ送受信機／送信機２６６は、デジタルデータ信号、制御信号などを用いてマイク又は再生装置などの他のコンポーネント（図示せず）と通信することができる。例えば、システム２００を無線オーディオ送信機に含め、アンテナ２０２及び２５２によってＲＦ信号を送信して、さらなる処理のために無線オーディオ受信機、録音機及び／又はその他のコンポーネントによって受け取られるようにすることができる。
検知アンテナ２０４は、アンテナ２０２及び２５２から送信されたＲＦ信号の近接場ＲＦ信号を検出することができる。近接場ＲＦ信号の強度と、関連する非近接場ＲＦ信号の強度との間には強い相関性があるため、検知アンテナ２０４を用いて近接場ＲＦ信号を検出することにより、システム２００がアンテナ２０２及び２５２の同調を決定できるようになる。システム２００は、近接場ＲＦ信号を検知した後に、アンテナ２０２及び２５２によって送信されるＲＦ信号の強度を最大化するようにアンテナチューナ２１２及び２６２を制御することができる。検知アンテナ２０４は、例えばプリント基板上のトレース、ワイヤ、又は広帯域アンテナとすることができ、近接場負荷効果が最小になるようにＲＦ検出器２０８に高入力インピーダンスを提供することができる。
検出された近接場ＲＦ信号は、検知アンテナ２０４からＲＦスイッチ２０５に提供することができる。ＲＦスイッチ２０５は、高周波帯ＲＦ信号が送信されているか、それとも低周波帯ＲＦ信号が送信されているかを示す選択信号に応じて、検出された近接場ＲＦ信号を帯域通過フィルタ２０６及び２５６の一方にルーティングすることができる。例えば、伝送パケットのプリアンブル部分が高周波帯ＲＦ信号で送信されている場合、ＲＦスイッチ２０５は、近接場ＲＦ信号を高周波帯用帯域通過フィルタ２０６にルーティングすることができる。伝送パケットのプリアンブル部分が高周波帯ＲＦ信号で送信されていない場合、ＲＦスイッチ２０５は、近接場ＲＦ信号を低周波帯用帯域通過フィルタ２５６にルーティングすることができる。例えば、選択信号は、伝送パケットのプリアンブル部分の開始時にトリガすることができる。
帯域通過フィルタ２０６及び２５６の各々は、アンテナ同調の歪みを避けるために、検知アンテナ２０４によって検出されたＲＦ信号のうち、アンテナ２０２及び２５２によって送信される周波数帯域外のＲＦ信号を除去することができる。例えば、検知アンテナ２０４が、システム２００に物理的に近い装置からの近接周波数のＲＦ信号を検出した場合、帯域通過フィルタ２０６及び２５６は、アンテナ２０２又は２５２によって送信されたＲＦ信号をさらに処理できるように他のＲＦ信号をフィルタ除去することができる。具体的には、アンテナ２０２及び２５２は、いずれもそれぞれのＲＦ信号を同時に送信することができるので、帯域通過フィルタ２０６及び２５６は、他の周波数帯域で送信されたＲＦ信号、又は存在し得る他の妨害信号をそれぞれ除去する。帯域通過フィルタ２０６及び２５６は、離散帯域通過フィルタ、マイクロ波帯域通過フィルタ、ＳＡＷ帯域通過フィルタ、螺旋帯域通過フィルタ、誘電帯域通過フィルタ、又は他のタイプのフィルタとすることができる。特定のタイプの帯域通過フィルタ２０６及び２５６は、帯域外除去要件に依存することができる。
ＲＦスイッチ２０５及び２０７は、選択信号に応じて、フィルタ処理済みの近接場ＲＦ信号を帯域通過フィルタ２０６及び２５６からＲＦ検出器２０８にルーティングすることができる。伝送パケットのプリアンブル部分が高周波帯ＲＦ信号で送信されている場合、ＲＦスイッチ２０７は、フィルタ処理済みの近接場ＲＦ信号を高周波帯用帯域通過フィルタ２０６からＲＦ検出器２０８にルーティングすることができる。伝送パケットのプリアンブル部分が高周波帯ＲＦ信号で送信されていない場合、ＲＦスイッチ２０７は、フィルタ処理済みの近接場ＲＦ信号を低周波帯用帯域通過フィルタ２５６からＲＦ検出器２０８にルーティングすることができる。
ＲＦ検出器２０８は、帯域通過フィルタ２０６又は２５６からの選択されたフィルタ処理済みの近接場ＲＦ信号を、選択されたフィルタ処理済みの近接場ＲＦ信号の強度を表すＲＦ強度制御信号に変換することができる。ＲＦ強度制御信号は、例えばＤＣ電圧又はデジタル信号（例えば、ＳＰＩ、Ｉ2Ｃなど）とすることができる。ＲＦ検出器２０８は、アンテナ２０２及び２５２に必要な、１５〜２５ｄＢなどの最小動的同調範囲を検知するように較正することができる。このようにして、周波数帯域内の高出力信号によって引き起こされる干渉を最小化することができる。ＲＦ検出器１０８は、例えば Ａｎａｌｏｇ Ｄｅｖｉｃｅｓ社製のＡＤ８３６１集積回路とすることができる。
プロセッサ２１０は、ＲＦ検出器２０８からＲＦ強度制御信号を受け取り、このＲＦ強度制御信号に基づいてアンテナ同調制御信号を生成することができる。プロセッサ２１０は、システム２００に含まれて他の機能を実行することも、又は独立コンポーネントとすることもできる。プロセッサ２１０上で実行されるルーチンの結果、どちらのアンテナ２０２又は２５２が同調されているかに応じて、アンテナ同調制御信号の生成を通じてアンテナ２０２及び２５２をアンテナチューナ２１２又は２６２に同調させることができる。具体的には、アンテナチューナ２１２及び２６２が、送信されるＲＦ信号の強度が最大になるようにアンテナ同調制御信号に基づいてアンテナ２０２及び２５２の電気長をそれぞれ制御することができる。プロセッサ２１０は、現在の周波数、同調状態が現在の周波数よりも１つ高い周波数、及び同調状態が現在の周波数よりも１つ低い周波数における近接場ＲＦ信号の強度を定期的にサンプリングすることができる。その後、アンテナ同調制御信号を生成して、同調されているアンテナ２０２又は２５２が近接場ＲＦ信号の最も高い測定強度を有する同調状態に同調されるようにすることができる。同調制御信号の生成方法の実施形態については、以下で図５を参照しながら説明する。
アンテナチューナ２６２は、送信されるＲＦ信号の強度が最大になるようにアンテナ同調制御信号に基づいてアンテナ２５２の電気長を制御できる平衡移相器とすることができる。具体的には、アンテナ同調制御信号を用いてアンテナチューナ２６２の純リアクタンスを制御し、送信されている特定の周波数のアンテナ共振を有するようにアンテナ２５２を同調させることができる。図１Ａを参照しながら上述したように、アンテナチューナ２６２の実施形態は、図６及び図７に図示し説明したような様々なものが存在することができる。
図２Ｂは、ＲＦ信号を最適に送信するデュアルバンド式適応的自己同調型アンテナシステム２７０のブロック図である。システム２７０は、アンテナ２５２及び２７１、２７２が、検知アンテナ２０４、ＲＦスイッチ２０５及び２０７、帯域通過フィルタ２０６及び２５６、ＲＦ検出器２０８、プロセッサ２１０、アンテナチューナ２６２、並びにＲＦスイッチ２８２を用いて最大強度及び高放射効率のＲＦ信号を送信できるようにする閉ループシステムとすることができる。アンテナ２７１、２７２は、高周波帯域（例えば、２．４ＧＨｚ又は５．７ＧＨｚ）などの特定の周波数のＲＦ信号を送信することができる。ＲＦスイッチ２８２は、高周波ＲＦ信号を送信するアンテナ２７１、２７２のうちの最良なアンテナを選択することができる。アンテナ２７１、２７２によって送信されるＲＦ信号は、例えば、より大きなシステム内のコンポーネントの管理を可能にすることができるモニタリング及び制御信号を含むことができる。検知アンテナ２０４、ＲＦスイッチ２０５及び２０７、帯域通過フィルタ２０６及び２５６、ＲＦ検出器２０８、プロセッサ２１０、並びにアンテナチューナ２６２は、各々が図２Ａのシステム２００に関して上述したものと同じ機能を有することができる。プロセッサ２１０は、最も高い電力を放射している特定のアンテナ２７１、２７２が高周波ＲＦ信号の送信に選択されるようにアンテナ同調制御信号に基づいてＲＦスイッチ２８２を制御することもできる。
図３に、アンテナ同調制御信号に基づいてアンテナの電気長を制御するプロセス３００の実施形態を示す。プロセス３００では、ＲＦ信号が最大強度及び高放射効率で送信されるようにアンテナの電気長を制御するアンテナ同調制御信号を生成することができる。ステップ３０２において、ＲＦ送受信機又は送信機などによって初期ＲＦ信号を生成することができる。初期ＲＦ信号は、例えばアナログ及び／又はデジタル変調スキームによって変調されたオーディオ又はデータ信号を含むことができる。ステップ３０４において、電力増幅器などを用いて初期ＲＦ信号をＲＦ信号に増幅することができる。ステップ３０６において、ＲＦ信号を、受信機コンポーネントによって受信できるようにアンテナから送信することができる。
ステップ３０８において、送信されたＲＦ信号の近接場ＲＦ信号を検知アンテナなどによって検出することができる。近接場ＲＦ信号は、アンテナに物理的に最も近いＲＦ信号であり、一般にアンテナからのＲＦ信号のほんのわずかな波長内に存在する。近接場ＲＦ信号の強度と、関連する非近接場ＲＦ信号の強度との間には強い相関性があるため、近接場ＲＦ信号を検出することは、アンテナの同調を決定する役に立つ。非近接場ＲＦ信号は、アンテナから離れて位置する受信機によって受け取られる「実際の放射電力」信号としてのＲＦ信号である。
ステップ３１０において、ステップ３０８で検出された近接場ＲＦ信号からフィルタ処理済みの近接場ＲＦ信号を生成することができる。フィルタ処理済みの近接場ＲＦ信号は、例えば送信されている周波数帯域外のＲＦ信号を除去できるように、帯域通過フィルタによって生成することができる。ステップ３１２において、フィルタ処理済みの近接場ＲＦ信号をＲＦ検出器などによってＲＦ強度制御信号に変換することができる。ＲＦ強度制御信号は、フィルタ処理済みの近接場ＲＦ信号の強度を表すことができ、例えばＤＣ電圧又はデジタル信号（例えば、ＳＰＩ、Ｉ2Ｃなど）とすることができる。ステップ３１４において、ＲＦ強度制御信号に基づいてアンテナ同調制御信号を生成することができる。例えば、アンテナ同調制御信号は、プロセッサ上で実行されるルーチンによって生成することができる。ステップ３１６において、アンテナ同調制御信号は、送信されるＲＦ信号の強度が最大になるように送信アンテナの電気長を制御するようアンテナチューナを制御することができる。いくつかの実施形態では、ステップ３１６において、同調されているアンテナが複数のチップ構成を有する場合などには、アンテナ同調制御信号が、最大放射電力を得られる最良のアンテナを選択するようにアンテナチューナを制御することができる。アンテナ同調制御信号の生成については、以下で図５に関してさらに説明する。
図４Ａ〜図４Ｂに、アンテナ同調制御信号に基づいてアンテナの電気長を制御するプロセス４００及び４５０の実施形態をそれぞれ示す。プロセス４００及び４５０では、ＲＦ信号が最大強度及び高放射効率で送信されるように異なる周波数で送信を行うアンテナの電気長を制御するアンテナ同調制御信号を生成することができる。例えば、図２Ａのシステム２００に関しては、プロセス４００を利用することができ、図２Ａのシステム２７０に関しては、プロセス４５０を利用することができる。プロセス４００及び４５０を使用することにより、１つのアンテナは、高周波帯域（例えば、２．４ＧＨｚ又は５．７ＧＨｚ）などの特定の周波数のＲＦ信号を最大放射電力で送信することができ、別のアンテナは、低周波帯域（例えば、ＵＨＦ／ＶＨＦ）などの別の周波数のＲＦ信号を最大放射電力で送信することができる。いくつかの実施形態では、高周波帯ＲＦ信号を送信するアンテナを、デジタル伝送パケットのプリアンブル期間中にＲＦ信号を送信するように同調させることができ、低周波帯ＲＦ信号を送信するアンテナを、デジタル伝送パケットのプリアンブル期間中を除いてＲＦ信号（例えば、アナログ変調ＲＦ信号）を送信するように連続同調させることができる。他の実施形態では、低周波帯アンテナが、デジタル変調ＲＦ信号であるＲＦ信号を送信することができ、高周波帯アンテナも、デジタル変調ＲＦ信号であるＲＦ信号を送信することができる。この場合、高周波帯ＲＦ信号のデジタル変調ＲＦ信号のプリアンブル期間と同期したデジタル変調ＲＦ信号のプリアンブル期間中に、低周波帯ＲＦ信号を同調させることができる。
ステップ４０２において、ＲＦ送受信機又は送信機などによって初期高周波帯ＲＦ信号を生成することができる。初期高周波帯ＲＦ信号は、例えばモニタリング及び制御信号を含むことができる。ステップ４０４において、電力増幅器などを用いて初期高周波帯ＲＦ信号を高周波帯ＲＦ信号に増幅することができる。ステップ４０６において、高周波帯ＲＦ信号を、受信機コンポーネントによって受信できるようにアンテナから送信することができる。ステップ４０２〜４０６と同時に、又は異なる時点で、ステップ４０８において、ＲＦ送受信機又は送信機などによって初期低周波帯ＲＦ信号を生成することができる。初期低周波帯ＲＦ信号は、例えばアナログ及び／又はデジタル変調スキームによって変調されたオーディオ又はデータ信号を含むことができる。ステップ４１０において、電力増幅器などを用いて初期低周波帯ＲＦ信号を低周波帯ＲＦ信号に増幅することができる。ステップ４１２において、低周波帯ＲＦ信号を、受信機コンポーネントによって受信できるようにアンテナから送信することができる。
ステップ４１４において、例えば検知アンテナにより、送信された高周波帯ＲＦ信号及び／又は低周波帯ＲＦ信号の近接場ＲＦ信号を検出することができる。近接場ＲＦ信号の強度と、関連する非近接場ＲＦ信号の強度との間には強い相関性があるため、近接場ＲＦ信号を検出することは、アンテナの同調を決定する役に立つ。ステップ４１６において、高周波帯ＲＦ信号上でデジタル伝送パケットのプリアンブル部分が送信されているかどうかを判定することができる。ステップ４１６においてプリアンブル部分が送信されている場合、プロセス４００及び４５０はステップ４１８に進む。ステップ４１８において、ステップ４１４で検出された高周波帯近接場ＲＦ信号から、フィルタ処理済みの高周波帯近接場ＲＦ信号を生成することができる。フィルタ処理済みの高周波帯近接場ＲＦ信号は、例えば送信されているこの周波数帯域外のＲＦ信号を除去できるように、高周波帯用帯域通過フィルタによって生成することができる。
ステップ４２０において、フィルタ処理済みの高周波帯近接場ＲＦ信号をＲＦ検出器などによってＲＦ強度制御信号に変換することができる。ＲＦ強度制御信号は、フィルタ処理済みの高周波帯近接場ＲＦ信号の強度を表すことができ、例えばＤＣ電圧又はデジタル信号（例えば、ＳＰＩ、Ｉ2Ｃなど）とすることができる。ステップ４２２において、ＲＦ強度制御信号に基づいてアンテナ同調制御信号を生成することができる。例えば、アンテナ同調制御信号は、プロセッサ上で実行されるルーチンによって生成することができる。図４Ａに示すプロセス４００では、ステップ４２４において、アンテナ同調制御信号が、送信される高周波帯ＲＦ信号の強度が最大になるように送信アンテナの電気長を制御するようアンテナチューナを制御することができる。高周波帯アンテナがマルチアンテナ構成を有している場合、この制御は、アンテナの同調又はアンテナの選択によって行うことができる。同調制御信号の生成については、以下で図５に関してさらに説明する。図４Ｂに示すプロセス４５０では、ステップ４２２の後に、ステップ４５４において、アンテナ同調制御信号により、プリアンブル部分中に最も高い電力を放射している最良の固定アンテナが送信に選択されるようにＲＦスイッチを制御することができる。
ステップ４１６において、高周波帯ＲＦ信号上でデジタル伝送パケットのプリアンブル部分が送信されていない場合、プロセス４００及び４５０はステップ４２６に進む。ステップ４２６において、ステップ４１４で検出された低周波帯近接場ＲＦ信号から、フィルタ処理済みの低周波帯近接場ＲＦ信号を生成することができる。フィルタ処理済みの低周波帯近接場ＲＦ信号は、例えば送信されているこの周波数帯域外のＲＦ信号を除去できるように、低周波帯用帯域通過フィルタによって生成することができる。ステップ４２８において、フィルタ処理済みの低周波帯近接場ＲＦ信号をＲＦ検出器などによってＲＦ強度制御信号に変換することができる。ＲＦ強度制御信号は、フィルタ処理済みの低周波帯近接場ＲＦ信号の強度を表すことができ、例えばＤＣ電圧又はデジタル信号（例えば、ＳＰＩ、Ｉ2Ｃなど）とすることができる。ステップ４３０において、ＲＦ強度制御信号に基づいてアンテナ同調制御信号を生成することができる。例えば、アンテナ同調制御信号は、プロセッサ上で実行されるルーチンによって生成することができる。ステップ４３２において、アンテナ同調制御信号は、送信される低周波帯ＲＦ信号の強度が最大になるように送信アンテナの電気長を制御するようアンテナチューナを制御することができる。同調制御信号の生成については、以下で図５に関してさらに説明する。
図５に、アンテナ同調制御信号を生成するプロセス５００の実施形態を示す。プロセス５００は、例えば上述したステップ３１４、４２２及び／又は４３０の実施形態とすることができる。アンテナ同調制御信号は、特定のアンテナが、このアンテナによって送信されるＲＦ信号の強度が最大になるように同調されるよう、検出された近接場ＲＦ信号の測定強度に基づいて生成することができる。プロセス５００は、例えばプロセッサによって実行することができる。ステップ５０２において、例えば、現在の送信周波数における近接場ＲＦ信号の強度をメモリに記憶することができる。例えば、上述したように、近接場ＲＦ信号の強度は、ＲＦ検出器によって生成されたＲＦ強度制御信号に基づくことができる。ステップ５０４において、現在の周波数よりも同調状態が１つ低い周波数にアンテナが同調されるように第１の較正アンテナ同調制御信号を生成することができる。ステップ５０６において、この状態における近接場ＲＦ信号の強度を示すＲＦ強度制御信号を受け取ることができる。ステップ５０８において、第１の較正強度をメモリに記憶することができる。第１の較正強度は、ステップ５０６で受け取ったＲＦ強度制御信号に基づくことができる。
ステップ５１０において、現在の周波数よりも同調状態が１つ高い周波数にアンテナが同調されるように第２の較正アンテナ同調制御信号を生成することができる。ステップ５１２において、この状態における近接場ＲＦ信号の強度を示すＲＦ強度制御信号を受け取ることができる。ステップ５１４において、第２の較正強度をメモリに記憶することができる。第２の較正強度は、ステップ５１２で受け取ったＲＦ強度制御信号に基づくことができる。ステップ５１６において、近接場ＲＦ信号の最も高い測定強度を有する同調状態にアンテナが同調されるようにアンテナ同調制御信号を生成することができる。ステップ５０２で記憶された強度、ステップ５０８で記憶された第１の較正強度、及びステップ５１４で記憶された第２の較正強度を互いに比較して、最も高い測定強度を決定することができる。その後、ステップ５１６において、（３つの同調状態のうちの）測定された最も高い近接場強度に対応するアンテナ較正同調状態に同調することができる。このようにして、アンテナを最大電力で送信を行うように連続して適応及び自己同調させることができる。較正状態の繰り返し周期及びステップサイズは、無線システムの特定のプロトコル及び伝搬プロファイルに応じて構成し、最適化することができる。
図８に、二重螺旋ブランチを有するアンテナを含むアンテナの例示的な表現を示す。図８に示すアンテナは、例えばアナログ及び／又はデジタル変調スキームによって変調されたオーディオ又はデータ信号を含むＲＦ信号を送信することができる。いくつかの実施形態では、これらの信号を、ＲＦ送受信機／送信機によって変調され、電力増幅器によって増幅されたものとすることができる。ＲＦ送受信機／送信機は、デジタルデータ信号、制御信号などを用いてマイク又は再生装置などの他のコンポーネント（図示せず）と通信することができる。図８に示すアンテナは、上述したシステム１００及び２００において使用できるアンテナの例示的な実施形態である。例えば、アンテナの接地面は、装置の電子及び機械部品（例えば、プリント基板の銅接地、ＲＦ遮蔽物、バッテリなど）、及び／又は装置を保持している人物を含むことができる。
図８に示すアンテナ８０２、８０４、８０６、８０８、８１０及び８１２は、二重螺旋ブランチを含むことができる。螺旋ブランチは、無線オーディオ送信機又はその他のポータブル無線通信装置などの装置のプラスチック製の筐体上などの基板上に適合的に構築することができる。例えば、射出成形されたプラスチック部品に対するレーザーダイレクトストラクチャリングを利用して、プラスチック製の筐体上に螺旋ブランチを印刷することができる。このようにして、アンテナ８０２、８０４、８０６、８０８、８１０及び８１２を装置内に一体化し、ユーザ又はその他の物体との物理的相互作用に起因する潜在的損傷から保護することができる。
螺旋ブランチは、ワイヤ又はメッキ導体などの導体で構成することができる。図８では、各アンテナ８０２、８０４、８０６、８０８、８１０及び８１２の一部を３次元ビューで示しており、導体の空間的位置を示すように、各アンテナの左側には各アンテナの断面も示している。具体的には、アンテナ８０２及び８０４は、螺旋ブランチが導体ストリップ及びワイヤを含んでいることを示す。アンテナ８０２及び８０４のワイヤは、それぞれ下部配向及び中央配向である。アンテナ８０６及び８０８は、螺旋ブランチが幅の広い導体ストリップと幅の狭い導体ストリップとを含んでいることを示す。アンテナ８０６及び８０８の狭い導体ストリップは、それぞれ下部配向及び中央配向である。アンテナ８１０は、螺旋ブランチが２つの導体ストリップを含んでいることを示す。アンテナ８１２は、螺旋ブランチが２つのワイヤを含んでいることを示す。これらの螺旋ブランチは、互いに電気的に接続されておらず、異なる形状及び／又は物理的長さを有することができる。
アンテナ８１４及び８１６は、導体ストリップ又はワイヤとすることができる単一の３次元螺旋を含む。アンテナ８１４では、ポート１に供給されるＲＦ信号を受信又は送信するための単一のポートフィードを含めることができる。アンテナ８１６に示すように、ポート２に供給されるＲＦ信号を受信又は送信するための二重ポートフィードを含め、ポート１を接地に接続することもできる。アンテナ８１４及び８１６は、装置のプラスチック製の筐体上などの基板上に適合的に構築することができ、異なる形状及びフォームファクタを有することができる。アンテナ８１４及び８１６は、装置内に一体化して、ユーザ又は他の物体との物理的相互作用に起因する潜在的損傷から保護することができる。
アンテナ、又はアンテナの各ブランチは、アンテナを共振に同調させてアンテナの放射効率を改善する同調ネットワークに接続することができる。上述したように、同調ネットワークは、アンテナがその電気長を制御してＲＦ信号の送信強度を最大化するように同調されるよう、インダクタ、デジタルチューナブルコンデンサ、微小電気機械（ＭＥＭＳ）コンデンサ及び／又はＰＩＮダイオードを含むことができる。
本開示は、様々な実施形態の形成方法及び使用方法を技術に従って説明するためのものであり、その真の意図する公正な範囲及び思想を限定するものではない。上述の説明は、包括的であることや、又は開示した正確な形に限定されることを意図するものではない。上記の教示に照らして修正例及び変形例が可能である。（単複の）実施形態は、説明する技術の原理及びその実施可能な応用を示すとともに、様々な実施形態の技術、及び想定される特定の用途に適した様々な修正例を当業者が利用できるように選択して説明したものである。このような全ての修正例及び変形例は、これらの権利を公正に、法的に、かつ公平に認める外延に従って解釈した場合、本出願の係属中に補正される可能性もある添付の特許請求の範囲によって定められる実施形態及びその全ての同等物の範囲に含まれる。
１００：適応的自己同調型アンテナシステム
１０２：アンテナ
１０４：検知アンテナ
１０６：帯域通過フィルタ
１０８：ＲＦ検出器
１１０：プロセッサ
１１２：アンテナチューナ
１１４：電力増幅器／低雑音増幅器
１１６：ＲＦ送受信機／送信機

Claims (28)

  1. 適応的自己同調型アンテナシステムであって、
    送信アンテナから送信された、アナログ変調信号又はデジタル変調信号のうちの一方又は両方を含むＲＦ信号の近接場無線周波数（ＲＦ）信号を検出する検知アンテナと、
    前記検知アンテナと通信し、前記近接場ＲＦ信号からフィルタ処理済みの近接場ＲＦ信号を生成する帯域通過フィルタと、
    前記帯域通過フィルタと通信し、前記フィルタ処理済みの近接場ＲＦ信号の電力を検出し、該フィルタ処理済みの近接場ＲＦ信号の強度を表すＲＦ強度制御信号を出力するＲＦ検出器と、
    前記ＲＦ検出器と通信し、前記ＲＦ強度制御信号を受け取り、該ＲＦ強度制御信号に基づいてアンテナ同調制御信号を生成するように構成されたプロセッサと、
    を備え、前記アンテナ同調制御信号は、前記送信アンテナによって送信される前記ＲＦ信号の強度が最大になるように前記送信アンテナの電気長を制御し、前記プロセッサは、前記アンテナ同調制御信号を、
    前記ＲＦ強度制御信号に基づいて、現在の周波数における前記ＲＦ信号の前記強度を記憶し、
    前記ＲＦ信号の前記現在の周波数よりも同調状態が１つ低い第１の周波数に前記送信アンテナが同調されるように第１の較正アンテナ同調制御信号を生成し、
    前記ＲＦ強度制御信号を受け取り、
    前記ＲＦ強度制御信号に基づいて、前記ＲＦ信号の第１の較正強度を記憶し、
    前記ＲＦ信号の前記現在の周波数よりも同調状態が１つ高い第２の周波数に前記送信アンテナが同調されるように第２の較正同調制御信号を生成し、
    前記ＲＦ強度制御信号を受け取り、
    前記ＲＦ強度制御信号に基づいて前記ＲＦ信号の第２の較正強度を記憶し、
    前記送信アンテナが、前記第１の較正強度、前記第２の較正強度、及び前記ＲＦ信号の前記強度のうちの大きい方に基づいて、前記第１の周波数、前記第２の周波数又は前記現在の周波数の１つにおける共振に同調されるように前記アンテナ同調制御信号を生成する、
    ことによって、生成するように構成された
    ことを特徴とする適応的自己同調型アンテナシステム。
  2. 前記ＲＦ信号を送信する前記送信アンテナと、
    前記プロセッサ及び前記送信アンテナと通信し、前記アンテナ同調制御信号に基づいて前記送信アンテナの前記電気長を制御するように構成されたアンテナチューナと、
    前記アナログ変調信号又は前記デジタル変調信号のうちの一方又は両方を含む初期ＲＦ信号を生成するＲＦ送信機と、
    前記ＲＦ送信機及び前記アンテナチューナと通信し、前記初期ＲＦ信号を前記ＲＦ信号に増幅して、該ＲＦ信号を前記アンテナチューナに送信するＲＦ電力増幅器と、
    をさらに備える請求項１に記載の適応的自己同調型アンテナシステム。
  3. 前記アンテナチューナは、移相器を含む、
    請求項２に記載の適応的自己同調型アンテナシステム。
  4. 前記移相器は、少なくとも１つのコンデンサ及び前記送信アンテナと直列に存在する少なくとも１つのインダクタを含み、
    前記少なくとも１つのコンデンサの容量値は、前記アンテナ同調制御信号に基づいて選択され、該選択された容量値は、前記送信アンテナの前記電気長を制御する、
    請求項３に記載の適応的自己同調型アンテナシステム。
  5. 前記少なくとも１つのコンデンサは、少なくとも１つのデジタルチューナブルコンデンサ、又は少なくとも１つの微小電気機械コンデンサのうちの一方又は両方を含む、
    請求項４に記載の適応的自己同調型アンテナシステム。
  6. 前記移相器は、少なくとも１つのバラクタダイオード及び前記送信アンテナと直列に存在する少なくとも１つのインダクタを含み、
    前記少なくとも１つバラクタダイオードの容量値は、前記アンテナ同調制御信号に基づいて決定され、前記選択された容量値は、前記送信アンテナの前記電気長を制御する、
    請求項３に記載の適応的自己同調型アンテナシステム。
  7. 前記移相器は、前記送信アンテナと通信する少なくとも１つのＰＩＮダイオードを含み、
    前記少なくとも１つのＰＩＮダイオードは、前記アンテナ同調制御信号に基づいてバイアス処理され、前記少なくとも１つのＰＩＮダイオードの前記バイアス処理は、前記送信アンテナの前記電気長を制御する、
    請求項３に記載の適応的自己同調型アンテナシステム。
  8. 前記移相器は、平衡移相器又はシングルエンド移相器のうちの一方又は両方を含む、
    請求項３に記載の適応的自己同調型アンテナシステム。
  9. 前記送信アンテナは、互いに平行に配置されて互いに電気的に接続されない第１の螺旋ブランチ及び第２の螺旋ブランチを含む、
    請求項２に記載の適応的自己同調型アンテナシステム。
  10. 前記第１の螺旋ブランチは、第１の長さを有し、
    前記第２の螺旋ブランチは、前記第１の長さと異なる第２の長さを有する、
    請求項９に記載の適応的自己同調型アンテナシステム。
  11. 前記第１の螺旋ブランチは、第１の形状を有し、
    前記第２の螺旋ブランチは、前記第１の形状と異なる第２の形状を有する、
    請求項９に記載の適応的自己同調型アンテナシステム。
  12. 前記送信アンテナは、単一の螺旋ブランチを含む、
    請求項２に記載の適応的自己同調型アンテナシステム。
  13. 前記検知アンテナは、プリント基板上のトレース又は広帯域アンテナのうちの一方又は両方を含む、
    請求項１に記載の適応的自己同調型アンテナシステム。
  14. 前記ＲＦ信号は、オーディオ信号又はデータ信号のうちの一方又は両方を含む、
    請求項１に記載の適応的自己同調型アンテナシステム。
  15. 送信アンテナを適応的に自己同調させる方法であって、
    送信アンテナから送信された、アナログ変調信号又はデジタル変調信号のうちの一方又は両方を含むＲＦ信号の近接場無線周波数（ＲＦ）信号を検出するステップと、
    前記近接場ＲＦ信号を帯域通過フィルタ処理して、前記近接場ＲＦ信号からフィルタ処理済みの近接場ＲＦ信号を生成するステップと、
    前記フィルタ処理済みの近接場ＲＦ信号の電力を検出し、該フィルタ処理済みの近接場ＲＦ信号の強度を表すＲＦ強度制御信号を出力するステップと、
    前記ＲＦ強度制御信号に基づいてアンテナ同調制御信号を生成するステップと、
    を含み、前記アンテナ同調制御信号は、前記送信アンテナによって送信される前記ＲＦ信号の強度が最大になるように前記送信アンテナの電気長を制御し、前記アンテナ同調制御信号を生成するステップは、
    前記ＲＦ強度制御信号に基づいて、現在の周波数における前記ＲＦ信号の前記強度を記憶するステップと、
    前記ＲＦ信号の前記現在の周波数よりも同調段階が１つ低い第１の周波数に前記送信アンテナが同調されるように第１の較正同調制御信号を生成するステップと、
    前記ＲＦ強度制御信号を受け取るステップと、
    前記ＲＦ強度制御信号に基づいて、前記ＲＦ信号の第１の較正強度を記憶するステップと、
    前記ＲＦ信号の前記現在の周波数よりも同調段階が１つ高い第２の周波数に前記送信アンテナが同調されるように第２の較正同調制御信号を生成するステップと、
    前記ＲＦ強度制御信号を受け取るステップと、
    前記ＲＦ強度制御信号に基づいて前記ＲＦ信号の第２の較正強度を記憶するステップと、
    前記送信アンテナが、前記第１の較正強度、前記第２の較正強度のうちの大きい方と、
    前記ＲＦ信号の前記強度とに基づいて、前記第１の周波数、前記第２の周波数又は前記現在の周波数の１つにおける共振に同調されるように前記アンテナ同調制御信号を生成するステップと、
    を含む
    ことを特徴とする方法。
  16. 前記アナログ変調信号又は前記デジタル変調信号のうちの一方又は両方を含む初期ＲＦ信号を生成するステップと、
    前記初期ＲＦ信号を前記ＲＦ信号に増幅するステップと、
    前記ＲＦ信号を前記送信アンテナから送信するステップと、
    前記アンテナ同調制御信号に基づいて、前記送信アンテナの前記電気長を制御するステップと、
    をさらに含む請求項１５に記載の方法。
  17. 前記送信アンテナの前記電気長を制御するステップは、前記アンテナ同調制御信号に基づいて少なくとも１つのコンデンサの容量値を選択するステップを含み、前記選択された容量値は、前記送信アンテナの前記電気長を制御し、前記少なくとも１つのコンデンサは、少なくとも１つのインダクタ及び前記送信アンテナと直列に存在する、
    請求項１６に記載の方法。
  18. 前記少なくとも１つのコンデンサは、少なくとも１つのデジタルチューナブルコンデンサ、又は少なくとも１つの微小電気機械コンデンサのうちの一方又は両方を含む、
    請求項１７に記載の方法。
  19. 前記送信アンテナの前記電気長を制御するステップは、前記アンテナ同調制御信号に基づいて少なくとも１つのバラクタダイオードの容量値を決定するステップを含み、前記選択された容量値は、前記送信アンテナの前記電気長を制御し、前記少なくとも１つのバラクタダイオードは、少なくとも１つのインダクタ及び前記送信アンテナと直列に存在する、
    請求項１６に記載の方法。
  20. 前記送信アンテナの前記電気長を制御するステップは、前記アンテナ同調制御信号に基づいて少なくとも１つのＰＩＮダイオードをバイアス処理するステップを含み、前記少なくとも１つのＰＩＮダイオードの前記バイアス処理は、前記送信アンテナの前記電気長を制御し、前記少なくとも１つのＰＩＮダイオードは、前記送信アンテナと通信する、
    請求項１６に記載の方法。
  21. 前記送信アンテナは、互いに平行に配置されて互いに電気的に接続されない第１の螺旋ブランチ及び第２の螺旋ブランチを含む、
    請求項１５に記載の方法。
  22. 前記第１の螺旋ブランチは、第１の長さを有し、
    前記第２の螺旋ブランチは、前記第１の長さと異なる第２の長さを有する、
    請求項２１に記載の方法。
  23. 前記第１の螺旋ブランチは、第１の形状を有し、
    前記第２の螺旋ブランチは、前記第１の形状と異なる第２の形状を有する、
    請求項２１に記載の方法。
  24. 前記送信アンテナは、単一の螺旋ブランチを含む、
    請求項１５に記載の方法。
  25. 適応的自己同調型アンテナシステムであって、
    第１の送信アンテナから送信された、第１の周波数の第１のＲＦ信号の第１の近接場無線周波数（ＲＦ）信号と、第２の送信アンテナから送信された、前記第１の周波数とは異なる第２の周波数の第２のＲＦ信号の第２の近接場ＲＦ信号とを検出する検知アンテナと、
    前記検知アンテナと通信し、前記第１のＲＦ信号を送信すべきか、それとも前記第２のＲＦ信号を送信すべきかに基づいて、前記第１の近接場ＲＦ信号又は前記第２の近接場ＲＦ信号から選択された近接場ＲＦ信号を変換する第１のＲＦスイッチと、
    前記第１のＲＦスイッチと通信し、前記第１の近接場ＲＦ信号から第１のフィルタ処理済みの近接場ＲＦ信号を生成する第１の帯域通過フィルタと、
    前記第１のＲＦスイッチと通信し、前記第２の近接場ＲＦ信号から第２のフィルタ処理済みの近接場ＲＦ信号を生成する第２の帯域通過フィルタと、
    前記第１及び第２の帯域通過フィルタと通信し、前記第１のＲＦ信号を送信すべきか、それとも前記第２のＲＦ信号を送信すべきかに基づいて、前記第１のフィルタ処理済みの近接場ＲＦ信号又は前記第２のフィルタ処理済みの近接場ＲＦ信号から選択されたフィルタ処理済みの近接場ＲＦ信号を伝える第２のＲＦスイッチと、
    前記第２のＲＦスイッチと通信し、前記選択されたフィルタ処理済みの近接場ＲＦ信号の電力を検出し、該選択されたフィルタ処理済みの近接場ＲＦ信号の強度を表すＲＦ強度制御信号を出力するＲＦ検出器と、
    前記ＲＦ検出器と通信し、前記ＲＦ強度制御信号を受け取り、該ＲＦ強度制御信号に基づいてアンテナ同調制御信号を生成するように構成されたプロセッサと、
    を備え、前記アンテナ同調制御信号は、前記第１又は第２の送信アンテナによって送信される前記第１又は第２のＲＦ信号の強度が最大になるように前記第１又は第２の送信アンテナのそれぞれの電気長を制御し、前記プロセッサは、前記アンテナ同調制御信号を、
    前記ＲＦ強度制御信号に基づいて、現在の周波数における送信されたＲＦ信号の前記強度を記憶し、ここで前記送信されたＲＦ信号は、（１）前記第１のＲＦ信号が送信されるものである場合は前記第１のＲＦ信号を、（２）前記第２のＲＦ信号が送信されるものである場合は前記第２のＲＦ信号を含むものであり、
    前記送信されたＲＦ信号の前記現在の周波数よりも同調状態が１つ低い第１の周波数に前記送信アンテナが同調されるように第１の較正アンテナ同調制御信号を生成し、ここで前記送信アンテナは、（１）前記第１のＲＦ信号が送信されるものである場合は前記第１の送信アンテナを、（２）前記第２のＲＦ信号が送信されるものである場合は前記第２の送信アンテナを含むものであり、
    前記ＲＦ強度制御信号を受け取り、
    前記ＲＦ強度制御信号に基づいて、前記送信されたＲＦ信号の第１の較正強度を記憶し、
    前記送信されたＲＦ信号の前記現在の周波数よりも同調状態が１つ高い第２の周波数に前記送信アンテナが同調されるように第２の較正同調制御信号を生成し、
    前記ＲＦ強度制御信号を受け取り、
    前記ＲＦ強度制御信号に基づいて前記送信されたＲＦ信号の第２の較正強度を記憶し、
    前記送信アンテナが、前記第１の較正強度、前記第２の較正強度、及び前記送信されたＲＦ信号の前記強度のうちの大きい方に基づいて、前記第１の周波数、前記第２の周波数又は前記現在の周波数の１つにおける共振に同調されるように前記アンテナ同調制御信号を生成する、
    ことによって、生成するように構成された
    ことを特徴とする適応的自己同調型アンテナシステム。
  26. 前記プロセッサ及び前記第１の送信アンテナと通信し、前記アンテナ同調制御信号に基づいて前記第１の送信アンテナの前記電気長を制御するように構成された第１のアンテナチューナと、
    前記プロセッサ及び前記第２の送信アンテナと通信し、前記アンテナ同調制御信号に基づいて前記第２の送信アンテナの前記電気長を制御するように構成された第２のアンテナチューナと、
    をさらに備える請求項２５に記載の適応的自己同調型アンテナシステム。
  27. 前記第１の周波数は、高周波帯域に存在し、
    前記第１のＲＦ信号は、第１のデジタル変調信号であり、
    前記第２の周波数は、低周波帯域に存在し、
    前記第２のＲＦ信号は、アナログ変調信号又は第２のデジタル変調信号のうちの一方又は両方である、
    請求項２５に記載の適応的自己同調型アンテナシステム。
  28. 前記第１のデジタル変調信号のプリアンブルが送信されている場合、
    前記第１のＲＦスイッチによって伝えられる前記選択された近接場ＲＦ信号は、前記第１の近接場ＲＦ信号であり、
    前記第２のＲＦスイッチによって伝えられる前記選択されたフィルタ処理済みの近接場ＲＦ信号は、前記第１のフィルタ処理済みの近接場ＲＦ信号であり、
    前記第１のデジタル変調信号の前記プリアンブルが送信されていない場合、
    前記第１のＲＦスイッチによって伝えられる前記選択された近接場ＲＦ信号は、前記第２の近接場ＲＦ信号であり、
    前記第２のＲＦスイッチによって伝えられる前記選択されたフィルタ処理済みの近接場ＲＦ信号は、前記第２のフィルタ処理済みの近接場ＲＦ信号である、
    請求項２７に記載の適応的自己同調型アンテナシステム。
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