JP6487912B2

JP6487912B2 - ダイバーシティアンテナの動的離調によるアンテナ効率向上

Info

Publication number: JP6487912B2
Application number: JP2016524206A
Authority: JP
Inventors: スー・チー−ハオ; ポール・アンソニー・トーナッタ・ジュニア; ロベルト・ガッディ
Original assignee: Cavendish Kinetics Inc
Current assignee: Cavendish Kinetics Inc
Priority date: 2013-06-26
Filing date: 2014-06-26
Publication date: 2019-03-20
Anticipated expiration: 2034-06-26
Also published as: CN105340127B; EP3014700A1; EP3014700B1; US20160134016A1; WO2014210348A1; US10446929B2; JP2016524428A; CN105340127A

Description

本発明の実施形態は、概して、セルラー電話機のような装置であって、セルラー電話機がユーザの手に保持されたりユーザの頭に隣接したりするときに生じる容量の変化を補償するフィードバックシステムを備えた装置に関する。

携帯電話機のようなセルラー電話機は、日常生活をより簡単にする多くの望ましい特徴を有する。例えば、携帯電話機は、エンドユーザが利用する電子メール、テキストメッセージ、及び他のデータを受信することができる。さらに、携帯電話機は、携帯電話機から電子メール、テキストメッセージ、及び他のデータを送信することができる。携帯電話機は、典型的には、様々なセルラー電話機キャリアのうちの１つによって提供された無線ネットワークで動作する。携帯電話機に送信されるデータ及び携帯電話機から送信されるデータは、携帯電話機の構成要素及びアンテナのすべてをサポートするために、携帯電話機が増大する個数の周波数で動作することを必要とする。

３Ｇ及び４Ｇのセルラー電話システムは、ＭＩＭＯ（multiple-input multiple-output ）アンテナのダイバーシティを必要とする。したがって、同時に同じ周波数で動作する少なくとも２つのアンテナが存在する。スマートフォン、タブレット、携帯型パーソナルホットスポット、及びノートブックコンピュータのようなモバイルデータプラットフォームにおいて、複数のアンテナを互いに物理的に分離するための十分な余地はない。これらの小型のプラットフォームにおいて、アンテナシステムは、アンテナ間の相互結合に起因する効率の劣化によって影響を受ける。従来、効率の劣化は、主アンテナから副アンテナを分離するために、副アンテナを離調することで対処された。副アンテナの分離は、主アンテナ及び副アンテナが固定されている場合には有効であるが、主アンテナ及び副アンテナが互いに入れかえ可能である現代的な装置では問題になっている。さらに、ＭＩＭＯシステムでは、２つのアンテナ間により大きなバランスがあるときに最適性能が生じる可能性がある。

頭及び手がアンテナと干渉することにより装置の性能に影響する可能性があるので、電話機が手で保持されたり会話のために耳の近くに配置されたりするとき、ＭＩＭＯアンテナシステムはさらに影響を受ける可能性がある。実際、アンテナ干渉が明確に文書化された問題であったある携帯電話機のリリースに際して、その携帯電話機に関して「あなたの持ち方が悪い」と言われたことがある。言いかえれば、単に電話を保持することによって、アンテナシステムの性能は悪化した。この現象は、頭から手への効果（head to hand effect）として呼ばれることがある。アンテナシステムの性能の問題は今日まで続いている。

変化するＲＦ環境に適合させるために２つのアンテナを「同調」及び「離調」する能力を有することは、再び、全体のシステム性能を向上させる。

本発明は、概して、複数のアンテナを有するセルラー電話機に関する。本発明は、ダイバーシティ又はＭＩＭＯアンテナシステムにおける２つのアンテナが相互結合によってどのように相互作用するかに関する。相互結合は、２つのアンテナの接近、それらのアンテナパターン及び効率に起因する。システムの性能は、アンテナ間の相互結合を調節することで最適化可能である。主アンテナ及び副アンテナは、システム性能を向上させるためにそれぞれ「同調」及び「離調」されることが可能である。本発明において、主アンテナ及び副アンテナは、周波数同調のためにアンテナ開口において構成されたＭＥＭＳキャパシタを用いて独立に同調される。

一実施形態では、電子機器は、接地された第２の端部を有する第１のディジタル可変キャパシタの第１の端部に接続された第１のアンテナと、接地された第２の端部を有する第２のディジタル可変キャパシタの第１の端部に接続された第２のアンテナとを備えている。スイッチモジュールは上記第１のアンテナ及び上記第２のアンテナに接続され、ＲＦフロントエンドは上記スイッチモジュールに接続されている。ベースバンドプロセッサは、１つ又は複数の制御線により、上記ＲＦフロントエンド、上記スイッチモジュール、上記第１のディジタル可変キャパシタ、及び上記第２のディジタル可変キャパシタに接続されている。上記ベースバンドプロセッサは、上記スイッチモジュール及び上記第１及び第２のディジタル可変キャパシタにコマンドを送るように適合されている。上記第１及び第２のディジタル可変キャパシタは、上記第１及び第２のアンテナを同調又は離調するコマンドを受ける。

もう１つの実施形態では、電子機器は、２つ以上のアンテナと、第１の端部において上記２つ以上のアンテナに接続され、第２の端部において接地されている２つ以上のディジタル可変キャパシタとを備えている。少なくとも１つのスイッチモジュールは上記２つ以上のアンテナに接続され、ＲＦフロントエンドは、上記少なくとも１つスイッチモジュールに接続されている。ベースバンドプロセッサは、１つ又は複数の制御線により、上記ＲＦフロントエンド、上記少なくとも１つのスイッチモジュール、及び上記２つ以上のディジタル可変キャパシタに接続されている。上記ベースバンドプロセッサは、上記少なくとも１つスイッチモジュール及び上記２つ以上のディジタル可変キャパシタにコマンドを送るように適合されている。上記２つ以上のディジタル可変キャパシタは、上記２つ以上のアンテナを同調又は離調するコマンドを受ける。

もう１つの実施形態では、電子機器は、第１のＭＥＭＳディジタル可変キャパシタの第１の端部に接続された第１の開口同調アンテナを備え、上記第１の開口同調アンテナは上記電子機器の第１の端部に配置されている。上記第１のＭＥＭＳディジタル可変キャパシタの第２の端部は接地されている。第２の開口同調アンテナは第２のＭＥＭＳディジタル可変キャパシタの第１の端部に接続され、上記第２の開口同調アンテナは上記電子機器の第１の端部の反対側における上記電子機器の第２の端部に配置されている。上記第２のＭＥＭＳディジタル可変キャパシタの第２の端部は接地されている。転送スイッチは上記第１の開口同調アンテナ及び上記第２の開口同調アンテナに接続され、上記転送スイッチは、上記第１の開口同調アンテナ及び上記第２の開口同調アンテナの間で主アンテナ及び副アンテナを選択するように適合されている。上記主アンテナ及び上記副アンテナは互いに入れかえ可能である。ＲＦフロントエンドは上記転送スイッチに接続されている。

一実施形態に係る携帯電話機の等距離図である。一実施形態に係るディジタル可変キャパシタの上面の概略図である。一実施形態に係るディジタル可変キャパシタの断面の概略図である。開口同調アンテナを有するアンテナシステムの概略図である。インピーダンス同調アンテナを有するアンテナシステムの概略図である。開口同調アンテナ及びインピーダンス同調アンテナの組み合わせを有するアンテナシステムの概略図である。一実施形態に係る４×４ＭＩＭＯアンテナシステムの概略図である。一実施形態に係るよりアンテナ構成の概略図である。

本発明の前述の特徴が詳細に理解可能になるように、上で簡単に概要を述べた本発明について、実施形態を参照してより具体的に説明する。実施形態のうちの一部を添付の図面に図示する。しかしながら、添付の図面は、本発明の典型的な実施形態のみを示すものであり、従って、その範囲を限定するように考えるべきではなく、本発明は他の同様に有効な実施形態を包含する可能性があるということに注意する。

理解の簡単化のために、可能な場合には、複数の図面にわたって共通の同じ構成要素を示すために、同じ参照番号が使用されている。ある実施形態で開示した構成要素は、特に言及していなくても他の実施形態でも有益に利用可能であることを意図している。

図１の携帯電話機の図のような携帯用の無線周波装置に一体化されることに適した小型アンテナは、典型的には、移動体装置の上側又は後側に設けられ、装置はアンテナのアクティブなカウンターポールとして動作する。そのような小型アンテナは、典型的には、（平坦な）逆Ｆ型アンテナ、すなわち（Ｐ）ＩＦＡのような形式を用いて、簡単なモノポールアンテナの変形例として設計される。そのようなアンテナのパターンは、その放射特性を維持しながら装置の機械的制約に適合するように変化させられることが可能である。

図２Ａは、一実施形態に係るディジタル可変キャパシタ（ＤＶＣ）２００の概略図である。ＤＶＣ２００は複数のキャビティ２０２を含む。１つのキャビティ２０２のみを詳細に示しているが、各キャビティ２０２は同様の構成を有してもよく、ただし、各キャビティ２０２の容量は異なっていてもよいことが理解されるべきである。

各キャビティ２０２は、ＲＦコネクタ／ハンダバンプ２０６に接続されたＲＦ電極２０４を有する。さらに、各キャビティ２０２は、１つ又は複数のプルイン電極２０８及び１つ又は複数の接地電極２１０を有する。スイッチング素子２１２（２個を示す）は、電極２０４、２０８、及び２１０上に配置される。実際、スイッチング素子２１２は、接地電極２１０に電気的に接続される。スイッチング素子２１２は、プルイン電極２０８に供給される電流に電気的に起因して、ＲＦ電極２０４に対して様々な間隔になるように移動可能である。

図２ＢはＭＥＭＳ装置２１４の概略図である。ＭＥＭＳ装置２１４は、電極２０４、２０８、２１０、及びスイッチング素子２１２を含む。スイッチング素子２１２は、キャビティ２００に配置され、ＲＦ電極２０４に近い位置（Ｃ_ｍａｘ位置という）と、プルアップ電極２１６に隣接した離れた位置（Ｃ_ｍｉｎ位置という）とから可動である。キャビティ２００内のスイッチング素子２１２の位置は、特定のキャビティの容量を決定する。ＤＶＣにおいてＭＥＭＳ装置を使用することによって、アンテナは、本明細書で議論するように同調可能である。

本明細書で説明した技術は、２つよりも多いアンテナを有するＭＩＭＯ又は複数アンテナシステムに適用可能である。簡単化のために、本概念は２つのアンテナを用いて説明される。システム内のアンテナのすべては、アンテナの開口においてＭＥＭＳに基づいた可変キャパシタを使用して同調可能である。さらに、アンテナ間の相互結合は、全体的なシステム性能を向上させるようにアンテナの同調状態を選択することで変更可能である。本明細書に議論される実施形態は、主アンテナ及び副アンテナを互いに入れかえることができるアンテナシステムにも等しく適用可能である。

図３は、一実施形態に係る、２×２ＭＩＭＯシステムにおける主アンテナ及び副アンテナを有するアンテナシステム３００の概略図を示す。アンテナシステム３００は、第１のアンテナ３１８及び第２のアンテナ３２０を有し、これらの両方はスイッチングモジュール３２２に接続される。アンテナシステム３００において、第１のアンテナ３１８及び第２のアンテナ３２０は開口同調アンテナ（aperture tuned antenna）である。第１のアンテナ３１８は、接地面を介して接地される第２の端部を有する第１のＤＶＣ３２４の第１の端部に接続される。第２のアンテナ３２０は、接地面を介して接地される第２の端部を有する第２のＤＶＣ３２６の第１の端部に接続される。スイッチングモジュール３２２はＲＦフロントエンド３２８に接続される。主経路３２３ａ及び副経路３２３ｂは、スイッチングモジュール３２２及びＲＦフロントエンド３２８の間に延在する。ベースバンドプロセッサ３３０は、図３において破線で表される１つ又は複数の制御線により、ＲＦフロントエンド３２８、スイッチングモジュール３２２、第１のＤＶＣ３２４、及び第２のＤＶＣ３２６に接続される。

ベースバンドプロセッサ３３０は、スイッチングモジュール３２２及びＤＶＣ３２４、３２６にコマンドを送る。スイッチングモジュール３２２は、第１のアンテナ３１８及び第２のアンテナ３２０を主アンテナ及び副アンテナとして選択することを可能にする。第１のアンテナ３１８及び第２のアンテナ３２０のいずれが主アンテナになってもよい。主アンテナ及び副アンテナは互いに入れかえ可能であり、これらは、どちらのアンテナ３１８及び３２０が最良の信号品質で受信しているかに基づいて、主経路３２３ａ及び副経路３２３ｂの間で双方向に入れかえ可能である。スイッチングモジュール３２２は、ベースバンドプロセッサ３３０からの制御信号に応じて、後続の主経路３２３ａ及び副経路３２３ｂの間でアンテナ３１８及び３２０を互いに入れかえる。スイッチングモジュール３２２は転送スイッチであってもよい。ＤＶＣ３２４及び３２６は、ベースバンドプロセッサ３３０から受信された制御信号に応じて、動作帯域について、それらの各アンテナ３１８及び３２０を同調又は離調するコマンドを受ける。ＤＶＣ３２４及び３２６は、アンテナ３１８及び３２０の周波数を変化させることによって、アンテナ３１８及び３２０の同調又は離調を行う。アンテナ３１８及び３２０を同調又は離調するためにＤＶＣ３２４及び３２６を使用することは、アンテナ３１８及び３２０を互いに効果的に分離する。ＤＶＣ３２４及び３２６はＭＥＭＳのＤＶＣであってもよい。第１のＤＶＣ３２４及び第２のＤＶＣ３２６は同じ容量範囲を有してもよく、又は、第１のＤＶＣ３２４及び第２のＤＶＣ３２６は異なる容量範囲を有してもよい。第１のＤＶＣ３２４及び第２のＤＶＣ３２６が異なる容量範囲を有する場合、これらのＤＶＣが重複する容量を有する限り、アンテナ３１８及び３２０は同じ周波数帯上で同調可能である。このことは、アンテナ３１８及び３２０が主アンテナ及び副アンテナのいずれかとして使用されることを可能にする。主経路３２３ａ及び副経路３２３ｂは逆にされてもよく、この場合、副経路は経路３２３ａになり、主経路は経路３２３ｂになる。さらに、経路３２３ａ、３２３ｂが電流又は信号の流れを容易にすることができる電気的な相互接続又は他の同様の電気的な接続であってもよいことは理解されるべきである。

図３に示すように、第１のアンテナ３１８及び第２のアンテナ３２０の間隔は、互いにかなり近接している。この小さな分離はアンテナ間の高い相互結合をもたらし、それによって、両方のアンテナの効率を低減させる可能性がある。アンテナが互いに非常に強く接続されれば、システム効率は低下する。相互結合は、特に小型の電子機器では、多数の方法で発生する可能性がある。一部の電子機器において、２つのアンテナ間で適切な間隔を設けるための十分な空間が装置内に存在しない可能性がある。このことは、同じ空間を同時に同じ周波数で本質的に占有するアンテナをもたらし、その結果、より強い相互結合をもたらし、正確に同じエネルギーを争うアンテナをもたらす可能性がある。アンテナが互いに装置の反対側の端部に位置しても、アンテナの間隔はなお、適切に互いに十分に遠隔していないかもしれない。

相互結合は、同じ空間で同時に同じ電流モードを使用しようとする２つのアンテナから発生する可能性もある。両方のアンテナが同調可能であるので、これらのアンテナは、同様の性能を有するように同調されてもよく、又は、一方のアンテナを他方のアンテナより有利にするために、異なる性能を有するように同調されてもよい。両方のアンテナの性能を同時に一致させようとすることは、より強い相互結合をもたらす。さらに、両方のアンテナは本質的に、同じ周波数で同じ電流モードを駆動しているので、アンテナシステムは、電力が２つの異なるポートに分配されているただ１つのアンテナ構造物が存在するかのように動作してもよい。このことは、正確に同じエネルギーを争う２つのアンテナをもたらし、この場合、単一のポートに２倍の電力が入力されるのではなく、電力の半分が各ポートに入る。アンテナを互いに分離することは、アンテナ間の相互結合を低減させる助けとなる可能性がある。

第１のアンテナ３１８及び第２のアンテナ３２０を効果的に分離するために、一方のアンテナが離調されてもよい。ＤＶＣ３２４及び３２６を異なる周波数へ同調又は離調することは、アンテナ３１８及び３２０の分離をもたらし、このことはさらに、より高いシステム効率をもたらす。一例は、主アンテナを最高効率で同調し、副アンテナを、相互結合を低減させるように「離調」し、それにより合計のシステム性能を改善することである。例えば、第１のアンテナ３１８が主経路３２３ａに後続する主アンテナとして選択され、第２のアンテナ３２０が副経路３２３ｂに後続する副アンテナとして選択されている場合、第２のＤＶＣ３２６は、副アンテナ３２０を離調し、アンテナ３１８及び３２０を互いに効果的に分離するために使用可能である。副アンテナを離調することは、向上した性能を有する主アンテナをもたらす可能性がある。スイッチモジュール３２２は、どちらのアンテナが所定の時間に最良の信号品質で受信しているかに基づいて、主アンテナ及び副アンテナを互いに入れかえることができる。一実施形態では、第２のアンテナ３２０は、第１のアンテナ３１８より良好な信号を受信している可能性がある。その後、第２のアンテナ３２０は、主経路３２３ａに後続するように選択され、第１のアンテナ３１８は副経路３２３ｂに後続するように選択される。スイッチモジュール３２２が主アンテナ及び副アンテナを互いに入れかえる場合、両方のアンテナ３１８及び３２０はなお同調又は離調されることが可能である。

アンテナ３１８及び３２０を主アンテナ及び副アンテナとして動作させることの間で容易に切り換えできることは、頭から頭への効果を緩和することに特に有用である。ユーザが彼らの手にセルラー電話機を保持している場合、ユーザは、アンテナのうちの少なくとも１つに干渉するように電話をつかんでいる可能性があり、これにより、アンテナの受信側の信号を低下させる、及び／又は、ＤＶＣ３２４及び３２６の容量を変化させる可能性がある。電話機又は電子機器は、両方のアンテナ３１８及び３２０の受信信号の強度を決定することができる。頭から手への効果は、どちらのアンテナがその時に最良の信号品質を有するのかに依存して、主経路３２３ａ及び副経路３２３ｂの間でアンテナ３１８及び３２０の転送スイッチングを行うことによって緩和される。主アンテナは信号の送受信の両方を行うことができ、副アンテナは信号の受信のみを行うことができる。主アンテナ及び副アンテナの両方は、正確に同じ周波数で同時に信号を受信し、ＤＶＣ３２４及び３２６は同じ周波数において同時に動作し、このことはより強い相互結合をもたらす可能性がある。両方のアンテナ３１８及び３２０の信号品質が決定可能になるので、アンテナシステム３００は、より高い信号品質を有するアンテナを主アンテナとして切り換えることができる。その後、最適な効率を実現するアンテナの同調又は離調に必要な場合、ＤＶＣ３２４及び３２６の周波数は調整されてもよい。両方のアンテナ３１８及び３２０が同じ周波数範囲にわたり同調可能であるので、いずれのアンテナが主アンテナ及び副アンテナであってもよい。

頭から手への効果を緩和するために、一方のアンテナが最初に、主経路３２３ａに後続する主アンテナとして選択され、他方のアンテナが最初に、副経路３２３ｂに後続する副アンテナとして選択される。いずれのアンテナ３１８及び３２０が主アンテナ及び副アンテナとして選択されてもよい。あるアンテナが主アンテナとして動作し、受信信号の強度が予め決められた値又はしきい値未満に低下したとき、受信信号が副アンテナにおいてより良好であるか否かを決定するために、当該アンテナは主経路及び副経路を一時的に切り換える。アンテナ経路を切り換えることは、ベースバンドプロセッサから受信された制御信号に応じてスイッチングモジュールにより達成される。切り換えの結果、受信信号がより大きくなった場合、元の指定された副アンテナは主経路にとどまって主アンテナになり、元の指定された主アンテナは副経路にとどまって副アンテナになる。その後、ＤＶＣ３２４及び３２６は、アンテナを分離してシステム性能を向上させるために、新たに指定された主アンテナ及び副アンテナを同調又は離調するように使用されてもよい。

一実施形態では、一方のアンテナは電子機器の上部に位置し、他方のアンテナは電子機器の下部に位置する。ユーザが電子機器の下部をつかむならば、上部アンテナが主アンテナになり、下部アンテナが副アンテナになる。ユーザが電子機器の上部をつかむならば、下部アンテナが主アンテナになり、上部アンテナが副アンテナになる。アンテナは、装置の上部又は下部に配置されることに限定されず、装置の側部に配置されてもよい。

システム効率を低下させる可能性があるもう１つの問題は、信号対雑音比が高性能ＭＩＭＯにアクセスするために十分な高さをもたない場合に生じる。信号対雑音比を増大させるために、第１のアンテナ３１８及び第２のアンテナ３２０は同じ周波数に同調される。その後、２つのアンテナ３１８及び３２０のどちらがより良好な信号品質を有するかが決定可能になる。その後、より良好な信号品質を有するアンテナは主アンテナとして指定され、周波数は変化しない。より低い信号品質を有するアンテナは副アンテナとして指定され、新たな周波数に離調される。このことは、主アンテナから副アンテナを完全に分離し、その結果、より良好な信号対雑音比及びより高いシステム効率をもたらす。

図４は、２×２ＭＩＭＯシステムにおける主アンテナ及び副アンテナを有するアンテナシステム４００のもう１つの実施形態を示す。アンテナシステム４００は、どちらのアンテナが所定の時間により良好な信号品質で受信しているかに基づいて、ＲＦフロントエンドへの後続する主経路及び副経路の間でアンテナが双方向に切り換え可能であるという点で、アンテナシステム３００と同様の方法で動作する。アンテナシステム４００は、アンテナを同調又は離調するためにＤＶＣを用いることによってアンテナを互いに分離することができる。アンテナシステム４００は、第１のアンテナ４１８及び第２のアンテナ４２０が開口同調アンテナではなくインピーダンス同調アンテナ（impedance tuned antenna）である点で、アンテナシステム３００とは異なる。

アンテナシステム４００は、第１のアンテナ４１８及び第２のアンテナ４２０を有し、これらの両方はスイッチングモジュール４２２に接続される。アンテナシステム４００において、第１のアンテナ４１８及び第２のアンテナ４２０はインピーダンス同調アンテナである。第１のアンテナ４１８は第１のＤＶＣ４３２の第１の端部に接続され、第１のＤＶＣ４３２の第２の端部は接地面を介して接地される。第２のアンテナ４２０は第２のＤＶＣ４３４の第１の端部に接続され、第２のＤＶＣ４３４の第２の端部は接地面を介して接地される。スイッチングモジュール４２２はＲＦフロントエンド４２８に接続される。主経路４２３ａ及び副経路４２３ｂは、スイッチングモジュール４２２及びＲＦフロントエンド４２８の間に延在する。ベースバンドプロセッサ４３０は、図４において破線で表される１つ又は複数の制御線により、ＲＦフロントエンド４２８、スイッチングモジュール４２２、第１のＤＶＣ４３２、及び第２のＤＶＣ４３４に接続される。

ベースバンドプロセッサ４３０は、スイッチングモジュール４２２及びＤＶＣ４３２、４３４にコマンドを送る。スイッチングモジュール４２２は、第１のアンテナ４１８及び第２のアンテナ４２０を主アンテナ及び副アンテナとして選択することを可能にする。第１のアンテナ４１８及び第２のアンテナ４２０のいずれが主アンテナになってもよい。主アンテナ及び副アンテナは互いに入れかえ可能であり、これらは、どちらのアンテナ４１８及び４２０が最良の信号品質で受信しているかに基づいて、主経路４２３ａ及び副経路４２３ｂの間で双方向に入れかえ可能である。スイッチングモジュール４２２は、ベースバンドプロセッサ４３０からの制御信号に応じて、後続の主経路３２３ａ及び副経路４２３ｂの間でアンテナ４１８及び４２０を互いに入れかえる。スイッチングモジュール４２２は転送スイッチであってもよい。ＤＶＣ４３２及び４３４は、動作帯域について、それらの各アンテナを同調又は離調するコマンドを受ける。ＤＶＣ３４２及び４３４は、アンテナ４１８及び４２０の周波数を変化させることによって、アンテナ４１８及び４２０の同調又は離調を行う。ＤＶＣ４３２及び４３４はＭＥＭＳのＤＶＣであってもよい。第１のＤＶＣ４３２及び第２のＤＶＣ４３４は同じ容量範囲を有してもよく、又は、第１のＤＶＣ４３２及び第２のＤＶＣ４３４は異なる容量範囲を有してもよい。第１のＤＶＣ４３２及び第２のＤＶＣ４３４が異なる容量範囲を有する場合、これらのＤＶＣが重複する容量範囲を有する限り、アンテナ４１８及び４２０は同じ周波数帯上で同調可能である。このことは、アンテナ４１８及び４２０が主アンテナ及び副アンテナのいずれかとして使用されることを可能にする。主経路４２３ａ及び副経路４２３ｂは逆にされてもよく、この場合、副経路は経路４２３ａになり、主経路は経路４２３ｂになる。さらに、経路４２３ａ、４２３ｂが電流又は信号の流れを容易にすることができる電気的な相互接続又は他の同様の電気的な接続であってもよいことは理解されるべきである。

図５は、２×２ＭＩＭＯシステムにおける主アンテナ及び副アンテナを有するアンテナシステム５００のもう１つの実施形態を示す。アンテナシステム５００は、どちらのアンテナが所定の時間により良好な信号品質で受信しているかに基づいて、ＲＦフロントエンドへの後続する主経路及び副経路の間でアンテナが双方向に切り換え可能であるという点で、アンテナシステム３００と同様の方法で動作する。アンテナシステム５００は、アンテナを同調又は離調するためにＤＶＣを用いることによってアンテナを互いに分離することができる。アンテナシステム５００は、アンテナシステム５００が開口同調アンテナ及びインピーダンス同調アンテナの組み合わせである点で、アンテナシステム３００及び４００とは異なる。このことは、アンテナシステム５００において４つのＤＶＣ５２４、５２６、５３２、５３４を利用することで達成される。

アンテナシステム５００は、第１のアンテナ５１８及び第２のアンテナ５２０を有し、これらの両方はスイッチングモジュール５２２に接続される。スイッチングモジュール５２２はＲＦフロントエンド５２８に接続される。主経路５２３ａ及び副経路５２３ｂは、スイッチングモジュール５２２及びＲＦフロントエンド５２８の間に延在する。アンテナシステム５００は、開口同調アンテナ及びインピーダンス同調アンテナの組み合わせとして構成される。第１のアンテナ５１８は第１のＤＶＣ５２４の第１の端部に接続され、第１のＤＶＣ５２４の第２の端部は接地面を介して接地される。第２のアンテナ５２０は第２のＤＶＣ５２６の第１の端部に接続され、第２のＤＶＣ５２６の第２の端部は接地面を介して接地される。第１のＤＶＣ５２４及び第２のＤＶＣ５２６は、アンテナシステム５００の開口同調部分を備え、アンテナシステム３００の第１のＤＶＣ３２４及び第２のＤＶＣ３２６に対応する。第１のアンテナ５１８はさらに第３のＤＶＣ５３２の第１の端部に接続され、第３のＤＶＣ５３２の第２の端部は接地される。第４のアンテナ５２０はさらに第４のＤＶＣ５３４の第１の端部に接続され、第４のＤＶＣ５３４の第２の端部は接地される。第３のＤＶＣ５３２及び第４のＤＶＣ５３４は、アンテナシステム５００のインピーダンス同調部分を備え、アンテナシステム４００の第１のＤＶＣ４３２及び第２のＤＶＣ４３４に対応する。

アンテナシステム５００はベースバンドプロセッサ５３０も備え、ベースバンドプロセッサ５３０は、図５において破線で表される１つ又は複数の制御線により、ＲＦフロントエンド５２８、スイッチングモジュール５２２、第１のＤＶＣ５２４、第２のＤＶＣ５２６、第３のＤＶＣ５３２、及び第４のＤＶＣ５３４に接続される。ベースバンドプロセッサ５３０は、スイッチングモジュール５２２及びＤＶＣ５２４、５２６、５３２、５３４にコマンドを送る。スイッチングモジュール５２２は、第１のアンテナ５１８及び第２のアンテナ５２０を主アンテナ及び副アンテナとして選択することを可能にする。第１のアンテナ５１８及び第２のアンテナ５２０のいずれが主アンテナになってもよい。主アンテナ及び副アンテナは互いに入れかえ可能であり、これらは、どちらのアンテナ５１８及び５２０が最良の信号品質で受信しているかに基づいて、主経路５２３ａ及び副経路５２３ｂの間で双方向に入れかえ可能である。スイッチングモジュール５２２は、ベースバンドプロセッサ５３０からの制御信号に応じて、後続の主経路５２３ａ及び副経路５２３ｂの間でアンテナ５１８及び５２０を互いに入れかえる。スイッチングモジュール５２２は転送スイッチであってもよい。ＤＶＣ５２４、５２６、５３２、及び５３４は、ベースバンドプロセッサ５３０からの制御信号に応じて、動作帯域について、それらの各アンテナを同調又は離調するコマンドを受ける。ＤＶＣ５２４、５２６、５３２、及び５３４は、アンテナ５１８及び５２０の周波数を変化させることによって、アンテナ５１８及び５２０の同調又は離調を行う。ＤＶＣ５２４、５２６、５３２、及び５３４はＭＥＭＳのＤＶＣであってもよい。ＤＶＣ５２４、５２６、５３２、５３４は同じ容量範囲を有してもよく、又は、ＤＶＣ５２４、５２６、５３２、５３４は異なる容量範囲を有してもよい。ＤＶＣ５２４、５２６、５３２、及び５３４が異なる容量範囲を有する場合、これらの容量範囲がオーバーラップする限り、アンテナ５１８及び５２０は同じ周波数帯上で同調可能である。このことは、アンテナ５１８及び５２０が主アンテナ及び副アンテナのいずれかとして使用されることを可能にする。主経路５２３ａ及び副経路５２３ｂは逆にされてもよく、この場合、副経路は経路５２３ａになり、主経路は経路５２３ｂになる。さらに、経路５２３ａ、５２３ｂが電流又は信号の流れを容易にすることができる電気的な相互接続又は他の同様の電気的な接続であってもよいことは理解されるべきである。

図６は、もう１つの実施形態に係る、４つのアンテナを備えるアンテナシステム６００を示す。アンテナシステム６００は、どちらのアンテナが所定の時間により良好な信号品質で受信しているかに基づいて、ＲＦフロントエンドへの後続する主経路及び副経路の間でアンテナが双方向に切り換え可能であるという点で、アンテナシステム３００と同様の方法で動作する。アンテナシステム６００は、アンテナを同調又は離調するためにＤＶＣを用いることによってアンテナを互いに分離することができる。

アンテナシステム６００は、第１のアンテナ６３６、第２のアンテナ６３８、第３のアンテナ６４０、及び第４のアンテナ６４２を含む。第１のアンテナ６３６は第１のＤＶＣ６４４の第１の端部に接続され、第１のＤＶＣ６４４の第２の端部は接地面を介して接地される。第２のアンテナ６３８は第２のＤＶＣ６４６の第１の端部に接続され、第２のＤＶＣ６４６の第２の端部は接地面を介して接地される。第３のアンテナ６４０は第３のＤＶＣ６４８の第１の端部に接続され、第３のＤＶＣ６４８の第２の端部は接地面を介して接地される。第４のアンテナ６４２は第４のＤＶＣ６５０の第１の端部に接続され、第４のＤＶＣ６５０の第２の端部は接地面を介して接地される。第１のアンテナ６３６及び第２のアンテナ６３８は第１のスイッチングモジュール６５２に接続される。第３のアンテナ６４０及び第４のアンテナ６４２は第２のスイッチングモジュール６５４に接続される。第１のスイッチングモジュール６５２は第３のスイッチングモジュール６５６に接続され、第２のスイッチングモジュール６５４は第４のスイッチングモジュール６５８に接続される。第３のスイッチングモジュール６５６及び第４のスイッチングモジュール６５８は、ＲＦフロントエンド６２８に接続されている。アンテナシステム６００はベースバンドプロセッサ６３０も含む。ベースバンドプロセッサは、図６において破線で表される複数の制御線により、ＲＦフロントエンド６２８、４つのＤＶＣ６４４、６４６、６４８、６５０、及び４つのスイッチングモジュール６５２、６５４、６５６、６５８に接続される。

ベースバンドプロセッサ６３０は、スイッチングモジュール６５２、６５４、６５６、６５８及びＤＶＣ６４４、６４６、６４８、６５０にコマンドを送る。ＤＶＣ６４４、６４６、６４８、６５０はＭＥＭＳのＤＶＣであってもよい。スイッチングモジュール６５２、６５４、６５６、６５８は転送スイッチであってもよい。スイッチングモジュール６５２、６５４、６５６、６５８は、４つの同調可能なアンテナ６３６、６３８、６４０、６４２の間で主アンテナ及び副アンテナの選択を可能にしてもよい。主アンテナ及び副アンテナは互いに入れかえ可能であり、これらは、どのアンテナ６３６、６３８、６４０、６４２が最良の信号品質を受信しているかに基づいて、最適な使用について、４つのアンテナ間で互いに入れかえ可能である。ＤＶＣ６４４、６４６、６４８、６５０は、動作帯域について、それらの各アンテナを同調又は離調するコマンドを受ける。ＤＶＣ６４４、６４６、６４８、６５０は、アンテナ６３６、６３８、６４０、６４２の周波数を変化させることによって、アンテナ６３６、６３８、６４０、６４２の同調又は離調を行う。ＤＶＣ６４４、６４６、６４８、６５０は同じ容量範囲を有してもよく、又は、ＤＶＣ６４４、６４６、６４８、６５０は異なる容量範囲を有してもよい。ＤＶＣ６４４、６４６、６４８、６５０が異なる容量範囲を有する場合、これらの容量範囲がオーバーラップする限り、アンテナ６３６、６３８、６４０、６４２は同じ周波数帯上で同調可能である。このことは、アンテナ６３６、６３８、６４０、６４２が主アンテナ及び副アンテナのいずれかとして使用されることを可能にする。アンテナシステム６００は、開口同調アンテナ及び／又はインピーダンス同調アンテナの任意の組み合わせを使用してもよい。

アンテナシステム６００は、アンテナシステム３００を４×４ＭＩＭＯシステムに拡張したものであってもよい。４×４ＭＩＭＯシステムの一実施形態において、主経路及び副経路は存在せず、４つのアンテナ６３６、６３８、６４０、６４２への各経路は等しく扱われ、システムは、最良の信号対雑音比をもたらす組み合わせを発見しようとする。スイッチモジュール６５２、６５４、６５６、６５８の構成は、ある組み合わせが他の組み合わせよりも良好に働くように、十分に大きな個数の組み合わせを可能にする。

アンテナシステム６００は２×４ＭＩＭＯシステムであってもよい。２×４ＭＩＭＯシステムにおいて、２つの送信チャネル及び４つの送信チャネルが存在する。送受信の両方を行う２つの経路は主アンテナと考えられ、受信のみを行う２つの経路は副アンテナと考えられる。スイッチングモジュール６５２、６５４、６５６、６５８は、アンテナシステム３００に関して上で議論したものと同様の方法で、どのアンテナがより良好な信号品質を有するかに基づいて、システムが４つのアンテナ６３６、６３８、６４０、６４２を好ましい経路へ入れかえることを可能にする。

図７は、一実施形態に係る、電子機器における開口同調アンテナ構成７００の概略図である。図１の携帯電話機は、アンテナ構成７００のように構成されたアンテナを有してもよい。アンテナシステム７００は、どのアンテナが所定の時間により良好な信号品質で受信しているかに基づいて、ＲＦフロントエンドへの後続する主経路及び副経路の間でアンテナが双方向に切り換え可能であるという点で、先のアンテナシステム３００と同様の方法で動作する。アンテナシステム７００は、アンテナを同調又は離調するためにＤＶＣを用いることによってアンテナを互いに分離することができる。

図７に示すように、アンテナ７１８及びアンテナ７２０は両方とも、ＭＥＭＳに基づいたディジタル可変キャパシタ７２４及び７２６を用いた開口同調アンテナである。アンテナ７１８及びアンテナ７２０は、主アンテナ及び副アンテナとして互いに入れかえ可能であるように設計されている。転送スイッチ７２１は、いずれかのアンテナが、ＲＦフロントエンドの適切な部分への接続をルーティングする主部７２３ａ又は副部７２３ｂとして使用されることを可能にする。プラットフォームの寸法（サイズ）は、アンテナ間の分離距離が波長に関して小さい（＜０．２波長）ようにされる。この小さな分離は、アンテナ間の相互結合が高く、それによって、両方のアンテナの効率を低減させることを意味する。両方のアンテナは、全体的なシステム性能を向上させるために独立して同調可能である。どちらのアンテナ７１８及び７２０が最良の信号品質で受信しているかに基づいて、主経路７２６３ａ及び副経路７２３ｂを互いに入れかえて主アンテナ及び副アンテナを互いに入れかえることによって、アンテナ構成７００は、全体的なシステム性能を向上させるようにアンテナ７１８及び７２０を同調又は離調することができる。

以上に説明したアンテナシステムは、２つ以上のアンテナ間の相互結合を減少させることに成功する。アンテナシステムは、より高いシステム効率を実現するように同調又は離調されることが可能であり、広範囲の周波数にわたってアンテナの周波数を制御することができる。アンテナシステムは、どのアンテナが所定の時間に最良の信号品質を有しているかに基づいて、主アンテナ及び副アンテナを互いに入れかえることができる。さらに、アンテナシステムは、頭から手への効果を緩和し、２つのアンテナ間のより良好なバランスに起因して最適な性能を実現することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の基本的な範囲から離れることなく、本発明の他の実施形態及び別の実施形態を実施することもできる。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって決まる。

Claims

２つ以上のアンテナと、
第１の端部において上記２つ以上のアンテナに接続され、第２の端部において接地されている２つ以上のディジタル可変キャパシタと、
上記２つ以上のアンテナに接続された少なくとも１つのスイッチモジュールと、
上記少なくとも１つスイッチモジュールに接続されたＲＦフロントエンドと、
１つ又は複数の制御線により、上記ＲＦフロントエンド、上記少なくとも１つのスイッチモジュール、及び上記２つ以上のディジタル可変キャパシタに接続されたベースバンドプロセッサとを備えた電子機器であって、
上記ベースバンドプロセッサは、上記少なくとも１つスイッチモジュール及び上記２つ以上のディジタル可変キャパシタにコマンドを送るように適合され、
上記２つ以上のディジタル可変キャパシタは、上記２つ以上のアンテナを同調又は離調するコマンドを受け、
上記少なくとも１つスイッチモジュールは４つのスイッチモジュールである電子機器。
上記２つ以上のアンテナは４つのアンテナである請求項１記載の電子機器。
上記２つ以上のディジタル可変キャパシタは４つのディジタル可変キャパシタである請求項１記載の電子機器。
上記２つ以上のアンテナは４つのアンテナであり、上記少なくとも１つスイッチモジュールは４つのスイッチモジュールである請求項１記載の電子機器。
上記４つのアンテナのうちの２つは信号を送受信するように適合され、上記４つのアンテナのうちの他の２つは信号を受信することのみに適合されている請求項４記載の電子機器。
２つ以上のアンテナと、
第１の端部において上記２つ以上のアンテナに接続され、第２の端部において接地されている２つ以上のディジタル可変キャパシタと、
上記２つ以上のアンテナに接続された少なくとも１つのスイッチモジュールと、
上記少なくとも１つスイッチモジュールに接続されたＲＦフロントエンドと、
１つ又は複数の制御線により、上記ＲＦフロントエンド、上記少なくとも１つのスイッチモジュール、及び上記２つ以上のディジタル可変キャパシタに接続されたベースバンドプロセッサとを備えた電子機器であって、
上記ベースバンドプロセッサは、上記少なくとも１つスイッチモジュール及び上記２つ以上のディジタル可変キャパシタにコマンドを送るように適合され、
上記２つ以上のディジタル可変キャパシタは、上記２つ以上のアンテナを同調又は離調するコマンドを受け、
上記２つ以上のアンテナは４つのアンテナであり、上記少なくとも１つスイッチモジュールは４つのスイッチモジュールであり、
上記４つのアンテナのうちの２つは信号を送受信するように適合され、上記４つのアンテナのうちの他の２つは信号を受信することのみに適合され、
上記ベースバンドプロセッサは、信号を送受信するように適合された上記２つのアンテナと、信号を受信することのみに適合された上記２つのアンテナとを、どちらのアンテナがより良好な信号品質を有するかに基づいて互いに入れかえるように適合されている電子機器。
上記２つ以上のディジタル可変キャパシタはＭＥＭＳディジタル可変キャパシタである請求項６記載の電子機器。
上記２つ以上のディジタル可変キャパシタは４つのディジタル可変キャパシタである請求項６記載の電子機器。
上記４つのアンテナは、開口同調アンテナ及びインピーダンス同調アンテナの組み合わせである請求項６記載の電子機器。
上記４つのアンテナはインピーダンス同調アンテナである請求項６記載の電子機器。
上記４つのアンテナは開口同調アンテナである請求項６記載の電子機器。
２つ以上のアンテナと、
第１の端部において上記２つ以上のアンテナに接続され、第２の端部において接地されている２つ以上のディジタル可変キャパシタと、
上記２つ以上のアンテナに接続された少なくとも１つのスイッチモジュールと、
上記少なくとも１つスイッチモジュールに接続されたＲＦフロントエンドと、
１つ又は複数の制御線により、上記ＲＦフロントエンド、上記少なくとも１つのスイッチモジュール、及び上記２つ以上のディジタル可変キャパシタに接続されたベースバンドプロセッサとを備えた電子機器であって、
上記ベースバンドプロセッサは、上記少なくとも１つスイッチモジュール及び上記２つ以上のディジタル可変キャパシタにコマンドを送るように適合され、
上記２つ以上のディジタル可変キャパシタは、上記２つ以上のアンテナを同調又は離調するコマンドを受け、
上記２つ以上のディジタル可変キャパシタは異なる容量範囲を有し、上記異なる容量範囲は重複している電子機器。