JP6817965B2 - 定在波共振を保持する方法及び装置、環境変化の存在におけるインピーダンス整合、並びに可変リアクタンスアンテナ開口同調を用いた頭部/手効果 - Google Patents
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Description
本開示は、一般に、対応する無線ネットワークとの装置の無線通信をサポートする1つ又はそれ以上のアンテナを有する、携帯電話機又はウェアラブル装置のような装置に関する。簡単なスカラー反射電力測定システム内で可変リアクタンス(容量性又は誘導性構成要素)アンテナ開口チューナを適用することにより、一定のアンテナ共振周波数及びインピーダンスを保持する閉ループ方法が得られる。可変リアクタンスは、外部変数に応答してアンテナの電気的特性を調整するために使用される。さもなければ、環境や頭や手の影響などでその共振周波数をシフトさせる。外部変化の存在下でアンテナの一定の共振周波数を保持するためにアンテナのリアクタンスを調整することは、アンテナ放射効率を保持し、無線フロントエンドにおけるアンテナインピーダンスと送信/受信経路のインピーダンスとの間の不一致を回避し、これにより、アンテナの放射性能の低下、無線フロントエンド内の送信/受信コンポーネントの性能低下、アンテナと無線フロントエンドとの間のインピーダンスの不一致に起因する伝送損失を回避し、そうでないときは、それらすべてが環境変化又は頭部/手の影響によって引き起こされる。
(1)幅広い調整範囲を達成するためには、マルチエレメントの調整可能なインダクタンス/キャパシタンス「整合ネットワーク」が必要である。
(2)整合ネットワークは、送信パスに損失を追加し、インピーダンスの不一致がまったくないかほとんどない条件においても利用可能な送信電力及びシステム効率を低下させる。
(3)高速で正確な振幅と位相の検出が必要である。
(4)必要なインピーダンス整合ネットワーク要素値を計算するための、複雑なアルゴリズムと重要なDSPリソースが必要である。
(5)一般に、所望の負荷インピーダンスを達成するために多数の回路要素に対する多数の反復及び調整を必要とする。
(6)インピーダンス整合ネットワーク要素の設定が間違っていると、意図しない放射性能損失が発生し、呼損の原因となる可能性がある。
(7)所望の負荷インピーダンス(>100ms、10+3GPP LTEフレームに相当)を達成するためにかなりの時間を消費する。
(1)アンテナの電気的特性の環境又は頭部/手の障害の存在下でアンテナの放射効率を保持することができる。
(2)可変リアクタンスは1つだけ必要である。
(3)送信信号のスカラー反射電力測定のみが必要である(補完することができ、近接センサ又は電界センサからの読み取り値で置き換えることができる)。
(4)簡単で堅牢な「しきい値モニタフィードフォワードアルゴリズム」、「IQ波形識別アルゴリズム」、又は「離散識別アルゴリズム」で実装できる。
(5)共振周波数が顕著にシフトせず、その後の放射効率劣化及びインピーダンス不整合が性能に影響を与えるレベルに達しないように、アンテナの電気的特性(<10ms)の検出された変化を極めて迅速に補償することができる。
(6)アンテナチューナの可変リアクタンス値のみを調整する必要がある。
(7)信号位相を決定する必要性を排除し、関連する位相測定精度およびインピーダンス軌道の問題を排除する。
(8)給電線路内の可変インピーダンス整合ネットワークから生じる挿入損失を排除する。
アップリンクとダウンリンクの両方を良好に一致させるために、アップリンクにおける反射係数の大きさはあまりにも小さくすべきではない。図12のDVC状態#20と同様に、アップリンク反射係数の大きさは0.1である一方、ダウンリンク反射係数の大きさは0.6まで増加する。従って、アップリンクの反射係数の大きさは、上限と下限の両方を有する。両方が高すぎたり低すぎたりすると、最適化動作がトリガされる。
アンテナが最適化状態にあるとき(図12の#15)、反射係数の大きさに対する典型的な手のローディング及びリリースの影響を図13に示す。容量性手のローディングは、反射係数の大きさをより高い負荷状態に移動させる。例えば、手の負荷容量は、状態#15から状態#18、#21及び#24に進むDVCと等価であって、反射係数の大きさを最初に下げてから上に上げることになる。経時的な反射係数の大きさの変化を調べることにより、たとえ反射係数がしきい値をブレイクしていなくても、手のローディング及びリリースのイベントを検出することができる。
測定されたDVC状態[S]=[S0,S1,S2,…,Sn];及び
測定されたDVC状態における反射係数の大きさ[RC]=[RC0,RC1,RC2,…,RCn]。
曲線推定ステップでは、通常、動作するために1データポイント以上が必要であるが、初期化ステップは、繰り返しを開始するためにデータポイントの最初のセットを取得するために必要である。図15に示すように、最適化を開始する前に3つのデータポイントが収集される。最初のDVC状態はS0であり、初期反射係数の大きさはRC0である。ローディング条件がアルゴリズムに知られている場合、アルゴリズムはDVCを移動して負荷の影響に対抗する。手のローディングにより、アルゴリズムはS0−1とS0−2を測定して静電容量を減少させる。手のリリースにより、アルゴリズムは容量を増加させるためにS0+1とS0+2を測定する。ローディング条件がわからない場合は、アルゴリズムはDVC容量を1ステップ減少させ、新しい状態で反射係数の大きさ(RC1)を測定する。RC1が初期反射係数の大きさRC0よりも大きい場合、3番目のデータポイントはS0+1になる。そうではないときは、3番目のデータポイントはS0−1になる。
まず、必要に応じてデータセットが切り捨てられ、適合には最新の16の測定値のみが使用される。測定は、より頻繁に、又はより少ない頻度で行われてもよいことが理解されるべきであり、典型的には、LTEの場合には「タイムスロット」のインクリメント10msである。〜40msごとに測定が行われる場合、最新の600msは「最近」とみなされる。切り捨て後、測定された最低DVC状態はSminとして定義される。測定された最高のDVC状態はSmaxとして定義される。コードはRC=f(S)曲線を放物関数に当てはめられる。
一例では、図17に示すように、測定されたすべてのDVC状態がスロープの左側にある。図17は、しきい値状態において測定されたDVC状態が存在する例を示す。このアルゴリズムは、適合放物線方程式によって最適化状態を計算する。図17の場合、DVC状態#12は、計算された最良の状態である。DVC状態#12が図17の場合に測定されない状況では、アルゴリズムは最適化状態が見つからないと報告し、DVC状態#12を測定する次のDVC状態に設定する。DVC状態#12が測定された場合、アルゴリズムは最適化された状態としてDVC状態#12を返して終了する。
Claims (11)
- 無線フロントエンドと、
アンテナと、
前記アンテナと前記無線フロントエンドとの間に挿入される電力カプラと、
前記アンテナに結合されたリアクタンス変更部であって、デジタル可変キャパシタを含むリアクタンス変更部と、
制御部とを備えた装置であって、
前記制御部は、
前記デジタル可変キャパシタに対する反射係数の曲線を測定し、
前記反射係数の最小の大きさに対応する、前記デジタル可変キャパシタの最適化状態を決定し、
前記デジタル可変キャパシタを最適化状態に設定し、
前記デジタル可変キャパシタを最適化状態に設定することは、前記アンテナの共振周波数を変更する、装置。 - 前記デジタル可変キャパシタは、
複数の微小電気機械キャパシタと、
1つ又はそれ以上の可変強誘電体キャパシタと、
半導体スイッチトキャパシタと、
MEMSスイッチドキャパシタと、
それらの組み合わせとを備える、請求項1に記載の装置。 - 前記リアクタンス変更部はさらに、可変インダクタを備える、請求項1に記載の装置。
- 前記デジタル可変キャパシタは、複数の微小電気機械キャパシタ、1つ又はそれ以上の可変強誘電体キャパシタ、半導体スイッチトキャパシタ、又はMEMSスイッチドキャパシタを備え、
前記可変インダクタは、
調整可能なインダクタンスを有する機械的、物理的又は電気的構成要素、
1つ又はそれ以上のインダクタ、
1つ又はそれ以上の可変キャパシタと組み合わせて使用される1つ又はそれ以上のインダクタ、
半導体スイッチングインダクタ、又は
MEMSスイッチインダクタを備える請求項3に記載の装置。 - 前記1つ又はそれ以上の可変キャパシタは、
複数の微小電気機械キャパシタと、
1つ又はそれ以上の可変強誘電体キャパシタと、
半導体スイッチトキャパシタと、
又は、MEMSスイッチドキャパシタとを備える、請求項4に記載の装置。 - 前記装置は、携帯電話機、ウェアラブル装置、又は、無線通信をサポートするために1つ又はそれ以上のアンテナを使用する装置である請求項1に記載の装置。
- 装置を制御する方法であって、
前記装置は、
無線フロントエンドと、
アンテナと、
前記アンテナと前記無線フロントエンドとの間に挿入される電力カプラと、
前記アンテナに結合されたリアクタンス変更部であって、デジタル可変キャパシタを含むリアクタンス変更部と、
前記方法によって前記デジタル可変キャパシタを制御する制御部とを備え、
前記方法は、
前記デジタル可変キャパシタに対する反射係数の曲線を測定することにより、前記アンテナの共振周波数をモニタするステップと、
前記反射係数の最小の大きさに対応する、前記デジタル可変キャパシタの最適化状態を決定するステップ、
前記デジタル可変キャパシタを最適化状態に設定するステップとを含み、
前記デジタル可変キャパシタを最適化状態に設定するステップは、前記アンテナの共振周波数を変更することを含む、方法。 - 前記反射係数の大きさを経時的に測定して比較することにより、前記反射係数の大きさの変化を検出することをさらに含む、請求項7に記載の方法。
- 前記反射係数の大きさの変化が所定の限界値を超えるときに、前記デジタル可変キャパシタを増加させることをさらに含む、請求項8に記載の方法。
- 前記反射係数の大きさの変化が所定の限界値を超えるときに、前記デジタル可変キャパシタを減少させることをさらに含む、請求項8に記載の方法。
- 前記デジタル可変キャパシタをモニタすることと、
前記デジタル可変キャパシタを検出することと、
前記デジタル可変キャパシタを増加し又は減少することと
のうちの1つ又は複数を繰り返すことによって、前記アンテナの共振周波数を一定に保持することをさらに含む、請求項10に記載の方法。
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