JP7050968B2 - モーダルアンテナを制御するための方法およびシステム - Google Patents

モーダルアンテナを制御するための方法およびシステム Download PDF

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Description

関連出願
[0001]この出願は、２０１８年６月２６日に出願され、現在は、米国特許第１０，２６３，８１７号である米国特許出願第１６／０１８，７８７号の優先権および利益を主張する。米国特許出願第１６／０１８，７８７号は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
[0002]本開示の例示的な態様は、一般に、アンテナ制御の分野、たとえば、複数の異なるモードで動作するように構成されたモーダルアンテナの制御に関する。
[0003]モーダルアンテナ（modal antenna）は、たとえばスマートフォンハンドセットにおけるワイヤレス通信においてますます使用されている。そのようなアンテナは一般に、従来のパッシブアンテナよりも信号品質が向上し、フォームファクタ(form factor)がコンパクトになる。１つのモーダルアンテナ構成は、被駆動素子(driven element)に関連付けられた放射パターンを変更するように構成された寄生素子(parasitic element)を含む。そのような構成では、第１の伝送路は、被駆動素子を、被駆動素子を駆動するように構成された回路に接続し得る。別個の伝送路は、モーダルアンテナのモーダル特性を変化させるように構成された回路を、寄生素子に接続し得る。
[0004]本開示の実施形態の態様および利点は、以下の説明に部分的に記載されるか、説明から学習され得るか、または実施形態の実施を通じて学習され得る。
[0005]本開示の例示的な態様は、アンテナシステムに関する。アンテナシステムは、被駆動素子と、被駆動素子に近接して配置された寄生素子とを含むモーダルアンテナを含み得る。モーダルアンテナは、複数の異なるモードで動作可能であり得、各モードは、異なる放射パターンに関連付けられ得る。アンテナシステムは、複数の異なるモードでモーダルアンテナを動作させるために、寄生素子に関連付けられた電気的特性を制御するように構成される同調回路を含み得る。アンテナシステムは、無線周波数回路と、無線周波数回路をモーダルアンテナに結合する伝送路とを含み得る。無線周波数回路は、振幅シフトキーイング変調（amplitude-shift keying modulation）を使用して制御信号をＲＦ信号に変調して、伝送路を介して同調回路に通信するための伝送信号を生成するように構成され得る。同調回路は、無線周波数回路が制御信号を介してモーダルアンテナのモードを調整できるように、制御信号を復調するように構成され得る。いくつかの実施形態では、振幅シフトキーイング変調は、オンオフキーイング変調(on-off keying modulation)を含み得る。
[0006]様々な実施形態のこれらおよび他の特徴、態様、および利点は、以下の説明および添付の特許請求の範囲を参照することにより、よりよく理解されるようになるであろう。この明細書に組み込まれ、この明細書の一部を構成する添付の図面は、本開示の実施形態を例示し、説明とともに、関連する原理を説明するのに役立つ。
[0007]当業者を対象とする実施形態の詳細な議論は、以下の添付の図面を参照する本明細書に記載される。
[0008]本開示の例示的な実施形態による、モーダルアンテナ１０の実施形態を示す図である。 [0009]図１Ａのモーダルアンテナに関連付けられた２次元アンテナ放射パターンを示す図である。 [0010]本開示の例示的な実施形態による、図１Ａのモーダルアンテナの例示的な周波数プロットを示す図である。 [0011]本開示の例示的な実施形態による、例示的なアンテナシステムの概略図である。 [0012]本開示の例示的な実施形態によるアンテナシステムの例示的な制御回路の概略図である。 [0013]振幅シフトキーイング変調およびオンオフキーイング変調の簡略化された例を表す一連の時間整列チャートである。 [0014]本開示の例示的な実施形態によるアンテナシステムの例示的な同調回路の概略図である。 [0015]本開示の例示的な実施形態によるアンテナシステムの概略図である。 [0016]本開示の例示的な実施形態による例示的な方法のフロー図である。
[0017]本明細書および図面における参照文字の繰り返しの使用は、本発明の同一または類似の特徴または要素を表すことを意図する。
[0018]ここでは、実施形態に対する参照が詳細になされ、その１つまたは複数の例が図面に例示される。各例は、本開示の限定ではなく、実施形態の説明として提供される。実際、本開示の範囲または精神から逸脱することなく、実施形態に対して様々な修正および変形を行うことができることは、当業者に明らかであろう。たとえば、１つの実施形態の一部として図示または説明された特徴が、別の実施形態とともに使用され、さらに別の実施形態が生成される。したがって、本開示の態様は、そのような修正および変形をカバーすることが意図される。
[0019]本開示の例示的な態様は、アンテナシステムに関する。アンテナシステムは、被駆動素子と、被駆動素子に近接して配置された寄生素子とを含むモーダルアンテナを含み得る。モーダルアンテナは、複数の異なるモードで動作可能であり得、各モードは、異なる放射パターンに関連付けられ得る。アンテナシステムは、複数の異なるモードでモーダルアンテナを動作させるために、寄生素子に関連付けられた電気的特性を制御するように構成される同調回路を含み得る。アンテナシステムは、無線周波数回路と、無線周波数回路をモーダルアンテナに結合する伝送路とを含み得る。無線周波数回路は、振幅シフトキーイング変調を使用して制御信号をＲＦ信号に変調して、伝送路を介して同調回路に通信するための伝送信号を生成するように構成され得る。同調回路は、無線周波数回路が、制御信号を介してモーダルアンテナのモードを調整できるように、制御信号を復調するように構成され得る。いくつかの実施形態では、振幅シフトキーイング変調は、オンオフキーイング変調を含み得る。
[0020]本明細書に記載されるような振幅シフトキーイング変調を適用することは、いくつかの利点を提供し得る。たとえば、ＲＦ信号および制御信号は、干渉および／またはノイズが低い単一の伝送路を介して（伝送シングルの構成要素として）伝送され得る。たとえば、振幅シフトキーイングは、制御信号および／またはＲＦ信号に関連付けられた高調波周波数での共振を低減し得る。これにより、制御信号をＲＦ信号に変調し、制御信号を復調することに関連付けられたノイズを低減し得る。結果として生じる制御信号の高い忠実な伝送は、モーダルアンテナの動作に対して正確で効率的な制御を提供し得る。本開示の態様は、マルチインマルチアウト（ＭＩＭＯ）アンテナ構成において特定の用途を見出し得る。
[0021]さらに、本開示の態様によれば、クロック同期は、高速かつ効率的な方式で実行され得る。これにより、寄生素子に対して、したがって、アンテナのモーダル動作に対して、低いレイテンシ制御を提供し得る。結果として得られるデータ伝送の忠実度は、モーダルアンテナの動作を正確かつ効率的に制御するのに役立ち得る。
[0022]いくつかの実施形態では、無線周波数回路は、搬送波信号に関連付けられた振幅を選択的に変化させることによって、制御信号をＲＦ信号に変調するように構成され得る。いくつかの実施形態では、無線周波数回路は、振幅を、約ゼロと非ゼロとの値の間で選択的に変化させるように構成され得る。
[0023]いくつかの実施形態では、搬送波信号は、繰り返しパターンを含み得る。たとえば、搬送波信号は、ほぼ一定の周波数を有する正弦波を含み得る。
[0024]いくつかの実施形態では、伝送路は、単一の同軸ケーブルであり得る。
[0025]いくつかの実施形態では、無線信号は、第１の周波数帯域内で規定され得、制御信号は、第１の周波数帯域とは異なる第２の周波数帯域内で規定され得る。たとえば、第１の周波数帯域は、約５００ＭＨｚから約５０ＧＨｚの範囲にあり得る。別の例として、第２の周波数帯域は、約１０ＭＨｚから約１ＧＨｚの範囲にあり得る。
[0026]いくつかの実施形態では、伝送信号は、第１のクロック周波数に関連付けられ、同調回路は、ローカルクロック周波数を第１の周波数に同期させるように構成される。
[0027]いくつかの実施形態では、アンテナシステムは、第１の回路基板と、第１の回路基板から物理的に分離された第２の回路基板とを含み得る。無線周波数回路は、第１の回路基板上に配置され得、同調回路またはモーダルアンテナのうちの少なくとも１つは、第２の回路基板上に配置され得る。
[0028]いくつかの実施形態では、無線周波数回路は、ＲＦ信号を生成するように構成されたフロントエンドモジュールと、振幅シフトキーイング変調を使用して制御信号をＲＦ信号に変調して、伝送信号を生成するように構成された制御回路とを含み得る。
[0029]いくつかの実施形態では、アンテナシステムは、寄生素子を含む少なくとも１つの追加のモーダルアンテナと、少なくとも１つの追加の同調回路とを含み得る。無線周波数回路は、ＲＦ信号を、少なくとも１つの追加のモーダルアンテナの被駆動素子に伝送するように構成された少なくとも１つの追加のフロントエンドモジュールを含み得る。無線周波数回路の制御回路は、少なくとも１つの追加のモーダルアンテナの被駆動素子に伝送されるＲＦ信号に制御信号を変調することによって、少なくとも１つの追加のモーダルアンテナのモードを調整するように構成され得る。
[0030]本開示の別の例示的な実施形態は、モーダルアンテナを制御するための方法に関する。この方法は、無線周波数回路において、振幅シフトキーイング変調を使用して制御信号をＲＦ信号に変調することを含み得る。この方法は、単一の同軸伝送路を介してＲＦ信号を同調回路に通信することを含み得る。この方法は、同調回路において、ＲＦ信号から制御信号を復調することを含み得る。この方法は、無線周波数回路から、制御信号および同調回路を介して、モーダルアンテナの寄生素子に関連付けられた電気的特性を制御して、モーダルアンテナを複数の異なるモードで動作させることを含み得る。各モードは、モーダルアンテナのための異なる放射パターンに関連付けられ得る。
[0031]いくつかの実施形態では、無線周波数回路において、振幅シフトキーイング変調を使用して、制御信号をＲＦ信号に変調することは、オンオフキーイング変調を使用してＲＦ信号を変調することを含み得る。
[0032]いくつかの実施形態では、制御信号をＲＦ信号に変調することは、搬送波信号に関連付けられた振幅を選択的に変化させることを備える。いくつかの実施形態では、搬送波信号に関連付けられた振幅を選択的に変化させることは、振幅を約ゼロと非ゼロとの値の間で変化させることを含み得る。
[0033]いくつかの実施形態では、搬送波信号は、ほぼ一定の周波数を有する正弦波、または任意の繰り返しパターンのうちの少なくとも１つを含み得る。
[0034]本開示の別の例示的な実施形態は、アンテナシステムに関する。アンテナシステムは、被駆動素子と、被駆動素子に近接して配置された寄生素子とを含むモーダルアンテナを含み得る。モーダルアンテナは、複数の異なるモードで動作可能であり得、各モードは、異なる放射パターンに関連付けられ得る。アンテナシステムはまた、フロントエンドモジュールおよび制御回路を含む無線周波数回路を含み得る。アンテナシステムはまた、無線周波数回路をモーダルアンテナに結合する伝送路を含み得る。アンテナシステムはまた、復調器と、復調器と結合された制御モジュールとを含む同調回路を含み得る。フロントエンドモジュールは、ＲＦ信号を生成するように構成され得る。制御回路は、オンオフキーイング変調を使用して制御信号をＲＦ信号に変調し、正弦波搬送波信号に関連付けられた振幅を、約ゼロと非ゼロとの値の間で選択的に変化させることによって伝送信号を生成するように構成され得る。搬送波信号は、ほぼ一定の周波数を有する正弦波を含み得る。復調器は、制御信号を復調するように構成され得、制御モジュールは、制御信号に基づいてモーダルアンテナのモードを調整するように構成され得る。
[0035]図１Ａは、本開示の態様によるモーダルアンテナ１０の実施形態を示す。モーダルアンテナ１０は、回路基板１２（たとえば、接地面を含む）と、回路基板１２上に配置された被駆動アンテナ素子１４とを含み得る。アンテナボリューム（antenna volume）は、回路基板（たとえば、および接地面）と被駆動アンテナ素子との間で画定され得る。第１の寄生素子１５は、アンテナボリューム内に少なくとも部分的に配置され得る。第１の能動調整素子１６は、寄生素子１５と結合され得る。第１の能動調整素子１６は、受動または能動構成要素（passive or active component）または一連の構成要素であり得、可変リアクタンス、または接地への短絡のいずれかによって第１の寄生素子１４のリアクタンスを変更するように構成され得、その結果、アンテナの周波数シフトが生じる。
[0036]いくつかの実施形態では、第２の寄生素子１８は、回路基板１２に近接して配置され得、アンテナボリュームの外側に配置され得る。第２の寄生素子１８は、１つまたは複数の能動および／または受動構成要素を個別に含み得る第２の能動調整素子２０をさらに含み得る。第２の寄生素子１８は、被駆動素子１４に隣接して配置され得、アンテナボリュームの外側に配置され得る。
[0037]記載された構成は、リアクタンスを変化させることによって、被駆動アンテナ素子の放射パターン特性をシフトする能力を提供し得る。アンテナ放射パターンのシフトは、「ビームステアリング」と称され得る。アンテナ放射パターンがヌルを備える事例では、（たとえば、干渉を低減させるために）ヌルをアンテナの周りの代替位置にシフトすることができるので、同様の動作は「ヌルステアリング」と称され得る。いくつかの実施形態では、第２の能動調整素子２０は、「オン」のときに第２の寄生を接地に接続し、「オフ」のときに短絡を終了するためのスイッチを含み得る。しかしながら、たとえば、可変コンデンサまたは他の同調構成要素を使用することによって、第１または第２の寄生素子のいずれかの可変リアクタンスはさらに、アンテナパターンまたは周波数応答の可変シフトをさらに提供し得ることに留意されたい。たとえば、第１の能動調整素子１６および／または第２の能動調整素子１８は、同調コンデンサ、ＭＥＭＳデバイス、同調インダクタ、スイッチ、同調移相器、電界効果トランジスタ、またはダイオードのうちの少なくとも１つを含み得る。
[0038]図１Ｂは、図１Ａのモーダルアンテナに関連付けられた２次元アンテナ放射パターンを示す。放射パターンは、モーダルアンテナ１０の第１および第２の寄生素子１６、１８のうちの少なくとも１つに関連付けられた電気的特性を制御することによってシフトされ得る。たとえば、いくつかの実施形態では、放射パターンは、第１のモード２２から第２のモード２４へ、または第３のモード２６へシフトされ得る。
[0039]図１Ｃは、本開示のいくつかの態様による図１Ａのモーダルアンテナの例示的な周波数プロットを示す。アンテナの周波数は、モーダルアンテナ１０の第１または第２の寄生素子１６、１８のうちの少なくとも１つに関連付けられた電気的特性を制御することによってシフトされ得る。たとえば、アンテナの第１の周波数（ｆ０）は、第１および第２の寄生素子が「オフ」に切り替えられたときに達成され得、周波数（ｆＬ）および（ｆＨ）は、第２の寄生が接地に短絡されたきに生成され得、周波数（ｆ４；ｆ０）は、第１および第２の寄生素子が各々接地に短絡されたときに生成され得る。この開示の範囲内で他の構成が可能であることを理解されたい。たとえば、より多いまたはより少ない寄生素子が適用され得る。寄生素子の配置は、異なる周波数および／または周波数の組合せを示し得る追加のモードを達成するために変更され得る。
[0040]図１Ａ～図１Ｃは、例示および議論の目的で、複数のモードを有する一例のモーダルアンテナを示す。本明細書で提供される開示を使用する当業者は、他のモーダルアンテナおよび／またはアンテナ構成が、本開示の範囲から逸脱することなく使用され得ることを理解するであろう。本明細書で使用される場合、「モーダルアンテナ」は、各モードが別個の放射パターンに関連付けられている複数のモードで動作することができるアンテナを称する。
[0041]図２は、本開示の例示的な態様によるアンテナシステム１００の実施形態の概略図を示す。アンテナシステム１００は、モーダルアンテナ１０２を含み得る。モーダルアンテナ１０２は、被駆動素子１０４と、被駆動素子１０４に近接して配置された寄生素子１０６とを含み得る。モーダルアンテナ１０２は、複数の異なるモードで動作可能であり得、各モードは、たとえば、図１Ａから図１Ｃを参照して上記で説明されたように、異なる放射パターンに関連付けられ得る。
[0042]同調回路１０８は、複数の異なるモードでモーダルアンテナ１０２を動作させるために、寄生素子１０６に関連付けられた電気的特性を制御するように構成され得る。同調回路１０８は、伝送信号から制御信号を復調し、たとえば、図４および図５を参照してより詳細に説明されるように、制御信号に関連付けられた制御命令に基づいて寄生素子１０６の電気的特性を制御するように構成され得る。
[0043]同調構成要素１１０は、寄生素子１０６と結合され得、同調回路１０８は、同調構成要素１１０を制御して、寄生素子１０６を接地に接続するように電圧または電流ソースまたはシンクとの寄生素子１０６の電気的接続を変更するように構成され得る。
[0044]無線周波数回路１１２は、ＲＦ信号をモーダルアンテナ１０２の被駆動素子１０４に伝送するように構成され得る。たとえば、伝送路１１４は、無線周波数回路１１０をモーダルアンテナ１０２に結合し得る。いくつかの実施形態では、伝送路１１４は、単一の同軸ケーブルであり得る。無線周波数回路１１２は、ＲＦ信号を増幅するか、さもなければ生成するように構成され得、ＲＦ信号は（伝送信号の成分として）伝送路１１４を介して、モーダルアンテナ１０２の被駆動素子１０４に伝送される。
[0045]いくつかの実施形態では、無線周波数回路１１２は、フロントエンドモジュール１１６および／または制御回路１１８を含み得る。フロントエンドモジュール１１６は、被駆動素子１０４に伝送されるＲＦ信号を生成および／または増幅するように構成され得る。制御回路１１８は、たとえば、図４を参照して以下により詳細に説明されるように、振幅シフトキーイング変調を使用して制御信号をＲＦ信号に変調して、伝送信号を生成するように構成され得る。
[0046]伝送路１１４は、様々な周波数帯域を占める信号の組合せおよび／または分離を支援するように構成された様々な構成要素と（たとえば、バイアスティー回路（Bias Tee circuit）を使用して）結合され得る。たとえば、第１のバイアスティー回路１２０は、フロントエンドモジュール１１６および制御回路１１８を伝送路１１４と結合し得る。第１のバイアスティー回路１２０は、伝送路１１４をフロントエンドモジュール１１６と結合するコンデンサ１２２と、制御ユニット１１８を伝送路１１４と結合するインダクタ１２４とを含み得る。第２のバイアスティー回路１２６は、被駆動素子１０４および同調回路１０８を伝送路１１４と結合し得る。第２のバイアスティー回路１２６は、伝送路１１４を被駆動素子１０４と結合するコンデンサ１２８と、伝送路１１４を同調回路１０８と結合するインダクタ１３０とを含み得る。
[0047]フロントエンドモジュール１１６は、第１のバイアスティー回路１２０のコンデンサ１２２を介してＲＦ信号を伝送し得る。制御回路１１８は、第１のバイアスティー回路１２０のインダクタ１２４を介して制御信号をＲＦ信号に変調して、伝送路１１４に制御信号を生成し得る。同調回路１０８は、第２のバイアスティー回路１２８のインダクタ１３０を介して伝送信号から制御信号を復調し得る。伝送信号のＲＦ信号成分は、第２のバイアスティー回路１２８のコンデンサ１２８を介して、モーダルアンテナ１０２の被駆動素子１０４へ伝送され得る。
[0048]いくつかの実施形態では、アンテナシステム１００は、第１の回路基板１２９と、第１の回路基板１２９から物理的に分離された第２の回路基板１３１とを含み得る。無線周波数回路１１２は、第１の回路基板１２９上に配置され得、同調回路１０８またはモーダルアンテナ１０２のうちの少なくとも１つは、第２の回路基板１３１上に配置され得る。これは、無線周波数回路１１２が、複数の伝送路を適用することなく、またはアンテナシステム１００の動作に悪影響を与えることなく、同調回路および／またはモーダルアンテナ１０２から物理的に分離されることを可能にし得る。
[0049]いくつかの実施形態では、ＲＦ信号は、第１の周波数帯域内で規定され得、制御信号は、第１の周波数帯域とは異なる第２の周波数帯域内で規定され得る。たとえば、第１の周波数帯域は、約５００ＭＨｚから約５０ＧＨｚ、いくつかの実施形態では、約１ＧＨｚから約２５ＧＨｚ、いくつかの実施形態では、約２ＧＨｚから約７ＧＨｚの範囲、たとえば約５ＧＨｚであり得る。第２の周波数帯域は、約１０ＭＨｚから約１ＧＨｚ、いくつかの実施形態では、約２０ＭＨｚから約８００ＭＨｚ、いくつかの実施形態では、約３０ＭＨｚから約５００ＭＨｚ、いくつかの実施形態では約５０ＭＨｚから約２５０ＭＨｚの範囲、たとえば約１００ＭＨｚであり得る。
[0050]図３は、図２に示されるアンテナシステム１００の制御回路１１８の１つの実施形態の概略図を示す。制御回路１１８は、プロセッサ１３２を含み得、プロセッサ１３２は、（図２に示される）モーダルアンテナ１０２のモードを変えるための、またはさもなければ、モーダルアンテナ１０２の放射パターンの方位または周波数を調整するための制御命令を生成または受信するように構成され得る。たとえば、プロセッサ１３２は、別のプロセッサ（図３ではホスト（ＨＯＳＴ）で表される）から制御命令を受信し、命令を記述するデータ（図３ではＤＡＴＡＮで表される）を含む出力を生成し得る。データは、任意の適切なビット深さを有し得る。たとえば、いくつかの実施形態では、データは、バイナリ形式であり得る。他の実施形態では、データは、１６進形式、１０進形式などであり得る。
[0051]制御回路１１８はまた、搬送波信号ソース１３４を含み得る。いくつかの実施形態では、搬送波信号ソース１３４は、ほぼ一定の周波数を有し得る正弦波を含む搬送波信号を生成するように構成され得る。他の実施形態では、搬送波信号は、任意の適切な信号であり得るか、またはそれを含み得る。たとえば、いくつかの実施形態では、搬送波信号は、任意の適切な繰り返しパターンであるか、またはそれを含み得、正弦波、すなわち、ほぼ一定の周波数を有することに限定されない。
[0052]制御回路１１８はまた、プロセッサの出力を搬送波信号に変調して制御信号（図３ではＴＸ ＣＨＮで表される）を生成するように構成された変調器１３６を含み得る。変調器１３６は、制御命令を記述し得る（図３ではＤＡＴＡＮによって表される）データを含む出力を、搬送波信号ソース１３４からの搬送波信号と組み合わせるように構成されたマルチプレクサ１３８を含み得る。たとえば、変調器１３６は、たとえば、図４を参照して以下でより詳細に説明されるように、たとえば、振幅シフトキーイング変調（たとえば、オンオフキーイング変調）を実行することによって、制御信号を生成するために、搬送波信号ソース１３４からの搬送波信号の振幅をスケーリングするように構成され得る。変調器１３６はまた、増幅器１４０およびバイアスティー回路１４２を含み得る。
[0053]図４は、振幅シフトキーイング変調およびオンオフキーイング変調の簡略化された例を表す一連の時間整列チャート４００を示す。バイナリ信号４０１は、バイナリデータセットを記述する方式で、第１の電圧レベル４０２と第２の電圧レベル４０４との間を交互にすることができる。バイナリ信号４０１は、プロセッサ１３２の出力の簡略化された例に対応し得、プロセッサ１３２は、たとえば、図３を参照して上記で説明されたように、制御命令を記述するデータを含み得る。振幅シフトキーイング変調は、第１の電圧レベル４０２を、変化する振幅を有する正弦波信号４０６として表すことによってバイナリ信号４０１を表すことを含み得る。たとえば、正弦波信号４０６は、バイナリ信号４０１の第１の電圧４０２を表す第１の振幅４０８を有し得、バイナリ信号４０１の第２の電圧レベル４０４を表す第２の振幅４１０を有し得る。
[0054]オンオフキーイング変調は、一種の振幅シフトキーイング変調である。オンオフキーイング変調では、バイナリ信号４０１は、振幅が変化する正弦波信号４１１によって表され得る。正弦波信号４１１は、バイナリ信号４０１の第１の電圧レベル４０２を表す第１の振幅４１２を有し得る。しかしながら、第２の電圧レベル４０４は、正弦波信号４１０の欠如によって表され得る。言い換えれば、正弦波信号４１０は、バイナリ信号４０１の第２の電圧４０４を表すために、約ゼロの振幅を有し得る。
[0055]図５は、たとえば、本開示の態様に従って、図３を参照して上記で論じた同調回路１０８に対応する、同調回路５００の１つの実施形態の概略図を示す。同調回路５００は、復調器５０２およびバイアス５０４を含み得る。復調器５０２は、バイアス５０４と結合されたバイアスティー回路５０６、および（図２に例示される）通信路１１４と結合されたマルチプレクサ５０７を含み得る。
[0056]同調回路５００はまた、少なくとも１つの周波数帯域をフィルタするように構成されたローパスフィルタ５０８を含み得る。たとえば、ローパスフィルタ５０８は、搬送波信号周波数の周波数よりも高い、少なくとも１つの周波数帯域をフィルタするように構成され得る。したがって、ローパスフィルタ５０８は、搬送波信号周波数の強度を分離し得るか、または相対的に増加させ得る。復調器５０２はまた、ツェナダイオードのようなダイオード５１０を含み得る。ダイオード５１０は、制御信号に関連付けられた（たとえば、その中に含まれる）制御命令を解釈するように構成された論理回路５１２と結合され得る。
[0057]論理回路５１２（たとえば、論理演算を実施するためにコンピュータ可読命令を実行するように構成されたプロセッサ、ＡＳＩＣなど）はまた、制御信号に関連付けられた（たとえば、その中に含まれる）制御命令に基づいて、スイッチ５１４の動作を制御するように構成され得る。スイッチ５１４は、接地に接続され得、複数の状態の間で切り替わるように構成され得る。たとえば、スイッチ５１４は、スイッチ５１４の出力５１６を接地に選択的に接続するように、またはさもなければ、出力５１６の電気的接続を変化させて、（図２に示される）寄生素子１０６に関連付けられた電気的特性を制御し、モーダルアンテナを、複数の異なるモードで動作させるように構成され得る。たとえば、スイッチ５１４は、（図２に示される）同調構成要素１１０の動作を調整して、寄生素子１０６の、ソースまたはシンク（たとえば、電圧ソース／シンクまたは電流ソース／シンク）との電気的接続を変更するように構成され得る。たとえば、スイッチ５１４は、寄生素子１０６を接地に選択的に接続するように構成され得る。
[0058]２つのクロック周波数間の相対差である周波数ドリフトは、同調回路１０８、５００に関連付けられたローカルクロック周波数と、制御回路１１８に関連付けられたクロック周波数（たとえば、マスタクロック周波数）との間に発生し得る。周波数ドリフトを最小化するために、同調回路１０８、５００は、ローカルクロック周波数を、マスタクロック周波数に同期させるように構成され得る。
[0059]例として、第１のクロック周波数は、伝送信号に関連付けられ得、同調回路５００は、同調回路５００に関連付けられたローカルクロック周波数を、第１の周波数に同期させるように構成され得る。第１のクロック周波数は、正弦波ソース１３４、または制御回路１１８に関連付けられた別の高調波ソースによって生成される搬送波信号の周波数に対応し得る（たとえば、等しいか、またはその倍数である）。たとえば、第１のクロック周波数は、非ゼロの振幅を有する制御信号の一部に存在し得る。
[0060]同調回路５００（たとえば、論理回路５１２）は、同調回路５００に関連付けられたローカルクロック周波数を提供するように構成されたローカル同調調和発振器（たとえば、リング発振器）などの同調周波数ソースを含み得る。論理回路５１２は、論理回路５１２によって（たとえば、ダイオード５１０から）受信された信号をサンプリングし、信号に関して周波数探索動作を実行するように構成され得る。周波数探索動作により、適切なサンプリング周波数を決定し得る。たとえば、論理回路５１２は、予想されるフレーズに対応する期間、制御信号（または、ダイオード５１０によって出力されるその調整されたバージョン）をサンプルし得る。予想されるフレーズは、制御信号に存在すると予想される信号パターンを含み得る。例として、予想されるフレーズは、１つまたは複数の伝送されたデータ「フレーム」の最初および／または最後に、「プリアンブル(preamble)」または「ポストアンブル（postamble）」として存在し得る。論理回路５１２は、フレームの最初および／または最後を見つけるために予想されるフレーズを認識または検出するように構成され得る。論理回路５１２は、その後、予想されるフレーズに基づいて、サンプルに存在すると予想される局部発振器の「クロックエッジ」の数と比較して、サンプルに存在する局部発振器の「クロックエッジ(clock edge)」の数に関して測定される位相誤差を判定し得る。
[0061]論理回路５１２は、その後、周波数探索動作を実行し得る。たとえば、周波数探索動作は、（１）予想されるフレーズの長さに対応する期間をサンプリングすること、（２）サンプルに存在するクロックエッジの数を、予想されるクロックエッジの数と比較することにより、位相誤差を判定すること、および（３）ローカルクロック周波数が、制御回路１１８に関連付けられたマスタクロック周波数と十分に同期するまで、ローカルクロック周波数（たとえば、局部発振器の周波数）を調整することからなるステップを繰り返すことを含み得る。たとえば、ローカルクロック周波数は、位相誤差がしきい値（たとえば、所定のしきい値）未満であるときに十分に同期されるように決定され得る。
[0062]いくつかの実施形態では、同調回路は、同調回路によって受信された信号のデータエッジ遷移をカウントするように構成された数値制御発振器を適用し得る。データエッジ遷移の数が、予想される範囲（たとえば、所定の範囲）外である場合、同調回路は、関連付けられたデータフレームを拒否または無視し得る。データエッジ遷移のカウントが、予想される範囲内にある場合、同調回路は、同調回路の内部発振器に関連付けられた周波数（たとえば、ローカルクロック周波数）を調整し得る。たとえば、同調回路は、内部発振器周波数を増加または減少させて、同調回路の内部発振器周波数の周波数と、ＲＦ回路および／または制御回路に関連付けられたクロックまたは発振器周波数との間の、通常動作中に発生し得るドリフトを補償するように構成され得る。
[0063]図６は、本開示の態様によるアンテナシステム６００の実施形態の別の実施形態の概略図を示す。アンテナシステム６００は、一般に、図２を参照して上記で説明されたアンテナシステム１００と同様に構成され得る。たとえば、アンテナシステム６００は、被駆動素子６０４および寄生素子６０６を含むモーダルアンテナ６０２と、同調回路６０８と、ＲＦ回路６１２と、伝送路６１４と、フロントエンドモジュール６１６と、制御回路６１８と、コンデンサ６２２およびインダクタ６２４を含む第１のバイアスティー回路６２０と、コンデンサ６２８およびインダクタ６３０を含む第２のバイアスティー回路６２６とを含み得る。
[0064]アンテナシステム６００はまた、被駆動素子６３４および寄生素子６３６を含む第２のモーダルアンテナ６３２を含み得る。第２の同調回路６３８は、寄生素子６３６に関連付けられた電気的特性を制御して、複数の異なるモードでモーダルアンテナ６３２を動作させるように構成され得る。たとえば、第２の同調構成要素６４０は、寄生素子６３６と結合され得、同調回路６３８は、第２の同調構成要素６４０を制御して、寄生素子１０６を接地に接続するように、第２のモーダルアンテナ６３２の寄生素子６３６の、電圧または電流ソースまたはシンクとの電気的接続を変更するように構成され得る。
[0065]無線周波数回路６１２は、第２のフロントエンドモジュール６４２および第２の伝送路６４４を含み得る。第２のフロントエンドモジュール６４２は、第２のＲＦ信号を生成および／または増幅するように構成され得る。制御回路６１８は、第２の制御信号を第２のＲＦ信号に変調して、第２の伝送信号を生成するように構成され得る。いくつかの実施形態では、制御回路６１８は、たとえば、図３および図４を参照して上記で説明されるように、振幅シフトキーイング変調を使用して、第２の制御信号を第２のＲＦ信号に変調し得る。
[0066]第２の伝送路６４４は、様々な周波数帯域を占める信号の組合せおよび／または分離を支援するように構成されたバイアスティーを使用して、様々な構成要素と結合され得る。たとえば、第３のバイアスティー回路６４６は、第２のフロントエンドモジュール６４２および制御回路６１８を、第２の伝送路６４４と結合し得る。第３のバイアスティー回路６４６は、第２のフロントエンドモジュール６４２を第２の伝送路６４４と結合するコンデンサ６４８と、制御ユニット６１８を第２の伝送路６４４と結合するインダクタ６５０とを含み得る。
[0067]第４のバイアスティー回路６５２は、第２の伝送路６４４を、第２のモーダルアンテナ６３２の被駆動素子６３４および同調回路１０８と結合し得る。第４のバイアスティー回路６５２は、第２の伝送路６４４を第２のモーダルアンテナ６３２の被駆動素子６３４と結合するコンデンサ６５４と、第２の伝送路６４４を第２の同調回路６３８と結合するインダクタ６５６とを含み得る。
[0068]第２のフロントエンドモジュール６４２は、第３のバイアスティー回路６４８のコンデンサ６４８を介して第２のＲＦ信号を伝送し得る。制御回路６１８は、第３のバイアスティー回路６４６のインダクタ６５０を介して第２の制御信号を第２のＲＦ信号に変調して、第２の伝送信号を生成し得る。第２の同調回路６３８は、第４のバイアスティー回路６５２のインダクタ６５６を介して、第２の伝送信号からの制御信号を復調し得る。第２の伝送信号のＲＦ信号成分は、第４のバイアスティー回路６５２のコンデンサ６５４を介して、第２のモーダルアンテナ６３２の被駆動素子６３４に伝送され得る。
[0069]この実施形態では、制御回路６１８は、伝送路６１４、６４４の各々に関連付けられた別個の出力を有し得る。制御回路６１８は、図３を参照して上記で説明された制御回路１１８と同様に構成され得、さらに、または、第２の伝送路６４４に別個の出力を提供するように構成された構成要素を含み得る。たとえば、制御回路６１８は、第２の出力が提供されるように、第２のプロセッサ１３２、正弦波ソース１３４、変調器１３６、マルチプレクサ１３８、増幅器１４０、および／またはバイアスティー回路１４２を含み得る。
[0070]いくつかの実施形態では、アンテナシステムは、マルチインマルチアウト（ＭＩＭＯ）構成の複数のアンテナを含み得る。制御回路と同調回路との複数のペアは、複数のモーダルアンテナのみならず、複数のパッシブアンテナを制御するように構成され得る。たとえば、アンテナシステムは、Ｍ個のモーダルアンテナおよび（Ｎ－Ｍ）個のパッシブアンテナの動作を制御するように構成された（各々が、それぞれの制御回路と対をなす）Ｎ個の同調回路を含み得、ここで、ＮおよびＭは、各々正の整数であり、ＮはＭ以上である。さらに、いくつかの実施形態では、１つの制御回路は、複数の出力を含み、たとえば、図６を参照して説明したように、複数の同調回路と対とされ得る。いずれにせよ、同調回路の数Ｎは、任意の適切な数までの範囲にあり得る。たとえば、いくつかの実施形態では、Ｎは２から２０、またはそれ以上の範囲にあり得る。Ｍもまた２から２０、またはそれ以上の範囲にあり得る。
[0071]この開示の範囲内で多くの変形が可能であることを理解されたい。たとえば、他の実施形態では、別個の制御回路が、各伝送路６１４、６４４に関連付けられ得る。さらに、他の実施形態では、単一のフロントエンドモジュールが、それぞれのＲＦ信号を生成するように構成され得る。いくつかの実施形態では、単一の同調回路は、システムの各モーダルアンテナの寄生素子に関連付けられた電気的特性を制御するように構成され得る。さらに、いくつかの実施形態では、システムは、３つ以上のモーダルアンテナを含み得る。さらに、いくつかの実施形態では、システムは、１つまたは複数のモーダルアンテナと、複数のモードで動作するように構成されていない１つまたは複数の非モーダルまたはパッシブアンテナとの組合せを含み得る。いくつかの実施形態では、１つまたは複数のモーダルアンテナは、２つ以上の寄生素子を含み得る。単一の制御回路は、寄生素子に関連付けられたそれぞれの同調素子を調整して、寄生素子に関連付けられた電気的特性を制御し、複数の異なるモードでモーダルアンテナを動作させるように構成され得る。他の実施形態では、複数の制御回路を使用して、同調素子をそれぞれ調整し得る。さらに他の変形、修正、組合せなどが、この開示の範囲で可能であることを理解されたい。
[0072]図７は、本開示の例示的な実施形態による、電気モータの失速状態を検出するための例示的な方法７００のフロー図を示す。図７は、例示および議論の目的で、特定の順序で実行されるステップを示す。本開示に提供される開示を使用する当業者は、本明細書に記載された方法のいずれかの様々なステップが、本開示の範囲から逸脱することなく、様々な手法で省略、拡張、同時実行、再配置、および／または修正され得ることを理解するであろう。さらに、本開示の範囲から逸脱することなく、様々なステップ（図示せず）を実行することができる。さらに、方法７００は、一般に、図２および図６を参照して上記のアンテナシステム２００、６００を参照して論じられる。しかしながら、本方法７００の態様は、モーダルアンテナを含む任意の適切なアンテナシステムでの用途を見出し得ることを理解されたい。
[0073]方法７００は、（７０２）で、無線周波数回路において、振幅シフトキーイング変調を使用して、制御信号をＲＦ信号に変調して、伝送信号を生成することを含み得る。たとえば、制御信号は、モーダルアンテナのモードを変えるための、またはそうでなければ、モーダルアンテナの放射パターンの方位または周波数を調整するための制御命令を含み得る。たとえば、無線周波数回路１１２は、たとえば、図３および図４を参照して上記で説明されたように、振幅シフトキーイング変調を使用して、制御信号をＲＦ信号に変調して、伝送信号を生成するように構成された制御回路１１８を含み得る。いくつかの実施形態では、無線周波数回路において、振幅シフトキーイング変調を使用して制御信号をＲＦ信号に変調することは、たとえば、図４を参照して上記で説明されたように、オンオフキーイング変調を使用してＲＦ信号を変調することを含み得る。
[0074]いくつかの実施形態では、制御信号をＲＦ信号に変調することは、搬送波信号に関連付けられた振幅を選択的に変化させることを含み得る。たとえば、図４に戻って示すように、振幅は、関連付けられたバイナリ信号４０１の第１の電圧４０２および第２の電圧４０４をそれぞれ表す、第１の振幅４０８と第２の振幅４１０との間で変化され得る。いくつかの実施形態では、搬送波信号に関連付けられた振幅を選択的に変化させることは、たとえば、オンオフキーイングおよび図４を参照して上記で論じたように、振幅を約ゼロと非ゼロとの値の間で変化させることを含み得る。いくつかの実施形態では、搬送波信号は、正弦波を含み得る。正弦波は、ほぼ一定の周波数を有し得るか、またはいくつかの実施形態では、任意の適切な繰り返しパターンを含み得る。
[0075]方法７００は、（７０４）において、単一の同軸伝送路を介して伝送信号を同調回路に通信することを含み得る。たとえば、図４を参照して上記で説明されたように、無線周波数回路１１２は、ＲＦ信号を、第１のバイアスティー１２０のコンデンサ１２２を介して、伝送路１１４を介して、および第２のバイアスティー１２８のコンデンサ１２８を介して、モーダルアンテナ１０２の被駆動素子１０４へ通信し得るフロントエンドモジュール１１６を含み得る。制御回路１１８は、第１のバイアスティー１２０のインダクタ１２４を介して、伝送路１１４を介して、および第２のバイアスティー１２８のインダクタ１３０を介して、同調回路１０８への制御信号をＲＦ信号に変調し得る。
[0076]方法７００は、（７０６）において、同調回路において制御信号を復調することを含み得る。たとえば、図２および図５を参照して上記で説明されたように、同調回路１０８、５００は、第２のバイアスティー１２６のインダクタ１３０を介して伝送信号から制御信号を復調するように構成され得る。同調回路１０８、５００はまた、制御信号をフィルタおよび／または増幅して、搬送波信号に関連付けられた搬送波信号周波数の強度を分離または比較的増加させるように構成され得る。論理回路５１２は、制御信号に関連付けられた（たとえば、含まれる）制御命令を解釈するように構成され得る。
[0077]方法７００は、（７０８）において、無線周波数回路から、制御信号および同調回路を介して、モーダルアンテナの寄生素子に関連付けられた電気的特性を制御して、モーダルアンテナを複数の異なるモードで動作させることを含み得る。各モードは、モーダルアンテナのための異なる放射パターンに関連付けられ得る。たとえば、同調回路１０８、５００は、スイッチ５１４を制御して、スイッチ５１４の出力５１６を接地に選択的に接続するか、さもなければ、スイッチ５１４の出力５１６の電気的接続を変化させて、（図２に示される）寄生素子１０６に関連付けられた電気的特性を制御し、モーダルアンテナを複数の異なるモードで動作させるように構成され得る。たとえば、スイッチ５１５は、（図２に示される）同調構成要素１１０の動作を調整して、寄生素子１０６を接地と電気的に短絡させるように、寄生素子１０６の、電圧または電流ソースまたはシンクとの電気的接続を変更するように構成され得る。
[0078]本主題は、その特定の例示的な実施形態に関して詳細に説明されたが、当業者は、前述の理解を得ると、そのような実施形態に対する変更、変形、および均等物を容易に生成できることが理解されよう。したがって、本開示の範囲は、限定ではなく例としてであり、主題の開示は、当業者に容易に明らかになるような本主題へのそのような修正、変形および／または追加を含めることを排除するものではない。

Claims (18)

  1. 被駆動素子と、前記被駆動素子に近接して配置された寄生素子とを含むモーダルアンテナであって、複数の異なるモードで動作可能であり、各モードは、異なる放射パターンに関連付けられる、モーダルアンテナと、
    前記複数の異なるモードで前記モーダルアンテナを動作させるために、前記寄生素子に関連付けられた電気的特性を制御するように構成される同調回路と、
    無線周波数回路と、
    前記無線周波数回路を前記モーダルアンテナに結合する伝送路と、
    を備え、
    前記無線周波数回路は、振幅シフトキーイング変調を使用して制御信号をＲＦ信号に変調して、前記伝送路を介して前記同調回路に通信するための伝送信号を生成するように構成され、
    前記同調回路は、前記無線周波数回路が前記制御信号を介して前記モーダルアンテナのモードを調整できるように、前記制御信号を復調するように構成され、
    前記伝送信号は、第１のクロック周波数に関連付けられ、前記同調回路は、ローカルクロック周波数を前記第１のクロック周波数に同期させるように構成される、アンテナシステム。
  2. 前記振幅シフトキーイング変調は、オンオフキーイング変調を備える、請求項１に記載のアンテナシステム。
  3. 前記無線周波数回路は、搬送波信号に関連付けられた振幅を選択的に変化させることによって、前記制御信号を前記ＲＦ信号に変調するように構成される、請求項１に記載のアンテナシステム。
  4. 前記無線周波数回路は、前記振幅を、約ゼロと非ゼロとの値の間で選択的に変化させるように構成される、請求項３に記載のアンテナシステム。
  5. 前記搬送波信号は、ほぼ一定の周波数を有する正弦波を備える、請求項３に記載のアンテナシステム。
  6. 前記搬送波信号は、繰り返しパターンを備える、請求項３に記載のアンテナシステム。
  7. 前記伝送路は、単一の同軸ケーブルである、請求項１に記載のアンテナシステム。
  8. 前記ＲＦ信号は、第１の周波数帯域内で規定され得、前記制御信号は、前記第１の周波数帯域とは異なる第２の周波数帯域内で規定され得る、請求項１に記載のアンテナシステム。
  9. 前記第１の周波数帯域は、約５００ＭＨｚから約５０ＧＨｚの範囲にある、請求項８に記載のアンテナシステム。
  10. 前記第２の周波数帯域は、約１０ＭＨｚから約１ＧＨｚの範囲にある、請求項８に記載のアンテナシステム。
  11. 第１の回路基板と、前記第１の回路基板から物理的に分離された第２の回路基板とをさらに備え、前記無線周波数回路は、前記第１の回路基板上に配置され、前記同調回路または前記モーダルアンテナのうちの少なくとも１つは、前記第２の回路基板上に配置される請求項１に記載のアンテナシステム。
  12. 前記無線周波数回路は、前記ＲＦ信号を生成するように構成されたフロントエンドモジュールと、振幅シフトキーイング変調を使用して前記制御信号を前記ＲＦ信号に変調して、前記伝送信号を生成するように構成された制御回路とを備える、請求項１に記載のアンテナシステム。
  13. モーダルアンテナを制御するための方法であって、
    無線周波数回路において、第１伝送信号を生成するために、振幅シフトキーイング変調を使用して、制御信号を第１ＲＦ信号に変調するステップと、
    前記無線周波数回路において、第２伝送信号を生成するために、振幅シフトキーイング変調を使用して、前記制御信号を第２ＲＦ信号に変調するステップと、
    単一の第１同軸伝送路を介して、前記第１伝送信号を、第１同調回路に通信するステップと、
    前記第１同調回路において、前記制御信号を復調するステップと、
    第２同軸伝送路を介して、前記第２伝送信号を、第２同調回路に通信するステップと、
    前記第２同調回路において、前記制御信号を復調するステップと、
    前記無線周波数回路から、前記制御信号および前記第１同調回路を介して、第１モーダルアンテナの寄生素子に関連付けられた電気的特性を制御して、前記第１モーダルアンテナを複数の異なるモードで動作させるステップであって、各モードは、前記モーダルアンテナのための異なる放射パターンに関連付けられる、ステップと
    前記無線周波数回路から、前記制御信号および前記第２同調回路を介して、第２モーダルアンテナの寄生素子に関連付けられた電気的特性を制御して、前記第２モーダルアンテナを複数の異なるモードで動作させるステップであって、各モードは、前記第２モーダルアンテナのための異なる放射パターンに関連付けられる、ステップと、を備える、方法。
  14. 前記無線周波数回路において、振幅シフトキーイング変調を使用して、前記制御信号を前記第１ＲＦ信号に変調するステップは、オンオフキーイング変調を使用して前記第１ＲＦ信号を変調するステップを備える、請求項１３に記載の方法。
  15. 前記制御信号を前記第１ＲＦ信号に変調するステップは、搬送波信号に関連付けられた振幅を選択的に変化させるステップを備える、請求項１３に記載の方法。
  16. 前記搬送波信号に関連付けられた前記振幅を選択的に変化させるステップは、前記振幅を約ゼロと非ゼロとの値の間で変化させるステップを備える、請求項１５に記載の方法。
  17. 前記搬送波信号は、ほぼ一定の周波数を有する正弦波、または任意の繰り返しパターンのうちの少なくとも１つを備える、請求項１５に記載の方法。
  18. 第１被駆動素子と、前記第１被駆動素子に近接して配置された第１寄生素子とを備える第１モーダルアンテナであって、複数の異なるモードで動作可能であり、各モードは、異なる放射パターンに関連付けられる、第１モーダルアンテナと、
    第２寄生素子を備える第２モーダルアンテナと、
    第１フロントエンドモジュールと、第２フロントエンドモジュールと、制御回路とを備える無線周波数回路と、
    前記無線周波数回路を前記第１モーダルアンテナに結合する第１伝送路と、
    前記無線周波数回路を前記第２モーダルアンテナに結合する第２伝送路と、
    復調器と、前記復調器と結合された制御モジュールとを備える同調回路と
    を備え、
    前記第１フロントエンドモジュールは、第１ＲＦ信号を生成し、前記第２フロントエンドモジュールは、第２ＲＦ信号を生成するように構成され、前記制御回路は、オンオフキーイング変調を使用して制御信号を前記第１ＲＦ信号、および前記第２ＲＦ信号に変調し、正弦波搬送波信号に関連付けられた振幅を、約ゼロと非ゼロとの値の間で選択的に変化させることによって伝送信号を生成するように構成され、前記正弦波搬送波信号は、ほぼ一定の周波数を有する正弦波を備え、前記復調器は、前記制御信号を復調するように構成され、前記制御モジュールは、前記制御信号に基づいて前記第１モーダルアンテナのモード及び前記第２モーダルアンテナのモードを調整するように構成される、アンテナシステム。
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