(57)【要約】ＲＦ（無線周波）信号を送信および／または受信する能動アンテナ素子（１２０）が、ＲＦ信号を反射する背面板（１３０）に関連付けて配置されている。１つ以上の受動アンテナ素子（１１０、１１２）は、背面板に対し、前記能動アンテナ素子と同じ側に配置することができる。この１つ以上の受動アンテナ素子の設定を調整し、１つ以上の受動アンテナ素子が反射型であるか、あるいは透過型であるかによって、形成される入／出力ビーム・パターンを変化させる。この技術にもとづき、背面板、能動アンテナ素子、および受動アンテナ素子を備えるアンテナ・アセンブリのＲＦ入／出力ビーム・パターンを制御することにより、ＲＦ信号の良好な受信および送信が可能になる。
2005525722.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信または受信する無線周波（ＲＦ）信号を反射する背面板に関連付けて配置され、ＲＦ信号を受信または送信する能動アンテナ素子と、
前記背面板に対して前記能動アンテナ素子と同じ側に配置された少なくとも１つの受動アンテナ素子とを備え、
前記少なくとも１つの受動アンテナ素子の特性を調整することにより、ＲＦ信号を受信／送信するための入／出力ビームが生成され、この入／出力ビームのパターンが、前記少なくとも１つの受動アンテナ素子が反射状態にあるか、透過状態にあるかによって決まる装置。
【請求項２】
請求項１において、前記背面板が、フリップ・トップ式受話器内に配置されている装置。
【請求項３】
請求項１において、前記能動アンテナ素子の長手方向が、前記背面板に対し６０°よりも小さい角度で配置されている装置。
【請求項４】
請求項１において、前記少なくとも１つの受動アンテナ素子の特性を選択的に調整することにより、反射性または透過性特性にして、ＲＦビーム生成を実現している装置。
【請求項５】
請求項１において、前記少なくとも１つの受動アンテナ素子は、それぞれが選択的に透過性または反射性となる２つの受動アンテナ素子を含んでいる装置。
【請求項６】
請求項５において、前記能動アンテナ素子が、前記２つの受動アンテナ素子の間に位置している装置。
【請求項７】
請求項６において、前記能動アンテナ素子および前記２つの受動アンテナ素子が、相互にほぼ平行に位置している装置。
【請求項８】
請求項１において、前記能動アンテナ素子および前記少なくとも１つの受動アンテナ素子が、前記背面板に対してほぼ平行に位置している装置。
【請求項９】
請求項１において、前記能動アンテナ素子および前記少なくとも１つの受動アンテナ素子が、前記背面板に対して１０〜６０°の間の角度にあるほぼ共通平面内に位置している装置。
【請求項１０】
請求項１において、前記背面板がユーザへのＲＦ暴露を制限している装置。
【請求項１１】
請求項５において、前記２つの受動アンテナ素子の特性を制御することにより、受動アンテナ素子を備えない場合に比べて狭いＲＦビームを生成できる装置。
【請求項１２】
請求項１において、前記少なくとも１つの受動アンテナ素子が、前記能動アンテナ素子から最大２インチ（５０．８ｍｍ）離れて位置している装置。
【請求項１３】
請求項１において、前記少なくとも１つの受動アンテナ素子が、前記能動アンテナ素子から送信または受信されるＲＦ信号の約４分の１波長離れて位置している装置。
【請求項１４】
請求項５において、第１受動アンテナ素子を反射性とし、かつ第２受動アンテナ素子を反射性とすることにより、より狭いＲＦビーム・パターンを生成する装置。
【請求項１５】
請求項１において、前記少なくとも１つの受動アンテナ素子を選択的に制御して、入／出力ビーム・パターンの狭さを調整している装置。
【請求項１６】
請求項１において、前記少なくとも１つの受動アンテナ素子を選択的に制御して、入／出力ビーム・パターンの方向を調整している装置。
【請求項１７】
無線通信装置におけるＲＦ（無線周波）信号のビーム生成方法であって、
送信または受信するＲＦ（無線周波）信号を反射する背面板を、能動アンテナ素子に関連付けて配置し、
前記背面板の前記能動アンテナ素子と同じ側に、少なくとも１つの受動アンテナ素子を設け、
前記少なくとも１つの受動アンテナ素子のそれぞれを、反射性または透過性となるよう選択的に設定することにより、入／出力ビーム・パターンを調整して、ＲＦ信号を受信および送信する、
ことを含む方法。
【請求項１８】
請求項１７において、前記背面板を携帯電話装置のフリップ・トップ式受話器内に形成している方法。
【請求項１９】
請求項１７において、さらに、前記背面板を能動アンテナ素子に対しほぼ平行に配置して、ＲＦ信号を送信および受信する、ことを含む方法。
【請求項２０】
請求項１７において、さらに、前記背面板を、前記能動アンテナ素子および前記少なくとも１つの受動アンテナ素子に対し移動可能とした、ことを含む方法。
【請求項２１】
請求項１８において、前記携帯電話装置のフリップ・トップ式受話器にスピーカをもうける方法。
【請求項２２】
請求項１７において、前記少なくとも１つの受動アンテナ素子に、それぞれが選択的に透過性または反射性となる２つの受動アンテナ素子を含ませた方法。
【請求項２３】
請求項２２において、さらに、前記能動アンテナ素子を前記２つの受動アンテナ素子の間に配置すること、を含んでいる方法。
【請求項２４】
請求項１７において、さらに、前記能動アンテナ素子および前記少なくとも１つの受動アンテナ素子を、相互にほぼ平行に配置すること、を含んでいる方法。
【請求項２５】
請求項１７において、さらに、前記背面板を前記能動アンテナ素子の長手方向に対し１０〜６０°の間の角度に配置すること、を含んでいる方法。
【請求項２６】
請求項１７において、さらに、前記少なくとも１つの受動アンテナ素子および前記能動アンテナ素子を、前記背面板とほぼ平行な共通平面内に配置すること、を含んでいる方法。
【請求項２７】
請求項１７において、前記背面板が、ユーザへのＲＦ暴露を制限している方法。
【請求項２８】
請求項２２において、さらに、前記２つの受動アンテナ素子を選択的に制御して、入／出力ビームのパターンを調整すること、を含んでいる方法。
【請求項２９】
請求項１７において、さらに、前記少なくとも１つの受動アンテナ素子を、前記能動アンテナ素子から０．５〜１．５インチ（１２．７〜３８．１ｍｍ）離して配置すること、を含んでいる方法。
【請求項３０】
請求項１７において、さらに、前記少なくとも１つの受動アンテナ素子を、前記能動アンテナ素子から約４分の１波長離して配置すること、を含んでいる方法。
【請求項３１】
請求項２２において、さらに、第１および第２の受動アンテナ素子の両者を反射性に設定して、狭いＲＦ入／出力ビーム・パターンを生成すること、を含んでいる方法。
【請求項３２】
無線周波（ＲＦ）信号を送信または受信する能動素子と、
前記能動素子に関連付けて配置され、それぞれが透過性状態または反射性状態に設定された１つ以上の受動素子と、
前記能動素子および前記１つ以上の受動素子に関連付けて配置されたときに、送信または受信するＲＦ信号のパターン形成を支援する移動可能な背面板とを備えている装置。
【請求項３３】
請求項３２において、前記能動素子および前記１つ以上の受動素子が、前記移動可能な背面板の同じ側に配置されている装置。
【請求項３４】
請求項３２において、前記能動素子および前記１つ以上の受動素子が、携帯電話装置に配置されている装置。
【請求項３５】
請求項３２において、前記背面板が、フリップ・トップ式携帯電話機の受話器と一体に形成されている装置。
【請求項３６】
請求項３２において、前記能動素子および前記１つ以上の受動素子が、ＲＦ信号を送信または受信するために位置決めされたとき、前記移動可能な背面板の同じ側に配置されている装置。
【請求項３７】
請求項３２において、前記少なくとも１つの受動アンテナ素子を、反射性または透過性のいずれかにすることにより、アンテナ・ビームの特性が調整されている装置。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
携帯性を向上させるため、携帯電話の小型化は絶え間なく続いている。例えば、今日市販されている最も小さい携帯電話装置は、ユーザのポケットに具合よく納まるか、あるいは容易にベルトに留めることができる。極限のサイズでは、クレジット・カードと同等、あるいはさらに小型の携帯電話が出現し、財布の中に収納できるようになるであろう。
【０００２】
携帯電話の小型化に重点が置かれてきたため、対応する携帯電話アンテナのアンテナ利得は、きわめて小さい。通常、小型携帯電話のアンテナ利得は−３ｄＢｉ以下である。したがって、これらの電話機に使用されているアンテナは、一般に、干渉の影響の低減またはフェージングの低減の能力を備えていない。その結果、携帯電話の小型化に伴い、通信品質が低下する可能性がある。
【０００３】
米国特許第５，９０５，４７３号には、１つの能動アンテナ素子とＲＦエネルギーを反射する複数の受動アンテナ素子とを有する調整式アンテナが開示されている。受動アンテナ素子の制御は、スイッチおよび選択可能な種々のインピーダンス素子を用いて行なわれる。受動素子から再放射されたエネルギーの一部を能動アンテナが受け取り、能動アンテナの受け取る再放射エネルギーの位相は、制御可能である。
【発明の開示】
【０００４】
本発明の一態様は、無線電子装置の送信および受信特性の向上に関する。本発明の原理によれば、無線送受信体アセンブリは、随意に設けられる背面板に関連づけて配置する受動素子および能動素子を設けることにより、ＲＦ（無線周波）信号の指向性送信および受信性能を向上させることができる。
【０００５】
さらに詳細には、無線信号を送信および／または受信する送受信体アセンブリが、ビーム生成技術を実現して、携帯電話装置の信頼性を向上させることができる。図示の実施形態では、送受信体アセンブリが、背面板に関連づけて配置された能動アンテナ素子を備えている。この能動アンテナ素子が、ＲＦ（無線周波）信号を送信および／または受信する。受動アンテナ素子を少なくとも１つ、背面板および無線信号を送信または受信する能動アンテナ素子に関連づけて配置することができる。この少なくとも１つの受動アンテナ素子の特性を、ＲＦ信号を反射するよう調整できる。その結果、送受信体アセンブリの入／出力ビームのパターンを、電子的に制御可能になる。
【０００６】
１つの特定の実施形態においては、能動アンテナ素子が、ＲＦ信号を反射する背面板に対し、ほぼ平行あるいは最大６０°の角度に配置されている。
【０００７】
少なくとも１つの受動アンテナ素子の設定を調整することにより、背面板、能動アンテナ素子、および少なくとも１つの受動アンテナ素子の組み合わせによって形成される入／出力ビーム・パターンを変化させることができる。さらに詳細には、少なくとも１つの受動アンテナ素子を反射モードまたは透過モードに設定することにより、送受信体アセンブリの入／出力ビーム・パターンの指向性および角度ビーム幅などの特性を変更できる。その結果、携帯電話装置の入／出力ビーム・パターンを、基地局などの特定の目標受信機の方向に向けることができ、信号対雑音の干渉レベルを低減し、当該アンテナ装置の利得を増加することができる。
【０００８】
１つの特定の用途においては、背面板を、携帯電話装置のフリップ・トップ式の受話器に配置することができる。さらに別の用途においては、携帯電話における背面板の使用は随意である。例えば、アンテナ・アセンブリは、反射性の背面板の無い、能動アンテナ素子および受動アンテナ素子を備えることができる。
【０００９】
受動アンテナ装置が反射モードに設定されたとき、入射ＲＦ信号は一般に反射される。反対に、透過モードのとき、受動アンテナ素子はＲＦ信号を比較的減衰させずに通過させる。後者のモードのとき、受動アンテナ素子によるＲＦ信号の方向変更または反射は最小である。
【００１０】
背面板の配置により、基地局から受信するＲＦ信号を、背面板から離してそのＲＦ信号を受信する能動アンテナの方向に反射させることができる。上で簡単に述べたように、受動アンテナ素子も、反射モードに設定されたとき、受信信号を能動アンテナ方向に反射して受信性能を向上させることができる。能動アンテナ素子における受信信号強度は、実際に受信されるＲＦ信号が直接受信されたＲＦエネルギーと背面板および受動アンテナ素子から反射されたＲＦエネルギーとの合計になるため、強められる。
【００１１】
このように、少なくとも１つの受動アンテナ素子の設定、および入／出力ビーム・パターンを調整して、当該移動電話装置または携帯電話装置を使用するユーザの向きの変化を補償できる。
【００１２】
１つ以上の受動アンテナ素子の特性は、重み付け制御信号を用いて調整できる。すなわち、少なくとも１つの受動アンテナ素子を制御して、当該受動アンテナ素子を駆動する重み付け制御信号に応じて、反射性または透過性を大きくまたは小さくすることができる。したがって、送受信体アセンブリの入／出力ビームを選択的に合成または制御して、ほぼすべての方向へのビーム操作を実現できる。また、入／出力ビームのパターンを走査して、ユーザに対して特定の方向に位置している送受信機装置との送受信に最適な設定を見出すことができる。
【００１３】
１つの用途においては、少なくとも１つの受動アンテナ素子が２つの受動アンテナ素子を有し、それぞれを透過モードまたは反射モードに選択的に設定できる。受動アンテナ素子の数は、用途に応じて変更できる。能動アンテナ素子は、２つまたはそれ以上の受動アンテナ素子に対し整列するかまたは偏って配置することができる。さらに、受動アンテナ素子の長さ方向部分を互いにほぼ平行に配置して、アンテナ素子の組合せを背面板に対して平行、あるいは６０°を下回るような許容可能な小さい角度に配置できる。１つの用途においては、背面板は能動アンテナ素子に対して１０〜６０°の間に位置している。
【００１４】
通常、少なくとも１つの受動アンテナ素子および能動アンテナ素子は、背面板に対して平行あるいは６０°または４５°よりも小さい角度に置かれた共通平面内にある。ただし、受動アンテナ素子および能動アンテナ素子が位置する共通平面の角度は、用途によって異なる。
【００１５】
能動アンテナ素子と少なくとも１つの受動アンテナ素子の相互の間隔も、用途に応じて変えることができる。例えば、少なくとも１つの受動アンテナ素子を、能動アンテナ素子から約４分の１波長だけ離して配置して、ビーム操作能力を高めることができる。能動アンテナ素子と少なくとも１つの受動アンテナ素子の間隔は、特定の小型携帯電話装置での用途については、たとえその間隔が対応する送受信ＲＦ信号の搬送波周波数の４分の１波長よりも大きいあるいは小さい場合でも、０．５〜１．５インチ（１２．７〜３８．１ｍｍ）近くとすることができる。
【００１６】
１つの用途においては、受動アンテナ素子と能動アンテナ素子の間隔は、２インチ（５０．８ｍｍ）以下である。通常、動作周波数が高くなるにつれて、より狭い間隔が使用される。
【００１７】
本発明の技術は、従来技術に勝る多くの利点を提供する。例えば、能動アンテナ素子と少なくとも１つの受動アンテナ素子の組合せを用いて、入／出力ビーム・パターンの指向、利得、および角度ビーム幅を調整できる。これら部品が少数であるため、可搬式電話機などの小型携帯電話装置に容易に組み込むことができる。したがって、このような送受信機装置を備えた小型携帯電話装置は、他のアンテナ装置よりも低コストで製造でき、しかも、干渉およびフェージングが少ないという、ＲＦ信号を送受信するのに標準的な能動素子を用いただけでは得られない利益を提供する。さらに、背面板を能動アンテナ素子に関連づけて用いることにより、指向性を向上させることができる。
【００１８】
本発明の原理によるビーム生成を実現する別の利点は、基地局などの目標と最適に通信できる能力である。可搬式装置の入／出力パターンの指向および利得制御が出力の低減を実現するため、背面板の後ろ側に位置するユーザは、大きい電力出力レベルを用いて目標の基地局に同一情報を送信する場合に比べて、弱い放射にさらされるだけで済む。目標の受信機に送信するのに低電力ビームが必要とされるだけであるため、全体の電力消費も低減する。
【００１９】
能動アンテナ素子および受動アンテナ素子に対して移動できる背面板を用いることにより、製造業者は、ＲＦ信号の送受信のためのアンテナ装置のサイズを小型化できる。例えば、移動電話装置や可搬式無線装置のアンテナ・アセンブリに関連する形状要素を、送受信体アセンブリが向上した送受信能力を備える場合であっても、小さくすることができる。
【００２０】
本発明の前述およびその他の目的、特徴、および利点は、添付図面に示す本発明の好ましい実施形態の以下の詳細な説明で明らかになるであろう。図面では、同一参照符号は異なる図面においても同一部品を指す。図面は必ずしも縮尺通りでなく、本発明の原理を示すことに重点が置かれている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に、本発明の好ましい実施の形態を説明する。
【００２２】
図１は、本発明の好ましい実施形態の特定の原理によるアンテナ装置１００のブロック図および部分斜視図である。図のとおり、能動アンテナ素子１２０が、受動アンテナ素子１１０と受動アンテナ素子１１２の間に配置されている。能動アンテナ素子１２０と受動アンテナ素子１１０，１１２の両者は、背面板１３０の前面側となる同じ一方側に配置されている。この実施形態においては、能動アンテナ素子１２０と受動アンテナ素子１１０，１１２の両者は、底板１４０に固定されている。
【００２３】
ただし、アンテナ装置１００は、アンテナ素子のいくつかあるいはすべてを引き込みまたは折り畳み式にして、収納を容易するように製造することができる。例えば、アンテナ素子のいくつかまたはすべてを、自動式、手動式、電子式あるいは機械式に調節することにより、アンテナ装置１００を備える当該装置を、非使用時には小型でありながら、開いて使用するとき有効に機能するようにできる。したがって、非使用時にアンテナ素子を損傷から保護することができる。さらに、随意にアンテナ素子を相互に移動できるようにすることにより、それらを調整して、より効率的な通信を実現できる。
【００２４】
すべてのアンテナ素子、すなわち能動アンテナ素子１２０ならびに受動アンテナ素子１１０，１１２は、背面板１３０に平行なほぼ共通平面上に配置されて描かれているが、これら素子の実際の配置は用途に応じて変更できる。例えば、能動素子１２０ならびに受動素子１１０，１１２が、必ずしも共通平面上に位置している必要はない。
【００２５】
なお、単一能動アンテナの代わりに、複数の能動アンテナを用いることもできる。
【００２６】
好ましくは、アンテナ素子は、相互に４分の１波長ずつ離れて間隔を空けている。さらに詳細には、受動アンテナ素子１１０を、能動アンテナ素子１２０から４分の１波長だけ離して配置できる。同様に、受動アンテナ素子１１２は、能動アンテナ素子１２０から４分の１波長だけ離して配置することができる。この間隔により、能動アンテナ素子１２０におけるＲＦ信号の受信および送信性能を向上させることができる。能動アンテナ素子１２０を受動アンテナ素子１１０または１１２の間に配置することは、対応する入／出力ビーム・パターンの制御において幅広い自由度を可能にするのに有益である。
【００２７】
背面板１３０は、必ずしも平面である必要はなく、平板以外の輪郭や形状とすることができる。したがって、能動アンテナ素子１２０ならびに受動アンテナ素子１１０，１１２は、必ずしも共通平面内にある必要はなく、背面板１３０に垂直である必要もない。
【００２８】
受動アンテナ素子１１０，１１２は、随意に、能動アンテナ素子１２０から４分の１波長よりも大きく離してもよく、あるいは近付けてもよい。例えば、２．４ＭＨｚ（メガヘルツ）またはその近傍で動作する携帯電話の用途においては、受動アンテナ素子１１０を、能動アンテナ素子１２０から、０．５〜１．５インチ（１２．７〜３８．１ｍｍ）離して配置できる。同様に、受動アンテナ素子１１２を、能動アンテナ素子１２０から、０．５〜１．５インチ（１２．７〜３８．１ｍｍ）離して配置できる。アンテナ素子の間隔が、アンテナ装置１００がＲＦ信号を送受信する搬送波周波数の４分の１よりも小さいとしても、アンテナ装置１００は依然、無線デジタル通信を支援する基地局などの目標の送受信機と効率的に通信できる。例えば、より高い動作周波数に対応する場合、間隔を２インチ（５０．８ｍｍ）よりも小さくできる。
【００２９】
能動アンテナ素子１２０は、背面板１３０から４分の１波長離すことができる。同様に、受動アンテナ素子１１０、１１２も、背面板１３０から４分の１波長離すことができる。ただし、受動アンテナ素子１１０，１１２の間隔も、用途に応じて変更できる。
【００３０】
能動アンテナ素子１２０は、随意に、軸から外側に向かって全方向にＲＦ（無線周波）信号を発生する半波長ダイポール・アンテナまたは他の無指向性アンテナ装置とすることができる。ただし、動作の際、能動アンテナ素子１２０により発生するＲＦ信号の一部は、背面板１３０から離れる方向に反射され、その結果、入射信号の大部分が背面板１３０から全体に反対方向に方向変換すなわち反射される。したがって、背面板１３０から離れる方向に反射するＲＦエネルギー信号が、最初に背面板１３０から離れる方向に能動アンテナ素子１２０から外側に送信されたＲＦエネルギーに重なるため、アンテナ装置１００から送信されるＲＦ信号は特定の方向に強められる。したがって、アンテナ装置１００は、受動アンテナ素子１１０，１１２がない場合であっても、少なくともある程度指向性を有する。受動アンテナ素子１１０，１１２を追加することにより、入／出力ビーム・パターンの制御が強化される。
【００３１】
逆に、アンテナ装置１００で受信されるＲＦ信号の強さを増幅することも可能である。例えば、アンテナ装置１００に向けられた入射ＲＦ波の一部は、直接、能動アンテナ素子１２０で受信できる。入射ＲＦ信号の別の部分を、背面板１３０ならびに受動アンテナ素子１１０，１１２から離れる方向に、能動アンテナ素子１２０に向けて反射させ、より強い受信信号を得ることができる。その結果、データ情報の良好な受信と信頼性の高い通信が得られる。随意に、背面板１３０を１つ以上の受動アンテナ素子で置き換えても、同様にＲＦ信号の送信および受信を強化できる。
【００３２】
なお、能動アンテナ素子１２０は、用途に応じて指向性アンテナ装置にもできる。例えば、アンテナ素子１２０が、背面板１３０と反対方向にＲＦエネルギーを放射する主ローブ・パターンを有することもできる。また受動アンテナ素子１１０，１１２を用いてＲＦエネルギーを反射し、入／出力ビーム・パターンを調整することもできる。
【００３３】
一般に、受動アンテナ素子１１０，１１２の特性を制御ユニット１５０によって調整して、発生するＲＦ信号の方向性をさらに制御できる。例えば、制御ユニット１５０が受動アンテナ素子１１０，１１２のそれぞれに重み付け係数を選択的に加えることにより、受動アンテナ素子１１０，１１２のそれぞれの反射および透過の度合いを調整できる。選択された重み付けに基づき、対応する受動アンテナ素子１１０，１１２の特性を個々に調節して、反射性を大きくまたは小さくできる。
【００３４】
受動アンテナの反射性の分解能は、受動アンテナ素子１１０，１１２の調整に用いる回路によって決まる。これについては、本明細書中で後に詳細に述べる。
【００３５】
処理装置１７０が、ＲＦアップ／ダウン・コンバータ１６０に接続されており、このＲＦアップ／ダウン・コンバータ１６０が能動アンテナ素子１２０を通じてＲＦ信号を送信および受信する。アンテナ装置１００は、随意に、双方向性ではなく一方向性でもよい。
【００３６】
さまざまな技術を利用して、アンテナ装置１００における、符号化デジタル・パケットなどの信号を送受信するための最適な方向および角度ビーム幅を決定できる。特定の用途においては、基地局などの目標装置に対するアンテナ装置１００の相対位置を決定できる。生成される入／出力ビーム・パターンに望まれる設定および方向に基づき、制御ユニット１５０と連携した処理装置１７０が受動アンテナ素子１１０，１１２の特性を選択的に調節して、特定の方向にある目標装置との送受信を行なう。ＲＦ信号を送受信する際、アンテナ装置１００の向きおよび位置を考慮に入れることができる。
【００３７】
前述の背面板１３０に対する相対位置に加え、受動アンテナ素子１１０，１１２を設定して、アンテナ装置１００の入／出力ビーム・パターンを調整できる。例えば、いずれかの受動アンテナ素子が反射モードに設定されたとき、当該受動アンテナ素子への入射ＲＦ信号は、散乱されるかあるいは反対方向に反射される。反対に、該当する受動アンテナ素子が透過モードに設定されているとき、ＲＦ信号は受動素子１１０または１１２を通過して伝播する。したがって、入／出力ビーム・パターンの特性を動的に調整することにより、ＲＦ信号を最適に送受信できる。
【００３８】
図２Ａは、本発明の原理による調整式アンテナ装置を備えた携帯電話装置の斜視図である。図示のとおり、能動アンテナ素子１２０が、携帯電話装置２２０の端部に位置している。受動アンテナ素子１１０，１１２は、能動アンテナ素子１２０の各側に１つの受動アンテナ素子が位置するように配置される。
【００３９】
ヒンジ２３０に取り付けられたフリップ・トップ式イヤ・スピーカ（受話器）２１０により、ユーザは携帯電話２２０を開いて、通話することができる。したがって、フリップ・トップ式スピーカは接地された可動の背面板１３０を備えることにより、ＲＦ信号を反射することができる。
【００４０】
電話機２２０を使用しないとき、フリップ・トップ式イヤ・スピーカ２１０を閉じて、そのスピーカを電話機２２０の本体と接触させ、よりコンパクトに携帯できる。閉じた状態であっても、受動アンテナ素子１１０，１１２の設定を調整して、保留状態の電話の着信の表示などのＲＦ信号を受信できる。
【００４１】
使用時は、携帯電話２２０および、詳細にはフリップ・トップ式イヤ・スピーカ２１０内に配置された背面板１３０が、ユーザの頭部から離れる方向にＲＦ放射を反射する。イヤ・スピーカ２１０の背面板１３０の角度位置は、通常、０〜６０°の間で変更できる。すなわち、能動アンテナ素子１２０ならびに受動アンテナ素子１１０，１１２は、その長手方向が背面板１３０に対して平行に位置するか、あるいは最大６０°までの角度に位置することができる。特定の用途においては、能動アンテナ素子１２０ならびに受動アンテナ素子１１０，１１２は、背面板１３０に対して６０°よりも大きくなるように配置することもできる。アンテナ素子と背面板１３０との間の角度αは、携帯電話２２０の側面を示した図２Ｂに詳細に示されている。
【００４２】
前述のとおり、１つの実施形態では、携帯電話２２０は背面板を備えていない。受動アンテナ素子１１０，１１２を調整して、入／出力ビーム・パターンを変化させる。携帯電話２２０に追加の受動アンテナ素子を配置して、別の指向性を実現することもできる。詳細には、１つ以上の受動アンテナ素子を、前述の背面板１３０の代わりに配置できる。ただし、この場合には、追加した受動アンテナ素子からの反射を電子的に制御できる。背面板１３０を使用する場合と同様、１つ以上の受動アンテナ素子を用いて、ＲＦビームをユーザの頭部から離れるように方向操作あるいは反射させることができる。
【００４３】
図３は、アンテナ素子を軸方向から見下ろした平面図であり、本発明の特定の原理によるＲＦ信号の送受信ついての入／出力ビームのパターン３３０を示している。図示のとおり、受動アンテナ素子１１０，１１２は両方とも、反射モードに設定されている。その結果、ＲＦ信の送受信について、アンテナ装置１００は中心がほぼ軸４００に沿った狭いローブ・パターンを生成する。
【００４４】
図４は、アンテナ素子を軸方向から見下ろした平面図であり、本発明の特定の原理によるＲＦ信号の送受信ついての入／出力ビームのパターン３３０を示している。図示のとおり、受動アンテナ素子１１０，１１２は両方とも、透過モードに設定されている。その結果、ＲＦ信号の送受信について、受動アンテナ素子１１０，１１２を反射モードに設定した場合に比べ、アンテナ装置１００は中心がほぼ軸４００に沿った幅広いローブ・パターンを生成する。
【００４５】
図５は、アンテナ素子を軸方向から見下ろした平面図であり、本発明の特定の原理によるＲＦ信号の送受信についての入／出力ビームのパターン３３０を示している。図示のとおり、受動アンテナ素子１１０は透過モードに設定され、受動アンテナ素子１１２は反射モードに設定されている。その結果、ＲＦ信号の送受信について、アンテナ装置１００は軸４００に対してほぼ４５°の角度にある入／出力ビーム３３０、すなわちローブ・パターンを生成する。一連の図３、４および５は、アンテナ装置１００からの入／出力ビームを、基地局などの目標送受信機の方向に向ける方法を示している。さらにこれらの図は、入／出力ビーム３３０を狭めたり、広げたりできる方法を示している。
【００４６】
図６は、１つの実施形態によるアンテナ装置の詳細はブロック図および部分斜視図である。
【００４７】
前述のとおり、受動アンテナ素子１１０，１１２は、選択的に、２つのモードすなわち反射モードおよび透過モードのいずれか１つで動作する。プロセッサ１７０および制御ユニット１５０は、受動アンテナ素子１１０，１１２を設定するための制御信号を供給する。また、受動アンテナ素子１１０，１１２の反射または透過の度合いを変更して、入／出力ビームを操作してさまざまな方向に正確に向けることができる。
【００４８】
反射モードにおいては、受動アンテナ素子１１０，１１２は、グラウンドに誘導結合されることによって、実効的に延長されることになる。透過モードにおいては、受動アンテナ素子１１０，１１２は、グラウンドに容量結合されることによって、実効的に短縮される。したがって、アンテナ装置１００によって操作されるビームの方向は、どの受動アンテナ素子が反射モードであり、どの受動アンテナ素子が透過モードであるかを知ることによって、決定できる。一般に、入／出力ビーム・パターンの方向は能動アンテナ素子１２０の方向に（またはその方向から）延び、透過モードにある受動アンテナ素子を通過し、反射モードにある受動アンテナ素子から離れるように突き出る。
【００４９】
アンテナ装置１００は、２つの受動アンテナ素子１１０，１１２ならびに能動アンテナ素子１２０が取り付けられる底板１４０を備えることができる。さらに、底板１４０には、調整可能なインピーダンス部品６０１，６０２を組み込むこともできる。
【００５０】
アンテナ装置１００の動作時、対応する受動アンテナ素子に結合された選択可能なインピーダンス部品６０１，６０２をそれぞれ独立に調整し、送受信機装置６５０によって送受信される信号に指向性を持たせる。能動アンテナ素子１２０からの信号送信の際に、各受動アンテナ素子の位相を適切に調整することにより、目標の方向に向かう合成ビームが形成される。すなわち、ＲＦエネルギーを再放射して指向性逆方向リンク信号を生成する各受動アンテナ素子１１０，１１２について適切な位相設定を用いることにより、アンテナ装置１００からＣＤＭＡ（符号分割多重アクセス）信号などの無線信号を送信するための最適位相設定が確立される。この結果、アンテナ装置１００は、より強い逆方向リンク信号パターンを、基地局受信機などの意図する目標の方向に向けることができる。
【００５１】
また、送信信号のＲＦエネルギーの再放射に用いられる位相設定により、受動アンテナ素子１１０，１１２ならびに能動アンテナ素子１２０は、基地局から送信される順方向リンク信号の最適な受信が可能になる。各受動アンテナ素子の設定可能な特性および独立した位相設定により、基地局の位置近辺の方向から到達する順方向リンク信号のみを、最適に受信できる。受動アンテナ素子は、順方向リンク信号の同様の位置から送信されていない他の信号は当然拒絶する。言い換えると、各受動アンテナ素子の位相を独立に調整することによって、指向性のアンテナ・ビームを形成できる。この方式の分離によって、限定された無線帯域幅を共有する多数のユーザ間の干渉を減らすことができる。この手法により、マルチパス・フェージングも低減できる。
【００５２】
選択可能なインピーダンス部品は、インピーダンス制御入力６３０によって設定されるとおりに、特定の選択可能なインピーダンス部品それぞれに対応付けされたインピーダンス設定によって、再放射ＲＦエネルギーに整合する方法で逆方向リンク信号の位相をシフトさせる。１つの実施形態においては、選択可能なインピーダンス部品６０１，６０２のそれぞれについて、インピーダンス制御入力６３０は、受動アンテナ素子の数（例えば５つ）に、位相シフトに関連するインピーダンス状態の数から１を引いた数を乗算した数に等しい数の線を通じて供給される。例えば、選択可能インピーダンス部品６０１，６０２が、２つの状態を有している場合、線の数は２本である。あるいは、状態の直列符号化方法を使用して、制御線の数を減らすこともできる。制御指令を復号するため、復号化回路を底板１４０に配置して用いることができる。
【００５３】
送信信号の各受動素子１１０，１１２からの再放射ＲＦエネルギーの位相をシフトさせることにより、送信信号の特定部分の位相が送信信号の他の部分の位相に正しく一致する。このようにして、相互に位相が正しく一致した信号の部分が結合して、より強力な合成ビームを形成する。選択可能なインピーダンス部品６０１，６０２を用いることによって各アンテナ素子１１０，１１２にそれぞれに与えられる位相シフトの量は、反射および透過に関して前に述べたとおり、より強力な合成ビームの送信方向を決定する。
【００５４】
前述のとおり、選択可能なインピーダンス部品６０１，６０２により与えられ、かつ各受動アンテナ素子１１０，１１２からのＲＦ信号の再放射に用いられる位相設定は、基地局あるいはその他の送信装置から受信される順方向リンク周波数信号にも、同様の物理的効果を与える。すなわち、各受動アンテナ素子１１０，１１２が、基地局から受信した信号のＲＦエネルギーを能動アンテナ素子１２０に再放射する。それぞれの受信信号は、底板１４０上の各受動アンテナ素子１１０，１１２の位置の差から、最初は相互の位相がずれている。しかし、各受信信号は、選択可能なインピーダンス部品６０１，６０２によって位相調整される。この調整によって、各信号は他の再放射信号と位相が一致する。したがって、各信号が能動アンテナ素子１２０によって受信されたとき、能動アンテナ素子１２０における合成受信信号は、基地局の方向において正確かつ強力になる。
【００５５】
選択可能なインピーダンス部品６０１，６０２の制御値は、制御ユニット１５０（図１）から供給され、この制御値により、アンテナ装置１００の選択可能インピーダンス部品６０１，６０２のそれぞれについて最適インピーダンスを設定する。通常、好ましい実施の形態においては、制御ユニット１５０がこれら最適インピーダンス設定値を、送受信機装置（トランシーバ装置）６５０がアンテナ装置１００によるデータの送受信を行なっていない休止期間中に決定する。この間、基地局から連続的に送信されている順方向リンク・パイロット信号などの受信信号が、受動アンテナ素子１１０，１１２ならびに能動アンテナ素子１２０のそれぞれで受信される。休止期間の間、選択可能なインピーダンス部品を調整して、受信信号のエネルギーあるいは他のリンク品質評価基準を最大化するなどの方法で、基地局からのパイロット信号の受信を最適化できる。
【００５６】
プロセッサ１７０は、現在のパイロット信号の受信を基にして、各受動アンテナ素子１１０，１１２についての最適位相設定を決定する。次いで、プロセッサ１７０は、選択可能なインピーダンス部品６０１，６０２のそれぞれに対して、最適なインピーダンスを供給して設定する。アンテナ装置１００が、基地局と送受信機装置６５０の間で信号を送信または受信するアクティブ・モードに入ったとき、調整可能なインピーダンス部品６０１，６０２のインピーダンス設定は、以前の休止時間期間中に設定された値を維持する。
【００５７】
プロセッサ１７０により実行される位相（すなわち、インピーダンス）設定計算を詳細に説明する前に、本発明の原理の一部が、任意の移動加入者ユニット（すなわち、送受信機装置６５０）と基地局との相互関係が本質的にほぼ円周上にあるとの考え方を基本としていることを、再度理解しておかねばならない。すなわち、移動加入者ユニットの周囲に円を描き、それぞれの位置が任意の２つの位置の間に最小１°の細分性を有すると仮定した場合、基地局を、多数の異なる可能な角度位置のうちの任意の位置に配置されていてもよい。例えば、精度を１°と仮定すると、アンテナ装置１００について、３６０の異なる可能な位相設定の組み合わせが存在する。各位相設定の組合せは、選択可能なインピーダンス部品６０１，６０２にそれぞれ１つの、合計２つのインピーダンス値の組であると考えることができ、この選択可能なインピーダンス部品６０１，６０２はそれぞれの受動アンテナ素子１１０，１１２に電気的に接続されている。
【００５８】
一般に、最適なインピーダンス値を見出すのに、少なくとも２つの異なる方法がある。第１の方法においては、制御ユニット１５０が、可能なインピーダンス設定の組合せをすべて試験する一種の最適化探索を実行する。各インピーダンス設定について（この場合、複数の角度設定のそれぞれについて）、前もって計算された２つのインピーダンス値が、例えば制御ユニット１５０内のメモリ記憶位置などから読み出され、次いで、選択可能なインピーダンス部品６０１，６０２のそれぞれに適用される。次に、受信機の応答が、制御ユニット１５０によって検出される。可能なすべての角度を試験した後、最大の信号対雑音の比（例えば、全干渉Ｉ０に対するビットあたりのエネルギーＥｂ、またはチップあたりのエネルギーＥＣの比）により評価されるような、最良の受信機応答を有するインピーダンスを用いて、ＲＦ信号を送信または受信できる。
【００５９】
第２の方法においては、各インピーダンス値を、他方のインピーダンス値を一定に保ちながら変化させることによって、個々に決定する。この動的方法を繰返して、２つのインピーダンス設定のそれぞれについての最適値を導き出す。
【００６０】
図７は、それぞれの受動アンテナ素子１１０に接続された選択可能なインピーダンス部品６０１の１つの実施形態を示している。選択可能なインピーダンス部品６０１はスイッチ８０１ａ、容量性負荷８０５ａ、および誘導性負荷８１０ａを含む。容量性負荷８０５ａおよび誘導性負荷８１０ａの両者は、図示のとおりグラウンド平面に接続されている。
【００６１】
スイッチ８０１ａは、制御線６３０の信号によって制御される単極双投スイッチである。制御線６３０の信号が第１状態（例えば、デジタルの「１」）であるとき、スイッチ８０１ａは、受動アンテナ素子１１０を容量性負荷８０５ａに接続する。容量性負荷により、受動アンテナ素子１１０の実効長が短くなる。制御線６３０の信号が第２状態（例えば、デジタルの「０」）であるとき、スイッチ８０１ａは、受動アンテナ素子１１０を誘導性負荷８１０ａに接続して、受動アンテナ素子１１０の実効長を長くし、したがって反射性にする。
【００６２】
図８は、それぞれの受動アンテナ素子１１０に接続された選択可能なインピーダンス部品６０１の別の実施形態を示している。この実施形態においては、選択可能なインピーダンス部品６０１が、ＳＰＭＴ（単極多投）スイッチ８０１ｂを備え、このＳＰＭＴスイッチ８０１ｂが、値の異なるいくつかの個別のインピーダンス部品に接続されている。
【００６３】
スイッチ８０１ｂは、４本の制御線６３０の２進化１０進数（ＢＣＤ）信号によって制御される単極多投スイッチである。４本の制御線６３０の信号がスイッチ８０１ｂの極８０３に命令を出して、受動アンテナ素子１１０を最大１６の異なるインピーダンス部品の１つに接続する。図示のとおり、受動アンテナ素子１１０に接続する、９個のインピーダンス部品が与えられているが、さらに増やすことも可能である。
【００６４】
選択可能インピーダンス部品は、容量性素子８０５ｂ、誘導性素子８１０ｂ、および遅延線素子８１５を含むことができる。各インピーダンス部品はそれぞれ、電気的にスイッチ８０１ｂとグラウンド平面の間に接続されている。
【００６５】
この実施形態においては、容量性素子８０５ｂは、３つのキャパシタＣ１、Ｃ２およびＣ３を有する。各キャパシタは、それぞれ異なる静電容量を有しており、受動アンテナ素子１１０に接続されたとき、受動アンテナ素子１１０に異なる透過性を与える。例えば、容量性素子８０５ｂは、容量値が相互に１桁離れていてもよい。
【００６６】
同様に、誘導性素子８１０ｂは、３つのインダクタＬ１、Ｌ２およびＬ３を含むことができる。誘導性素子８１０ｂは、受動アンテナ素子１１０に接続されたとき、インダクタンス値が相互に１桁離れた値を有することにより、受動アンテナ素子１１０に異なる反射性を与えることができる。
【００６７】
遅延線素子８１５は、３つの異なる値Ｄ１、Ｄ２およびＤ３を含むことができる。これら遅延線８１５のサイズは、受動アンテナ素子１１０によって再放射される信号に、例えば３０°の増分の位相シフトを生じるよう定めることができる。
【００６８】
別の実施形態においては、スイッチ８０１ｂが双極双投スイッチであり、受動アンテナ素子１１０に接続されたインピーダンスの種々の組合せを提供することにより、インピーダンスのさまざまな組合せを実現する。このようにして、受動アンテナ素子１１０を用いて、能動アンテナ素子１２０に種々の位相角度でＲＦエネルギーを再放射することにより、アンテナ装置１００がさまざまな角度の指向性ビームを実現できるようにする。１つの事例においては、制御ユニット１５０は、（１）第１のインピーダンス組合せを選択して、アンテナ装置１００による１つの角度での受信ビームを実現し、（２）第２のインピーダンス部品の組合せを提供して、アンテナ装置１００による第２の角度での送信ビームを生成する。なお、選択可能なインピーダンス部品８０５ｂ、８１０ｎ、および８１５の組合せの選択は、他の受動アンテナ素子１１２に接続された他の選択可能なインピーダンス部品６０２と同様の方法で実施される。
【００６９】
スイッチ８０１ｂの別の方法による実施形態も可能である。例えば、スイッチ８０１ｂを、種々に組み合わせた複数の単極単投スイッチから構成することができる。スイッチ８０１ｂを、通常の手法によって制御されるＧａＡｓスイッチやｐｉｎダイオードなど、半導体スイッチから構成してもよい。このようなスイッチは、場合によっては選択可能インピーダンス部品の特性を備えることができ、インピーダンス部品や遅延線部品を別個に設ける必要がなくなる。別の実施形態は、機械的なスイッチとして機能するがきわめて高速の応答時間を有するマイクロ・エレクトロ・メカニカル・スイッチ（ＭＥＭＳ）を備えている。このような装置は、外形をきわめて小さくすることもできる。
【００７０】
図９は、受動アンテナ素子１１０に接続される選択可能インピーダンス部品６０１のさらに別の実施形態である。この実施の形態では、選択可能インピーダンス部品６０１はバラクター８０１ｃから構成されている。バラクター８０１ｃは、制御線６３０のアナログ信号によって制御される。別の実施形態においては、バラクター８０１ｃはデジタル制御線のＢＣＤ信号によって制御される。図示のとおり、バラクター８０１ｃはグラウンド平面に接続されている。バラクター８０１ｃにより、受動アンテナ素子１１０にアナログ方式の位相シフトを選択的に加えることが可能となる。なお、この実施形態においては、各受動アンテナ素子１１０，１１２は対応するバラクターに接続され、バラクターの実質的に無限の選択可能なインピーダンス値によって、実質的に無限の位相シフトが実現される。このようにして、アンテナ装置１００は、例えば１８０°の円弧に沿って１°刻みなど、実質的にあらゆる方向の指向性ビームを実現できる。
【００７１】
本発明を好ましい実施形態により図示し、説明してきたが、当業者には、添付の特許請求の範囲に包含される本発明の範囲から逸脱することなく、形態または細部にさまざまな変更を加えるのが可能であることは理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】アンテナ装置のブロック図および部分斜視図である。
【図２Ａ】手持ち式装置に組み込まれたアンテナ装置の斜視図である。
【図２Ｂ】手持ち式装置に組み込まれたアンテナ装置の側面図である。
【図３】アンテナ装置の両方の受動アンテナ素子が反射モードに設定されているときに形成される入／出力ビーム・パターンの平面図である。
【図４】アンテナ装置の両方の受動アンテナ素子が透過モードに設定されているときに形成される入／出力ビーム・パターンの平面図である。
【図５】受動アンテナ素子の１つが反射モードに設定され、受動アンテナ素子の１つが透過モードに設定されているときに形成される入／出力ビーム・パターンの平面図である。
【図６】アンテナ装置のより詳細なブロック図および部分斜視図である。
【図７】選択的に制御されるインピーダンス部品のブロック図である。
【図８】選択的に制御されるインピーダンス部品のブロック図である。
【図９】選択的に制御されるインピーダンス部品のブロック図である。
【符号の説明】
【００７３】
１１０，１１２  受動アンテナ素子
１２０  能動アンテナ素子
１３０  背面板
２１０  フリップ・トップ式受話器
【図１】
2005525722.tif 000003
【図２Ａ】
2005525722.tif 000004
【図２Ｂ】
2005525722.tif 000005
【図３】
2005525722.tif 000006
【図４】
2005525722.tif 000007
【図５】
2005525722.tif 000008
【図６】
2005525722.tif 000009
【図７】
2005525722.tif 000010
【図８】
2005525722.tif 000011
【図９】
2005525722.tif 000012
【国際調査報告】
2005525722.tif 000013
2005525722.tif 000014