(57)【要約】本発明は，送信／受信ユニット（２）と，アンテナユニット（３）と，送信／受信ユニット（２）及びアンテナユニット（３）の間の電気信号経路（SP）と，少なくとも１つのデュプレクサ（DPX）と，送信／受信ユニット（２）及びアンテナユニット（３）間の信号経路（SP）に電気的に接続するフロントエンドモジュール（FEM）と，信号経路を伝搬する高周波信号に比例する信号を検出する検出ユニット（DE）とを備えるワイヤレス情報伝送装置（１）に関する。検出ユニット（DE）は，送信／受信ユニット（２）及びフロントエンドモジュール（FEM）の間で信号経路（SP）に電気的に接続する。更に本発明は，上記の情報伝送装置（１）を備えるワイヤレス情報伝送用の通信ターミナルと，ワイヤレス情報伝送装置（１）における送信／受信ユニット（２）及びアンテナユニット（３）間のインピーダンスを整合させる方法にも関する。【選択図】図１
2013543708.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信／受信ユニット（２）と，
アンテナユニット（３）と，
前記送信／受信ユニット（２）及び前記アンテナユニット（３）の間の信号経路（SP）と，
少なくとも１つのデュプレクサ(DPX)を含み，前記送信／受信ユニット（２）及び前記アンテナユニット（３）の間の信号経路（SP）に電気的に接続するフロントエンドモジュール（FEM）と，
前記信号経路（SP）を伝搬する高周波信号に比例する信号を検出する検出ユニット（DE）と，
を備え，該検出ユニットが，前記送信／受信ユニット（２）及び前記フロントエンドモジュール（FEM）の間で前記信号経路（SP）に電気的に接続する構成としたワイヤレス情報伝送装置（１）。
【請求項２】
請求項１に記載の装置（１）であって，前記送信／受信ユニット（２）が送信器（Tx）及び受信器（Rx）を含み，前記信号経路（SP）が，前記送信器（Tx）及び前記フロントエンドモジュール（FEM）の間で高周波信号を送信するための送信経路（TxP）と，前記受信器（Rx）及び前記フロントエンドモジュール（FEM）の間で高周波信号を受信するための受信経路（RxP）とを含むワイヤレス情報伝送装置。
【請求項３】
請求項２に記載の装置（１）であって，前記検出ユニット（DE）は，前記送信器（Tx）及び前記フロントエンドモジュール（FEM）の間で送信経路（TxP）に電気的に接続するワイヤレス情報伝送装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか一項に記載の装置（１）であって，少なくとも１つの可変インピーダンス素子（ImpE1, ImpE2）を含む整合回路（AS）を備え，該整合回路は，送信及び／又は受信周波数領域（TxB, RxB）においてインピーダンスを整合すべく，前記送信／受信ユニット（２）と前記アンテナユニット（３）との間の信号経路（SP）に電気的に接続するワイヤレス情報伝送装置。
【請求項５】
請求項２に従属する場合の請求項４に記載の装置（１）であって，前記整合回路（AS）が，前記送信器（Tx）及び前記フロントエンドモジュール（FEM）の間の前記送信経路（TxP）に電気的に接続するワイヤレス情報伝送装置。
【請求項６】
請求項４に記載の装置（１）であって，前記整合回路（AS）が，前記フロントエンドモジュール（FEM）及び前記アンテナユニット（３）の間の前記信号経路（SP）に電気的に接続するワイヤレス情報伝送装置。
【請求項７】
請求項６に記載の装置（１）であって，前記整合回路（AS）は，少なくとも１つの送信周波数帯域（TxB）における整合と，少なくとも１つの受信周波数帯域（RxB）における整合を同時に実行可能であるワイヤレス情報伝送装置。
【請求項８】
請求項４〜７の何れか一項に記載の装置（１）であって，前記検出ユニット（DE）及び前記整合回路（AS）に接続した制御ユニット（SE）を備え，該制御ユニット（SE）により，前記検出ユニット（DE）が検出した信号に応じて前記整合回路（AS）のインピーダンスを変化させるワイヤレス情報伝送装置。
【請求項９】
請求項８に記載の装置（１）であって，前記フロントエンドモジュール（FEM)，前記検出ユニット（DE），前記整合回路（AS）及び前記制御ユニット（SE）を単体モジュールに統合し，該モジュールを可変フロントエンドモジュール（AFEM）として構成したワイヤレス情報伝送装置。
【請求項１０】
請求項１〜９の何れか一項に記載の装置（１）であって，前記検出ユニット（DE）が少なくとも方向性結合器を備えるワイヤレス情報伝送装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０の何れか一項に記載のワイヤレス情報伝送装置を備えるワイヤレス情報伝送用通信ターミナル。
【請求項１２】
ワイヤレス情報伝送装置（１）における送信／受信ユニット（２）及びアンテナユニット（３）の間の送信／受信周波数領域（TxB, RxB）におけるインピーダンスを整合させる方法であって，前記情報伝送装置（１）が検出ユニット（DE）及び整合回路（AS）を備える場合に，
前記送信／受信ユニット（２）及び前記アンテナユニット（３）の間の信号経路（SP）を伝搬する高周波信号に比例する信号を生成し，該信号を，前記情報伝送装置（１）における送信／受信ユニット（２）及びフロントエンドモジュール（FEM）の間に配置した検出ユニット（DE）により検出するステップと，
該検出信号に応じて前記整合回路（AS）のインピーダンス値を検出し，かつ調整するステップと，
を含む方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法であって，前記検出信号により，前記送信／受信ユニット（２）及び前記アンテナユニット（３）の間の信号経路（SP）全体におけるインピーダンス，アドミタンス，電圧定在波比及び反射係数から選ばれた少なくとも１つのパラメータを評価する方法。
【請求項１４】
請求項１２又は１３に記載の方法であって，制御装置（SE）を使用し，該制御装置（SE）により，前記整合回路（AS）に含まれる少なくとも１つの可変インピーダンス素子（ImpEl, ImpE2）のインピーダンス値を，前記方法の実行中に自動的に検出してインピーダンス整合に所要の値に調整する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，送信／受信ユニットとアンテナユニットとを備えるワイヤレス情報伝送装置に関する。また本発明は，その情報伝送装置を備えるワイヤレス情報伝送用通信ターミナルに関する。更に本発明は，ワイヤレス情報伝送装置の送信及び／又は受信周波数領域において，送信／受信ユニットとアンテナユニットとの間でインピーダンスを整合させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通信ターミナルにおけるアンテナユニット，特に平面アンテナを有するアンテナユニットは，そのインピーダンスを変化させることにより通信環境の変化に対応させている。アンテナユニットと送信／受信ユニットとの間の信号経路において特性インピーダンス値が例えば50 Ωである場合，アンテナユニットのインピーダンスが50 Ωからシフトすると信号経路を伝搬する高周波信号の一部が反射し，電力損失を発生させる。従って，送信信号出力の一部のみがアンテナユニットに達して自由空間に放射される。更に，受信信号出力の一部のみが受信装置に達する。
【０００３】
送信／受信ユニットとアンテナユニットとの間の信号経路内に電気的に接続される構成要素及び機能ユニットは，周波数に依存する固有インピーダンスを有し，その固有インピーダンスが所定インピーダンス値からシフトした場合に，伝搬される高周波信号を反射させる可能性がある。例えば，ワイヤレス情報伝送装置は，送信／受信ユニット及びアンテナユニットに隣接してフロントエンドモジュールを備える。このフロントエンドモジュールは，少なくとも１つのデュプレクサを備え，送信／受信ユニットとアンテナユニットとの間の信号経路に電気的に接続する。デュプレクサは，分割回路として，又は必要に応じて異なる周波数で伝搬する高周波信号用のフィルタとして機能する必須の機能ユニットであり，特にアンテナユニットと送信／受信ユニットとの間を伝搬する受信信号を，送信／受信ユニットとアンテナユニットとの間を伝搬する送信信号から分離する機能を有する。デュプレクサは電子素子で構成されるため，周波数に依存する独自のインピーダンスを有する。種々の周波数領域用として複数のデュプレクサを複合式フロントエンドモジュールに統合することも可能であり，その場合には個々のデュプレクサを例えばスイッチにより選択する。
【０００４】
信号経路における反射や，これに由来する電力損失を回避するためには，信号経路内におけるインピーダンスを，所定のインピーダンス値を示す可及的に均一なインピーダンスとすることが望ましい。これは，アンテナユニットと送信／受信ユニットのインピーダンスを互いに整合させることによって達成される。そのためには，可変インピーダンス素子を接続して信号経路のインピーダンスを所定インピーダンス値に調整する機能を有する整合回路又は回路網を使用する。
【０００５】
信号経路を伝搬する高周波信号から信号出力を検出し，その検出値に基づいて反射に起因する電力損失を特定する方法は既知である。この場合に電力損失は，最終的にはアンテナユニットと送信／受信ユニットとの間の不整合の程度を示すものとして，信号経路におけるインピーダンス整合又は出力整合のために用いられる。即ち，測定された電力損失に応じて整合回路により信号経路のインピーダンスを，電力損失が低減されるまで変化させるのである。
【０００６】
構成要素及び機能ユニットが固有インピーダンスに基づいて信号経路の総合インピーダンスに影響する可能性があり，伝搬する高周波信号が反射する可能性もあるため，電力損失を有意な精度で検出してインピーダンスを十分に整合させることは非常に困難である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は，電力損失をより高精度で検出可能とし，信号経路におけるインピーダンス整合状態を改良可能としたワイヤレス情報伝送装置，該ワイヤレス情報伝送装置を備える通信ターミナル及びインピーダンス整合方法を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題は，第１の観点において，本発明に係るワイヤレス情報伝送装置により解決される。この情報伝送装置は，送信／受信ユニットと，アンテナユニットと，送信／受信ユニット及びアンテナユニット間の信号経路と，少なくとも１つのデュプレクサを含み，送信／受信ユニット及びアンテナユニット間の信号経路に電気的に接続するフロントエンドモジュールと，信号経路を伝搬する高周波信号に比例する信号を検出する検出ユニットとを備える。検出ユニットは，送信／受信ユニット及びフロントエンドモジュール間で信号経路に電気的に接続する。
【０００９】
検出ユニットは信号を検出し，この信号により，高周波信号の流入電磁波と還流電磁波の電力差を評価できる。従って，発生する反射の大きさが検出可能であり，それにより，装置のアンテナユニットと送信／受信ユニット間の不整合の度合いも検出可能である。検出ユニットを送信／受信ユニットとフロントエンドモジュールの間に配置する利点は，検出ユニットが送信／受信ユニットの直後で，アンテナユニット方向に位置するため，送信／受信ユニットとアンテナユニット間の信号経路の，全ての構成部分及び機能ユニットにおける電力損失が検出できる点にある。従って，フロントエンドモジュールの特にデュプレクサにおいて，デュプレクサのインピーダンスが伝搬する高周波信号の特性周波数に対して不整合の場合に発生する，伝搬する高周波信号の反射及び電力損失が検出可能である。
【００１０】
検出ユニットは，送信／受信ユニットからアンテナユニット方向に流れる電磁波の信号出力を検出し，同時に，又は所要の時間差をおいて，アンテナユニット又は信号経路の更なる構成部分及び機能ユニットにより反射されて送信／受信ユニット方向へ還流する電磁波の信号出力を検出する。進行波と反射波の両信号出力の関係は，電圧定在波比（VSWR）として表される。電圧定在波は，信号経路における電力損失の程度を示す。電圧定在波比が１である場合は全く反射が無く，電磁信号が完全に伝送される。これは理想的なケースであり，実際には電圧定在波比は１を上回る。一般論として，電圧定在波比が約２の場合，性能整合が良好で反射はごく僅かである。他方，電圧定在波比が５を上回ると信号経路において反射が高く，信号出力状態が悪化していることを意味する。信号経路が開放するか短絡している場合，電圧定在波比は数学的に無限大となる。
【００１１】
検出ユニットを上述のように配置することで，不整合の度合いが現実的に検出可能となり，整合回路によるインピーダンス整合状態を改善することができる。従って，伝搬する高周波信号の総合的強度を高めることが可能であり，最終的には信号品質も高まる。
【００１２】
好適には，送信／受信ユニットは送信器及び受信器を含み，信号経路は送信器及びフロントエンドモジュール間で高周波信号を送信する送信経路と，受信器及びフロントエンドモジュール間で高周波信号を受信する受信経路とを含む。送信器は出力増幅器（PA = power amplifier）を含み，これにより対応する送信出力の送信信号を生成する。送信出力の一部は，最終的にはアンテナユニットから外部の自由空間に放射される。受信器は低雑音増幅器（LNA = low noise amplifier）を含み，アンテナユニットにより自由空間から受信した極微弱な受信信号を増幅する。
【００１３】
送信及び受信信号は，同一の周波数領域（周波数帯域）に属する周波数に設定することが可能である。この場合には，例えば時分割複信方式（TDD = time division duplex）において適用される。即ち，送信及び受信信号が時間的に互いに分離され，短時間で連続する所定の時間スロット毎に切換えて伝送される。しかし，異なる送信及び受信周波数領域（送信帯域及び受信帯域）も設定可能である。この場合には，例えば周波数分割複信方式（FDD = frequency division duplex）が適用される。
【００１４】
FDD方式とTDD方式の組み合わせは，例えばUMTS規格（UMTS = Universal Mobile Telecommunications System）又はGSM規格（GSM = Global System for Mobile Communications）に規定される。送信信号は送信周波数帯域（アップリンク周波数）で伝送し，それに対して受信信号は受信周波数帯域（ダウンリンク周波数）で伝送する。これらの周波数帯域は，特徴的なバンドギャップにより周波数領域で互いに分離されている。
【００１５】
このような規格においては，送信周波数及び受信周波数を含む複数の周波数帯域で同時にインピーダンス整合を行う必要がある。送信及び受信信号の異なる周波数帯域用のフロントエンドモジュールをフィルタバンクにおける複数のデュプレクサとして構成し，デュプレクサをスイッチにより選択することにより，送信信号及び受信信号を周波数に応じて分離し，かつフィルタリングを行うことが可能である。
【００１６】
好適には，検出ユニットは送信器とフロントエンドモジュール間で送信経路に電気的に接続する。これは，不整合を評価するための信号を送信経路内で検出可能であることを意味する。従って，送信信号の品質が向上し，同時に送信信号出力が送信器の電力増幅器において低減可能であるため，送信経路におけるインピーダンスを整合することがが可能になる。これにより，結果的に電力増幅器の電流消費が低減する。
【００１７】
検出ユニットを送信経路に配置する利点は，いずれにせよ，電流，電圧又は電力計測用に電力増幅器に適用するセンサを検出ユニット用として使用できる点にある。これらのセンサは検出ユニットに統合可能であるため，伝搬する高周波信号の電力値を検出するために追加センサ又は計測器が不要となるか，又は追加するとしてもごく僅かで済む。これにより，コスト及び労力が削減可能である。
【００１８】
情報伝送装置は整合回路を備えるのが好適である。整合回路は，少なくとも１つの可変インピーダンス素子を有し，送信及び／又は受信周波数領域でインピーダンスを整合すべく，送信／受信ユニットとアンテナユニット間の信号経路に電気的に接続する。この種の整合回路により，送信／受信ユニットとアンテナユニット間で，周波数に応じて送信／周波数領域に対してインピーダンスを整合できる。整合回路に１つ又は複数の可変インピーダンス素子を備えることにより，信号経路に対して所定の特性インピーダンス値を設定できる。この特性インピーダンス値は，例えば送信／受信ユニットから，及び／又は電線を介して信号経路に与えることとする。移動無線においては，こうした特性インピーダンス値を例えば50 Ωとするが，他のインピーダンス値も想定可能である。
【００１９】
整合回路における１つ又は複数のインピーダンス素子は，手動又は自動で調整可能である。例えば手動調整する場合には，手動でチャネルを検索する。インピーダンス整合を外部環境の影響変化に追従して再調整する必要がある場合には，自動調整が特に好適である。
【００２０】
整合回路を適用することにより，信号経路におけるインピーダンスを，信号経路で反射損失が低減可能であるよう整合する。同時に，アンテナユニットへの送信信号及び受信器への受信信号の伝送を最大化する。
【００２１】
整合回路の更なる利点は，サイズと複雑度を対応させることで，想定可能なそれぞれのインピーダンス値に対してほぼ整合可能な点である。送信／受信ユニットとフロントエンドモジュール間の，特に送信経路に配置した検出ユニットとの相互作用により，すでに述べたように，フロントエンドモジュールの少なくとも１つのデュプレクサの不整合を把握できる。従って整合回路の助けにより，デュプレクサのインピーダンスを信号経路において調整可能である。これはデュプレクサを，あらかじめ特性インピーダンスに対して設定しておく必要がなく，又は独断的に特性インピーダンスに調整する必要もないことを意味する。更にデュプレクサは，それ自身の出力インピーダンスに係らず自由に設定可能であり，そうすることが望ましい。その結果として，性能特性及びフィルタ特性を向上させるべく調整する際の自由度が更に高まるからである。特に，周波数領域におけるフィルタの伝送曲線の勾配に重要な影響を与えるロール・オフ特性を自由に設定することができる。これにより，少なくとも１つのデュプレクサの特性を整合し，フロントエンドモジュールを，使用されている送信又は受信周波数領域に対して整合し，送信及び受信信号が目標とする信号出力が達成される。こうしたことから，デュプレクサ及びフロントエンドモジュール全体が，例えば低雑音で形成可能となる。
【００２２】
情報伝送装置の一実施形態においては，整合回路が，送信器とフロントエンドモジュール間の送信経路に電気的に接続する。その場合好適には，整合回路が検出ユニットとフロントエンドモジュール間で接続し，検出ユニットは整合回路における反射及び伝送を検出可能となる。この実施形態の利点は，送信経路の送信信号の送信周波数領域の周波数に対してのみ，インピーダンスを整合することにある。受信周波数領域の周波数のための信号経路にある構成部分のインピーダンスは，受信経路の受信信号により変更されない。従って，受信周波数領域の周波数に対して，インピーダンスが所定のインピーダンス値から更に逸脱することがない。伝送プロセスで送信／受信周波数領域が異なる場合，このようにすることで，受信信号の信号出力の劣化を回避するという利点がある。
【００２３】
情報伝送装置の他の実施形態においては，整合回路がフロントエンドモジュールとアンテナユニット間の信号経路に電気的に接続する。この実施形態は，例えば送信及び受信周波数領域が同一である場合に適用可能である。そのため，この実施形態は，例えば時分割複信を同一周波数において実行する規格として想定することができる。その場合，インピーダンス整合は送信信号及び受信信号の双方に対して１つの周波数領域で一様に実行し，送信及び受信信号の信号出力も一様に最適化できる。しかしながら，この実施形態を，送信及び受信信号用に異なる周波数領域を備えた，時分割複信のための無線規格に対して適用することも可能である。その場合，ある時間スロットでは送信信号の周波数を，別の時間スロットでは受信信号の周波数を伝送する。そして，整合回路によるインピーダンス整合は，第１の時間スロットにおいて送信周波数領域に対して実行可能であり，第２の時間スロットにおいては受信周波数領域に対して実行可能である。
【００２４】
上述した実施形態においては，少なくとも１つの送信周波数領域において整合を実行可能であり，同時に少なくとも１つの受信周波数領域において整合を実行可能とすべく，整合回路を調整することが好適である。整合回路は，送信周波数領域において，及び送信周波数領域と異なる受信周波数領域においても最適の伝送挙動を備える。従って，整合回路は信号経路において，送信周波数領域に対しても受信周波数領域に対してもインピーダンスを最適に調整できる。整合回路のこの種の伝送挙動は「ダブルノッチ・チューナートポロジー」（Double-Notch-Tuner Topology）と称される。
【００２５】
従って，例えば送信周波数領域に対して，インピーダンスを所定のインピーダンス値に整合する場合，受信周波数領域においてインピーダンスが所定のインピーダンス値から大きく逸脱し，受信周波数領域の信号出力が，明らかな不整合により減衰するという既述した従来問題が回避できる。従来の整合回路においては，送信信号品質を整合する際に受信信号品質が劣化するという問題が存在した。しかしながら，前述の整合回路においては，異なる周波数に依存するインピーダンス，例えばフロントエンドモジュールのインピーダンスを，送信及び受信周波数領域の異なる周波数に対して相殺できる。従って，信号経路において双方の領域に対してインピーダンス値を達成可能であり，これらインピーダンス値は同一の特性インピーダンス値に整合される。これにより，送信経路及び受信経路の双方が最適に整合され，双方の信号経路において反射及び電力損失を回避できる。
【００２６】
好適には，情報伝送装置は制御ユニットを備える。制御ユニットは検出ユニット及び整合回路と電気的に接続し，検出ユニットが検出した信号に応じて整合回路のインピーダンスを変化させるよう，制御ユニットを調整する。制御ユニットを適用する利点は，インピーダンス整合が自動的に実行可能な点にある。この場合，制御ユニットは論理回路を含み，この論理回路は整合回路，特に整合回路における１つ又は複数のインピーダンス素子を調整する。従って，特にアンテナユニットのアンテナインピーダンス変更が自動校正される。既述のように，アンテナインピーダンスは環境要因の変化により，このように変更される。制御ユニットを適用することで，この種の環境要因の変化に対し迅速かつ効果的に対応可能となる。更に，制御ユニットはそれぞれの伝送挙動を実行するプログラミングを備えるため，時分割複信又は周波数分割複信といった異なる伝送挙動を，装置上で迅速に実行可能である。例えば，時分割複信と周波数分割複信の切換え，又は混合稼動を実行する場合，制御ユニットはそれに対応して整合回路を自動制御する。
【００２７】
好適には，検出ユニットは少なくとも１つの方向性結合器を備える。伝搬する高周波信号に比例する方向依存性信号を信号経路において検出すべく，方向性結合機を調整する。この場合，伝搬する高周波信号の電流，電圧及び電力計測及び位相計測が可能である。方向性結合器により，例えば電圧定在波比が検出可能な計測ユニットが実現できる。好適には，１つ又は複数の周波数領域において稼動するよう方向性結合器を調整する。
【００２８】
第２の観点において，本発明は，上述した構成の情報伝送装置を備えるワイヤレス情報伝送用通信ターミナルを提供する。この通信ターミナルは，例えば移動無線デバイス，ポケットPC，携帯情報端末（PDA= personal digital assistant）又は無線ネットワークへのインターフェイスを備える一般的なPCとする。上述した構成の情報伝送装置により，ワイヤレス情報伝送の信号品質が改善され，情報伝送装置における電力増幅器において送信信号出力を低減することができる。これは，消費電力の低減及び消費エネルギーの低減につながり，特に電池又はバッテリーを内蔵したワイヤレス情報伝送用通信ターミナルの場合，電池又はバッテリーの寿命を延長することが可能である。従って信号品質が改善されるのに加え，エネルギー効率も向上する。上述の装置の更なる利点は，装置を通信ターミナルに適用した際に，それに対応して明らかとなる。
【００２９】
更なる観点において本発明は，ワイヤレス情報伝送装置における送信／受信ユニット及びアンテナユニットの間において，送信及び／又は受信周波数領域でインピーダンス整合を実行する方法により前述した課題を解決する。この場合，ワイヤレス情報伝送装置は検出ユニット及び整合回路を備える。本発明に係る方法は，送信／受信ユニット及びアンテナユニットの間の信号経路を伝搬する高周波信号に比例する信号を生成するステップと，この信号を，ワイヤレス情報伝送装置における送信／受信ユニット及びフロントエンドモジュールの間に配置した検出ユニットにより検出するステップと，検出した信号に応じて，整合回路のインピーダンス値を検出し，かつ調整するステップとを備える。
【００３０】
上述した方法により，送信／受信ユニットとアンテナユニットとの間の信号経路を伝搬する高周波信号が，構成部分及び機能ユニットにおいて電力損失を生じ，インピーダンスの不整合を生じる場合に，電力損失を高精度で検出することが可能である。例えば，プログラムされたルックアップテーブルの数値を参照することにより，周波数に依存するインピーダンス値を調整することができる。
【００３１】
結果的に，整合回路のインピーダンス値が調整され，そのインピーダンス値により，信号経路を所定の特性インピーダンス値に校正すべく，信号経路の総合インピーダンスを校正するよう整合回路が制御可能である。このようにして，反射及び電力損失が低減可能である。信号品質は，以下のように最適化する。検出ユニットの機能と，検出ユニットの位置が整合回路を制御可能としていることの協働作用により，ワイヤレス情報伝送装置の送信及び受信特性を，環境要因の変化に対応する反応として，素早くかつ効果的に整合可能である。
【００３２】
特に検出ユニットにより，送信／受信ユニットとアンテナユニット間の全体の信号経路におけるインピーダンス，アドミタンス，電圧定在波比，反射係数のうち，少なくとも１つのパラメータを評価する。これらのパラメータ又はその組み合わせを評価することで，信号経路における電力損失が明らかになる。評価値に対応して整合回路を調整する。
【００３３】
好適には，本発明の方法においては制御ユニットを使用し，整合回路が少なくとも１つの可変インピーダンス素子を含み，インピーダンス整合に必要なインピーダンス素子のインピーダンス値を，方法の実行中に制御装置が自動的に特定し，かつ調整する。その際に制御装置は，好適には既述の方法で作動する。これにより，上述した方法に基づいてインピーダンスを迅速かつ自動的に整合させる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】ワイヤレス情報伝送装置の第１実施形態を示すブロック線図である。
【図２ａ】ワイヤレス情報伝送装置の第２実施形態を示すブロック線図である。
【図２ｂ】ワイヤレス情報伝送装置の第３実施形態を示すブロック線図である。
【図３】整合回路の一実施形態を示すブロック線図である。
【図４】図３の整合回路により整合された送信／受信周波数領域における電圧定在波比の周波数に対する変化を示すグラフである。
【発明の実施形態】
【００３５】
以下，本発明を図示の実施形態に基づいて更に詳述する。
【００３６】
図１は，ワイヤレス情報伝送装置１の第１実施形態を示す。情報伝送装置１は，送信／受信ユニット２と，アンテナユニット３とを備える。送信／受信ユニット２は，信号経路SPを介してアンテナユニット３と接続する。信号経路SP内部では，送信／受信ユニット２からアンテナユニット３へ伝搬する高周波信号及び反対方向にアンテナユニット３から送信／受信ユニット２へ伝搬する高周波信号の電磁波が走行可能である。特に送信／受信ユニット２は，送信信号を生成する送信器Tx及び受信信号を受信する受信器Rxを備える。
【００３７】
送信器Txは，電力増幅器（図示せず）を含む。電力増幅器は，所定の送信信号出力を有する送信信号を増幅してアンテナユニット３に伝送する。アンテナユニット３において，送信信号出力の一部が自由空間に放射される。
【００３８】
受信器Rxは低雑音増幅器（図示せず）を備える。低雑音増幅器は特に，アンテナユニット３が自由空間から受信する極微弱な受信信号を増幅する。信号経路SPは，送信器Tx方向に送信経路TxP，及び受信器Rx方向に受信経路RxPに分離する。その分離は，信号経路SPに電気的に接続する少なくとも１つのデュプレクサを備えるフロントエンドモジュールFEMにより，電気的に実行される。
【００３９】
フロントエンドモジュールFEM又はデュプレクサDPXは例えば分割回路，又は送信及び受信信号を分離すべく特別に構成され，調整されたフィルタを備える。送信信号は送信器Txから送信経路TxP及びデュプレクサDPXを経て信号経路SPへ伝送され，アンテナユニット３に至る。アンテナユニット３は受信信号を受信し，この受信信号は反対方向に，信号経路SP及びデュプレクサDPXを経て受信経路RxPに伝送され，受信器Rxに至る。送信及び受信信号は，同一の周波数領域又は異なる周波数領域とすることが可能である。複数の送信チャネル及び平行する複数の受信チャネルを備えることも想定可能であり，その際，各チャネルはそれぞれ特徴的周波数領域を有し，周波数領域における所定のバンドギャップにより分離される。異なる送信及び周波数領域を適用する場合には，フロントエンドモジュールFEMは特にフィルタバンクを含む。フィルタバンクは複数のフィルタを備え，これら各フィルタがデュプレクサDPXとして作動する。その際各フィルタは，所定の特徴的送信及び受信周波数に応じて，通過する高周波信号のフィルタリングを実行すべく調整される。
【００４０】
検出ユニットDEは，送信経路TxPに電気的に接続する。検出ユニットDEは１つ又は複数のセンサを備える。このセンサは，送信経路TxP及び信号経路SPを伝搬する高周波信号に比例する信号を検出すべく調整される。例えば，センサは１つ又は複数の方向性結合器を備えることができる。
【００４１】
特に検出ユニットDEは，送信器Txからアンテナユニット３への流入電磁波の電力，及びアンテナユニット３から送信器Txに戻る還流電磁波の電力を，方向性に依存して同様に検出すべく調整される。検出した両電力値から，前述の電圧定在波比（VSWR = voltage standing wave ratio）を検出する。
【００４２】
特に送信器Txに戻る反射波は，例えばフロントエンドモジュールFEMにおけるデュプレクサDPX又は信号経路SPなどの機能ユニットが，所定の特性インピーダンス値から逸脱するインピーダンスを呈することから明らかになる。移動無線システムにおいては，所定の特性インピーダンス値を，例えば50 Ωとする。しかしながら他の任意のインピーダンス値も想定可能である。従って，送信器Txとアンテナユニット３間の送信経路TxPを含む信号経路SPにおけるインピーダンスの差が明らかとなる。そこでは反射が発生し，これに伴って伝搬する高周波信号の信号出力が電力損失を起こす。同様な事象が，アンテナユニット３と受信器Rx間の受信経路RxPを含む信号経路SPの信号についても発生する。
【００４３】
送信器Txとアンテナユニット３間の信号経路SPのインピーダンスを整合させるために，情報伝送装置１は整合回路ASを備える。整合回路ASは，デュプレクサDPXとアンテナユニット３間の信号経路SPに電気的に接続する。整合回路ASは少なくとも１つの可変インピーダンス素子を有し，整合回路ASのインピーダンスを変更できる。これは，整合回路ASにおいて，周波数に依存するインピーダンス値が調整可能であることを意味しており，このインピーダンス値は，他の構成部分及び機能ユニットのインピーダンス値と信号経路SPにおいて直列接続しており，従って信号経路SPにおける総合インピーダンスを，所望の特性インピーダンス値を達成すべく調整できる。
【００４４】
従って，整合回路ASを介して総合インピーダンスを整合可能であり，信号経路SPの電磁波の反射が低減可能である。例えば，ある周波数に対してフロントエンドモジュールFEM，特にデュプレクサDPXのインピーダンスが特性インピーダンスから逸脱した場合，整合回路ASの可変インピーダンス値を介してデュプレクサDPXの不整合を相殺可能であり，その際特性インピーダンス値は調整可能である。デュプレクサDPXを介して送信器Txからアンテナユニット３へ通過する電磁波，又はアンテナユニット３からデュプレクサDPXを経て受信器Rxへ通過する電磁波は，デュプレクサDPXにおいてごく僅かに反射されるか，又好適には全く反射されない。従って，送信及び受信信号の信号品質向上が達成可能である。
【００４５】
送信経路TxPにおいて，検出ユニットDEを直接アンテナユニット３方向に向かい，送信器Txの後部に配置することで，検出ユニットDEは信号経路SPにおける全ての不整合を検出可能である。これにより，アンテナユニット３又は信号経路SPの電線の不整合に加え，フロントエンドモジュールFEM又はデュプレクサDPXの不整合をも，整合回路ASを介して検出可能となる。
【００４６】
更にデュプレクサDPXは，送信及び受信信号の周波数に対して，所定の特性インピーダンス値を持たず，周波数に依存するインピーダンスを有するよう意識的に形成可能である。デュプレクサDPXは，例えば既述のロール・オフ特性又は伝送信号のスルー・レートなどのフィルタ特性を目標どおりに最適化できるよう構成することができる。
【００４７】
検出ユニットDEを送信器Txの直後に配置する更なる利点は，いずれにせよ電流，電圧又は電力計測用に電力増幅器に適用するセンサを，検出器DE用として使用可能な点にある。
【００４８】
検出ユニットDEの計測信号に基づいて整合回路ASがインピーダンスを自動整合するために，制御ユニットSEは検出ユニットDE及び整合回路ASと接続する。この接続は破線で図示する。制御ユニットSEは，特に検出ユニットDEにおいて生成された信号を検出する論理回路を有する。その際制御ユニットSEにおいては，例えば電圧定在波比を算出できる。この評価値に基づいて，制御ユニットSEは更なる論理回路により整合回路ASを制御可能であり，整合回路AS内部の１つ又は複数の可変インピーダンス素子のインピーダンス値を変更し，整合回路ASのインピーダンスを調整し，前述の方法に従って信号経路SPのインピーダンス整合が実行可能となる。
【００４９】
制御ユニットSEがインピーダンスを自動整合することには，情報伝送装置１におけるインピーダンス変更を，環境の影響変化に対する対応として，迅速かつ効果的に相殺可能だという利点がある。更に，制御ユニットSEはプログラミング可能であるため，例えば周波数分割複信，時分割複信又はそれらの組み合わせを使用するなど，種々の伝送規格に対して情報伝送装置１のインピーダンスを整合可能であり，どのような伝送規格に対しても最適な信号品質を達成可能である。
【００５０】
好適には図１の実施形態に従って，異なる送信及び受信周波数領域に対してインピーダンス整合が実行可能であるよう整合回路ASを構成する。対応する整合回路ASの構成について，以下に詳述する。
【００５１】
図2aは，情報伝送装置１の第２実施形態を示す。この実施形態においては，整合回路ASを検出ユニットDEとフロントエンドモジュールFEM間の送信経路TxPに配置する。それ以外は，情報伝送装置装置１の構成は実質的に図１の構成に従っており，類似の機能性を有する。図2aの実施形態においては，送信経路TxPに整合回路ASを配置することで，周波数に依存するインピーダンスは，送信周波数領域における周波数に対してのみ整合可能となる。受信周波数領域の信号経路SPのインピーダンスは変更されない。この種の実施形態は，例えば送信信号出力のみが整合可能である無線規格用に好適である。なぜなら，信号経路における総合インピーダンスを，送信信号に対してのみ整合させることには，受信経路RxPにおける受信信号の信号出力及び信号品質が，整合回路ASのインピーダンス変化の影響を受けず劣化しないという利点があるためである。
【００５２】
図2bは情報伝送装置１の第３実施形態を示す。この場合，２つの送信器Tx1及びTx2，及び異なる送信周波数領域に対して整合される各検出ユニットDE1及びDE2が備わる。送信器Tx1及びTx2は異なる周波数で送信し，各検出ユニットDE1及びDE2は，各々の送信周波数領域に対する信号出力を検出する。
【００５３】
更に，異なる受信周波数領域に対して整合される複数の受信器Rx1及びRx2が備わる。従って，受信器Rx1及びRx2は異なる周波数を受信する。複数のアンテナ3a及び3bは，異なる送信／受信周波数を自由空間から受信し，又は自由空間に放射する。しかし，アンテナ3a, 3b，送信器Tx1, Tx2及び受信器, Rx1, Rx2を，同一の送信／周波数領域に対して冗長構成にすることも可能である。整合回路AS及び制御ユニットSEの動作は，図2aの実施形態の動作と同等である。
【００５４】
検出ユニットDE1, DE2，整合回路AS，制御ユニットSE及びフロントエンドモジュールFEMを１つのモジュールに統合し，このモジュールにより，可変フロントエンドモジュールAFEMを構成する。可変フロントエンドモジュールAFEMは，種々の送信／受信周波数領域に調整することが可能である。
【００５５】
無線規格に対応して適用することで，図１及び図2a又は2bの実施形態のワイヤレス情報伝送装置１が有用かつ適切となる。対応する情報伝送装置１は，例えばスマートフォン，ポケットPC又は携帯情報端末（PDA=Personal Digital Assistant）等の無線通信デバイス，及び無線ネットワークへのインターフェイスを装備した一般的なPC等に適用する。通常，情報伝送装置１はワイヤレス情報伝送に使用するそれぞれの通信ターミナルに対して準備する。
【００５６】
GSMシステム（Global System for Mobile Communication）やWCDMAシステム（Wide Code Division Multiple Access）の周波数，並びにFDDシステム又はTDDシステムの一般的な周波数が，上述した情報伝送装置１を適用する場合に好適な周波数である。
【００５７】
特に，以下の周波数対が好適である。
・送信周波数領域: 1920 - 1980 MHz 及び受信周波数領域: 2110 - 2170 MHz, 
・送信周波数領域: 1850 - 1910 MHz 及び受信周波数領域: 1930 - 1990 MHz, 
・送信周波数領域: 1710 - 1785 MHz 及び受信周波数領域: 1805 - 1880 MHz, 
・送信周波数領域: 1710 - 1755 MHz 及び受信周波数領域: 2110 - 2155 MHz, 
・送信周波数領域: 824 - 849 MHz 及び 受信周波数領域: 869 - 894 MHz, 
・送信周波数領域: 830 - 840 MHz 及び受信周波数領域: 875 - 885 MHz, 
・送信周波数領域: 2500 - 2570 MHz 及び受信周波数領域: 2620 - 2690 MHz, 
・送信周波数領域: 880 - 915 MHz 及び受信周波数領域: 925 - 960 MHz, 
・送信周波数領域: 1750 - 1785 MHz 及び受信周波数領域: 1845 - 1880 MHz, 
・送信周波数領域: 1710 - 1770 MHz 及び受信周波数領域: 2110 - 2170 MHz, 
・送信周波数領域: 1428 - 1453 MHz 及び受信周波数領域: 1476 - 1501 MHz, 
・送信周波数領域: 698 - 716 MHz 及び受信周波数領域: 728 - 746 MHz.
【００５８】
次に整合回路ASの動作，特に図１の実施形態に適用した場合の動作について説明する。
【００５９】
図３は，同時に送信周波数領域及び受信周波数領域の，広帯域のインピーダンス整合を可能にする整合回路ASを図示する。信号経路入力部SPEと信号経路出力部SPA間には，信号経路SPにおいて，可変インピーダンスを有する第１インピーダンス素子ImpE1が接続する。信号経路入力部SPEと接地M間の，信号経路SPと接地M間には，可変インピーダンスを有する第２インピーダンス素子ImpE2が接続する。信号経路出力部SPAと接地M間には，第１誘導素子L1が接続する。更に信号経路入力部SPEと接地M間には，第２誘導素子L2が接続する。更に信号経路出力部SPAと接地M間には，電圧に依存する抵抗Vaを有する素子が接続する。例えばESDパルス等の有害な電流信号が，アンテナに接続するアンテナ供給線Alを介して整合回路に侵入する可能性がある。その場合，有害な電流信号を，第２誘導素子L2又は電圧に依存して変更可能な抵抗Vaを有する素子を介し，接地Mへ導出できる。
【００６０】
また図３は，信号経路SPにおいて，信号経路入力部SPEと第１インピーダンス素子ImpE1間に，第３誘導素子L3を備える実施形態を図示する。誘導素子は，周波数領域及びアンテナジオメトリに応じて接続することが幾分好適ではある。対応して１つ又は２つのみ，又は３つのインピーダンス素子を接続可能である。
【００６１】
図３は，可変容量素子として構成したインピーダンス素子を典型例として示す。代替的に，可変誘導素子も接続できる。なお，可変容量素子及び可変誘導素子を組み合わせて接続することも可能である。
【００６２】
更に，整合回路ASは制御ユニットSEに接続する。制御ユニットSEは例えばマイクロコントローラとし，第１インピーダンス素子ImpE1と第２インピーダンス素子ImpE2と共に変更可能なインピーダンスに接続する。ロジックを制御ユニットSEに統合する。このロジックが，現時点のインピーダンス整合，及び図１又は図2aに示す検出ユニットDEが評価する現時点の電力損失に基づいて，インピーダンス値に対して新たなセットを特定し，可変インピーダンス素子ImpE1及びImpE2を対応して調整する。
【００６３】
図４は，周波数に依存する電圧定在波比VSWRの典型的な変化を，周波数ｆに対して示す。周波数ｆは，実際のインピーダンス整合に関する情報源として機能することになる。グラフにおいて，周波数ｆは右に移動するに従って増加する。整合回路ASとして，前述の整合ネットワークが存在する。整合ネットワークは２箇所の整合ポイントを有し，これらの整合ポイントにおいて，送信周波数領域TxB及び受信周波数領域RxBに対して最適に整合する。周波数領域でこのような伝送特性を有する整合回路ASは，「ダブルノッチ・トポロジー」とも称される。
【００６４】
図４に従って，整合ポイントにおける２つの最小値それぞれが，送信帯域TxBの周波数領域及び受信帯域RxBの周波数領域に対応するよう整合回路ASを調整する。これは，対応する最小値において電圧定在波比が十分に減少し，インピーダンス素子ImpE1及びImpE2のインピーダンス値を対応して調整することで信号品質が最適化されていることを意味する。
【００６５】
図示の実施例は，単に典型例として選択したに過ぎない。図示の機能ユニットの配置は，情報伝送装置１の実施形態に従いつつ，動作及び上述の利点を損なうことなく，必要に応じて図示の実施形態から逸脱することが可能である。
【００６６】
送信器Txが複数の個々の送信器Tx1, Tx2, …を備え，これらの送信器を異なる送信周波数領域に対して整合することも想定可能である。更に受信器Rxが，複数の個々の受信器Rx1, Rx2, …を備え，これらの受信器を異なる受信周波数領域に対して整合することも想定可能である。アンテナユニット３は複数のアンテナ3a, 3b, …を備えることが可能であり，これらのアンテナは異なる送信／受信周波数領域に調整する。
【００６７】
更に，整合回路AS及び検出ユニットDEが，異なる送信／受信周波数領域に対して整合するよう作動させることも想定される。この場合，整合回路AS及び検出ユニットDEは，それぞれ複数の個別コンポーネントから構成することができる。
【００６８】
上述した形式のフロントエンドモジュールFEMは，１つのデュプレクサを備えるか，又は異なる送信／受信周波数領域に対して整合する複数のデュプレクサを備える。複数のデュプレクサを備える複合式のフロントエンドモジュールFEMにおいては，例えばスイッチによりデュプレクサを選択する。
【００６９】
フロントエンドモジュールFEM，検出ユニットDE,整合回路AS及び制御ユニットSEは単体モジュールに統合し，このモジュールを，可変フロントエンドモジュールAFEMとする。
【符号の説明】
【００７０】
１           ワイヤレス情報伝送装置
２           送信／受信ユニット
3, 3a, 3b            アンテナユニット
AS           整合回路
SP           信号経路
TxP           送信経路
RxP           受信経路
FEM           フロントエンドモジュール
AFEM         可変フロントエンドモジュール
DPX           デュプレクサ
DE, DE1, DE2  検出ユニット
Tx, Tx1, Tx2  送信器
Rx, Rx1, Rx2  受信器
SE           制御ユニット
ImpEl, ImpE2  インピーダンス素子
SPE           信号経路入力部
SPA           信号経路出力部
TxB           送信周波数帯域
RxB           受信周波数帯域
VSWR         電圧定在波比
M             接地
LI, L2, L3            誘導素子
Va           電圧依存型抵抗を有する素子
ｆ           周波数
【図１】
2013543708.tif 000003
【図２ａ】
2013543708.tif 000004
【図２ｂ】
2013543708.tif 000005
【図３】
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【図４】
2013543708.tif 000007
【国際調査報告】
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2013543708.tif 000009
2013543708.tif 000010
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