(57)【要約】通信バンド幅セグメントインピーダンスを選択的に整合するための、サブバンドアンテナ整合方法およびアンテナ整合システムを提供する。方法は、周波数に応じたインピーダンスをアンテナから受け入れることと、第１の通信バンドのサブバンドにおいて、アンテナに対して共役インピーダンスを選択的に供給することとを包含する。一部の局面では、方法は、第２の通信バンドのサブバンドにおいて、アンテナに対して共役インピーダンスを選択的に供給する。より具体的には、方法は、第１のチューニング回路を第１の周波数にチューニングすることと、同時に第２のチューニング回路を第２の周波数にチューニングして、第１の通信バンドの低周波数側の終端においてアンテナを整合することとを包含する。
2008507942.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信バンド幅セグメントインピーダンスを選択的に整合するためのアンテナ整合システムであって、該システムは、
周波数に応じたインピーダンスを有するインタフェースポートを有する、アンテナと、
該アンテナインタフェースポートに接続された出力ポートを含む、サブバンド整合回路であって、第１の通信バンドのサブバンドにおいて共役インピーダンスを選択的に供給する、サブバンド整合回路と
を備える、アンテナ整合システム。
【請求項２】
前記サブバンド整合回路が、前記第１の通信バンドの低周波数側の終端と、該第１の通信バンドの高周波数側の終端において、前記共役インピーダンスを選択的に供給する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記サブバンド整合回路が、第２の通信バンドのサブバンドにおいて共役インピーダンスを供給する、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記サブバンド整合回路が、前記第２の通信バンドの低周波数側の終端と、該第２の通信バンドの高周波数側の終端において、前記共役インピーダンスを選択的に供給する、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記サブバンド整合回路が、
第１のチューニング回路と、
第２のチューニング回路と
を含む、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記サブバンド整合回路が、前記第１のチューニング回路を第１の周波数にチューニングすること、および前記第２のチューニング回路を第２の周波数にチューニングすることに応じて、該第１の通信バンドの低周波数側の終端において、前記共役インピーダンスを選択的に供給する、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記サブバンド整合回路が、前記第１のチューニング回路を第３の周波数にチューニングすること、および前記第２のチューニング回路を第４の周波数にチューニングすることに応じて、該第１の通信バンドの高周波数側の終端において、前記共役インピーダンスを選択的に供給する、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記サブバンド整合回路が、前記第１のチューニング回路を第５の周波数にチューニングすること、および前記第２のチューニング回路を第６の周波数にチューニングすることに応じて、該第２の通信バンドの低周波数側の終端において、前記共役インピーダンスを選択的に供給する、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記サブバンド整合回路が、前記第１のチューニング回路を第７の周波数にチューニングすること、および前記第２のチューニング回路を第８の周波数にチューニングすることに応じて、該第２の通信バンドの高周波数側の終端において、前記共役インピーダンスを選択的に供給する、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記第１のチューニング回路および前記第２のチューニング回路が、それぞれ、
制御電圧に応じた可変的な比誘電率を有する、強誘電性（ＦＥ）の誘電材料と、
該制御電圧を受け取るためのインタフェースと
を含む、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記第１のチューニング回路および前記第２のチューニング回路が、０〜３ボルトｄｃの範囲の制御電圧に応じたものである、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記第１のチューニング回路および前記第２のチューニング回路が、インターデジタルコンデンサ、ギャップコンデンサ、およびオーバーレイコンデンサを含む群から選択される強誘電性の可変コンデンサを含む、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
前記第１のチューニング回路が、
インダクタンス値が固定された第１のインダクタと、
キャパシタンス値が選択可能である第１の可変コンデンサと
を含み、前記第２のチューニング回路が、
インダクタンス値が固定された第２のインダクタと、
キャパシタンス値が選択可能である第２の可変コンデンサと
を含む、請求項９に記載のシステム。
【請求項１４】
前記第１の可変コンデンサが、前記サブバンド整合回路の出力ポートに接続された第１の端子を有し、
前記第１のインダクタが、該第１の可変コンデンサの第２の端子と基準電圧との間に分流で接続されており、
前記第２の可変コンデンサが、該第１の可変コンデンサの第２の端子に接続された第１の端子を有し、
前記第２のインダクタが、該第２の可変コンデンサの第２の端子とサブバンド整合回路の入力ポートとの間に直列に接続されている、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記第１のインダクタが８ナノヘンリー（ｎＨ）のインダクタンスを有し、
前記第１の可変コンデンサが２．３５〜３．１ピコファラド（ｐＦ）の範囲のキャパシタンスを有し、
前記第２のインダクタが２ｎＨのインダクタンスを有し、
前記第２の可変コンデンサが１．８５〜３．５ｐＦの範囲のキャパシタンスを有する、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記第１のチューニング回路の第１の周波数は、第１の可変コンデンサ値２．３５ｐＦに応じ、前記第２のチューニング回路の第２の周波数は、第２の可変コンデンサ値２．９ｐＦに応じ、
該第１のチューニング回路の第３の周波数は、第１の可変コンデンサ値２．６ｐＦに応じ、該第２のチューニング回路の第４の周波数は、第２のコンデンサ値２．６ｐＦに応じ、
該第１のチューニング回路の第５の周波数は、第１の可変コンデンサ値３．１ｐＦに応じ、該第２のチューニング回路の第６の周波数は、第２のコンデンサ値１．８５ｐＦに応じ、
該第１のチューニング回路の第７の周波数は、第１の可変コンデンサ値２．６ｐＦに応じ、該第２のチューニング回路の第８の周波数は、第２のコンデンサ値３．５ｐＦに応じる、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記サブバンド整合回路が、８２４〜８９４メガヘルツ（ＭＨｚ）の範囲内の第１の通信バンド、および１８５０〜１９９０ＭＨｚの範囲内の第２の通信バンドにおいて前記共役インピーダンスを供給する、請求項３に記載のシステム。
【請求項１８】
前記サブバンド整合回路が、約４５メガヘルツ（ＭＨｚ）の第１の通信バンドサブバンドと、約８０ＭＨｚの第２の通信バンドサブバンドとにおいて、２：１未満のリターンロスを伴う前記共役インピーダンスを供給する、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１９】
前記サブバンド整合回路が、前記第１の通信バンド内にある複数のサブバンド、および前記第２の通信バンド内にある複数のサブバンドにおいて前記共役インピーダンスを供給する、請求項３に記載のシステム。
【請求項２０】
デュアルバンド整合回路が、チューニング可能な直列素子、「Ｌ字」、π、「Ｔ字」のチューニング可能な分流素子、および上記のトポロジの組み合わせを含む群から選択される整合トポロジである、請求項１に記載のシステム。
【請求項２１】
バンド幅セグメントアンテナ整合システムを有する無線通信機器であって、該機器は、
第１の通信バンドにおいて情報を通信するための無線通信ポートを有する、トランシーバと、
周波数に応じたインピーダンスを有するインタフェースポートを有する、アンテナと、
トランシーバ無線通信ポートに接続された入力ポートと、該アンテナインタフェースポートに接続された出力ポートとを含む、サブバンド整合回路であって、第１の通信バンドのサブバンドにおいて共役インピーダンスを選択的に供給する、サブバンド整合回路と
を備える、無線通信機器。
【請求項２２】
前記サブバンド整合回路が、前記第１の通信バンドの低周波数側の終端と、該第１の通信バンドの高周波数側の終端において、前記共役インピーダンスを選択的に供給する、請求項２１に記載の機器。
【請求項２３】
前記トランシーバが第２の通信バンドにおいて情報を通信し、
前記サブバンド整合回路が、第２の通信バンドのサブバンドにおいて共役インピーダンスを供給する、請求項２２に記載の機器。
【請求項２４】
前記サブバンド整合回路が、前記第２の通信バンドの低周波数側の終端と、該第２の通信バンドの高周波数側の終端において、前記共役インピーダンスを選択的に供給する、請求項２３に記載の機器。
【請求項２５】
前記サブバンド整合回路が、
第１のチューニング回路と、
第２のチューニング回路と
を含む、請求項２４に記載の機器。
【請求項２６】
前記サブバンド整合回路が、前記第１のチューニング回路を第１の周波数にチューニングすること、および前記第２のチューニング回路を第２の周波数にチューニングすることに応じて、該第１の通信バンドの低周波数側の終端において、前記共役インピーダンスを選択的に供給する、請求項２５に記載の機器。
【請求項２７】
前記サブバンド整合回路が、前記第１のチューニング回路を第３の周波数にチューニングすること、および前記第２のチューニング回路を第４の周波数にチューニングすることに応じて、該第１の通信バンドの高周波数側の終端において、前記共役インピーダンスを選択的に供給する、請求項２６に記載の機器。
【請求項２８】
前記サブバンド整合回路が、前記第１のチューニング回路を第５の周波数にチューニングすること、および前記第２のチューニング回路を第６の周波数にチューニングすることに応じて、該第２の通信バンドの低周波数側の終端において、前記共役インピーダンスを選択的に供給する、請求項２７に記載の機器。
【請求項２９】
前記サブバンド整合回路が、前記第１のチューニング回路を第７の周波数にチューニングすること、および前記第２のチューニング回路を第８の周波数にチューニングすることに応じて、該第２の通信バンドの高周波数側の終端において、前記共役インピーダンスを選択的に供給する、請求項２８に記載の機器。
【請求項３０】
前記第１のチューニング回路および前記第２のチューニング回路が、それぞれ、
制御電圧に応じた可変的な比誘電率を有する、強誘電性（ＦＥ）の誘電材料と、
該制御電圧を受け取るためのインタフェースと
を含む、請求項２９に記載の機器。
【請求項３１】
前記第１のチューニング回路および前記第２のチューニング回路が、０〜３ボルトｄｃの範囲の制御電圧に応じたものである、請求項３０に記載の機器。
【請求項３２】
前記第１のチューニング回路および前記第２のチューニング回路が、インターデジタルコンデンサ、ギャップコンデンサ、およびオーバーレイコンデンサを含む群から選択される強誘電性の可変コンデンサを含む、請求項３０に記載の機器。
【請求項３３】
前記第１のチューニング回路が、
インダクタンス値が固定された第１のインダクタと、
キャパシタンス値が選択可能である第１の可変コンデンサと
を含み、前記第２のチューニング回路が、
インダクタンス値が固定された第２のインダクタと、
キャパシタンス値が選択可能である第２の可変コンデンサと
を含む、請求項２９に記載の機器。
【請求項３４】
前記第１の可変コンデンサが、前記サブバンド整合回路の出力ポートに接続された第１の端子を有し、
前記第１のインダクタが、該第１の可変コンデンサの第２の端子と基準電圧との間に分流で接続されており、
前記第２の可変コンデンサが、該第１の可変コンデンサの第２の端子に接続された第１の端子を有し、
前記第２のインダクタが、該第２の可変コンデンサの第２の端子とサブバンド整合回路の入力ポートとの間に直列に接続されている、請求項３３に記載の機器。
【請求項３５】
前記第１のインダクタが８ナノヘンリー（ｎＨ）のインダクタンスを有し、
前記第１の可変コンデンサが２．３５〜３．１ピコファラド（ｐＦ）の範囲のキャパシタンスを有し、
前記第２のインダクタが２ｎＨのインダクタンスを有し、
前記第２の可変コンデンサが１．８５〜３．５ｐＦの範囲のキャパシタンスを有する、請求項３４に記載の機器。
【請求項３６】
前記第１のチューニング回路の第１の周波数は、第１の可変コンデンサ値２．３５ｐＦに応じ、前記第２のチューニング回路の第２の周波数は、第２の可変コンデンサ値２．９ｐＦに応じ、
該第１のチューニング回路の第３の周波数は、第１の可変コンデンサ値２．６ｐＦに応じ、該第２のチューニング回路の第４の周波数は、第２のコンデンサ値２．６ｐＦに応じ、
該第１のチューニング回路の第５の周波数は、第１の可変コンデンサ値３．１ｐＦに応じ、該第２のチューニング回路の第６の周波数は、第２のコンデンサ値１．８５ｐＦに応じ、
該第１のチューニング回路の第７の周波数は、第１の可変コンデンサ値２．６ｐＦに応じ、該第２のチューニング回路の第８の周波数は、第２のコンデンサ値３．５ｐＦに応じる、請求項３５に記載の機器。
【請求項３７】
前記サブバンド整合回路が、８２４〜８９４メガヘルツ（ＭＨｚ）の範囲内の第１の通信バンド、および１８５０〜１９９０ＭＨｚの範囲内の第２の通信バンドにおいて前記共役インピーダンスを供給する、請求項２３に記載の機器。
【請求項３８】
前記サブバンド整合回路が、約４５メガヘルツ（ＭＨｚ）の第１の通信バンドサブバンドと、約８０ＭＨｚの第２の通信バンドサブバンドとにおいて、２：１未満のリターンロスを伴う前記共役インピーダンスを供給する、請求項３７に記載の機器。
【請求項３９】
前記サブバンド整合回路が、前記第１の通信バンド内にある複数のサブバンド、および前記第２の通信バンド内にある複数のサブバンドにおいて前記共役インピーダンスを供給する、請求項２３に記載の機器。
【請求項４０】
デュアルバンド整合回路が、チューニング可能な直列素子、「Ｌ字」、π、「Ｔ字」のチューニング可能な分流素子、および上記のトポロジの組み合わせを含む群から選択される整合トポロジである、請求項２１に記載の機器。
【請求項４１】
アンテナをサブバンドにインピーダンス整合するための方法であって、該方法は、
周波数に応じたインピーダンスをアンテナから受け入れることと、
第１の通信バンドのサブバンドにおいて、該アンテナに対して共役インピーダンス整合を選択的に供給することと
を包含する、方法。
【請求項４２】
第２の通信バンドのサブバンドにおいて、前記アンテナに対して共役インピーダンス整合を選択的に供給することをさらに包含する、請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
第１のチューニング回路を第１の周波数にチューニングすることと、
同時に第２のチューニング回路を第２の周波数にチューニングすることと
をさらに包含し、
前記第１の通信バンドのサブバンドにおいて、前記アンテナを整合するために共役インピーダンスを選択的に供給することが、該第１の周波数および該第２の周波数に応じて、該第１の通信バンドの低周波数側の終端に該アンテナを整合することを含む、請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
前記第１のチューニング回路をチューニングすることが、第３の周波数にチューニングすることを含み、
同時に第２のチューニング回路をチューニングすることが、第４の周波数にチューニングすることを含み、
前記第１の通信バンドのサブバンドにおいて、前記アンテナを整合するために共役インピーダンスを選択的に供給することが、該第３の周波数および該第４の周波数に応じて、該第１の通信バンドの高周波数側の終端に該アンテナを整合することを含む、請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
前記第１のチューニング回路をチューニングすることが、第５の周波数にチューニングすることを含み、
同時に第２のチューニング回路をチューニングすることが、第６の周波数にチューニングすることを含み、
前記第２の通信バンドのサブバンドにおいて、前記アンテナを整合するために共役インピーダンスを選択的に供給することが、該第５の周波数および該第６の周波数に応じて、該第２の通信バンドの低周波数側の終端に該アンテナを整合することを含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記第１のチューニング回路をチューニングすることが、第７の周波数にチューニングすることを含み、
同時に第２のチューニング回路をチューニングすることが、第８の周波数にチューニングすることを含み、
前記第２の通信バンドのサブバンドにおいて、前記アンテナを整合するために共役インピーダンスを選択的に供給することが、該第７の周波数および該第８の周波数に応じて、該第２の通信バンドの高周波数側の終端に該アンテナを整合することを含む、請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
前記第１のチューニング回路および前記第２のチューニング回路をチューニングすることが、
該第１のチューニング回路に対する第１の制御電圧と、該第２のチューニング回路に対する第２の制御電圧とをそれぞれ受け入れることと、
該制御電圧に応じて強誘電性（ＦＥ）の誘電材料の比誘電率を調節することと
を含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
第１の制御電圧および第２の制御電圧を受け入れることが、０〜３ボルトｄｃの範囲の制御電圧を受け入れることを含む、請求項４７に記載の方法。
【請求項４９】
前記第１のチューニング回路をチューニングすることが、インダクタンス値が固定された第１のインダクタに接続された、コンデンサ値が選択可能である第１の可変コンデンサをチューニングすることを含み、
前記第２のチューニング回路をチューニングすることが、インダクタンス値が固定された第２のインダクタに接続された、コンデンサ値が選択可能である第２の可変コンデンサをチューニングすることを含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項５０】
前記第１のチューニング回路をチューニングすることが、８ナノヘンリー（ｎＨ）の固定インダクタンス値を有する第１のインダクタへ接続され、２．３５〜３．１ピコファラド（ｐＦ）の範囲の選択可能なキャパシタンスを有する、第１の可変コンデンサをチューニングすることを含み、
前記第２のチューニング回路をチューニングすることが、２ｎＨの固定インダクタンス値を有する第２のインダクタへ接続され、１．８５〜３．５ｐＦの範囲の選択可能なキャパシタンスを有する、第２の可変コンデンサをチューニングすることを含む、請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
前記第１のチューニング回路をチューニングすることが、前記第１の可変コンデンサを、
コンデンサ値が２．３５ｐＦである前記第１の周波数、
コンデンサ値が２．６ｐＦである前記第３の周波数、
コンデンサ値が３．１ｐＦである前記第５の周波数、および
コンデンサ値が２．６ｐＦである前記第７の周波数
にチューニングすることを含み、
前記第２のチューニング回路をチューニングすることが、前記第２の可変コンデンサを、
コンデンサ値が２．９ｐＦである前記第２の周波数、
コンデンサ値が２．６ｐＦである前記第４の周波数、
コンデンサ値が１．８５ｐＦである前記第６の周波数、および
コンデンサ値が３．５ｐＦである前記第８の周波数
にチューニングすることを含む、請求項５０に記載の方法。
【請求項５２】
前記第１の通信バンドのサブバンドにおいて、前記アンテナに対して共役インピーダンス整合を選択的に供給することが、８２４〜８９４ＭＨｚの範囲内の第１の通信バンドに該アンテナを整合することを含み、
前記第２の通信バンドのサブバンドにおいて、該アンテナに対して共役インピーダンス整合を選択的に供給することが、１８５０〜１９９０ＭＨｚの範囲内の第２の通信バンドに該アンテナを整合することを含む、請求項５１に記載の方法。
【請求項５３】
前記第１の通信バンドのサブバンドにおいて、前記アンテナに対して共役インピーダンス整合を選択的に供給することが、約４５メガヘルツ（ＭＨｚ）のサブバンドにわたって２：１未満のリターンロスに該アンテナを整合することを含み、
前記第２の通信バンドのサブバンドにおいて、該アンテナに対して共役インピーダンス整合を選択的に供給することが、約８０ＭＨｚのサブバンドにわたって２：１未満のリターンロスに該アンテナを整合することを含む、請求項５２に記載の方法。
【請求項５４】
前記第１の通信バンドのサブバンドにおいて、前記アンテナに対して共役インピーダンス整合を選択的に供給することが、該第１の通信バンド内にある複数のサブバンドにおいて該アンテナを整合することを含み、
前記第２の通信バンドのサブバンドにおいて、該アンテナに対して共役インピーダンス整合を選択的に供給することが、該第２の通信バンド内にある複数のサブバンドにおいて該アンテナを整合することを含む、請求項４２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本出願は、「ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＩＭＰＥＤＡＮＣＥ  ＭＡＴＣＨＩＮＧ  ＡＮ  ＡＮＴＥＮＮＡ  ＴＯ  ＳＵＢ−ＢＡＮＤＳ  ＩＮ  Ａ  ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮ  ＢＡＮＤ」と題された、同時係属中の米国特許出願第１０／８９９，２１８号（所有権が同一である）に関連する。当該出願の全体を本明細書中に援用する。
【０００２】
本出願はまた、上記係属中の米国出願と同一の出願日に出願された、同一の発明者による以下の２件の係属中の米国出願：「ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＤＵＡＬ−ＢＡＮＤ  ＡＮＴＥＮＮＡ  ＭＡＴＣＨＩＮＧ」と題された米国特許出願第１０／８９９，２７８号および「ＦＵＬＬ−ＤＵＰＬＥＸ  ＡＮＴＥＮＮＡ  ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ」と題された米国特許出願１０／８９９，２８５号にも関連する。これらの出願の全体を本明細書中に援用する。
【０００３】
（１．発明の分野）
本発明は、一般的には無線通信アンテナに関し、より詳細には、通信バンド内にある選択されたサブバンドに選択的にアンテナを整合させるためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００４】
（２．関連技術の説明）
より多くの機能性まで加えられながらも、電話等の携帯無線通信機器のサイズは縮小し続けている。その結果、設計者はコンポーネントまたは機器サブシステムの性能を、これらのコンポーネントを不都合な位置にパッケージングしながらも向上させ、かつそれらのサイズを縮小しなければならない。このような重要なコンポーネントの１つは無線通信アンテナである。このアンテナは、たとえば電話トランシーバ、またはグローバルポジショニングシステム（ＧＰＳ）レシーバに接続され得る。
【０００５】
最新技術の無線電話は、多数の異なる通信バンドにおいて動作することを期待される。米国では、８５０メガヘルツ（ＭＨｚ）周辺のセルラー方式のバンド（ＡＭＰＳ）と、１９００ＭＨｚ周辺のＰＣＳ（パーソナルコミュニケーションシステム）バンドおよびＤＣＳバンドとが利用されている。その他の通信バンドとしては、約１８００ＭＨｚのＰＣＮ（パーソナルコミュニケーションネットワーク）、約９００ＭＨｚおよび約１８３０ＭＨｚのＧＳＭシステム（グループスペシャルモバイル）、約８００ＭＨｚおよび約１５００ＭＨｚのＪＤＣ（ジャパニーズデジタルセルラー）が含まれる。対象となるその他のバンドは、約１５７５ＭＨｚのＧＰＳ信号、約２４００ＭＨｚのＢｌｕｅｔｏｏｔｈ、および約１８５０〜２２００ＭＨｚの広帯域符号分割多重接続（ＷＣＤＭＡ）である。
【０００６】
無線通信機器は、単純な円筒コイルまたはホイップアンテナを第１または第２の通信アンテナとして使用することが知られている。逆Ｆ字型のアンテナも普及している。アンテナの共振周波数は、その電気長に応じたものであり、電気長は、動作周波数の波長の一部分を構成する。無線機器アンテナの電気長は、５λ／４、３λ／４、λ／２、またはλ／４等、４分の１波長の倍数（λは動作周波数の波長である）であることが多い。実効波長は、アンテナラジエータの物理長および近似の比誘電率に応じたものである。
【０００７】
従来、各無線機器トランシーバ（受信器および／または送信器）は、特定の通信バンドにおいて共振する別個のアンテナに接続されている。アンテナは、ある通信バンド全体にわたって非常に良く共振し得るが、その通信バンド内にある全チャンネルに対して最適にチューニングされることは不可能である。したがって、広帯域のチューニングは最適な効率を犠牲にすることになる。
【０００８】
最新技術の多くの無線機器は、多数の通信バンドにおいて動作する。しかしながら、それぞれ異なる通信バンドにおいて動作する多数のトランシーバ、あるいは多数の通信バンドにおいて動作するようにチューニングされ得る１つのトランシーバを機器が組み込んでいる場合、個別のアンテナを携帯無線機器に配置することは困難である。力ずくの手法は、各通信バンドに対して異なる共振子またはアンテナを追加することであった。たとえば、面積の異なる２つのマイクロストリップパッチを異なる領域に重ね、調和しない関連する共振周波数応答を作ることが知られているが、このような設計は、必要とされる全周波数（通信バンド）をカバーするには不適切である場合もある。上記のアンテナに対する問題に対処するための解決策は、より高い通信バンドのバンドパス応答を拡大し、たとえばＧＰＳ通信およびＰＣＳ通信をカバーすること、およびより低い通信バンドを利用してセルラー方式のバンド（ＡＭＰＳ）の周波数において共振させることであった。しかしながら、より高いバンドを拡大してＧＰＳやＰＣＳの性能を向上させることは、セルラー方式のバンドの性能を犠牲にすることになる。
【０００９】
従来のアンテナ設計は、誘電性材料の使用を組み込んでいる。一般的に言えば、アンテナによって生成された場の一部分は、誘電体を介してラジエータから埋設地線（アース）へ返る。アンテナは、複数の周波数において共振するようにチューニングされ、ラジエータの波長および比誘電率は、共振周波数において最適の関係を有する。最も一般的な誘電体は空気であり、比誘電率１を有する。その他の材料の比誘電率は、空気に対して定義されている。
【００１０】
強誘電性材料は、印加電圧に応じて変化する比誘電率を有する。その可変的な比誘電率のため、強誘電性材料はチューニング可能なコンポーネントを作製するための良い候補である。しかしながら、従来の測定技術は、強誘電性のコンポーネントのロス特性を改善するために用いられた処理、ドーピング、またはその他の製造技術にかかわらず、強誘電性のコンポーネントを実質的にロスのあるものと特徴づけてきた。ＲＦ領域または電磁波領域において動作する、強誘電性のチューニング可能なコンポーネントは、特にロスのあるものとして認識されていた。この所見は、レーダアプリケーションにおける経験によって裏付けられている。レーダアプリケーションにおいて、特に最大のチューニングが所望されている場合、大量の（厚みが約１．０ｍｍよりも大きい）ＦＥ（強誘電性）材料に関して、たとえば高い無線周波数（ＲＦ）のロスまたはマイクロ波のロスが従来では慣習的であった。一般的に、ほとんどの強誘電性材料は、ロスを改善（低減）するためのステップをとらなければロスを生じるものである。このようなステップとしては、（１）Ｏ２空洞を埋めるための堆積前および堆積後のアニーリング、またはその両方、（２）表面ストレスを低減するための緩衝層の使用、（３）その他の材料によるアロイングまたは緩衝、（４）選択的ドーピングが挙げられるが、これらに限定されるわけではない。
【００１１】
近年、より低電力のコンポーネントの制限された範囲におけるチューニングに対する需要が高まりつつあるため、強誘電性材料への関心は、大量の材料ではなくむしろ薄膜の使用へと変わってきた。しかしながら、高い強誘電体ロスの仮定は、薄膜加工物にも同様に持ち込まれた。従来のブロードバンド測定技術は、チューニング可能な強誘電性コンポーネントが大量であっても薄膜であっても実質的なロスを有するという仮定を支持してきた。無線通信整合回路において、たとえば、４０よりも大きな、好ましくは１８０よりも大きな、より好ましくは３５０よりも大きな、Ｑが、約２ＧＨｚの周波数において必要である。これらの同様の仮定がアンテナインタフェース回路およびトランシーバの設計に適用されている。
【００１２】
チューニング可能な強誘電性コンポーネント（特に薄膜を使用するもの）を、広範囲の周波数アジャイルな回路において採用することができる。回路が通信バンド内の選択可能なチャンネルまたはサブバンドにチューニングされることを可能にするため、チューニング可能なコンポーネントが望ましい。個別のバンド固定周波数のコンポーネントとその関連スイッチが不要になるため、複数のサブバンドをカバーするチューニング可能なコンポーネントは、機器内のコンポーネントの合計数を潜在的に減少させる。これらの利点は、無線ハンドセット設計において特に重要である。無線ハンドセット設計においては、より高い機能性、より低いコストやより小さなサイズに対する必要性は一見矛盾した要件である。たとえばＣＤＭＡハンドセットでは、個々のコンポーネントの性能が非常に強調される。ＦＥ材料は、現在まで縮小に抵抗してきたＲＦコンポーネントの統合をも可能にし得る。
【００１３】
チューニング可能なアンテナ設計は、先に挙げた記関連出願において開示されており、ＦＥ誘電体アンテナを使用して、最適なサブバンド共振が可能である。しかしながら、チューニング可能なアンテナは比較的複雑であり、従来の固定周波数アンテナよりも組み立てにコストがかかる。
【００１４】
通信バンド内にある特定の選択されたチャンネルに対してアンテナを最適に整合することが可能であれば好都合であろう。
【００１５】
上記のチャンネル整合されたアンテナが固定のインピーダンスを有していれば好都合であろう。すなわち、非チューニング可能なアンテナを用いてチャネル選択を行うことが可能であれば好都合であろう。
【００１６】
上記のチャンネル選択可能性を、チューニング可能なアンテナ整合回路を使用することによって得ることが可能であれば、好都合であろう。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１７】
（発明の概要）
本発明は、通信バンド内に選択されたチャネル、すなわちサブバンドにおいて整合する最適なインピーダンスを提供するようにチューニングすることが可能なアンテナ整合システムを記載する。最適な整合は、チューニング可能なアンテナの複雑性、あるいは複数の選択可能なアンテナまたは広帯域アンテナの使用に伴う、より大きなフォームファクタを伴わずに、より高い効率、より低いレシーバノイズフロア、より低い送信器電力、または最適なバンド幅を可能にする。本発明はまた、アンテナ整合が、人間の体がごく近接している携帯無線機器の相互作用によって生じる負荷の変化に応じることを可能にする。
【００１８】
したがって、アンテナをサブバンドにインピーダンス整合するための方法が提供される。本方法は、アンテナから周波数に応じたインピーダンスを受け入れることと、第１の通信バンドのサブバンドにおいてアンテナに対する共役インピーダンス整合を選択的に供給することとを包含する。一部の局面において、本方法は、第２の通信バンドのサブバンドにおいてアンテナに対する共役インピーダンス整合を選択的に供給することをさらに包含する。すなわち、アンテナは、２つの別個の通信バンドのうちの１つの通信バンドにおける特定のチャンネルに整合され得る。
【００１９】
より具体的には、本方法は、第１のチューニング回路を第１の周波数にチューニングすることと、同時に第２のチューニング回路を第２の周波数にチューニングすることとを包含する。すると、アンテナは、第１の周波数および第２の周波数に応じて、第１の通信バンドの低周波数側の終端において整合され得る。同様に、第１のチューニング回路が第３の周波数にチューニングされ、第２のチューニング回路が第４の周波数にチューニングされている場合、アンテナは、第３の周波数および第４の周波数に応じて、第１の通信バンドの高周波数側の終端において整合され得る。
【００２０】
第１のチューニング回路が第５の周波数にチューニングされ、第２のチューニング回路が第６の周波数にチューニングされている場合、アンテナは、第５の周波数および第６の周波数に応じて、第２の通信バンドの低周波数側の終端において整合される。同様に、第１のチューニング回路が第７の周波数にチューニングされ、第２のチューニング回路が第８の周波数にチューニングされている場合、アンテナは、第７の周波数および第８の周波数に応じて、第２の通信バンドの高周波数側の終端において整合される。一部の局面において、周波数チューニングは、制御電圧に応じた可変的な比誘電率を有する強誘電性（ＦＥ）材料を用いて遂行される。
【００２１】
上記の方法のさらなる詳細である、通信バンド幅セグメントインピーダンスを選択的に整合するためのアンテナ整合システムと、バンド幅セグメントアンテナ整合システムを有する無線通信機器とを以下に提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１は、通信バンド幅セグメントインピーダンスを選択的に整合させるための本発明のアンテナ整合システムの概略ブロック図である。システム１００は、周波数に応じたインピーダンスを備えるインタフェースポートをライン１０４上に有する、アンテナ１０２を備えている。サブバンド整合回路１０６は、アンテナインタフェースポートに接続されたライン１０４上に出力ポートを有する。サブバンド整合回路１０６は、第１の通信バンドのサブバンドにおいて、共役インピーダンスを選択的に供給する。最も単純な形態において、サブバンド整合回路１０６は、第１の通信バンドの低周波数側の終端および第１の通信バンドの高周波数側の終端において共役インピーダンスを選択的に供給する。
【００２３】
アンテナは、不完全に整合されている場合でも、ある程度までは機能するという点が理解されるべきである。一部の従来のアンテナ／整合回路設計は、バンド全体にわたって大きく変化する整合を提供することによって、通信バンド全体をカバーすることが可能である。不完全に整合されたアンテナは、整合回路インタフェースにおける電力の反射の結果、非効率を生じる傾向にある。不完全に整合されたアンテナまたは非効率なアンテナの使用は、結果として低下したレシーバノイズフロアを生じ得る。あるいは、不完全に整合されたアンテナまたは非効率なアンテナの使用は、より低電力の伝達信号を結果として生じ得、送信器がさらなるバッテリ電力の使用で補わざるを得なくする。
【００２４】
アンテナ１０２は、目的の周波数全てにわたって一定のインピーダンスを提供する可能性が低いという点が理解されるべきである。一般的には、アンテナは複素インピーダンス（抵抗とリアクタンス（虚数のインピーダンス）の組み合わせ）を有し、複素インピーダンスは、通信バンドにわたって変化する。しかしながら、アンテナのインピーダンスが固定されているので、通信バンド（周波数バンド）内の様々なサブバンド中のインピーダンスを決定することが可能である。サブバンド整合回路１０６は、アンテナ複素インピーダンスの各々に共役インピーダンスを供給することが可能である。代替的に、サブバンド整合回路１０６は、各サブバンドに対して異なる共役の整合（複素インピーダンス）を供給する可能性がある。
【００２５】
共役インピーダンスは、整合されるインピーダンスと同一の実数値および反対の虚数値を有するものと理解される。たとえば、第１の通信バンドの中央における、（２５＋１３ｊ）オームというアンテナインピーダンス値の場合、共役インピーダンスは（２５−１３ｊ）オームである。完全な共役整合は、特定の周波数を除いて稀なものである。したがって、共役整合は、典型的にはサブバンドの中心に対して最適化し、かつ／または、サブバンド整合回路インピーダンスが、サブバンドにわたってアンテナインピーダンスをたどるように努力がなされる。任意のインピーダンスに対して共役整合を提供する整合回路を構築することは、理論上可能であるが、アンテナは好都合な（整合しやすい）インピーダンスを通信バンド全体にわたって提供するいくつかの固定チューニング素子または構造を組み込み得るという点が理解されるべきである。
【００２６】
システム１００の一部の局面において、サブバンド整合回路１０６は、第２の通信バンドのサブバンドにおいて共役インピーダンスを供給する。最も単純な形態において、サブバンド整合回路１０６は、第２の通信バンドの低周波数側の終端と、第２の通信バンドの高周波数側の終端とにおいて、共役インピーダンスを選択的に供給する。整合回路は必ずしも第１の通信バンドと第２の通信バンドとに同時に共役整合を供給する必要はないという点が理解されるべきである。すなわち、整合回路は、第１の通信バンドまたは第２の通信バンドのいずれかに選択的に共役整合を供給するように動作し得る。
【００２７】
図２は、サブバンドアンテナ整合の選択を示すグラフである。第１の通信バンドおよび第２の通信バンドが図示されている。また、第１の通信バンド内の２つのサブバンドと、第２の通信バンド内の２つのサブバンドとの４つの異なるサブバンドも図示されている。周波数範囲は２つの通信バンドを分けて示してあるが、他の局面においては、通信バンドは隣接するかあるいはオーバーラップする。同様に、サブバンドは周波数範囲によって分けられるか、隣接するか、オーバーラップし得る。２つの通信バンドのみを図示しているが、システムは、３以上の通信バンドにおけるアンテナ整合サブバンドへ拡張可能であるという点が理解されるべきである。さらに、各通信バンドについて２つのサブバンドのみを図示しているが、システムのその他の局面においては、各通信バンドは３以上のサブバンドによって分割されていてもよい。すなわち、サブバンド整合回路は、第１の通信バンド内にある複数のサブバンド、および／または第２の通信バンド内にある複数のサブバンドにおいて共役インピーダンスを供給し得る。本発明の整合システムは、チャンネル選択と同様に補正にも用いられ得るという点が理解されるべきである。たとえば、システムは、アンテナの付近にある人間の体やその他の物体のデチューニング効果を補正するためにも用いられ得る。
【００２８】
図３ａおよび図３ｂは、図１のサブバンド整合回路１０６をより詳細に示す概略ブロック図である。図３ａにおいて、サブバンド整合回路１０６は、第１のチューニング回路３００と第２のチューニング回路３０２とを含んでいる。サブバンド整合回路１０６は、第１のチューニング回路３００の第１の周波数へのチューニング、および第２のチューニング回路の第２の周波数へのチューニングに応じて、第１の通信バンドの低周波数側の終端において共役インピーダンスを選択的に供給する。第１の通信バンドの高周波数側の終端における共役インピーダンスは、第１のチューニング回路３００の第３の周波数へのチューニング、および第２のチューニング回路３０２の第４の周波数へのチューニングに応じて供給される。第１のチューニング回路３００／第２のチューニング回路３０２は直列接続されているように図示されているが、当技術分野においては並列のチューニングトポロジも周知である。図示していないが、一部の設計においては、伝達ライン１０４においてアンテナ１０２とサブバンド整合回路１０６との間にブロッキングコンデンサを挿入してもよい。
【００２９】
システムが、第２の通信バンドにおいてもアンテナをチューニングする場合、第１のチューニング回路３００の第５の周波数へのチューニングと、第２のチューニング回路３０２の第６の周波数へのチューニングとに応じて、第２の通信バンドの低周波数側の終端において共役インピーダンスが供給される。同様に、第１のチューニング回路３００の第７の周波数へのチューニングと、第２のチューニング回路３０８の第８の周波数へのチューニングとに応じて、第２の通信バンドの高周波数側の終端において共役インピーダンスが供給される。
【００３０】
一部の局面において、第１のチューニング回路３００および第２のチューニング回路３０２のそれぞれは、制御電圧に応じた可変的な比誘電率を有する強誘電性（ＦＥ）の誘電材料と、それぞれライン３０４および３０６上にある、制御電圧を受け取るインタフェースとを有する。一局面において、チューニング電圧と比誘電率との間には直線的な関係が存在する。別の局面では、その関係は、特に０〜３ボルトのチューニング範囲においては、少なくとも、バラクターダイオードの電圧／キャパシタンス曲線よりは、より直線的である。少し例を挙げると、ＦＥ材料は、チューニング可能なコンデンサ内の誘電材料、すなわち、個々のあるいはマイクロストリップのインダクタの付近にある誘電性材料であり得る。第１のチューニング回路３００および第２のチューニング回路３０２は、好ましくは、０〜３ボルトｄｃの範囲内の制御電圧に応じたものである。この電圧範囲は、従来の無線機器バッテリによってサポートされ得る。ＦＥ材料を用いない、周知の可変的またはチューニング可能なコンポーネントが多数存在するが、ＦＥは、サイズや性能（高いＱ）が重要である携帯無線機器において使用するための材料としては良い選択である。
【００３１】
最も単純な形態において、本発明のデュアルバンド整合回路は、コンデンサやインダクタ等のチューニング可能な直列の素子またはチューニング可能な分流の素子を用いて可能となり得る。あるいは、デュアルバンド整合回路は、「Ｌ字」、π、「Ｔ字」または前記のトポロジの組み合わせであり得る。デュアルバンド整合回路は、任意の特定のトポロジに限定されるものではない。
【００３２】
例示的な第１のチューニング回路３００は、インダクタンス値が固定された第１のインダクタ３１０と、キャパシタンス値が選択可能である第１の可変コンデンサ３１２とを含んでいる。第２のチューニング回路３０２は、インダクタンス値が固定された第２のインダクタ３１４と、キャパシタンス値が選択可能である第２の可変コンデンサ３１６とを含んでいる。
【００３３】
第１の可変コンデンサ３１２は、ライン１０４上にあるサブバンド整合回路の出力ポートへ接続された、第１の端子を有する。第１のインダクタ３１０は、ライン３１８上にある第１の可変コンデンサの第２の端子と基準電圧との間に分流で接続されている。たとえば、基準電圧はアースであり得る。第２の可変コンデンサ３１６は、ライン３１８上にある第１の可変コンデンサの第２の端子へ接続された第１の端子を有する。第２のインダクタ３１４は、ライン３２０上にある第２の可変コンデンサの第２の端子と、ライン３２２上にあるサブバンド整合回路の入力ポートとの間に直列で接続されている。
【００３４】
例を続ける。第１のインダクタ３１０は、８ナノヘンリー（ｎＨ）のインダクタンスを有し、第１の可変コンデンサ３１２は、２．３５〜３．１ピコファラド（ｐＦ）の範囲のキャパシタンスを有する。第２のインダクタ３１４は２ｎＨのインダクタンスを有し、第２の可変コンデンサ３１６は、１．８５〜３．５ｐＦの範囲のキャパシタンスを有する。
【００３５】
第１のチューニング回路３１０の第１の周波数は、第１の可変コンデンサ値２．３５ｐＦに応じ、第２のチューニング回路３１２の第２の周波数は、第２の可変コンデンサ値２．９ｐＦに応じる。これらは、第１の通信バンドにおいて低いサブバンド整合を作るために用いられる値である。第１のチューニング回路３１０の第３の周波数は第１の可変コンデンサ値２．６ｐＦに応じ、第２のチューニング回路３１２の第４の周波数は、第２の可変コンデンサ値２．６ｐＦに応じる。これらは、第１の通信バンドにおいて高いサブバンド整合を作るために用いられる値である。
【００３６】
第１のチューニング回路３１０の第５の周波数は、第１の可変コンデンサ値３．１ｐＦに応じ、第２のチューニング回路３１２の第６の周波数は、第２の可変コンデンサ値１．８５ｐＦに応じる。これらは、第２の通信バンドにおいて低いサブバンド整合を作るために用いられる値である。第１のチューニング回路３１０の第７の周波数は第１の可変コンデンサ値２．６ｐＦに応じ、第２のチューニング回路３１２の第８の周波数は、第２の可変コンデンサ値３．５ｐＦに応じる。これらは、第２の通信バンドにおいて高いサブバンド整合を作るために用いられる値である。「中間の」コンデンサ値を用いることによって、通信バンドにおいてさらなるサブバンド位置が生成され得るという点が理解されるべきである。たとえば、第１の通信バンドに対する中央サブバンド位置は、第１の可変コンデンサ値を約２．５ｐｆ、第２の可変コンデンサ３１６を約２．７５ｐｆにチューニングすることに応じて生成され得る。
【００３７】
本発明は図３ａに示すもの以外の他のコンポーネントおよび回路トポロジを用いて可能となり得るという点が理解されるべきである。さらに、極の数を増やすために、固定値または可変値を有する追加のコンポーネントが追加され得、より優れたチューニング性能および／またはよりシャープな周波数応答を回路に与える。
【００３８】
例をさらに拡張するために上記の値を用いる。サブバンド整合回路１０６は、８２４〜８９４メガヘルツ（ＭＨｚ）の範囲内の第１の通信バンド、および１８５０〜１９９０ＭＨｚの範囲内の第２の通信バンドにおいて共役インピーダンスを供給する。無線電話機器に対しては、対象となるその他の通信バンドとしてＧＰＳ、ＷＣＤＭＳ、ＪＤＣ、ＰＣＮ、ＧＭＳ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈが含まれる。
【００３９】
図３ｂは、具体的にＦＥコンデンサによって可能となった、図３ａのサブバンド整合回路を示す。
【００４０】
図１４は、セル通信バンドおよびＰＣＳ通信バンドの両方における、例示的なアンテナのスミスチャートおよびリターンロスの大きさのプロットを示す。
【００４１】
図１２は、アンテナおよび図３ｂの整合回路のリターンロスを示すプロットである。図示したように、整合回路は、第１のコンデンサに対し１．７ボルト、第２のコンデンサに対し０ボルトの電圧を供給することに応じて、セル通信バンド内にある低いサブバンドに対して共役インピーダンスを供給する。
【００４２】
図１３は、セル通信バンド内にある高いサブバンドにチューニングされた、アンテナおよび図３ｂの整合回路のリターンロスを示すプロットである。第１のコンデンサには１ボルトの電圧が供給され、第２のコンデンサには２．５ボルトの電圧が供給されている。
【００４３】
図１５は、セル通信バンドの低いサブバンドにおける、図１４のアンテナおよび図３ｂの整合回路のリターンロスを示すスミスチャートである。第１のコンデンサは２．３５ｐｆ、第２のコンデンサは２．９ｐｆにそれぞれチューニングされている。
【００４４】
図１６は、セル通信バンドの高いサブバンドにおける、図１４のアンテナおよび図３ｂの整合回路のリターンロスを示すスミスチャートである。第１のコンデンサおよび第２のコンデンサは、両方とも２．６ｐｆにチューニングされている。
【００４５】
図１７は、ＰＣＳ通信バンドの低いサブバンドにおける、図１４のアンテナおよび図３ｂの整合回路のリターンロスを示すスミスチャートである。第１のコンデンサは３．１ｐｆ、第２のコンデンサは１．８５ｐｆにそれぞれチューニングされている。
【００４６】
図１８は、ＰＣＳ通信バンドの高いサブバンドにおける、図１４のアンテナおよび図３ｂの整合回路のリターンロスを示すスミスチャートである。第１のコンデンサは２．３５ｐｆ、第２のコンデンサは２．９ｐｆにそれぞれチューニングされている。
【００４７】
図３ａおよび図３ｂに戻る。一部の局面では、サブバンド整合回路１０６は、約４５メガヘルツ（ＭＨｚ）の第１の通信バンドサブバンドと、約８０ＭＨｚの第２の通信バンドサブバンドとにおいて、２：１未満のリターンロス（または電圧定在波比）を伴う共役インピーダンスを供給する。
【００４８】
第１のチューニング回路および第２のチューニング回路において異なるコンポーネント値を選択することによって、その他の通信バンド、バンド幅、バンド幅間隔が得られ得る。さらに、以上で展開してきた整合回路概念を改変して、マルチバンドアンテナ（すなわち３バンドアンテナ）にチューニングできる整合回路を作ることも可能であろう。例示的なチューニング回路はＦＥコンデンサを用いて可能となり得るが、従来の可変コンポーネント、またはＦＥと従来の可変コンポーネントとの組み合わせを備えた回路を組み立てることが可能である。以上に述べたように、その他の周知のチューニングトポロジを本発明において使用するために適合することができる。
【００４９】
一般的に、整合回路は、集中素子、分散型ネットワーク素子、またはこの２種の組み合わせを用いて実施可能である。分散型の素子の整合の場合、平面的な（特に、マイクロストリップ、ストリップライン、共平面上の導波路）受動整合回路において、薄いＦＥ膜または厚いＦＥ膜を用いて、土台にある基板の誘電率を変化させることが可能であり、それによって整合回路または共振子の電気長または特性インピーダンスに変化をもたらされる。平面整合回路の使用は、増幅器または回路設計の分野の当業者であれば誰にでもよく知られている。ここでの整合ネットワークは、より従来的な分散型の誘導性構造および容量性構造と同様にハイブリッドおよびカプラーであり得る。集中要素整合コンポーネントが用いられる場合、ＦＥベースのチューニング可能なコンデンサを同様の方法で用いて変化をもたらすことが可能である。
【００５０】
図４は、分散型の素子ギャップコンデンサの平面図である。ＩＤＣと比較して、ギャップコンデンサはより高いＱを有するが、単位断面積あたりのキャパシタンス（Ｗ）はより低い。ＩＤＣのキャパシタンスは、単位断面積あたり多数のフィンガーを使用しているため、より大きい。しかしながら、多くの通信フィルタの応用において、大きなキャパシタンス（Ｃ≧４．０ｐＦ）は不要である。したがって、ギャップコンデンサは、適切なキャパシタンスを提供することが可能であることが多い。本来、ほとんどのＦＥ膜に対してκの値が高いため、従来のギャップコンデンサに比べて比較的高い単位断面積あたりのキャパシタンスＷを提供するのに役に立つ。
【００５１】
図５は、オーバーレイコンデンサの断面図である。ギャップコンデンサやインターデジタルコンデンサと比較すると、オーバーレイコンデンサは最も低いＬｇｅｏｍを有する。オーバーレイコンデンサは、平行なプレート配置の一例であり、プレートの寸法（長さおよび幅）は、プレート分離よりもはるかに大きい。このような配置のため、プレート間の電場のほとんどは、エッジに沿ったフリンジングを除いて一様である。当技術分野において公知であるように、保護周波数帯を用いることによって、フリンジング効果を顕著に低減することが可能である。したがって、平行な平板コンデンサからのジオメトリックなロスは、非常に低い。加えて、平行な平板コンデンサは、小さな制御電圧変動から、高いチューニングに沿って高いキャパシタンスを提供することが可能である。
【００５２】
図６は、インターデジタル（ＩＤＣ）コンデンサの平面図である。与えられた断面積に対し、ＩＤＣは、ギャップコンデンサよりも高いキャパシタンスを提供することが可能である。ギャップ間隔が減少するとともにロスは増加する。同様に、フィンガーの幅が減少するとともにロスは増加する。フィンガーの長さもロスに影響し、特に、ＩＤＣのマイクロストリップ実現においては、このような構造においては奇数モードが支配するため、フィンガーの長さが増加するとともにロスが増加する。加えて、フィンガーの数が増加するとともに、さらなるシャープなコーナーから導入されたロスのため、ロスは増加する。フィンガーの数が増加すると、一般的にＩＤＣのキャパシタンスは増加するという点に留意されたい。
【００５３】
図７は、考えられる２つの「Ｌ字」整合回路構成を示す概略図である。２つのリアクタンス素子６０２および６０４は、コンデンサおよび／またはインダクタの任意の組み合わせであり得る。
【００５４】
図８は、π整合ネットワークを示す概略図である。ここでも、リアクタンス素子７０２、７０４および７０６は、コンデンサおよび／またはインダクタの任意の組み合わせであり得る。
【００５５】
図９は、「Ｔ字」整合ネットワークを示す概略図である。ここでも、リアクタンス素子８０２、８０４および８０６は、コンデンサおよび／またはインダクタの任意の組み合わせであり得る。
【００５６】
図１０は、バンド幅セグメントアンテナ整合システムを有する本発明の無線通信機器の概略ブロック図である。機器４００は、少なくとも第１の通信バンドにおいて情報を通信するための無線通信ポートをライン３２２上に有するトランシーバ４０２を備える。アンテナ１０２は、周波数に応じたインピーダンスを有するインタフェースポートをライン１０４上に有する。サブバンド整合回路１０６は、ライン３２２上のトランシーバ無線通信ポートに接続された入力ポートと、ライン１０４上のアンテナインタフェースポートに接続された出力ポートとを含んでいる。サブバンド整合回路１０６は、少なくとも第１の通信バンドのサブバンドにおいて共役インピーダンスを選択的に供給する。
【００５７】
以上に説明したように、サブバンド整合回路１０６は、その最も単純な形態において、第１の通信バンドの低周波数側の終端と、第１の通信バンドの高周波数側の終端とにおいて、選択的に共役インピーダンスを供給し得る。トランシーバ４０２が第２の通信バンドにおいて情報を通信する場合、サブバンド整合回路１０６は、第２の通信バンドのサブバンドにおいて共役インピーダンスを供給する。ここでも、サブバンド整合回路１０６は、その最も単純な形態において、第２の通信バンドの低周波数側の終端と、第２の通信バンドの高周波数側の終端とにおいて、選択的に共役インピーダンスを供給し得る。
【００５８】
本発明の一局面において、第１の通信バンドは、送信バンド幅であり、一方、第２の通信バンドは受信バンド幅である。この局面では、トランシーバ４０２は送信機能および受信機能を組込んでいる。別の局面では、全ての通信バンドは、レシーババンド幅または送信バンド幅のいずれかである。通信バンドは、電話、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＧＰＳおよび無線通信をサポートし得る。一般的に、トランシーバ４０２は、比較的狭いチャンネルに選択的にチューニングされる。各通信バンドは、周波数が連続する複数のチャンネルを含む。以上に述べたように、最も単純な形態において、サブバンド整合回路１０６は、ハイバンド整合またはローバンド整合を提供し、この場合、サブバンドは、周波数が連続する複数のチャンネルをカバーする。他の局面では、サブバンドはより狭い周波数分解能を有する。すなわち、サブバンド整合回路１０６は、選択されたチャンネルに集中した最適な整合を提供し、複雑さ（より多くのチューニングの組み合わせ）を犠牲にしてさらに良い整合を提供する。
【００５９】
以上に説明したように、図３ａおよび図３ｂに示すとおり、サブバンド整合回路は、第１のチューニング回路および第２のチューニング回路を用いて可能となり得る。さらに、先に説明したように、第１の通信バンドは８２４〜８９４メガヘルツ（ＭＨｚ）、第２の通信バンドは１８５０〜１９９０ＭＨｚの範囲であり得る。アンテナ１０２も、ＧＳＭ、ＷＣＭＡ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＧＰＳ、ＪＤＣおよび無線通信バンドにおける使用のために整合され得る。
【００６０】
セルラー通信バンドおよびＰＣＳ通信バンドを例として用いる。サブバンド整合回路１０６は、約４５メガヘルツ（ＭＨｚ）の第１の通信バンドサブバンドと、約８０ＭＨｚの第２の通信バンドサブバンドとにおいて、２：１未満のリターンロスを伴う共役インピーダンスを供給する。しかしながら、その他のサブバンドバンド幅も可能である。一部の局面では、サブバンドバンド幅は、１つの通信バンドあたりのサブバンドの数の増加に応じてより狭くなる。すなわち、サブバンド整合回路１０６は、第１の通信バンド内にある複数のサブバンド、および／または第２の通信バンド内にある複数のサブバンドにおいて、共役インピーダンスを供給し得る。
【００６１】
図１１は、アンテナをサブバンドにインピーダンス整合するための本発明の方法を示すフローチャートである。明確性のために、番号を付けた一連のステップとして本方法を示すが、明示的に述べない限り、いかなる順序もこの番号付けから推論されるべきではない。これらのステップのうちの一部を飛ばされ得、並行して実行され得、あるいは順番の厳密な順序を維持するという要件なく実行され得るという点が理解されるべきである。方法はステップ５００にて開始する。
【００６２】
ステップ５０２は、アンテナから周波数に応じたインピーダンスを受け入れる。ステップ５０４は、第１のチューニング回路をチューニングする。ステップ５０６は、同時に第２のチューニング回路をチューニングする。ステップ５０８は、選択的に、第１の通信バンドのサブバンドでアンテナに対して共役インピーダンス整合を供給する。一部の局面において、本方法はさらなるステップを含む。ステップ５１０は、選択的に第２の通信バンドのサブバンドでアンテナに対して共役インピーダンス整合を供給する。
【００６３】
ステップ５０４が第１のチューニング回路を第１の周波数にチューニングし、ステップ５０６が第２のチューニング回路を第２の周波数にチューニングする場合、次いでステップ５０８が第１の周波数および第２の周波数に応じて、第１の通信バンドの低周波数側の終端においてアンテナを整合させる。ステップ５０４が第１のチューニング回路を第３の周波数にチューニングし、ステップ５０６が第２のチューニング回路を第４の周波数にチューニングする場合、ステップ５０８は、第３の周波数および第４の周波数に応じて、第１の通信バンドの高周波数側の終端においてアンテナを整合させる。ステップ５０８およびステップ５１０は、必ずしも同時に実行される必要はないという点に留意されたい。
【００６４】
ステップ５０４が第１のチューニング回路を第５の周波数にチューニングし、ステップ５０６が第２のチューニング回路を第６の周波数にチューニングする場合、次いでステップ５１０が第５の周波数および第６の周波数に応じて、第２の通信バンドの低周波数側の終端においてアンテナを整合させる。ステップ５０４が第１のチューニング回路を第７の周波数にチューニングし、ステップ５０６が第２のチューニング回路を第８の周波数にチューニングする場合、ステップ５１０は、第７の周波数および第８の周波数に応じて、第２の通信バンドの高周波数側の終端においてアンテナを整合させる。
【００６５】
一部の局面において、ステップ５０４およびステップ５０６における第１のチューニング回路および第２のチューニング回路のチューニングはサブステップを含む。ステップ５０４ａは、第１のチューニング回路に対する第１の制御電圧を受け入れ、ステップ５０６
ａは、第２のチューニング回路に対する第２の制御電圧を受け入れる。ステップ５０４ｂおよびステップ５０６ｂは、強誘電性（ＦＥ）の誘電材料の比誘電率を、制御電圧に応じて調節する。一部の局面において、ステップ５０４ａおよびステップ５０４ｂは、０〜３ボルトｄｃの範囲の制御電圧を受け入れる。一局面において、チューニング電圧と比誘電率との間には直線関係が存在する。別の局面において、その関係は、特に０〜３ボルトのチューニング範囲においては、少なくとも、バラクターダイオードの電圧／キャパシタンス曲線よりは、より直線的である。
【００６６】
別の局面において、ステップ５０４は、固定されたインダクタンス値を有する第１のインダクタに接続された、選択可能なキャパシタンス値を有する第１の可変コンデンサをチューニングする。ステップ５０６は、固定されたインダクタンス値を有する第２のインダクタに接続された、選択可能なキャパシタンス値を有する第２の可変コンデンサをチューニングする。さらに、ステップ５０４は、８ナノヘンリー（ｎＨ）の固定インダクタンス値を有する第１のインダクタに接続された、２．３５〜３．１ピコファラド（ｐＦ）の間の範囲で選択可能なキャパシタンスを有する第１の可変コンデンサをチューニングすることを含み得る。ステップ５０６は、次いで、２ｎＨの固定インダクタンス値を有する第２のインダクタに接続された、１．８５〜３．５ｐＦの間の範囲の選択可能なキャパシタンス値を有する第２の可変コンデンサをチューニングする。上述のように、可変コンデンサは、ＦＥコンデンサであり得る。
【００６７】
より具体的には、ステップ５０４は、第１の可変コンデンサを、コンデンサ値が２．３５ｐＦである第１の周波数、コンデンサ値が２．６ｐＦである第３の周波数、コンデンサ値が３．１ｐＦである第５の周波数、およびコンデンサ値が２．６ｐＦである第７の周波数にチューニングする。ステップ５０６は、第２の可変コンデンサを、コンデンサ値が２．９ｐＦである第２の周波数、コンデンサ値が２．６ｐＦである第４の周波数、コンデンサ値が１．８５ｐＦである第６の周波数、およびコンデンサ値が３．５ｐＦである第８の周波数にチューニングする。
【００６８】
次いで、ステップ５０８は、アンテナを第１の通信バンドの８２４〜８９４ＭＨｚの範囲に整合し、ステップ５１０は、アンテナを第２の通信バンドの１８５０〜１９９０ＭＨｚの範囲に整合する。一部の局面において、ステップ５０８は、アンテナを、約４５ＭＨｚのサブバンドにわたって、２：１未満のリターンロスに整合する。ステップ５１０は、アンテナを、約８０ＭＨｚのサブバンドにわたって、２．１未満のリターンロスに整合する。例示的な回路設計、または異なるチューニング回路設計を用いて異なるサブバンド幅、サブバンド周波数分離、効率を作ることができる。
【００６９】
以上に述べたように、コンデンサを中間値にチューニングして中間サブバンド整合を作ることが可能である。すなわち、ステップ５０８において、第１の通信バンドのサブバンドでアンテナに共役インピーダンス整合を選択的に供給することは、第１の通信バンド内にある複数のサブバンドにおいてアンテナを整合することを含む。同様に、ステップ５１０において、第２の通信バンドのサブバンドでアンテナに共役インピーダンス整合を選択的に供給することは、第２の通信バンド内にある複数のサブバンドにおいてアンテナ整合することを含む。
【００７０】
サブバンドアンテナ整合法と、選択的に通信バンド幅セグメントインピーダンスをチューニングするためのアンテナ整合システムと、バンド幅セグメントアンテナ整合システムを備えた無線通信機器を提供した。特定の動作周波数用に設計された例示的な整合回路を用いて本発明を説明したが、本発明はいずれの特定の回路トポロジにも周波数範囲にも限定されるものではない。本発明のその他の変形および実施形態が、当業者には想起されよう。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】図１は、通信バンド幅セグメントインピーダンスを選択的に整合させるための本発明のアンテナ整合システムの概略ブロック図である。
【図２】図２は、サブバンドアンテナ整合の選択を図示するグラフである。
【図３Ａ】図３ａは、図１のサブバンド整合回路をより詳細に示す概略ブロック図である。
【図３Ｂ】図３ｂは、図１のサブバンド整合回路をより詳細に示す概略ブロック図である。
【図４】図４は、分散型の素子ギャップコンデンサの平面図である。
【図５】図５は、オーバーレイコンデンサの断面図である。
【図６】図６は、インターデジタルコンデンサ（ＩＤＣ）の平面図である。
【図７】図７は、考えられる２つの「Ｌ字」整合回路構成を示す概略図である。
【図８】図８は、π整合ネットワークを示す概略図である。
【図９】図９は、「Ｔ字」整合ネットワークを示す概略図である。
【図１０】図１０は、バンド幅セグメントアンテナ整合システムを有する本発明の無線通信機器の概略ブロック図である。
【図１１】図１１は、アンテナをサブバンドにインピーダンス整合するための本発明の方法を示すフローチャートである。
【図１２】図１２は、アンテナおよび図３ｂの整合回路のリターンロスを示すプロットである。
【図１３】図１３は、セル通信バンド内にある高いサブバンドにチューニングされた、アンテナおよび図３ｂの整合回路のリターンロスを示すプロットである。
【図１４】図１４は、セル通信バンドおよびＰＣＳ通信バンドの両方における、例示的なアンテナのスミスチャートおよびリターンロスの大きさのプロットを示す。
【図１５】図１５は、セル通信バンドの低いサブバンドにおける、図１４のアンテナおよび図３ｂの整合回路のリターンロスを示すスミスチャートである。
【図１６】図１６は、セル通信バンドの高いサブバンドにおける、図１４のアンテナおよび図３ｂの整合回路のリターンロスを示すスミスチャートである。
【図１７】図１７は、ＰＣＳ通信バンドの低いサブバンドにおける、図１４のアンテナおよび図３ｂの整合回路のリターンロスを示すスミスチャートである。
【図１８】図１８は、ＰＣＳ通信バンドの高いサブバンドにおける、図１４のアンテナおよび図３ｂの整合回路のリターンロスを示すスミスチャートである。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2008507942.tif 000015
【図１３】
2008507942.tif 000016
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年1月24日(2007.1.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信バンド幅セグメントインピーダンスを選択的に整合するためのアンテナ整合システムであって、該システムは、
周波数に応じたインピーダンスを有するインタフェースポートを有する、アンテナと、
該アンテナインタフェースポートに接続された出力ポートを含む、サブバンド整合回路であって、第１の通信バンドのサブバンドにおいて共役インピーダンスを選択的に供給する、サブバンド整合回路と
を備える、アンテナ整合システム。
【請求項２】
前記サブバンド整合回路が、前記第１の通信バンドの低周波数側の終端と、該第１の通信バンドの高周波数側の終端において、前記共役インピーダンスを選択的に供給する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記サブバンド整合回路が、第２の通信バンドのサブバンドにおいて共役インピーダンスを供給する、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記サブバンド整合回路が、前記第２の通信バンドの低周波数側の終端と、該第２の通信バンドの高周波数側の終端において、前記共役インピーダンスを選択的に供給する、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記サブバンド整合回路が、
第１のチューニング回路と、
第２のチューニング回路と
を含む、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記サブバンド整合回路が、前記第１のチューニング回路を第１の周波数にチューニングすること、および前記第２のチューニング回路を第２の周波数にチューニングすることに応じて、該第１の通信バンドの低周波数側の終端において、前記共役インピーダンスを選択的に供給する、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記サブバンド整合回路が、前記第１のチューニング回路を第３の周波数にチューニングすること、および前記第２のチューニング回路を第４の周波数にチューニングすることに応じて、該第１の通信バンドの高周波数側の終端において、前記共役インピーダンスを選択的に供給する、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記サブバンド整合回路が、前記第１のチューニング回路を第５の周波数にチューニングすること、および前記第２のチューニング回路を第６の周波数にチューニングすることに応じて、該第２の通信バンドの低周波数側の終端において、前記共役インピーダンスを選択的に供給する、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記サブバンド整合回路が、前記第１のチューニング回路を第７の周波数にチューニングすること、および前記第２のチューニング回路を第８の周波数にチューニングすることに応じて、該第２の通信バンドの高周波数側の終端において、前記共役インピーダンスを選択的に供給する、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記第１のチューニング回路および前記第２のチューニング回路が、それぞれ、
制御電圧に応じた可変的な比誘電率を有する、強誘電性（ＦＥ）の誘電材料と、
該制御電圧を受け取るためのインタフェースと
を含む、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記第１のチューニング回路および前記第２のチューニング回路が、０〜３ボルトｄｃの範囲の制御電圧に応じたものである、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記第１のチューニング回路および前記第２のチューニング回路が、インターデジタルコンデンサ、ギャップコンデンサ、およびオーバーレイコンデンサを含む群から選択される強誘電性の可変コンデンサを含む、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
前記第１のチューニング回路が、
インダクタンス値が固定された第１のインダクタと、
キャパシタンス値が選択可能である第１の可変コンデンサと
を含み、前記第２のチューニング回路が、
インダクタンス値が固定された第２のインダクタと、
キャパシタンス値が選択可能である第２の可変コンデンサと
を含む、請求項９に記載のシステム。
【請求項１４】
前記第１の可変コンデンサが、前記サブバンド整合回路の出力ポートに接続された第１の端子を有し、
前記第１のインダクタが、該第１の可変コンデンサの第２の端子と基準電圧との間に分流で接続されており、
前記第２の可変コンデンサが、該第１の可変コンデンサの第２の端子に接続された第１の端子を有し、
前記第２のインダクタが、該第２の可変コンデンサの第２の端子とサブバンド整合回路の入力ポートとの間に直列に接続されている、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記サブバンド整合回路が、８２４〜８９４メガヘルツ（ＭＨｚ）の範囲内の第１の通信バンド、および１８５０〜１９９０ＭＨｚの範囲内の第２の通信バンドにおいて前記共役インピーダンスを供給する、請求項３に記載のシステム。
【請求項１６】
デュアルバンド整合回路が、チューニング可能な直列素子、「Ｌ字」、π、「Ｔ字」のチューニング可能な分流素子、および上記のトポロジの組み合わせを含む群から選択される整合トポロジである、請求項１に記載のシステム。
【請求項１７】
アンテナをサブバンドにインピーダンス整合するための方法であって、該方法は、
周波数に応じたインピーダンスをアンテナから受け入れることと、
第１の通信バンドのサブバンドにおいて、該アンテナに対して共役インピーダンス整合を選択的に供給することと
を包含する、方法。
【請求項１８】
第２の通信バンドのサブバンドにおいて、前記アンテナに対して共役インピーダンス整合を選択的に供給することをさらに包含する、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
第１のチューニング回路を第１の周波数にチューニングすることと、
同時に第２のチューニング回路を第２の周波数にチューニングすることと
をさらに包含し、
前記第１の通信バンドのサブバンドにおいて、前記アンテナを整合するために共役インピーダンスを選択的に供給することが、該第１の周波数および該第２の周波数に応じて、該第１の通信バンドの低周波数側の終端に該アンテナを整合することを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１のチューニング回路をチューニングすることが、第３の周波数にチューニングすることを含み、
同時に第２のチューニング回路をチューニングすることが、第４の周波数にチューニングすることを含み、
前記第１の通信バンドのサブバンドにおいて、前記アンテナを整合するために共役インピーダンスを選択的に供給することが、該第３の周波数および該第４の周波数に応じて、該第１の通信バンドの高周波数側の終端に該アンテナを整合することを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１のチューニング回路をチューニングすることが、第５の周波数にチューニングすることを含み、
同時に第２のチューニング回路をチューニングすることが、第６の周波数にチューニングすることを含み、
前記第２の通信バンドのサブバンドにおいて、前記アンテナを整合するために共役インピーダンスを選択的に供給することが、該第５の周波数および該第６の周波数に応じて、該第２の通信バンドの低周波数側の終端に該アンテナを整合することを含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１のチューニング回路をチューニングすることが、第７の周波数にチューニングすることを含み、
同時に第２のチューニング回路をチューニングすることが、第８の周波数にチューニングすることを含み、
前記第２の通信バンドのサブバンドにおいて、前記アンテナを整合するために共役インピーダンスを選択的に供給することが、該第７の周波数および該第８の周波数に応じて、該第２の通信バンドの高周波数側の終端に該アンテナを整合することを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記第１のチューニング回路および前記第２のチューニング回路をチューニングすることが、
該第１のチューニング回路に対する第１の制御電圧と、該第２のチューニング回路に対する第２の制御電圧とをそれぞれ受け入れることと、
該制御電圧に応じて強誘電性（ＦＥ）の誘電材料の比誘電率を調節することと
を含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
第１の制御電圧および第２の制御電圧を受け入れることが、０〜３ボルトｄｃの範囲の制御電圧を受け入れることを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記第１のチューニング回路をチューニングすることが、インダクタンス値が固定された第１のインダクタに接続された、コンデンサ値が選択可能である第１の可変コンデンサをチューニングすることを含み、
前記第２のチューニング回路をチューニングすることが、インダクタンス値が固定された第２のインダクタに接続された、コンデンサ値が選択可能である第２の可変コンデンサをチューニングすることを含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２６】
前記第１の通信バンドのサブバンドにおいて、前記アンテナに対して共役インピーダンス整合を選択的に供給することが、８２４〜８９４ＭＨｚの範囲内の第１の通信バンドに該アンテナを整合することを含み、
前記第２の通信バンドのサブバンドにおいて、該アンテナに対して共役インピーダンス整合を選択的に供給することが、１８５０〜１９９０ＭＨｚの範囲内の第２の通信バンドに該アンテナを整合することを含む、請求項２５に記載の方法。
【国際調査報告】
2008507942.tif 000022
2008507942.tif 000023
2008507942.tif 000024