(57)【要約】フェイズドアレーアンテナシステムは、所望の周波数で共振するように選択された材料からなり、同じく選択された長さを有する第１の放射素子を含む。位相シフト素子は上記第１の放射素子の一端に結合される。第２の放射素子は上記第１の放射素子と反対の上記位相シフト素子の端部に結合され、無線信号は上記第１の放射素子を通過し、上記位相シフト素子を通過し、上記第２の放射素子を通過して、上記第１および第２の放射素子が上記アンテナシステムから所望のビームパターンを形成するために協力するように、上記第２の放射素子は共振するように選択された材料からなり、同じく選択された長さを有する。
2010541468.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線通信デバイスでの使用のためのフェイズドアレーアンテナシステムであって、
上記アンテナシステムは、
所望の周波数で共振するために選択された材料および長さからなる第１の放射素子と、
上記第１の放射素子の一端に結合された位相シフト素子と、
上記第１の放射素子と反対の上記位相シフト素子の端部に結合された第２の放射素子と
を備え、
無線信号は、上記第１の放射素子を通過し、上記位相シフト素子を通過し、上記第２の放射素子を通過して、
上記第２の放射素子は、上記第１および第２の放射素子が協働して上記アンテナシステムから所望のビームパターンを形成するよう、共振するために選択された材料および長さからなる
ことを特徴とするアンテナシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のアンテナシステムにおいて、さらに、
上記第１の放射素子と第２の放射素子との間に位置するスイッチを備え、
上記スイッチの操作は、上記第１の放射素子から上記第２の放射素子を切断する
ことを特徴とするアンテナシステム。
【請求項３】
請求項１に記載のアンテナシステムにおいて、
上記第１の放射素子、上記位相シフト素子および上記第２の放射素子は、キャリアに結合される
ことを特徴とするアンテナシステム。
【請求項４】
請求項３に記載のアンテナシステムにおいて、
上記キャリアは第１の面および第２の面を備え、
上記第１の放射素子は上記第１の面にあり、
少なくとも上記第２の放射素子の一部は上記第２の面にある
ことを特徴とするアンテナシステム。
【請求項５】
請求項３に記載のアンテナシステムにおいて、
上記キャリアは第１の面および第２の面を備え、
上記第１および第２の面は互いに平行ではない
ことを特徴とするアンテナシステム。
【請求項６】
請求項１に記載のアンテナシステムにおいて、さらに、
所望の周波数で共振するために選択された材料および長さからなる、第３の放射素子と、
上記第３の放射素子の一端に結合された第２の位相シフト素子と、
上記第１の放射素子と反対の上記第２の位相シフト素子の端部に結合された、第４の放射素子と
を備え、
無線信号は、上記第１の放射素子を通過し、上記位相シフト素子を通過し、上記第２の放射素子を通過し、
上記第２の放射素子は、上記第１および第２の放射素子が協働して上記アンテナシステムから所望のビームパターンを形成するよう、共振するために選択された材料および長さからなり、
上記第１および第２の放射素子の共振周波数は、上記第３および第４の放射素子の共振周波数と異なる
ことを特徴とするアンテナシステム。
【請求項７】
協働して放射素子を形成するダイポール部分およびＨ部分を備える、下部の放射素子と、
上記下部の放射素子に結合された位相シフト素子と、
上記下部の放射素子と反対の位相シフト素子に結合された端部の放射素子と
を備え、
上記端部の放射素子および上記下部の放射素子は、協働して所望のビームパターンを形成する
ことを特徴とするアンテナシステム。
【請求項８】
請求項７に記載のアンテナシステムにおいて、さらに、
上記下部の放射素子と上記位相シフト素子との間に位置するスイッチを備え、
上記スイッチの操作は、上記下部の放射素子と上記位相シフト素子および上記端部の素子とを結合および分離する
ことを特徴とするアンテナシステム。
【請求項９】
請求項７に記載のアンテナシステムにおいて、さらに、
上記位相シフト素子にスイッチを備え、上記スイッチの操作は、上記位相シフト素子の位相シフト量を変える
ことを特徴とするアンテナシステム。
【請求項１０】
請求項７に記載のアンテナシステムにおいて、
上記Ｈセクションはグランドに接続され、
上記ダイポール部分は無線機に接続される
ことを特徴とするアンテナシステム。
【請求項１１】
請求項７に記載のアンテナシステムにおいて、
上記下部の放射素子、上記位相シフト素子および上記端部の放射素子は、回路基板に結合される
ことを特徴とするアンテナシステム。
【請求項１２】
請求項１１に記載のアンテナシステムにおいて、さらに、
上記回路基板に結合される、下部の放射素子、位相シフト素子および端部の放射素子を備える、第２のフェイズドアレーアンテナシステムを備える
ことを特徴とするアンテナシステム。
【請求項１３】
請求項７に記載のアンテナシステムにおいて、さらに、
放射素子として協働するダイポール部分およびＨ部分を備える、第２の下部の放射素子と、
上記第２の下部の放射素子に結合される第２の位相シフト素子と、
上記第２の下部の放射素子と反対の第２の位相シフト素子に結合された、第２の端部の放射素子と
を備え、
上記第２の端部の放射素子および上記第２の下部の放射素子は、
上記下部の放射素子、上記位相シフト素子および上記端部の放射素子によって形成される上記ビームパターンの上記周波数と異なる周波数で、協働して所望のアンテナパターンを形成する
ことを特徴とするアンテナシステム。
【請求項１４】
筐体と、
電子部品およびグランドプレーンを備えるプリント回路基板と、
上記筐体内に位置する少なくとも１つのフェイズドアレーアンテナシステムと
を備え、
上記アンテナシステムは、第１の放射素子と、位相シフト素子と、第２の放射素子とを備え、
上記第１および第２の放射素子は、上記位相シフト素子の反対の端部に結合され、
上記第１および第２の放射素子は、所望の周波数における無線周波数信号が上記少なくとも１つのフェイズドアンテナシステムに送られるときに、協働して所望のビームパターンを形成する
ことを特徴とする無線通信デバイス。
【請求項１５】
請求項１４に記載の無線通信デバイスにおいて、さらに、
多数のビームパターンが形成されるような、上記装置において指向される多数のフェイズドアレーアンテナシステムを備える
ことを特徴とする無線通信デバイス。
【請求項１６】
請求項１５に記載の無線通信デバイスにおいて、
第１のアレーアンテナシステムは第１の共振周波数で作動し、
第２のアンテナシステムは第２の共振周波数で作動する
ことを特徴とする無線通信デバイス。
【請求項１７】
請求項１４に記載の無線通信デバイスにおいて、
上記デバイスは無線ルータを備える
ことを特徴とする無線通信デバイス。
【請求項１８】
請求項１４に記載の無線通信デバイスにおいて、
無線信号は、上記第１の放射素子を通過し、上記位相シフト素子を通過して、上記第２の放射素子に送られる
ことを特徴とする無線通信デバイス。
【請求項１９】
請求項１４に記載の無線通信デバイスにおいて、
無線信号は、上記位相シフト素子に結合された上記下部の放射素子の端部に送られる
ことを特徴とする無線通信デバイス。
【請求項２０】
筐体と、
無線機と、
上記筐体内に位置する、少なくとも２つのフェイズドアレーアンテナシステムと
を備え、
上記アンテナシステムは、第１の放射素子と、位相シフト素子と、第２の放射素子とを備え、
上記第１および第２の放射素子は、上記位相シフト素子の反対の端部に結合され、
上記第１および第２の放射素子は、所望の周波数における無線周波数信号が上記少なくとも１つのフェイズドアンテナシステムに送られるときに、協働して所望のビームパターンを形成し、
上記無線機を上記少なくとも二つのアンテナシステムに結合するスイッチと、
上記少なくとも二つのアンテナシステムのうちの１つを、上記無線機に選択的に結合するために上記スイッチを制御する制御器と
を備える
ことを特徴とする無線通信デバイス。
【請求項２１】
請求項２０に記載の無線通信デバイスにおいて、
無線信号は、上記第１の放射素子を通過し、上記位相シフト素子を通過して、上記第２の放射素子に送られる
ことを特徴とする無線通信デバイス。
【請求項２２】
請求項２０に記載の無線通信デバイスにおいて、
上記第１の放射素子は、放射素子として協働するダイポール部分およびＨ部分を備える、下部の放射素子であり、
上記第２の放射素子は端部の放射素子であり、
無線信号は、上記位相シフト素子に結合された上記下部の放射素子の端部に送られる
ことを特徴とする無線通信デバイス。
【請求項２３】
筐体と、
上記筐体内に位置する少なくとも２つの無線機と
上記筐体内に位置する少なくとも２つのアンテナシステムと
を備え、
上記アンテナシステムは、上記筐体内の他の電子部品と協働して所望のビームパターンを形成し、
第１の無線機は第１のアンテナシステムと通信し、
第２の無線機は第２のアンテナシステムと通信する
ことを特徴とする無線通信デバイス。
【請求項２４】
請求項２３に記載の無線通信デバイスにおいて、
上記少なくとも二つのアンテナシステムのうちの１つは、さらに、第１の放射素子と、位相シフト素子と、第２の放射素子とを備え、
上記第１および第２の放射素子は、上記位相シフト素子の反対の端部に結合され、
上記第１および第２の放射素子は、所望の周波数における無線周波数信号が上記少なくとも１つのフェイズドアンテナシステムに送られるときに、協働して所望のビームパターンを形成し、
無線信号は、上記第１の放射素子を通過し、上記位相シフト素子を通過して、上記第２の放射素子に送られる
ことを特徴とする無線通信デバイス。
【請求項２５】
請求項２３に記載の無線通信デバイスにおいて、
上記少なくとも二つのアンテナシステムのうちの１つは、さらに、第１の放射素子と、位相シフト素子と、第２の放射素子とを備え、
上記第１および第２の放射素子は、上記位相シフト素子の反対の端部に結合され、
上記第１および第２の放射素子は、所望の周波数における無線周波数信号が上記少なくとも１つのフェイズドアンテナシステムに送られるときに、協働して所望のビームパターンを形成し、
上記第１の放射素子は、放射素子として協働するダイポール部分およびＨ部分を備える、下部の放射素子であり、
上記第２の放射素子は、端部の放射素子であり、
無線信号は、上記位相シフト素子に結合された上記下部の放射素子の端部に送られる
ことを特徴とする無線通信デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は無線通信システム、およびそのようなシステムで使用される特に指向性アンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信システムでは、アンテナは、無線周波数信号を送受信するのに使用される。一般に、アンテナは、オムニ指向性または指向性である場合がある。多くの場合、アンテナを使用するデバイスを同封する筐体かケースの中に配置されたアンテナを有することに利益がある。しかしながら、筐体内であって、デバイスの部品の非常に近くにアンテナを配置する場合、アンテナの性能を著しく低下させうる。
【０００３】
したがって、筐体内に設置されたアンテナの性能の向上の必要がある。
【発明の概要】
【０００４】
この出願は、その全体を援用する米国の仮特許出願第６０／８２７，８４６の２００６年１０月２日の出願であって、発明の名称が「位相シフトするコンパクト多素子アンテナ」の利益を主張する。
【０００５】
方法、装置、およびシステムは、正の利得を提供している間、上記アンテナを使用する装置の筐体内に含まれうるアンテナシステムのために説明される。一形態では、上記アンテナシステムは、アンテナビームパターンを協働して形成するアンテナ素子のアレーを含む。上記アンテナ素子は、所望のビームパターンでの上記アンテナシステムの利得を増やすために、協働する２以上の同相のアンテナ素子として配列されうる。１以上のアンテナ素子の使用は、それらのマイナス効果を上記アンテナシステムの比較的小さい部分に制限することによって上記筐体のシステムの他要素のマイナス効果を減らすことができる、全体的なアンテナシステムの長さを増加させることができる。これは、アンテナシステムのロバスト性および耐性を増加させて、アンテナがプリント回路基板アセンブリ（ＰＣＢＡ）かオンボードアセンブリを有する筐体に埋め込まれているのを許容する。一形態では、２以上のアンテナシステムが、選択的に同時に異なったアンテナパターンを提供するように使用される。
【０００６】
一実施形態において、フェイズドアレーアンテナシステムは、所望の周波数で共振するために選択された材料および長さからなる第１の放射素子を含む。遅延素子のような位相シフト素子は第１の放射素子の一端に結合される。第２の放射素子は第１の放射素子と反対の上記位相シフト素子の端部に結合され、無線信号は第１の放射素子を通過し、上記位相シフト素子を通過し、上記第２の放射素子を通過し、上記第２の放射素子は、上記第１および第２の放射素子が協働して上記アンテナシステムから所望のビームパターンを形成するよう、共振するために選択された材料および長さからなる。
【０００７】
この実施形態において、上記第１の放射素子は上記無線信号の波長の約４分の１の長さであり得るし、上記第２の放射素子は上記無線信号の波長の約２分の１の長さである。上記位相シフト素子は、上記無線信号の位相を上記無線信号の波長の約半分ほどシフトする。さらに、上記アンテナはスイッチを含み、上記スイッチの操作は、上記第１の放射素子から上記第２の放射素子を切断する。上記第１および第２の放射素子は、スイッチがオンオフされ、上記素子が共振する周波数を変更できる要素も含みうる。
【０００８】
他の実施形態において、フェイズドアレーアンテナシステムは、放射素子として協働するダイポール部分およびＨ部分を備える、下部の放射素子含む。一実施形態において、上記ダイポール部分およびＨ部分は、協働してダイポールアンテナとして動作する。位相シフト素子は上記下部の放射素子に結合される。端部の放射素子は、上記下部の放射素子と反対の上記位相シフト素子に結合され、上記端部の放射素子および上記下部の放射素子は、協働して所望のアンテナパターンを形成する。
【０００９】
上記アンテナシステムは、また、上記下部の放射素子と上記位相シフト素子との間のスイッチを含み、上記スイッチの操作は、上記下部の放射素子と上記位相シフト素子および上記端部の素子とを結合および分離する。上記位相シフト素子内にもまた、スイッチはあり得る。上記スイッチの操作は、上記位相シフト素子による位相シフト量を変える。
【００１０】
他の実施形態において、プリント配線基板、基板またはキャリアなどの回路基板は、所望の周波数で共振するために選択された材料および長さからなる第１の放射素子を含む。上記回路基板はまた、上記第１の放射素子の一端に結合された第１の位相シフト素子を含む。上記第１の放射素子と反対の上記位相シフト素子の端部に結合された第２の放射素子があり、無線信号は、第１の放射素子を通過し、上記位相シフト素子を通過し、上記第２の放射素子を通過して、上記第２の放射素子は、上記第１および上記第２の放射素子が協働して上記アンテナシステムからの所望のビームパターンを形成するよう、共振するために選択された材料および長さからなる。
【００１１】
上記回路基板はまた、上記第１の放射素子と反対の上記第２の放射素子の一端に結合された第２の位相シフト素子を含みうる。そして第３の放射素子は上記第２の放射素子と反対の第２の位相シフト素子の端部に結合される。無線信号は第１の放射素子を通過し、上記第１の位相シフト素子を通過し、第２の放射素子を通過し、上記第２の位相シフト素子を通過し、そして第３の放射素子を通過して、上記第３の放射素子は、上記第１、第２および第３の放射素子が協働して上記アンテナシステムからの所望のビームパターンを形成するように、共振するために選択された材料および長さからなる。他の実施形態において、どのような所望の数の放射素子および位相シフト素子も、アンテナシステムにおいて用いられうる。
【００１２】
さらに他の実施形態において、回路基板は第１のアンテナシステムがある第１の面および第２のアンテナシステムがある第２の面を含む。上記２つのアンテナシステムは異なる周波数で作動する。例えば、カードの第１の側面には、第１の所望の周波数で共振するために選択された材料および長さからなる第１の放射素子と、上記第１の放射素子の一端と結合される第１の位相シフト素子と、上記第１の放射素子と反対の上記位相シフト素子の端部に結合される第２の放射素子があり、その結果、無線信号は第１の放射素子を通過し、位相シフト素子を通過し、第２の放射素子を通過して、上記アンテナシステムからの所望のビームパターンを形成するために、上記第１および上記第２の放射素子が協働するように、上記第２の放射素子は、共振するために選択された材料および長さからなる。上記カードの第２の側面には、第２の所望の周波数で共振するために選択された材料および長さからなる第３の放射素子と、上記第３の放射素子の一端に結合された第２の位相シフト素子と、上記第１の放射素子と反対の上記第２の位相シフト素子の端部に結合された第４の放射素子とを備える第２のアンテナシステムがある。その結果、無線信号は第１の放射素子を通過し、位相シフト素子を通過し、第２の放射素子を通過して、上記アンテナシステムからの所望のビームパターンを形成するために、上記第１および上記第２の放射素子が協働するように、上記第２の放射素子は共振するために選択された材料および長さからなる。
【００１３】
他の実施形態において、図１２および図１３で図示された回路基板のようなキャリアは、フレキシブルで、堅く、平面、または曲線でありうる。上記キャリアはある形に成形されるか、筐体への付属などの拘束による形のままでありうる。他の実施形態において、アンテナシステムはキャリアの複数のセクションの向こう側にわたりうる。どんな所望の角度でもキャリアのセクションを互いに並べられうる。
【００１４】
上述のアンテナは、無線通信デバイスで使用されうる。一実施形態において、無線通信デバイスは筐体を含む。上記デバイスはまた、電子部品およびグランドプレーンを有するプリント回路基板を含む。第１の放射素子、位相シフト素子および第２の放射素子を含む少なくとも１つのフェイズドアレーアンテナシステムがある。上記第１および第２の放射素子は上記位相シフト素子の反対の端部に結合され、上記第１および第２の放射素子は、所望の周波数における無線信号が上記第１の素子に、そして上記位相シフト素子を通過し、上記第２の放射素子に送られるときに、協働して所望のビームパターンを形成する。
【００１５】
一実施形態において、上記無線通信デバイスは多数のビームパターンが形成されるような上記デバイスにおいて指向される多数のフェイズドアレーアンテナシステムを含む。上記アンテナシステムを含みうる無線通信デバイスの実例には、無線ルータ、モバイルアクセスポイント、あるいは他のタイプの無線デバイスが含まれる。
【００１６】
一実施形態において、無線通信デバイスは筐体、無線機、そして上記筐体内に位置する少なくとも２つのフェイズドアレーアンテナシステムを含み、上記アンテナシステムは、第１の放射素子と、位相シフト素子と、第２の放射素子とを備え、上記第１および第２の放射素子は上記位相シフト素子の反対と端部に結合され、上記第１および第２の放射素子は、所望の周波数における無線周波数信号が上記少なくとも１つのフェイズドアンテナシステムに送られるときに、協働して所望のビームパターンを形成する。上記デバイスはまた、上記無線機を上記少なくとも二つのアンテナシステムに結合するスイッチと、上記少なくとも二つのアンテナシステムのうちの１つを上記無線機に選択的に結合するために上記スイッチを制御する制御器も含む。一実施形態において、無線信号が上記第１の放射素子を通過し、上記位相シフト素子を通過して、上記第２の放射素子に送られる。一実施形態において、上記第１の放射素子は、放射素子として協働するダイポール部分およびＨ部分を備える下部の放射素子であり、上記第２の放射素子は端部の放射素子であり、無線信号は、上記位相シフト素子に結合される上記下部の放射素子の端部に送られる。
【００１７】
さらに他の実施形態において、無線通信デバイスは、筐体、少なくとも二つの無線機、上記筐体内に位置する少なくとも二つのフェイズドアレーアンテナシステムを含み、上記アンテナシステムは、第１の放射素子、位相シフト素子および第２の放射素子を備え、上記第１および第２の放射素子は、上記位相シフト素子の反対の端部に結合され、上記第１および第２の放射素子は、所望の周波数における無線周波数信号が上記少なくとも１つのフェイズドアンテナシステムに送られるときに、協働して所望のビームパターンを形成する。上記デバイスは、各無線機に結合される１つのアンテナを有し、様々な無線機から各アンテナへの適切な信号を送るための基礎的な処理を行う電気回路を使用しうる。例えばいくつかの無線機は、他の無線機が起動している間、スイッチが切られ、あるいは上記デバイスは、上記無線信号の異なる位相シフトおよび大きさを活用し、そのパフォーマンスを最大化するために上記指向性アンテナを用いる。上記デバイスはまた、上記少なくとも二つの無線機を上記少なくとも二つのアンテナシステムに結合するスイッチマトリクスと、上記無線機の１つを上記アンテナシステムの１つに選択的に結合するために上記スイッチマトリクスを制御する制御器と、異なるアンテナシステムへの異なる無線機とを含みうる。一実施形態において、無線信号が上記第１の放射素子を通過し、上記位相シフト素子を通過して、上記第２の放射素子に送られる。他の実施形態において、上記第１の放射素子は、放射素子として協働するダイポール部分およびＨ部分を備える、下部の放射素子であり、上記第２の放射素子は、端部の放射素子であり、無線信号は、上記位相シフト素子に結合される上記下部の放射素子の端部に送られる。他の実施形態において、上記埋め込まれたアンテナは、上記位相シフト機能を使っているのではなく、むしろ、上記所要の指向性パターンを形成するために上記筐体内の他の要素からの反射を活用している。
【００１８】
この発明の他の特徴および利点は、以下の詳細な説明および添付の図面を概観した後に、当業者にとって、より容易に明白になるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
これらおよび他の形態、この発明の利点および詳細は、その構造および操作の双方に関して、同様の参照番号が同様の部分を参照する添付図面の調査によって、一部収集されうる。上記図面は必ずしも実寸図示したものではなく、この発明の原理を図解するのに重点が置かれている。
【図１Ａ】無線通信デバイスの斜視図を含む。
【図１Ｂ】図１Ａに図示された無線通信デバイスについての断面図である。
【図２】図１Ａに図示された通信デバイスのようなデバイス内で用いられうるアンテナの実施形態の平面図である。
【図３】図１Ａに図示された通信デバイスのようなデバイス内で用いられうるアンテナの実施形態の平面図である。
【図４】図１Ａに図示された通信デバイスのようなデバイス内で用いられうるアンテナの実施形態の平面図である。
【図５】図１Ａに図示された通信デバイスのようなデバイス内で用いられうるアンテナの実施形態の平面図である。
【図６】図１Ａに図示された通信デバイスのようなデバイス内で用いられうるアンテナの他の実施形態の平面図である。
【図７】図１Ａに図示された通信デバイスのようなデバイス内で用いられうるアンテナシステムの実施形態の平面図である。
【図８】図１Ａに図示された通信デバイスのようなデバイス内で用いられうるアンテナのさらなる実施形態の平面図である。
【図９】図１Ａに図示された通信デバイスのようなデバイス内で用いられうるアンテナの他の実施形態の平面図である。
【図１０Ａ】第１のアンテナシステムを含むキャリアの第１の側面の平面図である。
【図１０Ｂ】第２のアンテナシステムを含む、図１０Ａで図示されたキャリアの第２の側面の平面図である。
【図１１Ａ】アンテナシステムの一部を含むキャリアの第１の側面の平面図である。
【図１１Ｂ】アンテナシステムの他の部分を含む、図１１Ａで図示されたキャリアの第２の側面の平面図である。
【図１２】アンテナシステムの他の実施形態の斜視図である。
【図１３】アンテナシステムの他の実施形態の斜視図である。
【図１４】複数のアンテナシステムを含む無線通信デバイスの筐体の斜視図である。
【図１５】無線通信デバイスの実施形態の機能ブロック図である。
【図１６】無線通信デバイスの他の実施形態の機能ブロック図である。
【図１７】無線通信デバイスのさらに他の実施形態の機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
ここで開示されるような、ある実施形態は、広帯域の無線インタフェース（ｂｒｏａｄｂａｎｄ  ｗｉｒｅｌｅｓｓ  ａｉｒ  ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）に関する通信のための方法、デバイスおよびシステムを提供する。この説明を読んだ後に、様々な代替可能な実施形態および適用例においてこの発明の実施の方法が明白になるだろう。しかしながら、ここでこの発明の様々な実施形態が説明されるが、これらの実施形態が制限ではなく実施例のみとして示されることが理解される。そのようなものとして、様々な代替可能な実施形態についてのこの詳細な説明は、添付された請求項で示されるような、この発明の範囲や幅を制限するために解釈されるべきでない。
【００２１】
一実施形態において、アンテナは、無線周波数信号を送受信するためにアンテナを用いるデバイスの筐体内に含められうる。上記アンテナは、所望の方向、あるいはパターンに放射し、かつ、オムニ指向性アンテナと比較して、送信された信号の方向やパターンにおいて正の利得を与えるように構成されうる。一形態において、アンテナは、所望のビームパターンを協働して形成するアンテナ素子の配置を含む。上記アンテナ素子の配置および上記素子に与える信号の位相関係は、ビームパターンを形成するために用いられ得る。また、デバイスの筐体内の上記アンテナ素子の位置および、上記デバイス内の他の電子部品に対するアンテナ素子の配置は、所望のビームパターンを形成するのに用いられうる。例えば、上記デバイスの上記筐体がプラスチックで作られている場合、上記筐体は、アンテナ素子の配置や位相整合を決定するときに考慮されうる上記アンテナシステムに「塑性負荷」を与えうる。さらに、上記デバイスにおいて、他の電子部品およびプリント回路基板（ＰＣＢ）の配置は、上記アンテナに負荷を与え、アンテナ素子の配置や位相整合を決定するときに考慮されうる。一実施形態において、筐体に封入されたアンテナは、上記筐体内の他の構成要素に作用し、そして相互作用する場合に、所望のビームパターンを形成するように構成されている。
【００２２】
一実施形態において、上記アンテナは、それらが所望のビームパターンにおける上記アンテナシステムの利得を協働して増加させるように、配置されうるアンテナ素子を含む。２以上のアンテナ素子を用いることで、上記アンテナシステムの比較的より小さい部分に他の構成要素の負の効果を制限することにより、上記筐体の上記システムの他の構成要素の負の効果を減少できる上記アンテナシステムの全長を増加させられる。一形態において、上記２以上のアンテナは、異なるアンテナのパターンを同時にあるいは選択的に提供するために用いられる。
【００２３】
以下の説明において、多くの長さおよび距離が、上記アンテナに用いられる無線周波数の波長の点から表現される。例えば、上述のアンテナシステムは、およそ２．０ギガヘルツ（ＧＨｚ）、５．０Ｇｈｚ、あるいは他の選択された周波数のような、いかなる所望の周波数（あるいは周波数に集中したバンド）における操作のため構成されうる。当然のことながら、波長（λ）が用いられる場合、それは、無線周波数が通過する材料の誘電体の効果（λｄ）が通常考慮されることになっている。このように、以下の議論において特に言及しない限り、波長は、上記無線周波数が通過する材料の誘電体の効果（λｄ）が考慮される。
【００２４】
一実施形態において、アンテナは、アンテナ素子および配列のような位相関係で配列される位相シフト素子を含む。アンテナ素子および位相シフト素子は、所望の方向、パターンのアンテナの放射されたビームパターンを導くように協働する。また、上記アンテナは、回路カード、筐体内のプリント回路基板（ＰＣＢ）組立、上記筐体内の主要構成要素、しばしば筐体の塑性負荷とみなされる上記筐体自体に関連した上記アンテナの位置を考慮するように、アンテナ素子および位相シフト素子も配列されうる。
【００２５】
図１は、無線通信デバイス１００の斜視図を含む。上記通信デバイス１００は外ケースまたは筐体１０２を含む。図１Ｂは、図１Ａに図示された無線通信デバイスについての断面図である。図１Ｂで示されるように、多層回路でありうるプリント回路基板（あるいは他の適当なキャリア）１０４がケースで囲まれる。プリント回路基板はまたグランドプレーン１０６を含みうる。通信デバイス内に含まれた回路素子、半導体チップ、電源および他の構成要素は、プリント回路基板１０４に配置された構成要素１１０ａ〜ｅとして一般に表わされる。一実施形態において、上記通信デバイスは、プリント回路基板１０４に配置された無線機を含む無線ネットワークカードの構成要素を含む。代わりに、上記通信デバイスは、無線ルータ、モバイルのアクセスポイントあるいは他のタイプの無線通信デバイスになりえる。
【００２６】
一実施形態において、上記デバイス１００におけるアンテナシステム１０８は、パッシブフェイズドアレーである。パッシブフェイズドアレーは、あるいはアンテナ素子１２２、例えば、位相反転器または遅延素子を含むかもしれない位相シフト素子、１２４、また第２の放射、あるいはアンテナ素子１２６を含む。上記通信デバイスの上記無線機は、接続部１２８を介して無線信号を送受信する第１のアンテナ素子に連結される。一実施形態において、接続部１２８は同軸ケーブルおよび適切なコネクターである。あるいは、接続部１２８は上記プリント回路基板１０４への第１のアンテナ素子１２２の端に接続されたピン（図示せず）の接合によりなすことができる。
【００２７】
一実施形態において、第１および第２のアンテナ素子１２２および１２６は、選択された周波数で所望の放射を達成するために、それらの電気的な長さを選択する導体になりえる。例えば、導体は回路基板あるいは他の適当なキャリア上でのトレースになりえる。別の実施例において、導体は、プリント基板や基板またはキャリアのような回路基板に付けられた、あるいは貼り付けられる配線の長さ、あるいは上記筐体の壁になりえる。上記導体の長さは例えば、作動頻度、導電材の誘電性の値、導体の波形率などに基づいて選択することができる。
【００２８】
一実施形態において、上記位相シフト素子１２４は位相や遅れ、信号を１８０度ずつ変える。上記位相シフト素子によって、上記二つのアンテナ素子１２２と１２６は、所望のアンテナ放射あるいはビームまたはパターンを生成するアンテナシステム１０８全体に付加的な利得効果を有する。他の実施形態において、上記２つのアンテナ素子間の所望の連結を得るために、上記位相シフト素子１２４は、いずれかの所望量によって第２のアンテナ素子１２６に送る信号の位相をシフトしてもよい。
【００２９】
一実施形態において、ピンダイオードのようなスイッチ１３０は、第１のアンテナ素子１２２と位相シフト素子１２４の間に配置される。制御線はスイッチ１３０を制御するために用いられうる１３２である。スイッチが閉の場合、アンテナシステム１０８は上述の方法で作動する。スイッチが開の場合、第１のアンテナ素子１２２だけが使用可能である。このように、スイッチは、アンテナ１００が２つの異なったパターンを持つことを可能にする。
【００３０】
さらに、第１のアンテナ素子１２２および／または第２のアンテナ素子１２６は、構成要素（図示せず）のスイッチがオンあるいはオフの場合、上記アンテナ素子の共振周波数を変更することができる、切り替えられた上記構成要素を含むかもしれない。上記切り替えられた構成要素は、それらの共振周波数を変更することができるように上記アンテナ素子を設定可能にする能力を与える。上記アンテナ素子の共振周波数の変更は、上記素子を電気的に延長するか短くすることと見なされるかもしれない。このように、上記アンテナ素子の各々は、関連する切り替えられた構成要素の状態に依存して、異なった周波数で共振するために構成されうる。一実施形態において、１つの切り替えられた構成要素だけが、上記アンテナ素子のうちのただ一つだけが用いられる。上記切り替えられた構成要素は、制御線、あるいは信号経路に加えられたバイアス電圧で制御されうる。
【００３１】
一実施形態において、第１のアンテナ素子１２２、第２のアンテナ素子１２６および位相シフト素子１２４は、すべて設定可能になりえる。例えば、上述したように、上記アンテナ素子は設定可能になりえる。上記位相シフト素子は、例えば、電気的にショートした位相シフト素子の部分が位相シフト素子１２４の全長あるいは遅れを有効に減少させる、切り替えられた構成要素を含めることにより構成されうる。このように、上記アンテナおよび位相シフト素子は、異なった放射パターンを協働して作成するように、異なった方法で構成されうる。他の実施形態において、位相シフト素子は、上記位相シフト素子によってもたらされた位相シフトを変更するためにその全長を増加する場合がある。さらに、上記アンテナおよび位相シフト素子は、異なる周波数において作動し、あるいは共振するために構成されうる。
【００３２】
一実施形態において、上記アンテナ素子は上記通信デバイス１１０ａ〜ｅの構成要素の上に配置され、プリント回路基板の面と平行に一般に配置される。この方向は、例えば、上記プリント回路基板上の同じアンテナシステムに関連したそれらの構成要素の離調効果を減少させることができる。
【００３３】
一実施形態において、上記アンテナシステムがより多くの指向性アンテナパターンを生成するために、プリント回路基板１０４のグランド層１０６は反射器として働くことができる。反射量は、上記アンテナシステムとグランド層との間の距離によって影響を受ける。例えば、伝送経路において伝送された信号のおよそ４分の１の波長（λｄ／４）の範囲内の距離は、充分な反射を与えるだろう。
【００３４】
上記筐体１００はアンテナシステム１０８への負荷として働くだろう。例えば、上記筐体の壁、上面および底面に関連した上記アンテナ素子の位置は、上記アンテナシステム１０８によって生成されたビームパターンを修正できる。上記筐体の壁厚、上記筐体の構造で用いられる材料などの筐体の特徴は、所望の放射パターンを生成するための上記アンテナ素子の設計および配置において考慮されうる。
【００３５】
図２は、図１Ａに図示された通信デバイスのようなデバイス内で用いられうるアンテナ２００の実施形態の平面図である。上記アンテナ２００は、タブ２０４から位相シフト素子２０６に及ぶ、第１のアンテナ素子２０２を含む。一実施形態において、タブ２０４は、例えば、アンテナに無線機を接続するストリップラインに、またはそれを経由して、プリント回路基板あるいは他のキャリアにはんだ付けされうる。一実施形態において、第１のアンテナ素子２０２の寸法は、伝送経路において伝送された信号のおよそ２分の１の波長（λｄ／２）である。この実施形態において、上記位相シフト素子２０６は、上記伝送経路において伝送された信号の２分の１の波長（λｄ／２）の遅延線として構成される。
【００３６】
図２の実施例において、第２のアンテナ素子２０８は、位相シフト素子２０６の出力に連結される。上記第２のアンテナ素子２０８の反対側の端部は、伝送経路において伝送された信号のおよそ４分の１の波長（λｄ／４）の反射距離である、第２の位相シフト素子、すなわち遅延線２１０に連結される。上記反射距離は、上記アンテナが用いられる周波数範囲、上記伝送経路の誘電率および上記アンテナの所望の効率を考慮に入れて選択されうる。一実施形態において、第２のアンテナ素子２０８の反対側の位相シフト２１０の端部は、上記アンテナ２００のための接地接続にはんだづけされる。この実施形態において、上記アンテナは、機械的なサポートおよび信号の接続をするための、プリント回路基板への２つの接続点を有する。
【００３７】
図３は、図１Ａに図示された通信デバイスのようなデバイス内で用いられうるアンテナ３００の他の実施形態の平面図である。上記アンテナ３００は、図２のアンテナ２００と同様に、第１のタブ３０４から延在する、第１のアンテナ素子３０２を含む。第１のアンテナ素子３０２の反対側の端部は位相シフト素子３０６に連結される。位相シフト素子の反対側の端部は第２のアンテナ素子３０８に連結される。この実施形態において、第２のアンテナ素子３０８の反対側の端部は電気的に開であり、未結合である。
【００３８】
図４は、図１Ａに図示された通信デバイスのようなデバイス内で用いられうるアンテナ４００の他の実施形態の平面図である。上記アンテナ４００は図２のアンテナ２００と同様であり、第１のタブ４０４から延在する、第１のアンテナ素子４０２を含む。第１のアンテナ素子４０２の反対側の端部は、位相シフト素子４０６に連結される。位相シフト素子の反対側の端部は、第２の位相シフト素子４１０にその反対側の端部を接続する、第２のアンテナ素子４０８に連結される。第２の位相シフト線４１０は第２のタブ４１２に連結される。図４のアンテナ４００は図２のアンテナ２００とは異なった周波数で動作するように構成される。例えば、第１および第２のアンテナ素子４０２および４０４は、異なった材料で構築するか、あるいは異なった波形率を有する。図４の実施例において、位相シフト素子４０８および４１０は、異なった材料で構築されるか、異なった波形率を有することにより、異なった周波数で所望の位相シフトを提供できる。例えば、図４の第１および第２の位相シフト素子４０６および４１０の全長は、図２の位相シフト素子２０６および２１０の全長よりも短いかもしれない。
【００３９】
図５は、図１Ａに図示された通信デバイスのようなデバイス内で用いられうるアンテナ５００の他の実施形態の平面図である。上記アンテナ５００は図４のアンテナ４００と同様であり、第１のアンテナ素子４０２、第１のタブ４０４、位相シフト素子４０６、第２のアンテナ素子４０８、第２の位相シフト素子４１０および第２のタブ４１２を含む。アンテナ５００は、また第２のアンテナ素子４０８に連結された負荷５０２を含む。上記負荷５０２は、第２のアンテナ素子の共振周波数およびアンテナ整合を変更するために選択されうる。
【００４０】
図５は第２のアンテナ素子４０８に連結された負荷５０２の実施例を図示しているが、他の実施形態において、負荷は、上記アンテナ５００における他の素子に連結されうる。さらに、負荷はアンテナ５００において２以上の素子に連結されうる。また、アンテナ素子に連結されたり、外れたり、切り替えられうるように、上記負荷は構成されうる。
【００４１】
図６は、図１Ａに図示された通信デバイスのようなデバイス内で用いられうるアンテナ６００の他の実施形態の平面図である。図６に示されたアンテナ６００は、図４のアンテナ４００と同様であり、第１のアンテナ素子６０２、第１のタブ４０４、位相シフト素子４０６、第２のアンテナ素子４０８、第２の位相シフト素子４１０および第２のタブ４１２を含む。図６００の実施例において、上記第１のアンテナ素子６０２には、図４の第１のアンテナ素子４０２とは異なる波形率がある。図６の第１のアンテナ素子６０２の異なった波形率は、図４において第１のアンテナ素子４０２の共振周波数からの第１のアンテナ素子６０２の共振周波数を変更できる。
【００４２】
図７は、図１Ａに図示された通信デバイスのようなデバイス内で用いられうるアンテナ７００の実施形態の平面図である。図７に示された実施例において、上記アンテナシステム７００は、ポリマーまたはプラスチック成型７２０に入れられた、図４に示されるようなアンテナ４００を含む。通常、ケーシングはアンテナの誘電率を変更する。例えば、ポリマーまたはプラスチックのケーシングは、通常より小さな（より短い）アンテナ素子を同様に考慮するλｄを通常減少させる。上記アンテナの導体素子は、型押しされた銅片あるいは基板上でパターンのある伝導性のフォイルとして、低費用で製造される。あるいは、上記ケーシングは、鋳型に注入された鋳型および導体材料を含むかもしれない。上記アンテナ上の上記ケーシングは、全面的なデバイスの組立を大いに単純化することができる真空ピックアンドプレース機による使用に適している平面を含むかもしれない。この実施形態がＲＦコネクターあるいは同軸ケーブルを必要としないことが注目される。上記アンテナは、回路基板アセンブリーと容易に結合する、別個の、あらかじめ調整されたアセンブリーになりえる。他の実施形態において、アンテナの異なった形態はすっぽりと包まれうる。
【００４３】
図８は、図１Ａに図示された通信デバイスのようなデバイス内で用いられうるアンテナ８００の実施形態の平面図である。図８に図示された上記アンテナは、プリント回路基板あるいは他の適当なキャリア、あるいはバッキングの小片上で銅トレースとして形成されうる。図８に示された実施形態において、上記アンテナシステム８００は、接地接続８０４を含むＨ部分８０２を含む。上部のダイポール部分８０６は、無線機に上部のダイポール部分８０６を連結する伝送経路接続８０８を含む。上部のダイポール部分８０６およびＨ部分８０２は総体として下部の放射素子とされ、放射素子として協働する。一実施形態において、上部のダイポール部分８０６およびＨ部分８０２は、ダイポールアンテナのように作用するように協働する。上部のダイポール部分８０６は位相シフト素子８１０に連結される。一実施形態において、位相シフト素子８１０は上記伝送経路において伝送された信号のおよそ２分の１の波長（λｄ／２）の遅延線である。位相シフト素子８１０の反対側の端部は端部の放射素子８１２に連結される。上記端部の放射素子８１２および下部の放射素子は、所望のアンテナパターンを形成するためにアンテナシステム８００全体に付加的な利得効果を有する。Ｈ部分８０２は、またアンテナ整合およびチューニングのため、さらなる特徴を提供する。
【００４４】
一実施形態において、ピンダイオードのようなスイッチ８１４は、下部の放射素子と位相シフト素子８１０の間に配置される。他の実施形態において、スイッチ８１４は位相シフト素子８１０に沿って所望の場所に配置される。制御線（示されない）はスイッチ８１４を制御するために用いられうる。スイッチ８１４が閉の場合、アンテナシステム８００は上述の方法で作動する。スイッチ８１４が開の場合、下部の放射素子だけが機能する。このように、スイッチ８１４は、アンテナシステム８００が二つの異なった放射、ビーム、パターンを有することができる。
【００４５】
さらに、より低い放射素子および／または端部の放射素子８１２は、構成要素（図示せず）のスイッチがオンあるいはオフの場合、上記アンテナ素子の共振周波数を変更することができる、切り替えられた上記構成要素を含むかもしれない。上記切り替えられた構成要素は、それらの共振周波数を変更することができるように上記アンテナ素子を設定可能にする能力を与える。上記アンテナ素子の共振周波数の変更は、上記素子を電気的に延長するか短くすることと見なされるかもしれない。このように、上記アンテナ素子の各々は、関連する切り替えられた構成要素の状態に依存して、異なった周波数で共振するために構成されうる。一実施形態において、１つの切り替えられた構成要素だけが、上記アンテナ素子のうちのただ一つだけが用いられる。上記切り替えられた構成要素は、制御線、あるいは信号経路に加えられたバイアス電圧で制御されうる。
【００４６】
図９は、図１Ａに図示された通信デバイスのようなデバイス内で用いられうるアンテナ９００の他の実施形態の平面図である。図９に図示された上記アンテナシステムは、多数のアンテナ素子からなるアンテナシステムの一例を図示する。図９に示されるように、アンテナシステム９００は第１のアンテナ素子９０２、第１の位相シフト素子９０４、第２のアンテナ素子９０６、第２の位相シフト素子９０８および第３のアンテナ素子９１０を含む。図９の実施例は３つのアンテナ素子および二つの位相シフト素子を示しているが、どんな所望の数のアンテナ素子および位相シフト素子でもアンテナシステムの中で用いることができる。一実施形態において、第１のアンテナ素子９０２の寸法はおよそ４分の１の波長（λｄ／４）である。そして、位相シフト素子および他のアンテナ素子は、伝送経路において伝送された信号のおよそ２分の１の波長（λｄ／２）である。他の実施形態において、素子は波長の他の分数になりえる。
【００４７】
図１０Ａは、回路基板か基板のようなキャリア１００１の第１の側面の平面図である。図１０Ａに示されるように、キャリアまたは回路基板１００１の第１の側面１００６は、第１の周波数で作動するように構成されうる第１のアンテナ１００２を含む。図１０Ｂは、図１０Ａで図示されたキャリア１００１の第２の側面の平面図である。図１０Ｂに示されるように、キャリア１００１の第２の側面１００８は、第２の周波数で作動するように構成されうる第２のアンテナ１００４を含む。このように、図１０ＡおよびＢに図示された上記アンテナシステムは、２重のバンドアンテナとして２つの異なった周波数で作動できる。他の実施形態において、追加のアンテナシステムは、多重バンドアンテナを有するためにキャリア１００１に含まれうる。他の実施形態において、第１および第２のアンテナは同じ周波数で作動するように構成されうる。アンテナ１００２および１００４は、図２〜９に図示された実施例のうちのどれに従っても実装されうる。
【００４８】
図１１Ａは、アンテナシステムの一部を含むキャリアの第１の側面の平面図である。図１１Ａに示されるように、キャリアまたは回路基板の１１０１の第１の側面１１０４は、第１のアンテナ素子１１１０、位相シフト素子１１１２および第２のアンテナ素子１１１４の一部のような、アンテナ１１０２の一部を含み得る。図１１Ｂは、図１１Ｂは、アンテナシステムの他の部分を含む図１１Ａに図示されたキャリアの、第２の側面の平面図である。図１１Ｂに示されるように、第２のアンテナ素子１１１４は、同じＰＣＢ上を経由した、あるいは製造された、キャリアまたは回路基板の１１０１の第２の側面まで及ぶ。他の実施形態において、アンテナは、キャリアか回路基板の第２の側面上のキャリアまたは回路基板１１０１の端部まわりに続く。アンテナ素子がキャリアの第２の側面まで及ぶ効果は、第１のアンテナ素子、第２のアンテナ素子、あるいは位相シフト素子の長さに沿って、いかなる場所にも位置されうる。一実施形態において、２以上の要素が、所望の周波数で共振する、異なったバンドあるいは多重バンドにある場合がある。アンテナ１１０２は、図２〜９に図示された実施例のうちのどれに従っても実装されうる。
【００４９】
図１２はアンテナシステムの他の実施形態の斜視図である。図１２に示されるように、キャリア、または回路基板は、２つの部分１２００および１２０１を含む。２つの部分はお互いに角度をなしうる。例えば、それらはお互いに直交し、あるいは６０度、４５度、あるいは所望の角度にある場合がある。一実施形態において、キャリア部１２００および１２０１は各々アンテナシステム１２０２および１２０４を含む。他の実施形態において、キャリア部１２００および１２０１上のどんな所望の数のアンテナシステムもあり得る。また、各部のアンテナシステムの数は異なってもよい。一実施形態において、２つのキャリア部１２００および１２０１は付けられる２つの別個の部分である。他の実施形態において、２つのキャリア部は単一ユニットである。アンテナ１２０２および１２０４は、図２〜９に図示された実施例のうちのどれに従っても実装されうる。
【００５０】
図１３はアンテナシステムの他の実施形態の斜視図である。図１３において、図１２の実施形態と同様に、キャリア、または回路基板は、２つの部分１３００および１３０１を含む。２つの部分はお互いに角度をなしうる。例えば、それらはお互いに直交し、あるいは６０度、４５度、あるいは所望の角度にある場合がある。一実施形態において、キャリア部１３００および１３０１は各々、少なくともアンテナシステム１３０２の一部を含む。例えば、図１３の実施例において、第１の部分１３００は第１の放射素子１３１０、位相シフト素子１３１２および第２の放射素子１３１４の一部を含む。第２の放射素子１３１４はキャリアの第２の部分１３０１上に延在する。他の実施形態において、キャリアの第２の部分１３０１上に延在するアンテナ１３０２の部分は、アンテナ１３０２のいずれかの部分になりえる。また、他の実施形態において、キャリア部１３００および１３０１上のどんな所望の数のアンテナシステムもあり得る。また、各部のアンテナシステムの数は異なってもよい。一実施形態において、２つのキャリア部１３００および１３０１は付けられる２つの別個の部分である。他の実施形態において、２つのキャリア部は単一ユニットである。アンテナ１３０２は、図２〜９に図示された実施例のうちのどれに従っても実装されうる。
【００５１】
他の実施形態において、図１２および１３に示されたキャリアのようなキャリアは、フレキシブル、固い、平面、曲面でもよい。キャリアは型をとられるか、あるいは筐体の付属物のような拘束によって、形状が保持されうる。他の実施形態において、アンテナはキャリアの複数の部分を横切って測ることができる。キャリアの部分は、いかなる所望の角度でも互いに整列されうる。
【００５２】
他の実施形態において、２以上のアンテナシステムはダイバーシティシステムの中で用いられうる。図１４は、複数のアンテナシステムを含む無線通信デバイスの筐体１４００の斜視図である。図１４で例示されるように、デバイス１４００は略長方形である。他の実施形態において、上記筐体は、楕円形、円形、あるいは他の不揃いな形状のような、他の形状になりえる。
【００５３】
図１４に示された実施例において、筐体１４００は４つのアンテナシステム１４０２、１４０４、１４０６および１４０８を含む。各アンテナシステム１４０２、１４０４、１４０６および１４０８は、筐体１４００の側壁のうちの１つに沿って整列される。アンテナシステムは図２〜１３に図示された実施例のうちのどれに従っても実装されうる。一実施形態において、各アンテナシステムはそれぞれ一般に外へ、そしてアンテナシステムに対して垂直に延在するビームパターンを生成するように構成される。
【００５４】
図１４の実施例は、４つのアンテナシステム１４０２、１４０４、１４０６および１４０８を含むが、他の実施形態において、異なる数のアンテナシステムが用いられうる。例えば、筐体は、１、２、３、４、それ以上のアンテナシステムを使用しうる。同様に、アンテナシステムの異なる指向性が、所望のビームパターンを生成するのに使用されうる。
【００５５】
ここで説明されているアンテナシステムは、様々な無線通信プロトコル及び様々な周波数範囲において用いられうる。例えば、上記システムは、周波数領域で、約２ギガヘルツ及び５ギガヘルツを中心としたバンドを有して、用いられうる。
【００５６】
ここで説明されている実施形態は、さまざまな無線システムに結合し、用いられる上述のシステムの組み合わせである。図１５は図２〜１３に示されたアンテナのような多くのアンテナを用いる無線通信デバイス１５００の実施形態の機能ブロック図である。無線デバイス１５００は、例えば、無線ルータ、モバイルアクセスポイント、無線ネットワークアダプタ、あるいは他のタイプの無線通信デバイスがあり得る。さらに、無線デバイスはＭＩＭＯ（多入出力）（ｍｕｌｔｉｐｌｅ−ｉｎ  ｍｕｌｔｉｐｌｅ−ｏｕｔ）技術を用いることができる。無線デバイス１５００は無線システム１５０４と通信する２つのアンテナシステム１５０２ａおよび１５０２ｂとを含む。他の実施形態において、アンテナ１５０２とは異なる数が使用されるかもしれない。図１５に示された例では、各アンテナは、予定されたパターンで放射するために構成される。他の実施形態において、異なるパターンで放射するために制御可能にアンテナは構成される。
【００５７】
無線システム１５０４は無線サブシステム１５２２を含む。図１５の実施例において、無線サブシステム１５２２は、２つの無線機１５１０ａおよび１５１０ｂを含む。他の構成において、無線機１５１０の異なる数が含まれる。無線機１５１０ａおよび１５１０ｂはＭＩＭＯ信号処理モジュール、あるいは信号処理モジュール１５１２と通信する。無線機１５１０ａおよび１５１０ｂは、アンテナ１５０２ａおよび１５０２ｂによって送信される無線信号を生成し、アンテナの１５０２ａおよび１５０２ｂからの無線信号を受け取る。一実施形態では、スイッチマトリクス、またはスイッチの多数である１５０６が、選択されたアンテナシステム１５０２ａおよび１５０２ｂを無線機に結合するために、ライン１５０８ａおよび１５０８ｂを送受信するために選択的に無線機１５１０ａおよび１５１０ｂを結合する。制御器１５０７は、選択的に所望のアンテナシステム１５０２ａおよび１５０２ｂに、ライン１５０８ａおよび１５０８ｂを結合するために、スイッチマトリクス１５０６の操作を制御できる。他の実施形態において、各アンテナ１５０２ａおよび１５０２ｂは単一の対応する無線機１５１０ａおよび１５１０ｂに結合される。各無線機が送受信ライン１５０８ａおよび１５０８ｂの送受信によって対応するアンテナと通信するとして図示されているが、より多くのラインが用いられうる。
【００５８】
信号処理モジュール１５１２は、ＭＩＭＯ処理を実装する。ＭＩＭＯ処理は、当業者によく知られ、またアンテナ１５０２ａおよび１５０２ｂを使用している２以上の無線チャネルに情報を送って、複数の無線チャネルおよびアンテナを介して情報を受け取るための処理を含む。信号処理モジュールは、多重アンテナを通してただ一つのデータストリームの中に受け取られた情報を結合できる。信号処理モジュールは、無線システムのメディアアクセス制御（ｍｅｄｉａ  ａｃｃｅｓｓ  ｃｏｎｔｒｏｌ）（ＭＡＣ）機能のいくつか、またはすべてを実装し、ＭＩＭＯシステムとして機能するように無線機の操作を制御するかもしれない。一般に、ＭＡＣ機能は、通信デバイスとの送受信に１以上の物理チャネルにおける利用可能帯域幅を割り当てるために作動する。ＭＡＣ機能は、優先事項による様々なサービスとそれらのサービスの質によって課されたルールの間の利用可能帯域幅を割り当てることができる。さらに、ＭＡＣ機能は、ＴＣＰ／ＩＰのような上位層と、物理チャネルのような物理的な層との間の送信データを送信するために作動する。ここに図の特定の機能ブロックまで説明された機能のつながりは記述の容易さのためだけのものである。様々な機能をブロックの中で動かして、ブロックを超えて共有されて、様々に分類される。
【００５９】
中央演算処理デバイス（ＣＰＵ）１５１４は上記信号処理モジュール１５１２と通信する。上記ＣＰＵ１５１４は信号処理モジュール１５１２とＭＡＣ機能のいくつかを共有しうる。さらに、上記ＣＰＵはデータ通信量制御モジュール１５１６を含み得る。データ通信量コントロールは、例えば、ＤＳＬ接続、そして、または、ＴＣＰ／ＩＰルーティングのようなデータ通信量に関連したルーティングを含み得る。信号処理モジュール１５１２とＣＰＵ１５１４の両方によってアクセスされうる共通または共有のメモリ１５１８を使用できる。これはＣＰＵと信号処理モジュールの間のデータパケットの効率の良い輸送を考慮する。
【００６０】
一実施形態において、上記ＣＰＵ１５１４は、上記アンテナ１５０２ａおよび１５０２ｂの上記図示しないスイッチモジュールを制御できる。例えば、ＣＰＵ１５１４は、アンテナ１５０２ａおよび１５０２ｂでスイッチを構成するために制御信号を提供できる。あるいはまた、ＣＰＵ１５１４は、アンテナ１５０２ａおよび１５０２ｂの図示しない制御器に、上記スイッチモジュールの所望の構成を示す信号を提供でき、そして、アンテナの制御器は上記スイッチモジュールを制御できる。他の実施形態では、スイッチモジュールを制御するための制御信号が無線信号に結合されうる。
【００６１】
一実施形態において、コミュニケーションリンクに関する各送信および／または受信信号の信号品質メトリック（ｓｉｇｎａｌ  ｑｕａｌｉｔｙ  ｍｅｔｒｉｃ）は、アンテナのどのビームパターン方向が好まれるか、例えばＲＦ信号を発信あるいは受信するのが望まれるのはどの方向かを決定するのにモニターされうる。信号品質メトリックは上記ＭＩＭＯ信号処理モジュール１５１２から提供されうる。ＭＩＭＯ信号処理モジュールは、無線通信デバイス１５００と無線通信デバイスが交信する予定であるステーションとの間のコミュニケーションリンクの信号品質メトリックをする前に、ＭＩＭＯ処理を考慮に入れる能力を有する。例えば、各コミュニケーションリンクのために、上記信号処理モジュールは受信ダイバーシチ、最大比合成、および空間多重方式の各ＭＩＭＯ技術から選択できる。また、異なった無線機に接続された異なったアンテナのアンテナパターンが指向性であるという事実を利用する間、送信か受信のどちらか、あるいはその両方のダイバーシチを用いて、このように効果的にどの無線機を動かしたら良いかを選択する技術も使用できる。例えば、データスループットまたはエラー率のような信号処理モジュールから受信した信号品質メトリックは、用いられているＭＩＭＯ技術に基づいて変えられる。受信した信号強度のような信号品質メトリックも、１つ以上の無線機１５１０ａおよび１５１０ｂから供給されうる。上記信号品質メトリックは、どのアンテナ、および使用するのが望ましい上記アンテナのビームパターンの方向を決定または選択するのに用いられうる。例えば、上記信号品質メトリックは、アンテナ１５０２ａおよび１５０２ｂのスイッチモジュールの所望の構成を決定するのに用いられうる。
【００６２】
他の実施形態では、上記無線通信デバイス１５００はスイッチマトリクス１５０６を含まない。この実施形態では、各無線機１５１０ａおよび１５１０ｂは、送受信線１５０８ａおよび１５０８ｂによって、それぞれアンテナ１５０２ａおよび１５０２ｂに結合される。この構成では、信号処理モジュール１５１２、ＣＰＵ１５１２、または他のモジュールは、デバイス１５００の操作の間に１つのラジオか他のラジオを選ぶことができる。
【００６３】
図１６は、図２〜１３に表現されるように、１以上のアンテナでありうるアンテナシステム１６１２を使用するかもしれない無線通信デバイス１６００の他の実施形態の機能ブロック図である。無線デバイス１６００は、例えば、無線ルータ、モバイルアクセスポイント、適合された無線ネットワーク、あるいは他のタイプの無線通信デバイスでもよい。図１６の実施形態では、上記通信デバイス１６００は、無線システム１６０４と通信するアンテナシステム１６０２を含む。図１４の例では、無線システム１６０４は無線モジュール１６０６、プロセッサモジュール１６０８、およびメモリーモジュール１６１０を含む。上記無線モジュール１６０６はプロセッサモジュール１６０８と通信する。上記無線モジュール１６０６は、上記アンテナシステム１６０２によって送信され、上記アンテナシステムからの無線信号を受信する無線信号を生成する。
【００６４】
上記プロセッサモジュール１６０８は、上記無線システム１６０４用のメディアアクセス制御（ＭＡＣ）機能のいくつか又はすべてを実装し、無線モジュール１６０６の上記操作を制御しうる。一般に、ＭＡＣ機能は、通信デバイス１４００へおよび通信デバイス１４００からの送信について１以上の物理チャネルの利用可能帯域幅を割り当てるために作動する。ＭＡＣ機能は優先度に基づく様々なサービスとそれらのＱｏＳによって課されたルールとの間の利用可能帯域幅を割り当てることができる。さらにＭＡＣ機能は、ＴＣＰ／ＩＰのような上位層と、物理チャネルのような物理層との間でデータを移動するために作動できる。ここに図の特定の機能ブロックに説明された機能の関連性は、記述の容易さのためだけのものである。様々な機能がブロック間で動かされ、ブロック間で共有され、様々に分類されうる。上記プロセッサはまた、操作中の一時的保存と同様に、上記デバイス１６００操作中に上記プロセッサモジュール１６０８によって実行されるコードを保存できる上記メモリーモジュール１６１０と通信する。
【００６５】
図１６の例では、上記アンテナ１６０２はセンサ／スイッチモジュール１６１４およびコントロールモジュール１６１６を含む。一実施形態において、上記センサ／スイッチモジュールは、アンテナ１６１２ａおよび１６１２ｂへ、上記無線機モジュール１６０４へ、および上記無線機モジュール１６０４から、信号を通信するために、アンテナ１６１２ａおよび１６１２ｂと、上記無線機モジュール１６０４と通信する。上記センサ／スイッチモジュール１６１４は、所望の構成でビームパターンを形成するために上記アンテナ１６１２ａおよび１６１２ｂを選択する、そして／または、構成する、上記アンテナシステム１６０２のスイッチモジュールを制御するために操作できる。また、上記センサ／スイッチモジュール１６１４は、上記制御器１６１６に信号品質の表示を与えることができ、上記制御器１６１６は、信号品質の表示に基づく所望の構成でアンテナの１６１２ａおよび１６１２ｂを選択する、そして／または、構成するために上記センサ／スイッチモジュール１６１４を制御できる。例えば、スイッチ／センサは伝達信号の反射率を測定できる。上記アンテナは、それぞれの構成において、所望の構成を選択するために比較される、各構成に関連した信号品質表示で設定される。
【００６６】
図１６の説明が、上記アンテナシステム１６０２に位置している上記センサ／スイッチ１６１４について説明する一方で、上記センサ／スイッチは例えば上記無線システムの他の位置でありうる。さらに、上記センサ／スイッチ１６１４によって実行された機能は、全システムの他のモジュールで実行されうる。
【００６７】
図１７は上述の図２〜１３に表現されるように、１つ以上のアンテナでありうるアンテナシステムを含む無線通信デバイス１７００のさらに別の実施形態の機能ブロック図である。無線デバイス１７００は、例えば、無線ルータ、モバイルアクセスポイント、適合された無線ネットワーク、あるいは他のタイプの無線通信デバイスでもよい。図１７の実施形態では、通信デバイス１７００は無線システム１７０４と通信するアンテナシステム１７０２を含む。図１７の例では、無線システム１７０４は無線モジュール１７０６、プロセッサモジュール１７０８、およびメモリーモジュール１７１０を含む。上記無線モジュール１７０６はプロセッサモジュール１７０８と通信する。上記無線モジュール１７０６は、上記アンテナシステム１７０２によって送信され、上記アンテナシステムからの無線信号を受信する無線信号を生成する。
【００６８】
図１７の例では、上記アンテナ１７０２は所望の方向に放射するために構成されうる。上記アンテナが放射する方向は、上記センサ／スイッチモジュール１７１４によって制御されうる。センサ／スイッチモジュール１７１４の操作は、受信した信号強度などのような、信号品質メトリックに対する応答において、上記アンテナシステム１７１２から信号を放射するための所望の方向を選択できる。一実施形態において、上記信号メトリックは上記無線機１７０６から上記プロセッサモジュール１７０８へ通信されうるし、上記プロセッサモジュール１７０６は所望の方向を選択するためにセンサ／スイッチモジュール１７１４を操作する。他の実施形態では、上記センサ／スイッチモジュール１７１４は、信号メトリックの表示を上記プロセッサモジュール１７０８に伝え、そして、上記プロセッサモジュールは所望の構成で上記アンテナを構成するために、センサ／スイッチモジュール１７１４を操作する。
【００６９】
図１７の説明が、上記アンテナシステム１７０２に位置している上記センサ／スイッチモジュール１７１４について説明する一方で、上記センサ／スイッチは、例えば上記無線システムの他の位置でありうる。さらに、上記センサ／スイッチ１７１４によって実行された機能は、全システムの他のモジュールで実行されうる。
【００７０】
他の実施形態では、ここで説明される上記アンテナシステムは、最適化された指向性アンテナシステムという題がつけられた、２００５年８月２２日出願の米国特許出願第１１／２０９，３５８で説明されたシステムと、それを参照することによって組み込まれて、結合されうる。例えば、上記出願の図６に表現されたシステムでは、要素６０２として上述のアンテナシステムが用いられうる。同じことが図７の要素７０３ａ〜ｎおよび図８の要素６０２にも当てはまる。また他の実施形態では、ここで説明される上記アンテナシステムは、最適化された指向性のＭＩＭＯアンテナシステムという題がつけられた、２００６年１２月１９日仮出願の米国特許出願第６０／８７０，８１８で説明されたシステムと、それを参照することによって組み込まれて、結合されうる。例えば、そのケースの図６に表現されたシステムでは、上述されたアンテナシステムが要素６０２として使用されうる。同じことが、図７の要素７０３ａ〜ｎ、図８Ａおよび８ｂの要素８０２ａ〜ｄ、および図１０の要素６０２にも当てはまる。
【００７１】
上記アンテナの様々な特性は、波長や頻度などのパラメータに関する一例として、ここに実施形態で説明される。当然のことながら、提供された例が、所望の特性を示すように電気的に現れる局面を説明する。
【００７２】
開示された実施形態の上述の説明は、当業者が上記発明を作るあるいは用いることができるように提供される。これらの実施形態の多くの変更は、容易に当業者に明らかであろう、そして、この発明の趣旨あるいは範囲から逸脱せずに、ここに定義された原理は他の実施形態に適用されうる。したがって、この発明は、ここに示された実施形態に制限されることを意図しないが、上記原則および開示された新規な特徴と一致した最も広い範囲と一致させられる。
【００７３】
ここで開示された実施形態と関連して説明された、上記様々な実例となる論理ブロック、モジュール、および回路は、一般用途のプロセッサ、ディジタル信号処理（ＤＳＰ）、特定用途向ＩＣ（ＡＳＩＣ）、プログラマブルゲートアレー（ＦＰＧＡ）、他のプログラム可能な論理デバイス、離散的なゲート、トランジスタ論理、離散的なハードウェアの部品、またはここに説明された機能を実行するように設計された上記のどんな組み合わせも、実装あるいは機能されうる。汎用プロセッサはマイクロプロセッサでありうるが、かわりに、上記プロセッサは、いずれかのプロセッサ、制御器、マイクロコントローラ、または状態機械でありうる。また、コンピュータデバイス、例えば、ＤＳＰとマイクロプロセッサ、多くのマイクロプロセッサの組み合わせ、ＤＳＰコア、またはいかなる他のそのような構成のある１台以上のマイクロプロセッサの組み合わせとして、プロセッサは実装されうる。
【００７４】
ここで開示された実施形態との関係で説明される方法あるいはアルゴリズムの上記ステップは、ハードウェア、プロセッサで実行されるソフトウェアモジュール、あるいはその組合せで直接実施化されうる。ソフトウェアモジュールは、ＲＡＭメモリ、フラッシュメモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ、レジスタ、ハードディスク、リムーバブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、またはいかなる他の形式の記憶媒体に存在しうる。典型的な記憶媒体は、上記プロセッサが上記記憶媒体から情報を読込んだり、上記記憶媒体に情報を書込んだりできる上記プロセッサに結合されうる。別の方法では、上記記憶媒体はプロセッサに不可欠である場合がある。上記プロセッサと上記記憶媒体はＡＳＩＣに存在しうる。
【００７５】
さらに、上述した図面およびここで開示された実施形態に関連して説明された、上記様々な実例となる論理ブロック、モジュール、回路、および方法のステップは、電気的なハードウェア、コンピュータソフトウェア、あるいは両者の組合せとして、しばしば実装されうることを当業者は理解するだろう。ハードウェアとソフトウェアのこの互換性を明確に説明するため、様々な実例となる要素、ブロック、モジュール、回路、および方法のステップがそれらの機能性に関して、一般的に上述された。そのような機能性がハードウェアかソフトウェアとして実装されるかどうかは、特定の用途およびシステム全体に課せられた設計の拘束に依存する。当業者は、各特定用途のために、異なった方法で説明された機能性を実装できるが、本発明の範囲からの逸脱を起こすとして、そのような実現決定を妨げられるべきではない。さらに、モジュール、ブロック、回路またはステップの中の機能の組分けは、記述の容易さのためである。この発明から逸脱せずに、特定の機能かステップが、１つのモジュール、ブロックまたは回路から別のものに移されうる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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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１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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