(57)【要約】  本開示は、一般に、１つ又はそれ以上のアンテナを有する、携帯電話機又はウェアラブル装置のような無線通信が可能な任意の装置に関する。簡単なスカラーアンテナ開口同調システム内に、可変リアクタンス（容量性又は誘導性構成要素）アンテナ開口チューナを適用することにより、環境変化又は頭部／手効果の存在下での一定のアンテナ共振周波数の保持が得られる。可変リアクタンスは、外部変数に応答してアンテナの共振周波数を所望の目標周波数に保持するために使用される。そうでなれば、共振を装置の動作周波数からずらしてしまうであろう。外部から誘導される変化に応答してアンテナの共振周波数を調整することにより、アンテナの放射効率が保持される。同時に、アンテナと無線におけるそれぞれの送信／受信経路との間のインピーダンスの不一致を回避することで伝送損失を最小にする。
2018522455.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線フロントエンドと、
アンテナと、
前記アンテナと前記フロントエンドとの間に挿入される電力カプラと、
前記アンテナに結合されたリアクタンス変更装置とを備える装置。
【請求項２】
前記リアクタンス変更装置は可変キャパシタである請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記可変キャパシタは、
複数の微小電気機械コンデンサと、
１つ又はそれ以上の可変強誘電体キャパシタと、
半導体スイッチトキャパシタと、
ＭＥＭＳスイッチドキャパシタと、
それらの組み合わせとを備える請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記リアクタンス変更装置は可変インダクタであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記可変インダクタは、
調整可能なインダクタンスを有する機械的、物理的又は電気的構成要素と、
１つ又はそれ以上のインダクタとを備え、
前記１つ又はそれ以上のインダクタは、１つ又はそれ以上の可変キャパシタと組み合わせて使用され、
前記可変インダクタは、半導体スイッチングインダクタ、又はＭＥＭＳスイッチインダクタを備える請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記１つ又はそれ以上の可変キャパシタは、
複数の微小電気機械コンデンサと、
１つ又はそれ以上の可変強誘電体キャパシタと、
半導体スイッチトキャパシタと、
ＭＥＭＳスイッチドキャパシタと、
それらの組み合わせとを備える請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記リアクタンス変更装置は、
可変キャパシタと、
可変インダクタとを備える請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記可変キャパシタは、複数の微小電気機械コンデンサ、１つ又はそれ以上の可変強誘電体キャパシタ、半導体スイッチトキャパシタ、ＭＥＭＳスイッチドキャパシタ、又はそれらの組み合わせを備え、
前記可変インダクタは、
調整可能なインダクタンスを有する機械的、物理的又は電気的構成要素、
１つ又はそれ以上のインダクタ、
１つ又はそれ以上の可変キャパシタと組み合わせて使用される１つ又はそれ以上のインダクタ、
半導体スイッチングインダクタ、又は
ＭＥＭＳスイッチインダクタを備える請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記１つ又はそれ以上の可変キャパシタは、
複数の微小電気機械コンデンサと、
１つ又はそれ以上の可変強誘電体キャパシタと、
半導体スイッチトキャパシタと、
ＭＥＭＳスイッチドキャパシタと、
それらの組み合わせとを備える請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記装置は、携帯電話機、ウェアラブル装置、又は、無線通信をサポートするために１つ又はそれ以上のアンテナを使用する装置である請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
装置を使用する方法であって、前記方法は、
１つ又はそれ以上のアンテナの少なくとも１つのアンテナの反射係数の大きさを測定することによって、前記装置の１つ又はそれ以上のアンテナの共振周波数をモニタするステップと、
前記少なくとも１つのアンテナの反射係数の大きさの変化を検出するステップと、
前記少なくとも１つのアンテナに取り付けられた可変リアクタンスを調整するステップであって、これにより前記少なくとも１つのアンテナの反射係数の大きさにおける検出された変化を補正するステップと、
前記少なくとも１つのアンテナの一定の共振周波数を保持するステップとを含む方法。
【請求項１２】
前記検出するステップは、時間にわたる反射係数の大きさを測定して比較するステップを含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記調整するステップは、前記反射係数の大きさの変化が所定の限界を超えた場合には、前記可変リアクタンスを増加させる請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記調整するステップは、前記反射係数の大きさの変化が所定の限界を超えた場合には、前記可変リアクタンスを減少させる請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記モニタするステップと、前記検出するステップと、前記調整するステップとを繰り返すステップを含む請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の実施形態は、一般に、携帯電話機又はウェアラブル装置のような、無線モデムを有する任意の装置に関し、対応する無線ネットワークとの装置の無線通信をサポートするための１つ又はそれ以上のアンテナを有する装置であって、さらに単に装置とも呼ばれる。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、理想的な世界では、装置は常に強い一定の信号を受信する。この時点では、無線信号の強さは通常常に変化しており、装置の理想的な世界は「自由空間」でしか見つけられない。この装置は、移動することなく、また人間と物理的に相互作用することなく、空気中に浮遊する。装置の実際の使用は、通常、ユーザと装置との間の物理的な相互作用を必要とするために、理想的な自由空間条件は、製造施設及び試験施設にのみ存在する。いったん動作してユーザの手に入ると、装置は信号環境の変化を経験し、例えば、ユーザの装置への接近によって引き起こされる、いわゆる頭部／手効果をもたらす。
【０００３】
頭部／手効果は、装置のアンテナの電気的特性の変化を指し、典型的には、ユーザの人体組織の近接によるアンテナの容量性負荷によって引き起こされる。自由空間にはユーザはいないが、実用的にはほとんど常にユーザがいる。ユーザが装置と物理的にやりとりしたり装置に近づいたりすると、アンテナの電気的特性が変化する。従って、一度動作すると、装置のアンテナは、生産中に達成されかつ測定される理想的な電気的特性ではめったに動作せず、典型的には自由空間内で実行される較正によって行われる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
環境又は頭／手の影響によりアンテナの電気的特性が変化すると、無線信号を適切に送受信するアンテナの能力に深刻な影響を与えることがあり、このことは、接続の切断、不在着信、送受信しないメッセージ、及びデータトラフィックやインターネット動作の中断を招く可能性がある。この性能低下は、アンテナの放射性能の変化と、アンテナが装置の送信／受信信号経路に与えるインピーダンスの変化の両方に起因する。
【０００５】
このため、動作中にアンテナの放射及びインピーダンス特性を保持する強い必要性があり、ユーザとの相互作用及び／又は環境の変化によって引き起こされるその変化を補償することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示は、一般に、携帯電話機又はウェアラブル装置のような、対応する無線ネットワークとの装置の無線通信をサポートする１つ又はそれ以上のアンテナを有する装置に関する。アンテナ開口チューナをアンテナに可変リアクタンス（容量性及び／又は誘導性構成要素を用いて）適用することにより、簡単なスカラー反射電力測定システムと組み合わせることにより、環境又は頭／手の影響の存在下でその共振周波数及びインピーダンスを保持することができるアンテナが得られる。可変リアクタンスは、アンテナの電気的特性に対する環境又は手の影響の変化を相殺するために使用され、さもなければアンテナの共振周波数をシフトさせるであろう。外部的に誘導されたアンテナの電気的特性の変化の存在下でアンテナの共振周波数を保持することは、２つの大きな利点を有する。まず、アンテナの放射効率を保持し、第２に、無線機内のアンテナとそれぞれの送信／受信経路との間のインピーダンスの不一致が回避される。アンテナと無線機の残りの部分との間のインピーダンスの不一致を回避することにより、伝統的な伝送線路インピーダンス整合方法を使用して、アンテナと無線フロントエンドの残りの部分との間の給電線における動的インピーダンス不整合補正の必要性と同様に、伝送線路における信号強度の損失が回避される。一実施形態では、装置は、無線フロントエンドと、アンテナと、前記アンテナと前記無線フロントエンドとの間の前記伝送線路内の電力カプラと、アンテナに結合されたリアクタンス変更装置とを含む。
【０００７】
別の実施形態では、装置は、無線フロントエンドと、アンテナと、前記アンテナと前記フロントエンドとの間の前記伝送線路内の電力カプラと、前記アンテナに結合されたリアクタンス変更装置とを備え、前記アンテナからの反射電力の簡単化された変化を検出することが、リアクタンス変更装置内のリアクタンスを変更する閉ループ制御プロセスに使用される。
【０００８】
さらなる実施形態では、前記装置は、無線フロントエンドと、アンテナと、任意の種類の近接センサ又は電界検出装置と、アンテナに結合されたリアクタンス変更装置とを備える。近接電界又は電界の変化を検出することは、リアクタンス変更装置内のリアクタンスを変化させるプロセスを制御するために使用される。
【０００９】
前述の実施形態のいずれも、固定又は可変インピーダンス整合ネットワークを含んでも含まなくてもよい。また、アンテナと無線フロントエンドとの間の伝送線路は、本明細書に記載された開示を得るもの以外の技術的理由により望ましいものであり得る。
【００１０】
本発明は、本開示の上記列挙された特徴が詳細に理解され得るように、上記で簡潔に要約した本開示のより詳細な説明は、実施形態を参照することによって、それらのいくつかは添付の図面に示されている。しかし、添付の図面は、例示的な実施形態である。従って、その範囲を限定するものとみなすべきではなく、同等に有効な他の実施形態を認めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】自由空間における装置、この例では携帯電話機の概略図である。
【図２】この例では携帯電話機である装置の概略図であり、近くに手があり、手は電気環境のあらゆる種類の変化のためのプレースホルダーであり、アンテナの電気的特性と動作に影響を与える可能性がある。
【図３】装置のアンテナの反射損失（反射電力比とも呼ばれる）測定値を示すグラフであり、頭部／手効果の環境変化による電気的特性の変化によるアンテナの共振周波数の変化、典型的には、アンテナの容量性又は誘導性負荷の増加又は減少として経験される。
【図４】アンテナと無線フロントエンドとの間の伝送線路におけるインピーダンス整合ネットワークを有する装置の概略図である。
【図５】一実施形態にかかる、アンテナの開口（ここでは簡単化されたＬＣ共振器として示されている）に取り付けられたリアクタンス調整装置を有する装置の概略図である。
【図６】無線通信信号の物理層フレームの概略図である。
【図７】リアクタンス調整装置をアンテナの開口に取り付けることを特徴とする装置の簡略化したブロック図の概略図である。
【図８Ａ】３つの異なる共振周波数で動作する１つのアンテナの反射損失プロットを示す。
【図８Ｂ】３つの異なる共振周波数のうちの第１の共振周波数に対する１つのアンテナの異なる波形の概略図である。
【図８Ｃ】３つの異なる共振周波数のうちの第２の共振周波数に対する１つのアンテナの異なる波形の概略図である。
【図８Ｄ】３つの異なる共振周波数のうちの第３の共振周波数に対する１つのアンテナの異なる波形の概略図である。
【図９】一実施形態にかかる、可変リアクタンスの多くの可能なインスタンス化の１つとしてのデジタル可変キャパシタ（ＤＶＣ）の概略図である。
【図１０Ａ】一実施形態にかかる可変リアクタンスとして利用することができる、マイクロ電気機械（ＭＥＭＳ）装置の概略的な断面図である。
【図１０Ｂ】一実施形態にかかる、可変リアクタンスとして利用することができる、マイクロ電気機械（ＭＥＭＳ）装置の概略的な断面図である。
【図１０Ｃ】一実施形態にかかる、可変リアクタンスとして利用することができる、マイクロ電気機械（ＭＥＭＳ）装置の概略的な断面図である。
【図１１】頭部／手効果を補償するために装置の静電容量を調整するための一実施形態を例示する。
【図１２】頭部／手効果を補償するために装置の静電容量を調整するための一実施形態を例示する。
【図１３】頭部／手効果を補償するために装置の静電容量を調整するための一実施形態を例示する。
【図１４】頭部／手効果を補償するために装置の静電容量を調整するための一実施形態を例示する。
【図１５】頭部／手効果を補償するために装置の静電容量を調整するための一実施形態を例示する。
【図１６】頭部／手効果を補償するために装置の静電容量を調整するための一実施形態を例示する。
【図１７】頭部／手効果を補償するために装置の静電容量を調整するための一実施形態を例示する。
【図１８】頭部／手効果を補償するために装置の静電容量を調整するための一実施形態を例示する。
【図１９】頭部／手効果を補償するために装置の静電容量を調整するための一実施形態を例示する。
【図２０】頭部／手効果を補償するために装置の静電容量を調整するための一実施形態を例示する。
【図２１】頭部／手効果を補償するために装置の静電容量を調整するための一実施形態を例示する。
【図２２】頭部／手効果を補償するために装置の静電容量を調整するための一実施形態を例示する。
【図２３】頭部／手効果を補償するために装置の静電容量を調整するための一実施形態を例示する。
【図２４】頭部／手効果を補償するために装置の静電容量を調整するための一実施形態を例示する。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
理解を容易にするために、同一の参照番号が使用されており、可能であれば、図に共通する同一の要素を指定する。一実施形態の要素及び特徴は、さらなる説明なしに他の実施形態に有益に組み込むことができると考えられる。
【００１３】
詳細な説明
本開示は、一般に、対応する無線ネットワークとの装置の無線通信をサポートする１つ又はそれ以上のアンテナを有する、携帯電話機又はウェアラブル装置のような装置に関する。簡単なスカラー反射電力測定システム内で可変リアクタンス（容量性又は誘導性構成要素）アンテナ開口チューナを適用することにより、一定のアンテナ共振周波数及びインピーダンスを保持する閉ループ方法が得られる。可変リアクタンスは、外部変数に応答してアンテナの電気的特性を調整するために使用される。さもなければ、環境や頭や手の影響などでその共振周波数をシフトさせる。外部変化の存在下でアンテナの一定の共振周波数を保持するためにアンテナのリアクタンスを調整することは、アンテナ放射効率を保持し、無線フロントエンドにおけるアンテナインピーダンスと送信／受信経路のインピーダンスとの間の不一致を回避し、これにより、アンテナの放射性能の低下、無線フロントエンド内の送信／受信コンポーネントの性能低下、アンテナと無線フロントエンドとの間のインピーダンスの不一致に起因する伝送損失を回避し、そうでないときは、それらすべてが環境変化又は頭部／手の影響によって引き起こされる。
【００１４】
図１は、自由空間における装置１００の概略図であり、ここで、当該装置は１つ又はそれ以上のアンテナを有する。装置１００は、装置本体の外部にあってもよい少なくとも１つのアンテナ１０２を有する。アンテナ１０２は、外部に限定されないことを理解されたい。むしろ、アンテナ１０２は、装置本体の内部に配置されてもよい。装置１００は、電子メール、音声通信呼、テキストメッセージ、並びに、インターネットウェブページなどのデータ、及び任意の無線接続を解するアプリを送受信するために使用されてもよい。ここで、無線接続はこれに限定されず、例えば２Ｇ、３Ｇ、４ＧＬＴＥ（ロングタームエボリューション）などに割り当てられたさまざまな周波数帯域、及び／又はＷｉＦｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ(登録商標)、ＮＦＣを使用していくつかの無線接続タイプを指定するセルラサービスであってもよい。図１に示すように、装置１００は、人間のような他の物体が装置１００の動作を妨げる場所に配置されていない場所である自由空間にある。しかしながら、人間が装置１００と相互作用するにつれて、頭部／手効果が現れ、アンテナ１０２の電気的特性が変化する。
【００１５】
図２は、近くに手２０２を有する装置１００の概略図である。手２０２は、装置１００が動作中に曝される環境相互作用の多くの可能な形態の１つを例示し、アンテナ１０２の電気的特性に影響を及ぼす可能性がある。手２０２が矢印「Ａ」で示されるように装置１００に近づくにつれて、アンテナ１０２の電気的環境が変化する。具体的には、典型的には、手２０２は、アンテナ１０２の共振周波数をシフトさせる容量性負荷を加えるが、例えば容量性負荷の減少又はアンテナの誘導性負荷の変化など、電気的特性は他の方法で変化し得る。装置１００がユーザの頭部（図示せず）に近づくとき、もしくは、物理的な物体上に、又は移動する物体に近接して配置されるときに、同様の効果が生じ、これらの全てがアンテナ１０２の電気的特性を乱す可能性がある。手２０２が矢印「Ｂ」で示すように装置１００から遠ざかるにつれて、アンテナ１０２の電気的特性は再び変化する。具体的には、典型的には手の除去は容量性負荷を除去し、アンテナ１０２の共振周波数を再びシフトさせるが、アンテナの反応負荷の他の変化も可能である。実際には、手２０２を装置１００から離すと、アンテナ１０２の電気的特性が元の状態に近く戻され、共振周波数はその電気的特性の外乱の前に存在した状態に戻る。環境及びその変化の詳細、ならびに動作中の装置１００とのユーザの頭／手の相互作用に応じて、装置１００の電気的環境の変化は、アンテナ１０２のインダクタンスの変化を表すことができ、ほとんどの場合、変化はキャパシタンスの変化をもたらす。
【００１６】
図３は、アンテナ１０２の電気環境の変化がその共振周波数をどのように変化させるかを示すグラフである。ＲＦ技術者は、通常、このプロットをＳ１１「反射損失」測定と呼ぶ。反射損失は、しばしばインピーダンス不整合と呼ばれる、伝送線路のインピーダンスがアンテナのインピーダンスとまったく同じでないために、（例えば、伝送線路などの）無線機の一部分から（例えばアンテナなどの）他の部分に伝送されている信号は、その信号源に戻され／反射されている、所与の量の信号電力がどれだけであるかを示すものである。これらの反射損失プロットは事実上スカラーであるため、入射信号電力と反射信号電力との間に相対位相情報を含まない。曲線「Ｃ」は、自由空間におけるアンテナ１０２の反射損失を示す。図３の例では、曲線「Ｃ」で表される反射損失は、典型的にはアンテナ１０２の共振周波数に対応する１．２ＧＨｚで最小であり、このときは、到来するエネルギーの大部分が続いて放射されるアンテナ１０２の状態である。曲線「Ｄ」は、頭部／手効果が変化したときのアンテナ１０２の反射損失を示し、この例では、増大する。また、矢印「Ｆ」によって示されるように、典型的にはアンテナ１０２の共振周波数のダウンシフトにつながるアンテナ１０２の静電容量が図示されている。頭部／手効果によって引き起こされた電気的変化が、アンテナの反応開口チューニング構成要素に対する適切な調整によって補償されると、もしくは、アンテナ１０２から物理的に頭／手が取り外されたときにように環境の乱れが消えた場合において、アンテナ１０２の反射損失は、曲線「Ｃ」によって示される状態に戻る。同様に、曲線「Ｅ」は、頭部／手効果が変化したときのアンテナ１０２の反射損失を示し、この場合、アンテナ１０２の静電容量が減少し、典型的には、矢印「Ｇ」によって示されるように、アンテナ１０２の共振周波数のアップシフトをもたらす。
【００１７】
いま、別の状況を考える。図３に示すアンテナ１０２の反射損失の変化は、静電容量の変化ではなくインダクタンスの変化によって引き起こされる。反射損失曲線「Ｄ」で表される共振周波数のダウンシフトは、頭部／手効果によって生じる静電容量のより一般的な増加ではなく、インダクタンスの減少により発生する可能性がある。同様に、反射損失曲線「Ｅ」で表される共振周波数のアップシフトは、インダクタンスの増加によって引き起こされる可能性があり、頭部／手の外乱の除去によって生じる容量のより典型的な減少の代わりに、装置が金属表面に置かれていると思われる効果である。
【００１８】
頭部／手効果によって引き起こされるアンテナ１０２の性能の影響を解決することは、この業界において長年の目標であった。アンテナ１０２の一定の共振周波数を保持する方法を工夫することができないので、研究者は、伝送線路のインピーダンスとアンテナの変化するインピーダンスとを一致させる解決策を開発するために何年も働いていた。今日までの実用的なインピーダンス整合の解決法は、アンテナと無線フロントエンドとの間のアンテナ給電線路に実装されており、無線フロントエンドの固定インピーダンス（通常５０Ω）とアンテナの可変インピーダンスとの間で可変整合を形成し、このことは動作中にアンテナがさらされる変化する電気的状態に依存する。典型的なインピーダンス整合の解決法は、固定及び可変インダクタ及び／又はコンデンサのネットワークを使用し、それらのうちの素子のいくつかは、切り替えられ、もしくは切り換え可能であってもよく、ここで、整合ネットワークが、５０Ω給電線路を伝搬する信号を効率的にアンテナの可変インピーダンスに整合させることができるように、給電線路に挿入される。正しいインピーダンスマッチを動的に作成するには、順方向及び反射された電力波の間の相対的な振幅及び位相の測定が、アンテナに向かう方向及びアンテナから部分的に反射されることを必要とされる。この情報は、次に、アンテナ負荷インピーダンスを得て、整合ネットワークの可変静電容量成分及び誘導成分に必要な調整（すなわち可変リアクタンス）を計算するために使用され、その結果、アンテナの変化する負荷インピーダンスを給電線の所望の固定値、通常は５０オームに整合させる。
【００１９】
インピーダンス整合には、通常、次のような欠点がある。
（１）幅広い調整範囲を達成するためには、マルチエレメントの調整可能なインダクタンス／キャパシタンス「整合ネットワーク」が必要である。
（２）整合ネットワークは、送信パスに損失を追加し、インピーダンスの不一致がまったくないかほとんどない条件においても利用可能な送信電力及びシステム効率を低下させる。
（３）高速で正確な振幅と位相の検出が必要である。
（４）必要なインピーダンス整合ネットワーク要素値を計算するための、複雑なアルゴリズムと重要なＤＳＰリソースが必要である。
（５）一般に、所望の負荷インピーダンスを達成するために多数の回路要素に対する多数の反復及び調整を必要とする。
（６）インピーダンス整合ネットワーク要素の設定が間違っていると、意図しない放射性能損失が発生し、呼損の原因となる可能性がある。
（７）所望の負荷インピーダンス（＞１００ｍｓ、１０＋３ＧＰＰ  ＬＴＥフレームに相当）を達成するためにかなりの時間を消費する。
【００２０】
図４は、インピーダンス整合ネットワークを有する装置４００の概略図である。インピーダンス整合ネットワーク４０８は、環境変化又は頭部／手効果がアンテナ４１０の電気的特性を変化させるので、給電線路に挿入される。このことは、典型的にはアンテナのインピーダンスの変化につながり、アンテナと給電線との間にインピーダンスの不一致が生じる。インピーダンス整合技術は、前述のインピーダンス不整合を低減するだけであり、インピーダンス整合はアンテナ自体の電気的特性を変えることはありません。従って、インピーダンス整合は、アンテナ４１０の共振周波数を補正することができず、このことは、給電線路のインピーダンスが変更されたアンテナのインピーダンスに整合していても、環境変化又は頭部／手効果の存在下で元の共振周波数からシフトしたままである。装置４００は、送信機４０２と、センサ４０４とプロセッサ４０６とからなる進行電力及び反射電力用の電力振幅及び位相センサとを含み、センサ４０４とプロセッサ４０６のこれらの機能は、同じ物理装置によって実行される場合とされない場合がある。装置４００は、調整可能なインピーダンス整合ネットワーク４０８及びアンテナ４１０を含む。動作中、インピーダンス不整合は、センサ４０４内の送信信号の振幅及び位相を測定することによって検出される。インピーダンスの不一致を補正するために、順方向及び反射電力の測定された振幅及び位相を使用して、複素共役マッチ計算が実行され、インピーダンスに一致するように要求される正しいインピーダンス整合ネットワーク変数を決定する。この計算は時間がかかり、エラーが発生しやすく、ここで、インピーダンス整合ネットワークの誤った調整がインピーダンス不整合を増加させ、無線信号をさらに弱める可能性がある。さらに、調整可能な整合ネットワーク４０８の存在は、一般的に信号強度を１ｄＢ以上減少させる永久挿入損失をもたらす。このように、インピーダンス整合ネットワーク動作を実行するために必要なハードウェア構成要素によって引き起こされる、インピーダンス整合ネットワークの挿入による信号強度の永久的な損失があり、インピーダンス整合による正のゲインは、アンテナと無線フロントエンド間のインピーダンスの不一致による信号強度の回復可能な損失が整合ネットワーク自体によって引き起こされる挿入損失を超えるまで、実現することができない。
【００２１】
アンテナが経験する変化する電気環境によって引き起こされる変化するアンテナインピーダンスに合わせようとするのではなく、また、そのインピーダンス整合を生成するために不必要に複雑な測定を実行して共役計算を行うことではなく、はるかに簡単で、より速く、より良い解決策は、アンテナで一定の共振周波数を保持することであり、これにより、アンテナインピーダンスは合理的に一定のままであり、調整可能なインピーダンス整合ネットワークの必要性を完全に回避する。
【００２２】
図５は、一実施形態にかかる、アンテナ４１０が可変リアクタンス調整装置５０２によって一定の共振周波数を保持することを可能にする、無線フロントエンドを有する装置５００の概略図である。インピーダンス整合解決法とは対照的に、一定の共振周波数を保持することは、電力結合器４０４での反射電力の簡単な測定のみを必要とし、信号の位相を測定して計算する必要もない。反射電力が分かれば、アンテナ４１０の共振周波数は、自由空間におけるアンテナの較正の間に得られた元の値と測定値とを比較することによって決定される。電力結合器５０４によって測定された反射電力が、動作周波数での較正中に測定された反射電力と異なる場合、アンテナ４１０の共振周波数が目標動作周波数からずれてしまう。このことは、アンテナ４１０の電気的特性の変化に直接的に相関する。このような動作中のアンテナの電気的特性の変化は、典型的には環境変化又は頭部／手効果によって引き起こされ、圧倒的多数のすべてこのような変化は、電話機の使用及び取り扱い中の人間の組織の存在によるアンテナの容量性負荷によって引き起こされる。従って、アンテナの反射電力の測定された変化の原因についての最初の仮定は、環境及び／又は頭／手の影響によって引き起こされるアンテナの容量性負荷である。図５の装置５００は、一実施形態では所定の容量の容量を単に除去することによって一定の共振周波数を保持することができ、ここで、除去すべき適切な量のキャパシタンスが製造較正中に確立される。一定の共振周波数を保持する他の明らかな方法は、アンテナに取り付けられた可変リアクタンスを適切に調整することであり、静電容量の除去（又はインダクタンスの増加）によって容量性負荷（又は誘導性負荷の減少）が増加したことに対抗し、静電容量の増加（又はインダクタンスの減少）に伴って静電容量負荷（又は誘導負荷の増加）が減少したことに対抗する。可変リアクタンスの適切な調整を決定する較正は、通常、自由空間で開始され、次いで、頭部／手効果によって生じる所定の動作周波数における反射電力の変化を測定するために、様々な業界標準の頭部／手ファントムを追加する。アンテナ効率測定を使用して、ある反射電力変化がアンテナ効率の望ましくない変化に対応するしきい値を決定することができる。記録された値は、反射電力測定値と組み合わせて可変リアクタンスの制御ループの一部となるルックアップテーブルに記憶される。可変リアクタンスを調整するこの方法は、本開示の明細書において、しきい値モニタフィードフォワードアルゴリズムと呼ばれる。
【００２３】
一実施形態では、アンテナ４１０の共振周波数を調整するために使用される可変リアクタンスは、デジタル可変キャパシタ５０２、すなわちＤＶＣである。装置５０２のＤＶＣ実施形態に加えて、又はこれに代わるものとして、アンテナ４１０の一定の共振周波数を保持するために他のリアクタンス（キャパシタンス又はインダクタンス）調整装置を使用することができることは理解されるべきである。
【００２４】
アンテナの変化するインピーダンスに合わせようとするのではなく、アンテナの一定の共振周波数を保持することには以下のいくつかの利点がある。
（１）アンテナの電気的特性の環境又は頭部／手の障害の存在下でアンテナの放射効率を保持することができる。
（２）可変リアクタンスは１つだけ必要である。
（３）送信信号のスカラー反射電力測定のみが必要である（補完することができ、近接センサ又は電界センサからの読み取り値で置き換えることができる）。
（４）簡単で堅牢な「しきい値モニタフィードフォワードアルゴリズム」、「ＩＱ波形識別アルゴリズム」、又は「離散識別アルゴリズム」で実装できる。
（５）共振周波数が顕著にシフトせず、その後の放射効率劣化及びインピーダンス不整合が性能に影響を与えるレベルに達しないように、アンテナの電気的特性（＜１０ｍｓ）の検出された変化を極めて迅速に補償することができる。
（６）アンテナチューナの可変リアクタンス値のみを調整する必要がある。
（７）信号位相を決定する必要性を排除し、関連する位相測定精度およびインピーダンス軌道の問題を排除する。
（８）給電線路内の可変インピーダンス整合ネットワークから生じる挿入損失を排除する。
【００２５】
装置５００は、単に反射電力を測定し、それに応じてアンテナ４１０のリアクタンスを調整することによって動作し、このことは、ＤＶＣの実施形態を使用する場合、１００マイクロ秒以内に達成することができる。このことは、アンテナインピーダンスを決定し、送信機４０２内のインピーダンス整合ネットワークの共役整合を得るために、複雑な位相及び電力ベクトルの計算に通常必要とされる１００＋ミリ秒よりもはるかに高速であり、変更されたアンテナインピーダンス負荷に最適な電力伝達を提供する可変整合ネットワークの最良の構成が見つかるまで、通常は複数の反復が必要である。
【００２６】
図６は、例えば４ＧＬＴＥのような３ＧＰＰ標準ベースの無線通信プロトコルの典型的な物理層フレームを示しており、ここで、フレームは１０ｍｓの長さであり、５００マイクロ秒の持続時間の２０のスロットを有する。このことは、アンテナ開口部に対するリアクタンス調整は、単一のスロット内で複数回行いながら、インピーダンス整合が最大５つ以上の完全なＬＴＥフレームを使用して単一のインピーダンス整合訂正を行うことを意味する。ここで、「接続が切断されました」という結果をもたらす後続の「パケット損失」につながる環境変化がフレーム内の送信されたデータの破損を避けるためにこのような高速調整を必要とする場合を想定している。環境や頭部／手の変化に対する迅速で正確な対応は、開口の調整がインピーダンス整合よりも優れていることのもう１つの重要な利点である。
【００２７】
図７は、可変リアクタンス調整装置７０２を有する装置７００の概略図であり、ここで、可変リアクタンス調整装置は、とりわけ、可変ＭＥＭＳキャパシタ、可変強誘電体キャパシタ、多数のＭＥＭＳスイッチ誘導性及び／又は容量性リアクタンス要素、もしくは又は多数の半導体スイッチ誘導性及び／又は容量性のリアクタンス素子として具体化することができる。装置は、可変リアクタンス制御エンジン７０６及び測定信号モニタユニット７０８を含む送信機７０４を含み、給電線路にはリアクタンス調整制御信号センサ７１０が挿入される。可変リアクタンス制御エンジン７０６は、当該アルゴリズムのために、一般的な計算ユニット又はデジタル信号処理リソース及びメモリを備え、較正、しきい値、及び測定値を格納し、提案された「しきい値モニタフィードフォワードアルゴリズム」、「ＩＱ波形識別アルゴリズム」、又は「離散弁別」アルゴリズムの実行を容易にする。可変リアクタンス制御エンジン７０６は、既存の多目的プロセッサ又はモデムベースバンドの内部で動作する仮想エンジンとすることができ、スタンドアローンのマイクロコントローラであってもよい。リアクタンス調整制御信号センサ７１０は、送信された無線信号の順方向及び反射された電力を測定するための、アンテナ給電線における図示の指向性電力結合器とすることができ、もしくは、静電容量式タッチ又は人体組織又は他の環境変化の存在を確実に測定することができる任意の種類の近接センサとすることができ、もしくは、は装置７００の周囲の電界における人体組織又は他の環境変化の存在を確実に測定することができる他の種類の電界センサであってもよい。測定信号モニタユニット７０８は、それぞれのリアクタンス調整制御信号センサ７１０によって提供される測定信号を処理するために必要な入力及び能力を有する。加えて、必要に応じて、装置の高帯域無線チェーンと低帯域無線チェーンとの間で無線信号を移動させるためのスイッチが存在する。可変リアクタンス調整装置７０２に必要なリアクタンス調整は、測定信号モニタユニット７０８からの測定信号に基づいて、可変リアクタンス制御エンジン７０６によって決定される。可変リアクタンス制御エンジン７０６は、測定信号モニタユニット７０８によって提供される測定信号のアルゴリズム分析に基づいて、可変リアクタンス調整装置７０２の種類に従って、アンテナの容量性／誘導性負荷を調整することで、検出されたアンテナの電気的特性の変化を相殺し、これにより、アンテナの共振周波数を、無線通信のための所望の動作周波数又はそれに非常に近い値に保持する。可変リアクタンス制御エンジン７０６に実装される制御アルゴリズムのタイプに依存して、このプロセスは、測定信号が較正中にプログラムされたしきい値を通過するとき、もしくは、較正中に予めプログラムすることができるアンテナの電気的条件の変化が妥当な時間の間検出されなくなるまで、所定の時間間隔で連続的に実行することができる。
【００２８】
図８Ａ〜図８Ｄは、反射された電力変化によってトリガされ、送信されたスペクトル包絡線と反射スペクトル包絡線との比較によって駆動される、可変リアクタンス開口同調解の閉ループ制御のためのＩＱスペクトル包絡線識別アルゴリズムの概略図である。図８Ａに示すように、アンテナ反射損失対周波数をプロットすると、曲線８０２の目標共振周波数、曲線８０４のダウンシフトされた共振周波数、及び曲線８０６のアップシフトされた共振周波数が示される。潜在的な容量性又は誘導性環境及び頭部／手効果の変化は、アンテナの共振においてそのようなダウンシフト又はアップシフトを引き起こす可能性があることは、図３を参照したコンテキストで上記に説明した。低い値は、静電容量がアンテナに追加された（又はインダクタンスが除去された）ときに発生する一方、キャパシタンスがアンテナから除去された（又はインダクタンスが加えられた）ときに高い値が生じる。図８Ｂ〜図８Ｄは、同一のアンテナを介して送信される無線信号スペクトル包絡線の３つのスケッチを示すが、ここで、図８Ａに図示されているように、反射損失プロット８０２，８０４及び８０６に対応する３つの異なるアンテナ条件で動作する。図８Ｃは、送信周波数がアンテナ共振周波数８０２に等しいときに送信されるスペクトル包絡線を示す。スペクトル包絡線は、帯域の下端及び上端において側波帯８１２及び８１４と対称である。図８Ｂは、同一のスペクトル包絡線を示すが、共振周波数がシフトダウンしたアンテナから反射されている（図８Ａの曲線８０４）。このスペクトル包絡線は、下側波帯８０８は上側波帯８１０よりも著しく低い。図８Ｄは同一のスペクトル包絡線を示すが、これは共振周波数がアップシフトした場合（図８Ａの曲線８０６）のアンテナから反射されたものである。このスペクトル包絡線は、上側の側波帯８１８は下側波帯８１６よりも著しく低い。反射スペクトル包絡線の歪んだ形状は、復調されたＩＱスペクトル包絡線を処理することによって分析することができる。送信周波数の上又は下にある共振によって引き起こされる歪みＲＦスペクトル包絡線の勾配に関する結果の情報は、信号伝送におけるアンテナ効率及びインピーダンス不整合損失の劣化を防止する一定のアンテナ共振周波数を保持する目的で開口同調に使用される調整可能なリアクタンスにおける変化の方向を制御する弁別器として利用することができる。
【００２９】
図８Ａに戻ると、可変リアクタンス開口同調解の閉ループ制御の離散弁別アルゴリズムの説明も可能になる。動作周波数での反射減衰量が測定され、較正中に設定された設定点８２２，８２６と比較される。較正設定点８２２は、アンテナの良好な放射特性に対応して、送信信号及び受信信号の両方が十分に低い反射損失を有するように確立される。反射損失曲線８０２の非常に典型的な形状からわかるように、反射損失曲線８０２は、低いフロアを有する谷に似ており、これは低い反射損失を示し、また、多かれ少なかれ対称的なサイドバンドは、高い反射損失の領域まで傾斜しており、このことはアンテナの放射特性が不十分であることを示し、動作中は避ける必要がある。すべての２Ｇ、３Ｇ及び４Ｇ通信ネットワークの大部分は、３０ＭＨｚ〜９０ＭＨｚの典型的な「デュプレックス間隔」を有して、送信信号及び受信信号に別々の密接した周波数を割り当てるので、送信信号の反射損失の較正設定点は、通常、曲線８０２の谷の中心付近の最も低い反射損失ではなく、むしろ、通常はより低い周波数の左側壁に対応する送信信号の反射損失と、受信信号の反射損失とが、ために、同様の範囲において、同様の効率的な信号の送受信を保証するように設定された、側壁の中央範囲にある点にある。反射損失曲線８０２の左側壁のそのような中間点を見ると、同一の周波数においてかなり低い場合における測定反射損失８２４は、曲線８０４によって示されるように、アンテナのその共振周波数が下方にシフトしたことを示すことが分かり易い。このようなアンテナの共振周波数のダウンシフトは、頭部／手／環境効果によって生じる容量性ローディング／誘導性アンローディングの間に典型的に観察される。送信周波数でのより低い反射減衰量が一般に望ましいが、受信周波数での反射損失が曲線８０４に対して劇的に増加したと考えられなければならず、受信信号が失われる可能性がある。曲線８０６によって示されるように、アンテナが環境／頭部／手の影響からの誘導性負荷追加／容量性負荷解除にさらされてアンテナの共振周波数は点８２０にシフトするときに、反対の効果が観察される。いま、送信周波数での反射損失が大幅に増加している一方で、受信周波数における反射損失は著しく低く、このことは送信信号がはるかに弱いために受信信号が強いことを示す。どんな種類のアンテナ負荷と共振周波数シフトが発生しても、信号の送受信のためのアンテナの全体的な効率が低下しており、簡単な離散識別アルゴリズムは、以下のようにアンテナの一定の共振周波数を保持することができる。
【００３０】
１．計算されたセットポイントの反射損失プラス／マイナス感度マージンが測定された反射損失よりも大きいか小さい場合、可変リアクタンスによる容量性負荷（誘導性負荷の増加／減少）を、較正中に決定された小さな固定量だけ減少／増加させる。
【００３１】
２．計算された設定値の反射損失のプラス／マイナスの感度マージンが測定された反射損失よりもまだ大きいか小さい場合、測定された反射損失が、較正値プラス／マイナス感度マージンの反射損失内に収まるまで、較正中に決定された一定の小さい固定量だけ容量性負荷（誘導性負荷の増加／減少）をさらに減少／増加させる。
【００３２】
３．反射損失を測定し、測定された反射損失が、較正セットのプラス／マイナスの感度マージンの反射損失の範囲外になるまで、計算された設定値の制限損失と感度マージンの差を比較し、範囲外になったときにステップ１に進む。
【００３３】
図１１〜図２４は、頭部／手効果を補償するために装置の静電容量を調整するための一実施形態を例示する。
【００３４】
反射係数（ＲＣ）の大きさは、周波数ｆ、等価容量Ｃ０及び等価インダクタンスＬ０の関数である。
【００３５】
【数１】
2018522455.tif 000003
【００３６】
共振周波数ｆ０は次式で表される。
【００３７】
【数２】
2018522455.tif 000004
【００３８】
アンテナのアンテナ等価インダクタンスＬ０は通常一定であり、従って、アンテナの反射係数の大きさは周波数ｆと等価容量Ｃ０の関数である。
【００３９】
【数３】
2018522455.tif 000005
【００４０】
周波数範囲がアンテナの共振周波数の周りにあるとき、
【数４】
2018522455.tif 000006
の部分は、図１１に示すようにスムーズであり線形に近くなる。結果として、反射係数振幅応答対等価キャパシタンスは、アンテナの周波数応答と同様の形状を有する。等価キャパシタンスが一定のステップサイズＣ０＋ｎ＊ΔＣを有するデジタル可変キャパシタ（ＤＶＣ）によって同調されるとき、等価キャパシタンスはＤＶＣ状態に線形にマッピングされる。従って、反射係数振幅応答対ＤＶＣ状態は、アンテナの周波数応答と同様の形状を有する。
【００４１】
図１２は、８００ＭＨｚで測定したＤＶＣ４０２Ｒによって調整されたＰＩＦＡアンテナの例を示す。アンテナは７５０ＭＨｚから９５０ＭＨｚに調整されており、状態２０でＤＶＣを使用して８００ＭＨｚに調整されている。８００ＭＨｚで測定されたＤＶＣ状態応答は、ＤＶＣ状態＃２０での周波数応答に似ている。図１２では、上限は自由状態で予め定められており、装置が耐えることができる計算反射電力である。下限は、装置をフリー状態にして装置較正中に予め決定される。最適化された状態は、送信及び受信反射係数の大きさは実質的に同一であるグラフ上の位置である。このため、ＤＶＣ状態に対して固定周波数でアンテナを測定することにより、アンテナ周波数応答をよく理解することができる。例えば、図１２において、アップリンク周波数がダウンリンク周波数よりも４５ＭＨｚ低い場合、最適化された状態は、左側のスロープ状態＃１５にあり、反射係数の大きさは０．４以下である。
【００４２】
反射係数のしきい値
アップリンクとダウンリンクの両方を良好に一致させるために、アップリンクにおける反射係数の大きさはあまりにも小さくすべきではない。図１２のＤＶＣ状態＃２０と同様に、アップリンク反射係数の大きさは０．１である一方、ダウンリンク反射係数の大きさは０．６まで増加する。従って、アップリンクの反射係数の大きさは、上限と下限の両方を有する。両方が高すぎたり低すぎたりすると、最適化動作がトリガされる。
【００４３】
時間の経過に伴う反射係数のモニタ
アンテナが最適化状態にあるとき（図１２の＃１５）、反射係数の大きさに対する典型的な手のローディング及びリリースの影響を図１３に示す。容量性手のローディングは、反射係数の大きさをより高い負荷状態に移動させる。例えば、手の負荷容量は、状態＃１５から状態＃１８、＃２１及び＃２４に進むＤＶＣと等価であって、反射係数の大きさを最初に下げてから上に上げることになる。経時的な反射係数の大きさの変化を調べることにより、たとえ反射係数がしきい値をブレイクしていなくても、手のローディング及びリリースのイベントを検出することができる。
【００４４】
図１４は、最適化アルゴリズムの制御フローを示す。最適化は、しきい値のブレイク及び／又はディップ検出と、手のローディング／リリース状態の知識とによって引き起こされる。最適化アルゴリズムは、反射係数対ＤＶＣ状態の大きさのデータセットを収集する。最適化は、反射係数の大きさ対ＤＶＣ状態の応答を推定し、最適化された状態が見つかるかどうかをチェックする。最適化された状態が見つかった場合、アルゴリズムは潜在的なしきい値調整を行い終了する。最適化された状態が見つからない場合、アルゴリズムは反射係数の大きさの測定反復に戻る。収集された各新しい反射係数の大きさ対ＤＶＣ状態のデータ点に対して、アルゴリズムは推定を実行し、再度チェックする。デモコードで使用されるデータセットは次のとおりである。
測定されたＤＶＣ状態［Ｓ］＝［Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｎ］；及び
測定されたＤＶＣ状態における反射係数の大きさ［ＲＣ］＝［ＲＣ０，ＲＣ１，ＲＣ２，…，ＲＣｎ］。
【００４５】
初期化
曲線推定ステップでは、通常、動作するために１データポイント以上が必要であるが、初期化ステップは、繰り返しを開始するためにデータポイントの最初のセットを取得するために必要である。図１５に示すように、最適化を開始する前に３つのデータポイントが収集される。最初のＤＶＣ状態はＳ０であり、初期反射係数の大きさはＲＣ０である。ローディング条件がアルゴリズムに知られている場合、アルゴリズムはＤＶＣを移動して負荷の影響に対抗する。手のローディングにより、アルゴリズムはＳ０−１とＳ０−２を測定して静電容量を減少させる。手のリリースにより、アルゴリズムは容量を増加させるためにＳ０＋１とＳ０＋２を測定する。ローディング条件がわからない場合は、アルゴリズムはＤＶＣ容量を１ステップ減少させ、新しい状態で反射係数の大きさ（ＲＣ１）を測定する。ＲＣ１が初期反射係数の大きさＲＣ０よりも大きい場合、３番目のデータポイントはＳ０＋１になる。そうではないときは、３番目のデータポイントはＳ０−１になる。
【００４６】
ＤＶＣ状態に対する曲線適合反射係数の大きさ
まず、必要に応じてデータセットが切り捨てられ、適合には最新の１６の測定値のみが使用される。測定は、より頻繁に、又はより少ない頻度で行われてもよいことが理解されるべきであり、典型的には、ＬＴＥの場合には「タイムスロット」のインクリメント１０ｍｓである。〜４０ｍｓごとに測定が行われる場合、最新の６００ｍｓは「最近」とみなされる。切り捨て後、測定された最低ＤＶＣ状態はＳｍｉｎとして定義される。測定された最高のＤＶＣ状態はＳｍａｘとして定義される。コードはＲＣ＝ｆ（Ｓ）曲線を放物関数に当てはめられる。
【００４７】
【数５】
2018522455.tif 000007
【００４８】
これは簡単化された関係である。ローディング情報とアンテナモデルを考慮に入れるより複雑な適合は、より複雑な状況を扱うために使用できる。適合された放物曲線上の最小反射係数の大きさＤＶＣ状態は、図１６の「Ｄｉ」である。
【００４９】
【数６】
2018522455.tif 000008
【００５０】
測定されたＤＶＣ状態の分布によって、図１８に示すように、「最適化状態の検索」ステップに以下の３つのブランチが存在する。まず、勾配の左側のすべての測定されたＤＶＣ状態：Ｓｍａｘ≦Ｄｉ。第２に、傾きの右側のすべての測定されたＤＶＣ状態：Ｄｉ≦Ｓｍｉｎ。第３に、共振状態が見出された：Ｓｍｉｎ＜Ｄｉ＜Ｓｍａｘ。
【００５１】
最適化されたＤＶＣ状態の検索
一例では、図１７に示すように、測定されたすべてのＤＶＣ状態がスロープの左側にある。図１７は、しきい値状態において測定されたＤＶＣ状態が存在する例を示す。このアルゴリズムは、適合放物線方程式によって最適化状態を計算する。図１７の場合、ＤＶＣ状態＃１２は、計算された最良の状態である。ＤＶＣ状態＃１２が図１７の場合に測定されない状況では、アルゴリズムは最適化状態が見つからないと報告し、ＤＶＣ状態＃１２を測定する次のＤＶＣ状態に設定する。ＤＶＣ状態＃１２が測定された場合、アルゴリズムは最適化された状態としてＤＶＣ状態＃１２を返して終了する。
【００５２】
別の例では、図１８に示すように、測定されたすべてのＤＶＣ状態が上限よりも高くなっている。Ｓｍａｘ＜３１の場合、アルゴリズムは最適化された状態が見つからないと報告し、Ｓｍａｘ＋１を測定する次のＤＶＣ状態に設定する。Ｓｍａｘ＝３１の場合、アルゴリズムは最適化状態＝３１を報告し、終了する。新しいしきい値は、反射係数の大きさに応じてＤＶＣ状態３１として設定される。この場合、ＤＶＣの静電容量はアンテナを調整するために十分ではありません。
【００５３】
別の例では、図１９に示すように、測定されたすべてのＤＶＣ状態は下限値よりも低くなる。ＤＶＣ状態が０より大きい場合、アルゴリズムは最適化された状態が見つからないと報告し、Ｓｍｉｎ−１を測定する次のＤＶＣ状態に設定する。Ｓｍｉｎ＝０の場合、アルゴリズムは最適化状態＝０を報告し、終了する。新しいしきい値は、反射係数の大きさに応じてＤＶＣ状態０として設定される。古いしきい値は高すぎる。
【００５４】
一例では、すべての測定されたＤＶＣ状態は、図２０に示すようにスロープの右側にある（すなわち、Ｓｍｉｎ＞０）。アルゴリズムは、最適化状態が見つからないと報告し、Ｓｍｉｎ−１を測定する次のＤＶＣ状態に設定する。図２１に示すように、Ｓｍｉｎ＝０の場合、アルゴリズムは最適化状態＝０を報告し、終了する。新しいしきい値は、反射係数の大きさに応じてＤＶＣ状態０として設定される。ＤＶＣの静電容量は、この場合アンテナを同調させるために十分なほど低くはない。
【００５５】
一例では、最小反射係数振幅ＤＶＣ状態が見出される。図２２に示すように、しきい値範囲内のＤＶＣ状態が測定される。このアルゴリズムは、適合放物線方程式によって最適化状態を補間する。図２２の場合、ＤＶＣ状態＃６は計算された最良状態である。図１７の場合、ＤＶＣ状態＃６は測定されず、アルゴリズムは最適化状態が見つからないと報告し、ＤＶＣ状態＃６を測定する次のＤＶＣ状態に設定する。ＤＶＣ状態＃６が測定された場合、アルゴリズムは最適化された状態としてＤＶＣ状態＃６を返して終了する。
【００５６】
一例では、測定された状態のすべてが、図２３に示されるように上限よりも高い反射係数の大きさを有する。このような状況では、アルゴリズムは最適化状態＝Ｄｉを報告し、終了する。新しいしきい値は、最適化されたＤＶＣ状態での反射係数の大きさに従って設定される。古いしきい値は低すぎる。
【００５７】
別の例では、全ての測定された状態は、図２４に示されているように下限より低い反射係数の大きさを有する。Ｓｍｉｎ＞０の場合、アルゴリズムは最適化状態が見つからないと報告し、Ｓｍｉｎ−１を測定する次のＤＶＣ状態に設定する。Ｓｍｉｎ＝０の場合、アルゴリズムは最適化状態＝０を報告し、終了する。新しいしきい値は、反射係数の大きさに従ってＤＶＣ状態０として設定される。古いしきい値は高すぎる。
【００５８】
アンテナを同調させるために使用されるＤＶＣは、ＭＥＭＳ装置を含む。図９は、一実施形態にかかる、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）に基づくデジタル可変キャパシタＤＶＣ９００の概略図である。ＭＥＭＳ  ＤＶＣは、各空洞が共通のＲＦバンプ９０６に結合されたＲＦ電極９０４を有する複数の空洞９０２を含む。各空洞は、１つ又はそれ以上のプルイン又はプルダウン電極９０８及び１つ又はそれ以上の接地電極９１０を有する。スイッチング素子９１２は、ＲＦ電極９０４から遠い位置であって、ＲＦ電極９０４に近い位置から移動することで、ＭＥＭＳ  ＤＶＣ９００のキャパシタンスを変更する。ＭＥＭＳ  ＤＶＣ９００は多数のスイッチング素子９１２を有するので、一定の共振周波数を保持し、環境変化や頭や手の影響の影響下でアンテナの電気的特性の変化を補償するためにアンテナ開口から適用／除去することができるように大きな可変容量範囲を有する。ＭＥＭＳ  ＤＶＣ９００は、本質的に、複数の個別に制御されるＭＥＭＳ要素の集合体である。
【００５９】
図１０Ａ〜図１０Ｃは、一実施形態にかかる、ＭＥＭＳ  ＤＶＣ９００の複数の空洞９０２内に複数のスイッチング素子９１２を形成することができる単一のＭＥＭＳ素子１０００の概略的な断面図である。ＭＥＭＳ素子１０００は、ＲＦ電極１００２と、プルダウン電極１００４、プルアップ電極１００６と、ＲＦ電極１００２及びプルダウン電極１００４の上にある第１の誘電体層１００８と、プルアップ電極１００６の上にある第２の誘電体層１０１０と、第１の誘電体層１００８と第２の誘電体層１０１０との間で移動可能なスイッチング素子１０１２とを含む。スイッチング素子１０１２は、接地電極１０１４に結合される。図１０Ｂに示すように、スイッチング素子１０１２がＲＦ電極１００２に最も近いとき、ＭＥＭＳ素子１０００は最大容量位置にある。図１０Ｃに示すように、スイッチング素子１０１２がＲＦ電極１００２から最も離れているとき、ＭＥＭＳ素子１０００は最小容量位置にある。従って、ＭＥＭＳ素子１０００は、２つの異なるキャパシタンス段を有する可変キャパシタを生成し、このような複数のＭＥＭＳ素子１０００を単一のＭＥＭＳ  ＤＶＣ９００に集積することは、一定の共振周波数を保持するために必要とされる、線形開口同調を実行するための大きな精度と容量範囲を持つＤＶＣを作成することができ、環境変化や頭や手の影響の影響下において、アンテナの電気的特性の変化を補償する。
【００６０】
ＤＶＣのような可変リアクタンスを使用してアンテナの開口（共振回路）の容量性又は誘導性特性を調整することにより、頭部／手及び他の環境効果によってしばしば引き起こされる信号強度の低下を排除することができる。結果として生じるインピーダンスの不一致を修正しようとするのではなく、装置のアンテナのリアクタンス負荷を調整するだけで、頭部／手効果を直接的に補償することができる。
【００６１】
前述は本開示の実施形態に向けられているが、本開示の他の及びさらなる実施形態は、その基本的な範囲から逸脱することなく考案されてもよく、その範囲は以下の特許請求の範囲によって決定される。
【図１】
2018522455.tif 000009
【図２】
2018522455.tif 000010
【図３】
2018522455.tif 000011
【図４】
2018522455.tif 000012
【図５】
2018522455.tif 000013
【図６】
2018522455.tif 000014
【図７】
2018522455.tif 000015
【図８Ａ】
2018522455.tif 000016
【図８Ｂ】
2018522455.tif 000017
【図８Ｃ】
2018522455.tif 000018
【図８Ｄ】
2018522455.tif 000019
【図９】
2018522455.tif 000020
【図１０Ａ】
2018522455.tif 000021
【図１０Ｂ】
2018522455.tif 000022
【図１０Ｃ】
2018522455.tif 000023
【図１１】
2018522455.tif 000024
【図１２】
2018522455.tif 000025
【図１３】
2018522455.tif 000026
【図１４】
2018522455.tif 000027
【図１５】
2018522455.tif 000028
【図１６】
2018522455.tif 000029
【図１７】
2018522455.tif 000030
【図１８】
2018522455.tif 000031
【図１９】
2018522455.tif 000032
【図２０】
2018522455.tif 000033
【図２１】
2018522455.tif 000034
【図２２】
2018522455.tif 000035
【図２３】
2018522455.tif 000036
【図２４】
2018522455.tif 000037
【国際調査報告】
2018522455.tif 000038
2018522455.tif 000039
2018522455.tif 000040