(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信段の出力と受信段の入力との間のアンテナスイッチング装置であって、該装置は、キャパシタを形成する２つの固定の板と圧電材料からなる可動の接点とによりそれ自体が形成される圧電アクチュエータを含み、前記板の内側の面は電気的な接点を形成するように局部的に金属で被覆され、電極が前記可動の接点に該接点を変形することが可能なコントロール電圧を供給するように設けられ、前記変形は、前記板の定められた部分に対応するレスト位置と前記板の他の定められた部分に対応するワーキング位置との間で生ずることを特徴とするアンテナスイッチング装置。
【請求項２】
前記内側の面のそれぞれの下部部分は前記レスト位置に対応する接点を形成し、それらの上部部分は前記ワーキング位置に対応する接点を形成し、前記可動の接点は前記板の内側の面に平行に変位可能であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記板は突出部の組み合わせにより形成され、前記可動の接点は、前記レスト位置に対応する板の前記突出部と前記ワーキング位置に対応する他の板の前記突出部との間で前記板に対し横切る方向に変位可能であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記アクチュエータは圧電モータであって、該モータは、一方で、圧電または磁気抵抗効果により変形されうる部分と、固定の支持部とを含むとともに、他方で、前記可動の接点を形成する可動の部分を含み、一方では前記変形可能な部分とその固定の支持部との間、および他方では前記可動の接点を形成する部分との間の圧電効果と機械的なフリクションが、２つの横軸に沿って前記変形可能な部分の交互の変形を起こさせるために与えられることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、送信段の出力と受信段の入力との間のアンテナ−スイッチング装置に関する。本発明は、特に、移動電話に使用されうるだろう。
【０００２】
【発明の背景】
たとえば、時分割多元接続ＴＤＭＡセルラー無線電話などのシステムにおいて、アンテナは、送信段の出力または受信段の入力に交互に使用されるものである。したがって、それら２つの回路を互いに絶縁することが必要である。実際、もし、送信回路が正しく絶縁されていないと、送信出力のかなりの部分は、その時には使用されていない受信回路に流入し、さらには、この送信出力の一部は、アンテナに達することさえなく、その出力源に送り返される。同様に、受信端において、送信回路に関して欠陥のある絶縁は、浪費または不整合のゆえに損失に導くだろう。
【０００３】
現在は、たとえば、米国特許第5578976 号文書に記述されたような静電継電器は、充分には速くはないとともに、このタイプのアンテナスイッチング装置は、要求された実用的な寿命や敏速性を得るために、たとえばＰＩＮダイオードなどの半導体によって、実現されているだけである。しかし、そのような素子では、直列の抵抗やその上に課された（１ｍＡオーダの）電流制限のために、損失は少なくとも１ｄＢはある。他方、そのようなスイッチング装置の圧縮ポイントは、あまり高くはなく、それゆえに、劣った直線性を有する。
【０００４】
【発明の概要】
したがって、本発明の目的は、上述した欠点を除去するアンテナスイッチング装置を提案することにある。
【０００５】
この目的のため、本発明は、本明細書の冒頭の段落で定義された装置に係わるものであって、さらには、該装置は、キャパシタを形成する２つの固定の板と圧電材料からなる可動の接点とによりそれ自体が形成される圧電アクチュエータを含み、前記板の内側の面は電気的な接点を形成するように局部的に金属で被覆され、電極が前記可動の接点に該接点を変形することが可能なコントロール電圧を供給するように設けられ、前記変形は、前記板の定められた部分に対応するレスト位置と前記板の他の定められた部分に対応するワーキング位置との間で生ずることに特徴づけられる。
【０００６】
したがって、この提案された装置は、きわめて少ない損失で、１ｍｓ以下で継続するインピーダンス−コントロールされた高周波スイッチングを確保すると同時に、出力が送信回路の出力レベルに適応して維持され、さらにはユーザのまずい取り扱いの場合に短い期間のためアンテナの結合の欠如をサポートすることを可能にする。加えるに、特性インピーダンスを保つことは、不整合の結果の損失の量を制限するとともに、限定された重量や機器サイズもまた長所である低価格の装置の電力消費を維持することに寄与する。
【０００７】
実施態様の２つの可能な変形によれば、前記内側の面のそれぞれの下部部分は前記レスト位置に対応する接点を形成し、それらの上部部分は前記ワーキング位置に対応する接点を形成し、前記可動の接点は前記板の内側の面に平行に変位可能であり、あるいはまた、前記板は突出部の組み合わせにより形成され、前記可動の接点は、前記レスト位置に対応する板の前記突出部と前記ワーキング位置に対応する他の板の前記突出部との間で前記板に対し横切る方向に変位可能である。実施態様の第３の変形によれば、前記アクチュエータは圧電モータであって、該モータは、一方で、圧電または磁気抵抗効果により変形されうる部分と、固定の支持部とを含むとともに、他方で、前記可動の接点を形成する可動の部分を含み、一方では前記変形可能な部分とその固定の支持部との間、および他方では前記可動の接点を形成する部分との間の圧電効果と機械的なフリクションが、２つの横軸に沿って前記変形可能な部分の交互の変形を起こさせるために与えられる。
【０００８】
本発明のこれらの、および他の態様は、限定的ではない例を構成するところの、以下に記述される（それら）実施態様から明らかになり、およびそれに関して明らかにされるであろう。
【０００９】
図において、
図１は、移動電話の送信段と受信段の間のアンテナ−スイッチング（antenna-switching ）装置の配置を示す基本回路図であり、
図２および３は、本発明によるアンテナスイッチング装置の２つの実施態様を示し、
図４は、シールドを有するスイッチング装置の例を示し、
図５は、本発明による装置の第３の実施態様を示し、
図６は、不整合による、周波数に伴う損失の増大を示すグラフであり、および提案した解決策を説明し、および、
図７および８は、前記不整合を取り除くことができるようにする配線の、２つの可能性の図を示す。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１に表された移動電話のためのトランシーバシステムは、送信段１と、受信段２と、アンテナ３と、アンテナを送信段の出力または受信段の入力に交互に連結することを可能にさせるスイッチ４とからなる。このスイッチ４自体は、アンテナ３に接続された可動の接点５と、送信段１の出力に接続された第１の固定の接点６と、受信段１の入力に接続された第２の固定の接点７とからなる。
【００１１】
この送信段および受信段１および２は、詳細には, 説明されない。なぜなら、それら自体は、本発明と直接の関連性を有しないからである。送信段は、たとえば変調されたオーディオ信号発生回路、周波数変換器、バンドパスフィルタ、高周波増幅器などのような要素を、直列に、本質的に含むのに対し、逆に、受信段は、たとえば高周波増幅器、バンドパスフィルタおよび周波数変換器などのような要素を、直列に、本質的に含むということだけが説明される。
【００１２】
図２は、本発明によるスイッチング装置の実施態様の第１の例を示す。この装置は、２つの固定の板２１および２２と、圧電材料による可動の接点２３とからなる圧電アクチュエータである。この２つの固定の板の内側の面は、電気的な接点を形成するために、局部的に、金属で被覆されている。“局部的に（locally ）”とは、ここに記載されたこの実施態様において、この各内側の面のそれぞれの下部部分１０２および１０３が“レスト（rest）”位置と呼ばれる位置に対応する接点を形成するのに対し、それらの上部部分１０３および１０４が“ワーキング（working ）”位置と呼ばれる位置に対応する接点を形成するということを意味すると解釈される。
【００１３】
この装置の動作は、下記のようである。電極２８および２９は、この可動の接点２３にコントロール電圧を適用し、ここに、そのコントロール電圧は、この可動の接点２３を変形させ、その“レスト”位置からその“ワーキング”位置に可動の接点２３を変化させるものであり、その“レスト”位置への戻りは、このコントロール電圧の最後で行われる。可動の接点２３の端部のこの二重の動き（double movement ）−ここでは、可動の接点２３の端部はその変位の中間で占めるところの、中間の位置で描かれている−は、図２における二重矢印で示されている。この可動の接点の大きな振幅の圧電動作（piezoelectric movement）は、レバー効果−増幅アクチュエータ《amplfied actuator 》とも呼ばれる−により、得られうる。この場合において、その変位は、このレバーの軸に対する距離の割合により増大される。
【００１４】
図３は、このスイッチング装置の実施態様の第２の例を示し、ここに、この例においては、接点を形成するキャパシタの板（ここでは、３１および３２の参照符号が付されている）は、生（live）のキャパシタの値を増大させることを可能にさせるところの、小さな円柱状の形状の組み合わせにより構成されている。この動作は、下記のようである。可動の接点−ここでは、３３の参照符号が付されている−は、この場合は、円柱のそれらと平行な軸（図３中、水平軸）に沿ってその板に対し横切る方向に移動される。この接点３３は、その２つの面に金属で被覆された円柱１３１Ｒ，１３１Ｔを含み、ここに、それら円柱は、接点３３がコントロール電圧の作用のもとで変形される場合、固定の板の対応する孔２３１Ｒ，２３１Ｔに入り込む。そうしたコントロール電圧がないとき、各円柱１３１Ｒは、固定の板３１の側の各孔２３１Ｒと高周波接点キャパシタ（contact capaitor）を形成して、“レスト”接点をもたらし、そうしたコントロール電圧があるとき、各円柱１３１Ｔは、同様に、固定の板３２の側の各孔２３１Ｔとキャパシタを構成して、“ワーキング”接点をもたらす。
【００１５】
接点キャパシタの値が、図２および３の実施態様の２つの例のための例示として、その可動の接点の１ｍｍの変形の仮定にもとに、提示されうる。図２の実施態様においては、それぞれの接点は、たとえば、１×４ｍｍの２つの平板キャパシタにより実現されるもので、ここに、それは、各部分の機械的な遊び（play）のための０．１ｍｍの間隔をもって、０．７１ｐＦに等しい容量値をもたらす。図３の実施態様においては、それぞれの接点は、たとえば、長さ１ｍｍで直径２ｍｍを有する４つの円柱により形成され、そうして得られる容量は、２．２ｐＦである。
【００１６】
高周波信号の好ましい伝達に必要な、特性線路インピーダンス（line impedance）を保つことは、装置の適切な配列によって得られうるということに、注目されるだろう（このインピーダンスは、可動の接点の形状および寸法や伝送線路全体のグランドとして使用される装置のグランドへ接続したシールドの存在の関数である。図４は、そのようなシールド４１の配置の例を示す。）。
【００１７】
図５に示される実施態様の第３例は、小さな振幅（１０から２０μｍ）で、圧電効果、および機械的なフリクションを利用するもので、該圧電効果および機械的なフリクションは、その圧電効果の結果の（または、磁気抵抗効果による）変形を受ける部分５１と、一方では、固定の板５２との間、他方では、考慮された高周波継電器における可動の接点として使用される可動の部分５３との間の、圧電効果と機械的なフリクションである。圧電部分（piezoelectric part）５１の交互の変形は、その表面の接線のポイントが、図５の円柱状の部分に対し表示されたような楕円を描くように、２つの直角な軸（または、一般には、各横軸）に沿ってコントロールされ、フリクションは、一般に、小規模のチタンの粗い表面によって確保される。この機械的な装置は、《圧電モータ（piezoelectric motor ）》の用語や、フリクションを確保する表面の波状の変形に基づき作り出される転換運動（translating movement）、あるいは、ディスクの軸に関して径方向の同じような種類の変形によって生ずる該ディスクの転換運動について触れられているもののうち、既知のそうした装置の他の常套的な手段の用語で称されるかもしれない。可動の部分５３の金属で被覆された部分５４は板５５上の容量性効果（capacitive effect ）を介して接点を実現するという点で、他の要素に関しては、同じようである。
【００１８】
アンテナスイッチに適用された圧電気の使用のそのようなモータの主な利点は、このスイッチのスイッチングフェーズ以外に、電力の消費が全体的にないことに帰す。そのような機械的な装置は、セルフロッキング（self-locking）である。移動のコントロールのためには、ＡＣコントロール信号が、２つの軸に従って必要ではあるが、しかし、基本的な機械的変形の低い量に起因して、きわめて低い電圧、すなわち数ボルト程度の適用電圧である。得られる変位の速度は高く、それゆえに、ＴＤＭＡ通信ネットワーク中で作動する製品のアンテナスイッチングのために要求されるスイッチングの敏速性と両立しうる。例として、２５μｍの変形で駆動され、３０ｋＨｚの周波数で作動される圧電モータは、１ｍｓに０．７５ｍｍの変位を生ずるところの、０．７５ｍ／ｓに等しい変位速度を有する。
【００１９】
もちろん、本発明は、提案された変形に基づき、上記で記述され、および表された実施態様の例に限定されない。たとえば、図２の実施態様は、下記の方式に簡略化されうる。可動の接点は、金属性の表面を備えるが、しかし、外部へ接続されない。したがって、“レスト”位置の接点は、固定の金属で被覆された板２１（内側の面１０１）と可動の接点との間、その次に、この同じ可動の接点と金属で被覆された固定の板２２（内側の面１０２）との間の、二重の容量性効果（double capacitive effect）によって実現される。同様に、“ワーキング”位置において、接続は、固定の各板の各上部部分と可動の接点との間の二重の容量性効果を介して行われる。
【００２０】
さらに、容量性効果によるスイッチングが、周波数にかかわらず、不十分であることが起こるかもしれない。図６の曲線Ａは、たとえば、直列のキャパシタの存在のための不整合によって９００ＭＨｚで１．８ｄＢ程度の損失を示す。したがって、ワーキング周波数で該キャパシタと共振するため選ばれた値を有する直列のインダクタンスを設け、こうして、図６の曲線Ｂにより示されるように、この周波数でその損失をキャンセルすることによって、この不整合を補償することは、有用である。
【００２１】
図７および８に示される、２つの配線図が、このインダクタンスの配置のために提案される。図７においては、単一のインダクタンス７１が、ワーキング状態（送信段）およびレスト状態（受信段）において、２つの結合キャパシタＣＴおよびＣＲのそれぞれを形成するため、アンテナに連結された共通出力に設けられる。インダクタンスは、フェライトまたはセラミックのコアを有する伝統的なエアリアクトルであってよく、あるいはまた、線路部分（line section）により形成され得て、そのすえつけられる設備(installation)は、当該スイッチング装置の内側または外側にあってよい。図８においては、それぞれキャパシタＣＴおよびＣＲを形成するため、２つのインダクタンス８１および８２が、ひとつは送信段に、および他は受信段に、設けられる。この図は、標準的でない負荷インピーダンスのために、あるいは継電器の位置に依存する異なるキャパシタのための補償のために、適するだろう。どちらの場合も、定められたおよび特有の動作周波数で整合が実現される。もし、広い周波数帯で同様の機能を実現することや、特に、マルチ−スタンダード送信機／受信機の場合に２つの個々の周波数帯で同様の機能を最大限に利用することを望むなら、さまざまな構成要素を組み合わせる適応回路が、使用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  移動電話の送信段と受信段の間のアンテナスイッチング装置の配置を示す基本回路図である。
【図２】  本発明によるアンテナスイッチング装置の２つの実施態様のうちの一つを示す。
【図３】  本発明によるアンテナスイッチング装置の２つの実施態様のうちの他の一つを示す。
【図４】  シールドを有するスイッチング装置の例を示す。
【図５】  本発明による装置の第３の実施態様を示す。
【図６】  不整合による、周波数に伴う損失の増大を示すグラフであり、提案した解決策を説明する図である。
【図７】  前記不整合を取り除くことができるようにする配線の、２つの可能性の図のうちの一つを示す。
【図８】  前記不整合を取り除くことができるようにする配線の、２つの可能性の図のうちの他の一つを示す。
【符号の説明】
１  送信段
２  受信段
３  アンテナ
４  スイッチ
５  可動の接点
６  第１の固定の接点
７  第２の固定の接点
２１，２２  固定の板
２３  可動の接点
２８，２９  電極
３１，３２  板
３３  可動の接点
４１  シールド
５１  部分
５２  固定の板
５３  可動の部分
５４  金属で被覆された部分
５５  板
７１  インダクタンス
８１，８２  インダクタンス
１０１，１０２  下部部分
１０３，１０４  上部部分
１３１Ｒ，１３１Ｔ  円柱
２３１Ｒ，２３１Ｔ  孔
【図１】
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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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