(57)【要約】  本発明は、無線通信技術の分野に関し、特にアンテナシステムおよび端末に関し、アンテナシステムが、第1のアンテナおよび第2のアンテナを備え、第1のアンテナおよび前記第2のアンテナが、アンテナ給電点に並列に接続され、位相シフト装置が、第1のアンテナまたは第2のアンテナとアンテナ給電点との間に直列に接続され、その結果アンテナ給電点でインピーダンスの虚数部が、中心周波数チャンネル番号近傍で相殺される。本発明の実施形態のアンテナシステムを使用後、自由空間の中でアンテナシステムの無線周波数帯域幅が拡大され、平均効率が向上する。
2016527802.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第1のアンテナおよび第2のアンテナを備えるアンテナシステムであって、前記第1のアンテナおよび前記第2のアンテナが、アンテナ給電点に並列に接続され、位相シフト装置が、前記第1のアンテナまたは前記第2のアンテナと前記アンテナ給電点との間に直列に接続され、その結果前記アンテナ給電点でインピーダンスの虚数部が、中心周波数チャンネル番号近傍で相殺される、アンテナシステム。
【請求項２】
前記位相シフト装置が、前記第1のアンテナまたは前記第2のアンテナと前記アンテナ給電点との間に直列に接続され、前記第1のアンテナの入力インピーダンスZ1および前記第2のアンテナの入力インピーダンスZ2が、Z1=Z2、またはZ1=A*Z2、またはZ1=R1+JX1、Z2=R2+JX2、およびR1*X2=R2*X1を満たし、Aが任意の実数である、請求項1に記載のアンテナシステム。
【請求項３】
前記位相シフト装置が、伝送路、インダクタ−キャパシタLC発振回路、または集積位相シフタを備える、請求項2に記載のアンテナシステム。
【請求項４】
前記位相シフト装置が単一の伝送路を備える場合、前記伝送路が、前記第1のアンテナまたは前記第2のアンテナと前記アンテナ給電点との間に直列に接続され、前記伝送路の長さLがn(λ/4)であり、nが奇数であり、前記伝送路が第1の伝送路および第2の伝送路を備える場合、前記第1の伝送路が前記第1のアンテナと前記アンテナ給電点との間に直列に接続され、前記第2の伝送路が前記第2のアンテナと前記アンテナ給電点との間に直列に接続され、前記第1の伝送路と前記第2の伝送路との間の長さの差がn(λ/4)であり、nが奇数である、請求項3に記載のアンテナシステム。
【請求項５】
前記第1のアンテナまたは前記第2のアンテナが、モノポールアンテナおよびループアンテナの任意の1つを備える、請求項1から4のいずれか一項に記載のアンテナシステム。
【請求項６】
アンテナシステムが第1のアンテナおよび第2のアンテナを備え、前記第1のアンテナおよび前記第2のアンテナがアンテナ給電点に並列に接続され、前記アンテナ給電点が端末の無線周波トランシーバ回路に接続され、位相シフト装置が前記第1のアンテナまたは前記第2のアンテナと前記アンテナ給電点との間に直列に接続され、その結果前記アンテナ給電点でインピーダンスの虚数部が、中心周波数チャンネル番号近傍で相殺される、アンテナシステムを備える端末。
【請求項７】
前記位相シフト装置が、前記第1のアンテナまたは前記第2のアンテナと前記アンテナ給電点との間に直列に接続され、前記第1のアンテナの入力インピーダンスZ1および前記第2のアンテナの入力インピーダンスZ2が、Z1=Z2、またはZ1=A*Z2、またはZ1=R1+JX1、Z2=R2+JX2、およびR1*X2=R2*X1を満たし、Aが任意の実数である、請求項6に記載の端末。
【請求項８】
前記位相シフト装置が、伝送路、インダクタ−キャパシタLC発振回路、または集積位相シフタを備える、請求項7に記載の端末。
【請求項９】
前記位相シフト装置が単一の伝送路を備える場合、前記伝送路が、前記第1のアンテナまたは前記第2のアンテナと前記アンテナ給電点との間に直列に接続され、前記伝送路の長さLがn(λ/4)であり、nが奇数であり、前記伝送路が第1の伝送路および第2の伝送路を備える場合、前記第1の伝送路が前記第1のアンテナと前記アンテナ給電点との間に直列に接続され、前記第2の伝送路が前記第2のアンテナと前記アンテナ給電点との間に直列に接続され、前記第1の伝送路と前記第2の伝送路との間の長さの差がn(λ/4)であり、nが奇数である、請求項8に記載の端末。
【請求項１０】
前記第1のアンテナまたは前記第2のアンテナが、モノポールアンテナおよびループアンテナの任意の1つを備える、請求項6から9のいずれか一項に記載の端末。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信技術の分野に関し、特にアンテナシステムおよび端末に関する。
【背景技術】
【０００２】
オペレータは、実際のシナリオ適用の中でユーザのハンドセットのアンテナ性能に増々注意を払うようになっている。現在、自由空間通信品質により高い要求が課されるにつれて、頭部ファントム、手部ファントムならびに頭部および手部ファントムの中で、アンテナの通信性能に対する要求が、次第に高まっている。頭部および手部ファントム通信状態は、ユーザが実際に通話をしている状態を指す。頭部および手部ファントム通信状態の中で、アンテナに近づく場合、人間の頭部および人間の手部は、アンテナの周波数偏差の原因になるばかりでなく、エネルギーを吸収し、それによって、アンテナの放熱性能および受信性能における相対的に大きい減少をもたらし、金属フレーム構造を含むアンテナについて状況はさらに一層悪くなる。人間の手部がアンテナに接触する場合、例えば、信号強度が著しく減少するという重大な結果を招く可能性があり、ユーザの通話がオフラインになり、ネットワークを見つけることができない。頭部および手部ファントムシナリオの中でアンテナの性能を高める方法は、現在最も熱い論点となり、アンテナ設計において最も困難な点となってきている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
この事を鑑みて、本発明は、アンテナの無線周波数帯域幅が自由空間で拡大可能であり、アンテナの効率が、頭部ファントム、手部ファントムならびに頭部および手部ファントムのシナリオの中で拡大可能であるアンテナシステムを提供する。
【０００４】
本発明の第1の態様は、アンテナシステムが、第1のアンテナおよび第2のアンテナを備えることができ、第1のアンテナおよび第2のアンテナが、アンテナ給電点に並列に接続され、位相シフト装置が、第1のアンテナまたは第2のアンテナとアンテナ給電点との間に直列に接続され、その結果アンテナ給電点でインピーダンスの虚数部が、中心周波数チャンネル番号近傍で相殺される、アンテナシステムを提供する。
【０００５】
第1の態様を参照すると、第1の実行可能な実施方法で、位相シフト装置が、第1のアンテナまたは第2のアンテナとアンテナ給電点との間に直列に接続され、第1のアンテナの入力インピーダンスZ1および第2のアンテナの入力インピーダンスZ2が、Z1=Z2、またはZ1=A*Z2、またはZ1=R1+JX1、Z2=R2+JX2、およびR1*X2=R2*X1を満たし、Aが任意の実数である。
【０００６】
第1の態様の第1の実行可能な実施方法を参照して、第2の実行可能な実施方法では、位相シフト装置が、伝送路、インダクタ−キャパシタLC発振回路、または集積位相シフタを備えることができる。
【０００７】
第1の態様の第2の実行可能な実施方法を参照して、第3の実行可能な実施方法では、位相シフト装置が伝送路を備え、伝送路が単一の伝送路であり、第1のアンテナまたは第2のアンテナとアンテナ給電点との間に直列に接続される場合、伝送路の長さLがn(λ/4)であり、nが奇数であり、伝送路が第1の伝送路および第2の伝送路を備える場合、第1の伝送路が第1のアンテナとアンテナ給電点との間に直列に接続され、第2の伝送路が第2のアンテナとアンテナ給電点との間に直列に接続され、第1の伝送路と第2の伝送路との間の長さの差がn(λ/4)であり、nが奇数である。
【０００８】
第1の態様の第3の実行可能な実施方法に対する第1の態様の任意の1つを参照して、第4の実行可能な実施方法では、第1のアンテナおよび第2のアンテナが、端末のメインボードの同じ側または異なる側に配置される。
【０００９】
第1の態様の第4の実行可能な実施方法に対する第1の態様の任意の1つを参照して、第5の実行可能な実施方法では、第1のアンテナおよび第2のアンテナが、モノポールアンテナおよびループアンテナの任意の1つを含む。
【００１０】
本発明の第2の態様が、端末を提供し、端末がアンテナシステムを含むことができ、アンテナシステムが第1のアンテナおよび第2のアンテナを備え、第1のアンテナおよび第2のアンテナがアンテナ給電点に並列に接続され、アンテナ給電点が端末の無線周波トランシーバ回路に接続され、位相シフト装置が第1のアンテナまたは第2のアンテナとアンテナ給電点との間に直列に接続され、その結果アンテナ給電点でインピーダンスの虚数部が、中心周波数チャンネル番号近傍で相殺される。
【００１１】
第2の態様を参照すると、第1の実行可能な実施方法で、位相シフト装置が、第1のアンテナまたは第2のアンテナとアンテナ給電点との間に直列に接続され、第1のアンテナの入力インピーダンスZ1および第2のアンテナの入力インピーダンスZ2が、Z1=Z2、またはZ1=A*Z2、またはZ1=R1+JX1、Z2=R2+JX2、およびR1*X2=R2*X1を満たし、Aが任意の実数である。
【００１２】
第2の態様の第1の実行可能な実施方法を参照して、第2の実行可能な実施方法では、位相シフト装置が、伝送路、インダクタ−キャパシタLC発振回路、または集積位相シフタを備える。
【００１３】
第2の態様の第2の実行可能な実施方法を参照して、第3の実行可能な実施方法では、位相シフト装置が伝送路を備える場合、かつ伝送路が、単一の伝送路であり、第1のアンテナまたは第2のアンテナとアンテナ給電点との間に直列に接続される場合、伝送路の長さLがn(λ/4)であり、nが奇数であり、伝送路が第1の伝送路および第2の伝送路を備える場合、第1の伝送路が第1のアンテナとアンテナ給電点との間に直列に接続され、第2の伝送路が第2のアンテナとアンテナ給電点との間に直列に接続され、第1の伝送路と第2の伝送路との間の長さの差がn(λ/4)であり、nが奇数である。
【００１４】
第2の態様の第3の実行可能な実施方法に対する第2の態様の任意の1つを参照して、第4の実行可能な実施方法では、第1のアンテナおよび第2のアンテナが、端末のメインボードの同じ側または異なる側に配置される。
【００１５】
第2の態様の第4の実行可能な実施方法に対する第2の態様の任意の1つを参照して、第5の実行可能な実施方法では、第1のアンテナおよび第2のアンテナが、モノポールアンテナおよびループアンテナの任意の1つを含む。
【００１６】
本発明のいくつかの実行可能な実施方法では、アンテナシステムが、第1のアンテナおよび第2のアンテナを備え、第1のアンテナおよび第2のアンテナが、アンテナ給電点に並列に接続され、位相シフト装置が、第1のアンテナまたは第2のアンテナとアンテナ給電点との間に直列に接続され、その結果アンテナ給電点でインピーダンスの虚数部が、中心周波数チャンネル番号近傍で相殺される、アンテナシステムが提供されることを上記から理解することができる。このようにして、本発明の実施形態では、自由空間でのアンテナシステムの無線周波数帯域幅が拡大可能であり、平均効率が向上可能であり、加えて、第1のアンテナまたは第2のアンテナだけが使用される場合の効率と比較すると、本発明の実施形態のアンテナシステムの効率が、頭部ファントム、手部ファントム、ならびに頭部および手部ファントムのシナリオの中で、向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明によるアンテナシステムの実施形態の構成物の概略構造図である。
【図２】本発明によるアンテナシステムの別の実施形態の構成物の概略構造図である。
【図３】本発明による反射減衰量の概略曲線図である。
【図４】自由空間、頭部ファントム、手部ファントム、ならびに頭部および手部ファントムのシナリオの中で、本発明の実施形態のアンテナシステムが使用される前の第1のアンテナの効率と、本発明の実施形態のアンテナシステムが使用される後の第1のアンテナの効率との間の比較の概略図である。
【図５】本発明による端末の実施形態の構成物の概略構造図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明を詳細に説明するために、以下に特定の実施形態を使用する。
【００１９】
図1は、本発明によるアンテナシステムの実施形態の構成物の概略構造図である。図1に示すように、アンテナシステムが、第1のアンテナ11および第2のアンテナ21を備え、第1のアンテナ11および第2のアンテナ21が、アンテナ給電点30に並列に接続され、位相シフト装置31が、第1のアンテナ11とアンテナ給電点30との間に直列に接続され、その結果アンテナ給電点30でインピーダンスの虚数部が、中心周波数チャンネル番号近傍で相殺される。図1では、位相シフト装置31が、第1のアンテナ11とアンテナ給電点30との間に直列に接続されているが、しかし特定の実施ではその代わりに、位相シフト装置31の配置は、第2のアンテナ21とアンテナ給電点30との間に直列に接続され得ることに留意すべきである。
【００２０】
実行可能な実施方法として、図1に示す本発明のこの実施形態では、第1のアンテナの入力インピーダンスZ1および第2のアンテナの入力インピーダンスZ2が、Z1=Z2、またはZ1=A*Z2、またはZ1=R1+JX1、Z2=R2+JX2、およびR1*X2=R2*X1を満たし、Aが任意の実数である。
【００２１】
実行可能な実施方法として、本発明のこの実施形態の中の位相シフト装置31は、伝送路であることができる。実施可能な方法として、伝送路の長さLがn(λ/4)であることができ、nが奇数であり、λが波長である。
【００２２】
もちろん別法として、特定の実施では、本発明のこの実施形態の位相シフト装置31は、インダクタ−キャパシタLC回路（インダクタおよびキャパシタから成る）、または集積LC回路によって形成される位相シフタであることができる。LC回路または位相シフタが使用される場合、本発明のこの実施形態では、適切なモデルであるインダクタおよびキャパシタが、アンテナ給電点30でインピーダンスの虚数部が、中心周波数チャンネル番号（アンテナの動作周波数帯域幅の中心周波数チャンネル番号を指し、または共振周波数チャンネル番号を指す場合もある）近傍で相殺されることを満たすように選択され得る。
【００２３】
一般に、アンテナのインピーダンスは、Z=R+jXと表すことができ、RはインピーダンスZの実数部であり、XはZの虚数部であり、本発明のこの実施形態では、アンテナ給電点のインピーダンスの虚数部が相殺されるということは、中心周波数チャンネル番号近傍で、アンテナ給電点のインピーダンスZ'が実数部Rのみを含むことを意味する。
【００２４】
特定の実施では、本発明のこの実施形態の第1のアンテナ11および第2のアンテナ21が、端末のメインボードの同じ側または異なる側に配置されることができ、特定の配置は限定されない。例えば、第1のアンテナ11および第2のアンテナ21の両方が、端末の底部に配置可能であり、または端末の頂部に配置可能であり、あるいは第1のアンテナ11が端末の頂部に配置され、第2のアンテナ21が端末の底部に配置される。
【００２５】
特定の実施では、本発明のこの実施形態の第1のアンテナ11または第2のアンテナ21が、モノポールアンテナおよびループアンテナの任意の1つを含む。例えば、第1のアンテナ11および第2のアンテナ21の両方が、金属フレームループアンテナであり、アンテナの寸法は53mm*10mm*7.5mmである。
【００２６】
図2は、本発明によるアンテナシステムの別の実施形態の構成物の概略構造図である。図2に示すように、アンテナシステムが、第1のアンテナ11および第2のアンテナ21を備えることができ、第1のアンテナ11および第2のアンテナ21が、アンテナ給電点30に並列に接続され、第1の位相シフト装置40が、第1のアンテナ11とアンテナ給電点30との間に直列に接続され、第2の位相シフト装置50が、第2のアンテナ21とアンテナ給電点30との間に直列に接続され、その結果アンテナ給電点30でインピーダンスの虚数部が、中心周波数チャンネル番号近傍で相殺される。
【００２７】
実行可能な実施方法として、図2に示す本発明のこの実施形態では、第1のアンテナの入力インピーダンスZ1および第2のアンテナの入力インピーダンスZ2が、Z1=Z2、またはZ1=A*Z2、またはZ1=R1+JX1、Z2=R2+JX2、およびR1*X2=R2*X1を満たし、Aが任意の実数である。
【００２８】
実行可能な実施方法として、位相シフト装置40および位相シフト装置50は、伝送路であることができる。第1の伝送路が第1のアンテナとアンテナ給電点との間に接続され、第2の伝送路が第2のアンテナとアンテナ給電点との間に接続されると仮定すれば、この場合、実施方法として、第1の伝送路の長さL1および第2の伝送路との間の長さL2がL1-L2=±n(λ/4)であり、R1、R2、X1、およびX2が任意の実数であり、nが奇数であり、λが波長である。
【００２９】
もちろん別法として、特定の実施では、本発明のこの実施形態では、位相シフト装置40および位相シフト装置50は、インダクタ−キャパシタLC回路（インダクタ−キャパシタLC回路は、インダクタおよびキャパシタから成る）、または集積LC回路によって形成される位相シフタであることができる。LC回路または位相シフタが使用される場合、本発明のこの実施形態では、適切なモデルであるインダクタおよびキャパシタが、アンテナ給電点30でインピーダンスの虚数部が、中心周波数チャンネル番号（アンテナの動作周波数帯域幅の中心周波数チャンネル番号を指し、または共振周波数チャンネル番号を指す場合もある）近傍で相殺されることを満たすように選択され得る。
【００３０】
特定の実施では、本発明のこの実施形態の第1のアンテナ11および第2のアンテナ21が、端末のメインボードの同じ側または異なる側に配置されることができ、特定の配置は限定されない。例えば、第1のアンテナ11および第2のアンテナ21の両方が、端末の底部に配置可能であり、または端末の頂部に配置可能であり、あるいは第1のアンテナ11が端末の頂部に配置され、第2のアンテナ21が端末の底部に配置される。
【００３１】
特定の実施では、本発明のこの実施形態の第1のアンテナ11または第2のアンテナ21が、モノポールアンテナおよびループアンテナの任意の1つを含む。例えば、第1のアンテナ11および第2のアンテナ21の両方が、金属フレームループアンテナであり、アンテナの寸法は53mm*10mm*7.5mmである。
【００３２】
さらに、本発明のこの実施形態の効果を示すために、インピーダンスの位相が長さL1を有する伝送路によって位相される後、第1のアンテナ11のインピーダンスがZ1'になり、インピーダンスの位相が長さL2を有する伝送路によって位相される後、第2のアンテナ21のインピーダンスがZ2'になり、アンテナ給電点のインピーダンスがZ3であり、Z3=Z2'//Z1'（すなわち、Z3は、Z1'およびZ2'の平行インピーダンス）であると考えられる。図3を参照すると、Z1'の反射減衰量は点線によって示される曲線であり、Z2'の反射減衰量は破線によって示される曲線であり、Z3の反射減衰量は実線によって示される曲線である。図3から、Z3の反射減衰量が-3dBである場合、Z1'およびZ2'の反射減衰量を比較すると、帯域幅が2倍以上増加しており、明らかに帯域幅の拡大効果が存在することを理解することができる。
【００３３】
さらに、図4は、自由空間、頭部ファントム、手部ファントム、ならびに頭部および手部ファントムのシナリオの中で、本発明のこの実施形態のアンテナシステムが使用される前の第1のアンテナの効率と、本発明のこの実施形態のアンテナシステムが使用される後の第1のアンテナの効率との間の比較の概略図である。図4から以下のことを理解することができる。
【００３４】
自由空間シナリオの中で、位相シフト装置を使用することによって、第1のアンテナ11が第2のアンテナ21に並列に接続される後、全体のアンテナシステムの低周波帯域幅が約200Mhz拡大され（効率の限界は、-4dBである）、高周波帯域幅が約100Mhz拡大される。最適化の後、全体のLTE周波数帯域（704Mhz-960Mhz、1710-2690Mhz）が、容易に包含されることができ、全帯域幅の中の全体的アンテナシステムの平均効率が、ある程度向上する。
【００３５】
手部ファントムのシナリオの中で、第1のアンテナ11は、低周波手部ファントムの中で7dB増加し、高周波手部ファントムの中で3dB増加し、頭部および手部ファントムシナリオの中で、第1のアンテナ11の頭部および手部ファントム低周波は5dB増加し、高周波は1dB増加する。
【００３６】
加えて、本発明のこの実施形態のアンテナシステムが使用されない場合、頭部および手部ファントムシナリオの中で、第1のアンテナ11の低周波は相対的に大きい周波数偏差を有し、約300Mhzについて低周波に向かって偏差するが、そのことは、自由空間性能、手部ファントム性能、ならびに頭部および手部ファントム性能を平衡させる方法を実際に設計する上で極めて困難な点である。しかし、本発明のアンテナシステムが使用される後、全体のアンテナシステムの手部ファントムならびに頭部および手部ファントムの中で、明確な周波数偏差が存在せず、したがってこの問題を効果的に解決することができる。
【００３７】
同様に、本発明の実施形態は、端末をさらに提供する。図5に示すように、端末は、本発明の中で上記に言及するアンテナシステム1および無線周波トランシーバ回路2を含むことができ、無線周波トランシーバ回路2は、アンテナシステム1のアンテナ給電点30に接続されている。アンテナシステム1が、第1のアンテナ11および第2のアンテナ21を備え、第1のアンテナ11および第2のアンテナ21が、アンテナ給電点30に並列に接続され、さらに、第1の位相シフト装置40が、第1のアンテナ11とアンテナ給電点30との間に直列に接続され、第2の位相シフト装置50が、第2のアンテナ21とアンテナ給電点30との間に直列に接続され、その結果アンテナ給電点30でインピーダンスの虚数部が、中心周波数チャンネル番号近傍で相殺される。
【００３８】
図5では、1つの実施例に過ぎないアンテナシステム1が、図示されている。特定の実施では、本発明の図5の中のアンテナシステム1が、第1のアンテナおよび第2のアンテナを備えることができ、第1のアンテナおよび第2のアンテナが、アンテナ給電点に並列に接続され、位相シフト装置が、第1のアンテナまたは第2のアンテナとアンテナ給電点との間に直列に接続され、その結果アンテナ給電点でインピーダンスの虚数部が、中心周波数チャンネル番号近傍で相殺される。図1および図2に示す実施例の他に、図示されないアンテナシステムの他の特定の実施形態がさらに存在する可能性があり、図5に示す実施例は、アンテナシステムを限定するために使用されることはできない。
【００３９】
要約すると、上記に記載する事柄は、本発明の技術的解決策の単なる例示的な実施形態に過ぎず、本発明の範囲を限定することを意図するものではない。本発明の原則から逸脱せずに作製される任意の修正形態、均等な配置または改良が、本発明の保護範囲内にあるべきである。
【符号の説明】
【００４０】
1  アンテナシステム
2  無線周波トランシーバ回路
11  第1のアンテナ
21  第2のアンテナ
30  アンテナ給電点
31  位相シフト装置
40  第1の位相シフト装置
50  第2の位相シフト装置
【図１】
2016527802.tif 000003
【図２】
2016527802.tif 000004
【図３】
2016527802.tif 000005
【図４】
2016527802.tif 000006
【図５】
2016527802.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成28年1月21日(2016.1.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
一般に、アンテナのインピーダンスは、Z=R+JXと表すことができ、RはインピーダンスZの実数部であり、XはZの虚数部であり、本発明のこの実施形態では、アンテナ給電点のインピーダンスの虚数部が相殺されるということは、中心周波数チャンネル番号近傍で、アンテナ給電点のインピーダンスZが実数部Rのみを含むことを意味する。
【国際調査報告】
2016527802.tif 000008
2016527802.tif 000009
2016527802.tif 000010
2016527802.tif 000011