АНТЕННОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2012 года по МПК H04W4/00 H01Q1/24 H01Q21/28 H01Q3/26 H01Q7/00 H04B1/38 

Область техники

Настоящее изобретение относится к антенному устройству, использующему рамочный антенный элемент.

Уровень техники

Для обеспечения защиты информации в последнее время было достигнуто развитие техники беспроводной персональной идентификации, примером которой является SPC (Secure Private Cosm). Двусторонняя аутентификация и определение расстояния на основе RSSI (индикации уровня принимаемого сигнала) осуществляются между ключом аутентификации, который носит пользователь и который имеет функцию беспроводной связи, и управляемым устройством, снабженным функцией беспроводной связи, например персональным компьютером, портативным телефоном и автомобилем. На основании интенсивности RSSI можно определить, находится ли управляемое устройство в области аутентификации (в радиусе нескольких метров от ключа аутентификации), и управлять блокировкой функций управляемого устройства и работой предупреждающего сигнализатора. Таким образом, выполняется функция предотвращения несанкционированного пользования устройством или потери устройства. Когда область аутентификации слишком узка, блокировка функций или предупреждающий сигнализатор активируется во время использования устройства. Напротив, когда область аутентификации слишком широка, снижается степень защиты. Соответственно, желательно, чтобы область аутентификации имела постоянный размер.

Однако существует проблема изменения коэффициента усиления антенны в зависимости от расстояния между ключом аутентификации и человеческим телом, что, в свою очередь, приводит к изменению размера области аутентификации.

Известный способ предотвращения влияния проводника, например человеческого тела, на антенну состоит в использовании рамочной антенны, имеющей конструкцию, согласно которой плоскость рамки перпендикулярна проводнику во избежание возникновения резкого падения коэффициента усиления, даже когда проводник приближается к антенне (см. патентный документ 1 (фиг.1), патентный документ 2 (фиг.2) и патентный документ 3).

Патентный документ 1: JP-A-2000-244219

Патентный документ 2: JP-A-2005-109609

Патентный документ 3: JP-B-3735635

Сущность изобретения

Задачи изобретения

Однако согласно способам, раскрытым в связи с патентными документами 1, 2 и 3, отвечающими уровню техники, коэффициент усиления антенны изменяется в зависимости от расстояния между антенной и человеческим телом или проводником.

Настоящее изобретение было сделано в связи проблемами, присущими уровню техники, и имеет своей задачей обеспечение антенны, способной уменьшать изменения коэффициента усиления, обусловленные человеческим телом.

Средство решения задачи

Для решения задачи антенное устройство, отвечающее настоящему изобретению, включает в себя антенну магнитного тока, которая использует магнитный ток в качестве источника излучения; антенну электрического тока, которая использует электрический ток в качестве источника излучения; и блок подачи сигнала, который подает сигналы на антенну магнитного тока и антенну электрического тока, причем антенна магнитного тока и антенна электрического тока располагаются так, чтобы поляризованная волна, излучаемая антенной магнитного тока, была перпендикулярна поляризованной волне, излучаемой антенной электрического тока; и блок подачи сигнала управляет распределением радиоволны, излучаемой антенной магнитного тока, и радиоволны, излучаемой антенной электрического тока.

Преимущество изобретения

Как упомянуто выше, настоящее изобретение позволяет реализовать антенное устройство, способное уменьшать изменения коэффициента усиления, обусловленные человеческим телом.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - вид, демонстрирующий конфигурацию антенного устройства согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.2 - вид, демонстрирующий иллюстративную конфигурацию распределителя 103, выполненного в виде распределителя Уилкинсона, в первом варианте осуществления настоящего изобретения.

Фиг.3 - вид, демонстрирующий иллюстративную конфигурацию фазовращателей 104a и 104b, в которых диапазон изменений фазы проходит от 0° до 90° в первом варианте осуществления настоящего изобретения.

Фиг.4 - вид, демонстрирующий иллюстративную конфигурацию фазовращателей 104а и 104b, в которых диапазон изменений фазы проходит от 0° до -90° в первом варианте осуществления настоящего изобретения.

Фиг.5(а) - вид, демонстрирующий иллюстративные конфигурации согласующих схем 105 и 106 в первом варианте осуществления настоящего изобретения, и фиг.5(b) - вид, демонстрирующий иллюстративные конфигурации согласующих схем 105 и 106 в первом варианте осуществления настоящего изобретения.

Фиг.6(а) - вид, демонстрирующий иллюстративную конфигурацию рамочных антенн 107 и 108 и проводов заземления 109, достигаемую, когда каждая из рамочных антенн 107 и 108 снабжена проводом заземления, в первом варианте осуществления настоящего изобретения; фиг.6(b) - вид, демонстрирующий иллюстративную конфигурацию рамочных антенн 107 и 108 и проводов заземления 109, достигаемую, когда плоскости рамок соответствующих рамочных антенн 107 и 108 лежат в плоскости X-Y и когда каждая из рамочных антенн 107 и 108 снабжена проводом заземления, в первом варианте осуществления настоящего изобретения; и фиг.6(с) - вид, демонстрирующий иллюстративную конфигурацию рамочных антенн 107 и 108 и провода заземления 109, достигаемую, когда плоскости рамок соответствующих рамочных антенн 107 и 108 лежат в плоскости X-Y и когда провод заземления совместно используется рамочными антеннами, в первом варианте осуществления настоящего изобретения.

Фиг.7 - вид, демонстрирующий иллюстративную конфигурацию измерителя 111 отношения мощностей между ортогональными поляризациями в первом варианте осуществления настоящего изобретения.

Фиг.8(a) - вид, демонстрирующий взаимное расположение проводящей пластины и микрорамочной антенны в первом варианте осуществления настоящего изобретения, и фиг.8(b) - вид, демонстрирующий соотношение между расстоянием от микрорамочной антенны до проводящей пластины и коэффициентом усиления другой микрорамочной антенны, расположенной в направлении, противоположном проводящей пластине, в первом варианте осуществления настоящего изобретения.

Фиг.9(a) - вид, демонстрирующий взаимное расположение проводящей пластины и линейной антенны в первом варианте осуществления настоящего изобретения, и фиг.9(b) - вид, демонстрирующий соотношение между расстоянием от линейной антенны до проводящей пластины и коэффициентом усиления другой линейной антенны, расположенной в направлении, противоположном проводящей пластине, в первом варианте осуществления настоящего изобретения.

Фиг.10(a) - вид, демонстрирующий работу антенного устройства, осуществляемую, когда разность фаз питания, подаваемого на рамочные антенны 107 и 108, равна 0°, в первом варианте осуществления настоящего изобретения, и фиг.10(b) - вид, демонстрирующий работу антенного устройства, осуществляемую, когда разность фаз питания, подаваемого на рамочные антенны 107 и 108, равна 180°, в первом варианте осуществления настоящего изобретения.

Фиг.11(a) - вид, демонстрирующий работу антенного устройства, осуществляемую, когда разность фаз питания, подаваемого на рамочные антенны 107 и 108, равна 60°, в первом варианте осуществления настоящего изобретения, и фиг.11(b) - вид, демонстрирующий работу антенного устройства, осуществляемую, когда разность фаз питания, подаваемого на рамочные антенны 107 и 108, равна 120°, в первом варианте осуществления настоящего изобретения.

Фиг.12 - вид, демонстрирующий размеры антенного устройства, полученные вычислением, в первом варианте осуществления настоящего изобретения.

Фиг.13 - вид, демонстрирующий соотношение между разностью фаз питания в рамочных антеннах 107 и 108 и средним коэффициентом усиления плоскости X-Y антенного устройства, в первом варианте осуществления настоящего изобретения.

Фиг.14 - вид, демонстрирующий аналитическую модель влияния на человеческое тело и размеры аналитической модели в случае, когда плоскости рамок рамочных антенн 107 и 108 параллельны плоскости X-Y, в первом варианте осуществления настоящего изобретения.

фиг.15(a) - вид, демонстрирующий изменение среднего коэффициента усиления плоскости X-Y в зависимости от расстояния между антенным устройством и моделью человеческого тела 301, происходящее, когда плоскости рамок рамочных антенн 107 и 108 параллельны плоскости X-Y при разности фаз питания, равной 0°, в первом варианте осуществления настоящего изобретения; фиг.15(b) - вид, демонстрирующий изменение среднего коэффициента усиления плоскости X-Y в зависимости от расстояния между антенным устройством и моделью человеческого тела 301, происходящее, когда плоскости рамок рамочных антенн 107 и 108 параллельны плоскости X-Y при разности фаз питания, равной 90°, в первом варианте осуществления настоящего изобретения; и фиг.15(c) - вид, демонстрирующий изменение среднего коэффициента усиления плоскости X-Y в зависимости от расстояния между антенным устройством и моделью человеческого тела 301, происходящее, когда плоскости рамок рамочных антенн 107 и 108 параллельны плоскости X-Y при разности фаз питания, равной 180°, в первом варианте осуществления настоящего изобретения.

Фиг.16(a) - вид, демонстрирующий изменение MEG в зависимости от расстояния между антенным устройством и человеческим телом, происходящее, когда плоскости рамок рамочных антенн 107 и 108 параллельны плоскости X-Y при XPR=6 дБ, в первом варианте осуществления настоящего изобретения; фиг.16(b) - вид, демонстрирующий изменение MEG в зависимости от расстояния между антенным устройством и человеческим телом, происходящее, когда плоскости рамок рамочных антенн 107 и 108 параллельны плоскости X-Y при XPR=0 дБ, в первом варианте осуществления настоящего изобретения; и фиг.16(c) - вид, демонстрирующий изменение MEG в зависимости от расстояния между антенным устройством и человеческим телом, происходящее, когда плоскости рамок рамочных антенн 107 и 108 параллельны плоскости X-Y при XPR=-6 дБ, в первом варианте осуществления настоящего изобретения.

Фиг.17 - вид, демонстрирующий изменения ΔMEG, обусловленные разностями фаз питания, когда плоскости рамок рамочных антенн 107 и 108 параллельны плоскости X-Y, в первом варианте осуществления настоящего изобретения.

Фиг.18 - вид, демонстрирующий аналитическую модель влияния на человеческое тело и размеры аналитической модели в случае, когда плоскости рамок рамочных антенн 107 и 108 перпендикулярны плоскости X-Y, в первом варианте осуществления настоящего изобретения.

Фиг.19(a) - вид, демонстрирующий изменение среднего коэффициента усиления плоскости X-Y в зависимости от расстояния между антенным устройством и моделью человеческого тела 301, происходящее, когда плоскости рамок рамочных антенн 107 и 108 перпендикулярны плоскости X-Y при разности фаз питания, равной 0°, в первом варианте осуществления настоящего изобретения; фиг.19(b) - вид, демонстрирующий изменение среднего коэффициента усиления плоскости X-Y в зависимости от расстояния между антенным устройством и моделью человеческого тела 301, происходящее, когда плоскости рамок рамочных антенн 107 и 108 перпендикулярны плоскости X-Y при разности фаз питания, равной 90°, в первом варианте осуществления настоящего изобретения; и фиг.19(c) - вид, демонстрирующий изменение среднего коэффициента усиления плоскости X-Y в зависимости от расстояния между антенным устройством и моделью человеческого тела 301, происходящее, когда плоскости рамок рамочных антенн 107 и 108 перпендикулярны плоскости X-Y при разности фаз питания, равной 180°, в первом варианте осуществления настоящего изобретения.

Фиг.20(a) - вид, демонстрирующий изменение MEG в зависимости от расстояния между антенным устройством и человеческим телом, происходящее, когда плоскости рамок рамочных антенн 107 и 108 перпендикулярны плоскости X-Y при XPR=6 дБ, в первом варианте осуществления настоящего изобретения; фиг.20(b) - вид, демонстрирующий изменение MEG в зависимости от расстояния между антенным устройством и человеческим телом, происходящее, когда плоскости рамок рамочных антенн 107 и 108 перпендикулярны плоскости X-Y при XPR=0 дБ, в первом варианте осуществления настоящего изобретения; и фиг.20(c) - вид, демонстрирующий изменение MEG в зависимости от расстояния между антенным устройством и человеческим телом, происходящее, когда плоскости рамок рамочных антенн 107 и 108 перпендикулярны плоскости X-Y при XPR=-6 дБ, в первом варианте осуществления настоящего изобретения.

Фиг.21 - вид, демонстрирующий изменения ΔMEG, обусловленные разностями фаз питания, когда плоскости рамок соответствующих рамочных антенн 107 и 108 перпендикулярны плоскости X-Y, в первом варианте осуществления настоящего изобретения.

Фиг.22(a) - вид, демонстрирующий модель эквивалентной схемы антенного устройства согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения; фиг.22(b) - вид, демонстрирующий эквивалентную схему антенного устройства согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения, и фиг.22(c) - вид, демонстрирующий эквивалентную схему антенного устройства согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения, полученную после преобразования.

Фиг.23(a) - вид, демонстрирующий изменения S21 в зависимости от расстояния "l" между рамочной антенной 108 и пластиной заземления 101, происходящие, когда длина "h" рамки в направлении ее оси x принимается равной 5 мм, в первом варианте осуществления настоящего изобретения, и фиг.23(b) - вид, демонстрирующий изменения S21 в зависимости от расстояния "l" между рамочной антенной 108 и пластиной заземления 101, происходящие, когда расстояние "p" между рамками принимается равным 7,5 мм, в первом варианте осуществления настоящего изобретения.

Фиг.24 - вид, демонстрирующий иллюстративную конфигурацию системы согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.25 - вид, демонстрирующий процедуры задания разности фаз питания в антенном устройстве согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.26 - вид, демонстрирующий иллюстративные установки разности фаз питания антенного устройства согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.27 - вид, демонстрирующий принцип антенного устройства согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.

Перечень условных обозначений

101 - пластина заземления

102 - схема приемопередатчика

103 - распределитель

104a, 104b - фазовращатель

105, 106 - согласующая схема

107, 108 - рамочная антенна

109 - провод заземления

110 - датчик положения

111 - измеритель отношения мощностей между ортогональными поляризациями

201, 202, 203 - микрорамочная антенна

204 - блок обработки сигнала

301 - модель человеческого тела

401 - антенна магнитного тока

402 - антенна электрического тока

403 - схема управления распределением электрического тока/магнитного тока

501 - управляемое устройство

502 - антенна вертикальной поляризации

503 - антенна горизонтальной поляризации

504 - датчик положения

Предпочтительные варианты осуществления изобретения

Первый аспект изобретения предусматривает антенное устройство, содержащее: антенну магнитного тока, которая использует магнитный ток в качестве источника излучения; антенну электрического тока, которая использует электрический ток в качестве источника излучения; и блок подачи сигнала, который подает сигналы на антенну магнитного тока и антенну электрического тока, причем антенна магнитного тока и антенна электрического тока располагаются так, чтобы поляризованная волна, излучаемая антенной магнитного тока, была перпендикулярна поляризованной волне, излучаемой антенной электрического тока; и блок подачи сигнала управляет распределением радиоволны, излучаемой антенной магнитного тока, и радиоволны, излучаемой антенной электрического тока.

Конфигурация позволяет реализовать антенное устройство с малыми изменениями коэффициента усиления, обусловленными человеческим телом.

Второй аспект изобретения предусматривает антенное устройство согласно первому аспекту изобретения, дополнительно содержащее блок измерения положения, который регистрирует наклон пластины заземления, на которой предусмотрен блок подачи сигнала, относительно опорной плоскости. Блок подачи сигнала управляет распределением радиоволны, излучаемой антенной магнитного тока, и радиоволны, излучаемой антенной электрического тока, в соответствии с наклоном, зарегистрированным блоком измерения положения.

Конфигурация позволяет реализовать антенное устройство с малыми изменениями коэффициента усиления, обусловленными человеческим телом, даже когда наклон антенного устройства изменяется.

Третий аспект изобретения предусматривает антенное устройство согласно первому или второму аспекту изобретения, в котором блок подачи сигнала управляет распределением радиоволны, излучаемой антенной магнитного тока, и радиоволны, излучаемой антенной электрического тока, в соответствии с информацией о наклоне беспроводного устройства относительно опорной плоскости, причем информация включена во входящую радиоволну от беспроводного устройства.

Конфигурация позволяет реализовать антенное устройство с малыми изменениями коэффициента усиления, обусловленными человеческим телом, даже когда наклон беспроводного устройства изменяется.

Четвертый аспект изобретения предусматривает антенное устройство согласно второму или третьему аспекту изобретения, дополнительно содержащее блок измерения отношения мощностей между ортогональными поляризациями, который регистрирует отношение мощностей между ортогональными поляризациями входящей радиоволны от беспроводного устройства. Блок подачи сигнала управляет распределением радиоволны, излучаемой антенной магнитного тока, и радиоволны, излучаемой антенной электрического тока в соответствии с отношением мощностей между ортогональными поляризациями, зарегистрированным блоком измерения отношения мощностей между ортогональными поляризациями.

Конфигурация позволяет реализовать антенное устройство с малыми изменениями коэффициента усиления, обусловленными человеческим телом, даже когда отношение мощностей между ортогональными поляризациями входящей радиоволны изменяется.

Пятый аспект изобретения предусматривает антенное устройство согласно второму или третьему аспекту изобретения, в котором, когда вертикально поляризованный компонент и горизонтально поляризованный компонент входящей радиоволны от беспроводного устройства, по существу, идентичны друг другу, блок подачи сигнала управляет распределением радиоволны, излучаемой антенной магнитного тока, и радиоволны, излучаемой антенной электрического тока, в соответствии с заранее заданным распределением.

Конфигурация позволяет реализовать антенное устройство с малыми изменениями коэффициента усиления, обусловленными человеческим телом, без обработки для регистрации отношения мощностей между ортогональными поляризациями и информации о наклоне беспроводного устройства.

Шестой аспект изобретения предусматривает антенное устройство согласно любому из аспектов изобретения со второго по пятый, в котором блок подачи сигнала управляет распределением радиоволны, излучаемой антенной магнитного тока, и радиоволны, излучаемой антенной электрического тока, таким образом, что диапазон изменения коэффициента усиления ограничивается заранее определенными пределами.

Конфигурация позволяет реализовать антенное устройство, в котором диапазон изменений коэффициента усиления, обусловленных человеческим телом, всегда ограничивается заранее определенными пределами.

Седьмой аспект изобретения предусматривает антенное устройство, содержащее плоскую пластину заземления, имеющую проводник заземления; первую рамочную антенну и вторую рамочную антенну, предусмотренные в положениях, отделенных от пластины заземления в горизонтальном направлении; и блок подачи сигнала, который подает сигналы на точки питания, предусмотренные на одних концах первой рамочной антенны и второй рамочной антенны соответственно, причем плоскости рамок, образованные соответственно в первой рамочной антенне и второй рамочной антенне, перпендикулярны пластине заземления; причем другие концы первой рамочной антенны и второй рамочной антенны соединены с пластиной заземления соответственно; причем направление намотки первой рамочной антенны от ее точки питания к пластине заземления противоположно направлению намотки второй рамочной антенны от ее точки питания к пластине заземления; и поляризованные волны, параллельные плоскостям рамок, излучаемые первой рамочной антенной и второй рамочной антенной, перпендикулярны поляризованной волне, излучаемой электрическими токами, текущими из первой рамочной антенны и второй рамочной антенны в пластину заземления.

Конфигурация позволяет реализовать антенну, включающую в себя компонент антенны магнитного тока и компонент антенны электрического тока, поляризованные волны которых пересекают друг друга под прямыми углами.

Восьмой аспект изобретения предусматривает антенное устройство согласно седьмому аспекту изобретения, в котором плоскость рамки, образованная первой рамочной антенной, обращена к плоскости рамки, образованной второй рамочной антенной.

Конфигурация позволяет сделать плоскость поляризации первой рамочной антенны, действующей как антенна магнитного тока, идентичной плоскости поляризации второй рамочной антенны.

Девятый аспект изобретения предусматривает антенное устройство согласно восьмому аспекту изобретения, в котором первая рамочная антенна и вторая рамочная антенна располагаются в положении, где степень взаимного влияния между первой рамочной антенной и второй рамочной антенной составляет -10 дБ или менее.

Конфигурация позволяет изменять фазу сигнала, подаваемого на первую рамочную антенну, и фазу сигнала, подаваемого на вторую рамочную антенну, без срыва согласования импедансов между антеннами.

Десятый аспект изобретения предусматривает антенное устройство согласно девятому аспекту изобретения, в котором блок подачи сигнала управляет фазой сигнала, подаваемого на первую рамочную антенну, и фазой сигнала, подаваемого на вторую рамочную антенну.

Конфигурация позволяет реализовать антенное устройство, использующее рамочные антенны, с малыми изменениями коэффициента усиления, обусловленными человеческим телом.

Одиннадцатый аспект изобретения предусматривает антенное устройство согласно десятому аспекту изобретения, дополнительно содержащее блок измерения положения, который определяет наклон пластины заземления относительно опорной плоскости. Блок подачи сигнала управляет фазой сигнала, подаваемого на первую рамочную антенну, и фазой сигнала, подаваемого на вторую рамочную антенну, в соответствии с наклоном, определенным блоком измерения положения.

Двенадцатый аспект изобретения предусматривает антенное устройство согласно десятому или одиннадцатому аспекту изобретения, в котором блок подачи сигнала управляет распределением радиоволны, излучаемой первой рамочной антенной, и радиоволны, излучаемой второй рамочной антенной, в соответствии с информацией о наклоне беспроводного устройства относительно опорной плоскости, причем информация включена во входящую радиоволну от беспроводного устройства.

Конфигурация позволяет реализовать антенное устройство с малыми изменениями коэффициента усиления, обусловленными человеческим телом, даже когда наклон беспроводного устройства изменяется.

Конфигурация позволяет реализовать антенное устройство, использующее рамочные антенны, которые обеспечивают малые изменения коэффициента усиления, обусловленные человеческим телом, даже когда возникает изменение в наклоне антенного устройства.

Тринадцатый аспект изобретения предусматривает антенное устройство согласно одиннадцатому или двенадцатому аспекту изобретения, дополнительно содержащее блок измерения отношения мощностей между ортогональными поляризациями, который определяет отношение мощностей между ортогональными поляризациями входящей радиоволны. Блок подачи сигнала управляет фазой сигнала, подаваемого на первую рамочную антенну, и фазой сигнала, подаваемого на вторую рамочную антенну, в соответствии с отношением мощностей между ортогональными поляризациями, определенным блоком измерения отношения мощностей между ортогональными поляризациями.

Конфигурация позволяет реализовать антенное устройство, использующее рамочную антенну, с малыми изменениями коэффициента усиления, обусловленными человеческим телом, даже когда отношение мощностей между ортогональными поляризациями входящей радиоволны изменяется.

Четырнадцатый аспект изобретения предусматривает антенное устройство согласно одиннадцатому или двенадцатому аспекту изобретения, в котором, когда вертикально поляризованный компонент и горизонтально поляризованный компонент входящей радиоволны от беспроводного устройства, по существу, идентичны друг другу, блок подачи сигнала управляет распределением радиоволны, излучаемой первой рамочной антенной, и радиоволны, излучаемой второй рамочной антенной, согласно заранее заданному распределению.

Конфигурация позволяет реализовать антенное устройство с малыми изменениями коэффициента усиления, обусловленными человеческим телом, без обработки для регистрации отношения мощностей между ортогональными поляризациями и информации о наклоне беспроводного устройства.

Пятнадцатый аспект изобретения предусматривает антенное устройство согласно любому из аспектов изобретения с одиннадцатого по четырнадцатый, в котором блок подачи сигнала управляет фазой сигнала, подаваемого на первую рамочную антенну, и фазой сигнала, подаваемого на вторую рамочную антенну, таким образом, что диапазон изменения коэффициента усиления ограничивается заранее определенными пределами.

Конфигурация позволяет реализовать антенное устройство, которое использует рамочные антенны, которые позволяют диапазону изменений коэффициента усиления, обусловленных человеческим телом, всегда ограничиваться заранее определенными пределами.

Шестнадцатый аспект изобретения предусматривает систему беспроводной связи, содержащую антенну согласно любому из аспектов изобретения с первого по пятнадцатый; и беспроводное устройство, которое осуществляет беспроводную связь с антенным устройством.

Конфигурация системы позволяет антенному устройству обеспечивать малые изменения коэффициента усиления, обусловленные человеческим телом.

Предпочтительный вариант осуществления антенного устройства, отвечающего настоящему изобретению, описан ниже со ссылкой на чертежи, а именно фиг.1-27. Настоящее изобретение не ограничивается вариантом осуществления.

(Первый вариант осуществления)

Ниже подробно описано антенное устройство согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.

На фиг.1 показан вид, демонстрирующий конфигурацию антенного устройства, отвечающего настоящему изобретению. Условные обозначения X, Y и Z обозначают координатные оси соответственно. Согласно фиг.1 пластина заземления 101 имеет проводник заземления. Продольное направление пластины заземления 101 соответствует направлению оси z. В частности, длина L пластины заземления 101, достигаемая в направлении оси z, больше ее длины T, достигаемой в направлении оси x. Длина L пластины заземления 101 может быть, по существу, равна ее длине T.

На пластине заземления 101 предусмотрена схема приемопередатчика 102, которая генерирует и выводит сигнал передачи и обрабатывает входной принятый сигнал. Схема приемопередатчика 102 может представлять собой только схему передачи или схему приема. Датчик положения 110, описанный ниже, вводит информацию о наклоне антенного устройства, отвечающего настоящему изобретению, в схему приемопередатчика 102. Дополнительно измеритель 111 отношения мощностей между ортогональными поляризациями, описанный ниже, вводит информацию об отношении мощностей между ортогональными поляризациями входящей радиоволны в схему приемопередатчика 102. Схема приемопередатчика 102 выводит сигнал управления уровнем фазового сдвига для управления фазовращателями 104a и 104b.

Распределитель 103 предусмотрен на пластине заземления 101 и имеет входной контакт, подключенный к схеме приемопередатчика 102. Распределитель 103 также делит входной сигнал из схемы приемопередатчика 102 на два сигнала путем распределения мощности, таким образом выводя разделенные таким образом сигналы. Распределитель 103 выполнен, в частности, в виде распределителя Уилкинсона и т.п.

На фиг.2 показан вид, демонстрирующий иллюстративную конфигурацию распределителя 103, выполненного в виде распределителя Уилкинсона. Распределитель состоит из двух последовательно соединенных дросселей L, трех параллельно соединенных конденсаторов C и резистора R. Поскольку схема распределителя 103 может состоять из дросселей и конденсаторов, для которых имеются компоненты микросхемы, схему можно миниатюризировать по сравнению со случаем техники, использующей обычную линию связи.

Фазовращатели 104a и 104b соединены соответственно с двумя выходными контактами схемы приемопередатчика 102 и двумя выходными контактами распределителя 103 и преобразуют фазу входного сигнала к заранее определенному значению в соответствии с сигналом управления уровнем фазового сдвига, выводимым из схемы приемопередатчика 102 для вывода преобразованного таким образом заранее определенного значения. Таким образом, разность фаз питания между двумя сигналами, подаваемыми на рамочные антенны 107 и 108, описанные ниже, изменяется. Поскольку существенное требование состоит в том, чтобы разность фаз между двумя сигналами могла изменяться, только один из двух выходных контактов распределителя 103 также может быть подключен к фазовращателю. Когда уровень фазового сдвига имеет фиксированное значение и когда управление уровнем фазового сдвига не требуется, необходимость в сигнале управления уровнем фазового сдвига также отпадает.

На фиг.3 показан вид, демонстрирующий иллюстративную конфигурацию фазовращателей 104a и 104b, в которых диапазон изменений фазы проходит от 0° до 90°. Конфигурация реализована путем изменения совокупности фазовращателей, имеющих разные уровни фазового сдвига, с использованием переключателей. Каждый из фазовращателей выполнен в виде двух последовательно соединенных конденсаторов C и одного дросселя L, параллельно подключенного между ними. Когда уровень фазового сдвига равен 0°, входные и выходные контакты конденсаторов напрямую соединены друг с другом.

На фиг.4 показан вид, демонстрирующий иллюстративную конфигурацию фазовращателей 104a и 104b, в которых диапазон изменений фазы проходит от 0° до -90°. Конфигурация реализована путем изменения совокупности фазовращателей, имеющих разные уровни фазового сдвига, с использованием переключателей. Каждый из фазовращателей выполнен в виде двух параллельно соединенных конденсаторов C и одного дросселя L, последовательно подключенного между ними. Когда уровень фазового сдвига равен 0°, входные и выходные контакты конденсаторов напрямую соединены друг с другом.

Поскольку схема каждого из фазовращателей 104a и 104b может состоять из дросселей и конденсаторов, для которых имеются компоненты микросхемы, схему можно миниатюризировать по сравнению со случаем использования обычных фазовращателей, в которых переключаются линии задержки.

Согласующая схема 105 предусмотрена на пластине заземления 101 и подключена к рамочной антенне 108, описанной ниже, и фазовращателю 104a. Согласующая схема 105 согласует импеданс рамочной антенны 108, описанной ниже, с импедансом фазовращателя 104a для эффективной подачи мощности на рамочную антенну 108, описанную ниже.

Согласующая схема 106 предусмотрена на пластине заземления 101 и подключена к рамочной антенне 107, описанной ниже, и фазовращателю 104b. Согласующая схема 106 согласует импеданс рамочной антенны 107, описанной ниже, с импедансом фазовращателя 104b для эффективной подачи мощности на рамочную антенну 107, описанную ниже.

На фиг.5(a) и 5(b) показаны виды, демонстрирующие иллюстративные конфигурации соответствующих согласующих схем 105 и 106. Каждая из согласующих схем выполнена в виде последовательно соединенных и параллельно соединенных конденсаторов. Поскольку рамочные антенны 107 и 108, описанные ниже, обладают низким излучательным сопротивлением, необходима согласующая схема, обеспечивающая чрезвычайно низкие потери. Поскольку потери на дросселе больше, чем на конденсаторе, излучательное сопротивление ухудшается, когда в согласующей схеме используется дроссель, из-за чего коэффициент усиления значительно снижается. Таким образом, желательно формировать согласующую схему из конденсаторов.

Рамочная антенна 107 обеспечена так, что плоскость рамки, образованная антенной, по существу, перпендикулярна поверхности пластины заземления 101 и выполнена из проводника в форме рамки, два контакта питания которой электрически соединены с пластиной заземления 101 посредством согласующей схемы 106 и провода заземления 109, описанного ниже.

Рамочная антенна 108 обеспечена так, что плоскость рамки, образованная антенной, по существу, перпендикулярна поверхности пластины заземления 101 и выполнена из проводника в форме рамки, два контакта питания которой электрически соединены с пластиной заземления 101 посредством согласующей схемы 105 и провода заземления 109, описанного ниже.

Рамочные антенны 107 и 108 равны друг другу в осевом направлении их рамок, и осевое направление рамок совпадает с продольным направлением пластины заземления 101.

Полная длина каждой из рамочных антенн 107 и 108 меньше или равна одной длине волны передаваемого и принимаемого радиоизлучения. Число витков рамки каждой из рамочных антенн 107 и 108 принимается равным одному. Однако число витков рамки может быть любым. Кроме того, геометрия рамок рамочных антенн 107 и 108 также может отличаться от прямоугольной формы, например, показанной на фиг.1. Рамочные антенны 107 и 108 обеспечены так, чтобы возвышаться над пластиной заземления 101.

Направление намотки рамки от стороны питающего конца (стороны питающего конца, подключенной к согласующей схеме 106) к стороне заземления (другой стороне питающего конца, подключенной к пластине заземления 101 посредством провода заземления 109, описанного ниже) рамочной антенны 107 должно отличаться от направления намотки рамки от стороны питающего конца (стороны питающего конца, подключенной к согласующей схеме 105) к стороне заземления (другой стороне питающего конца, подключенной к пластине заземления 101 посредством провода заземления 109, описанного ниже) рамочной антенны 108. Желательно, чтобы рамочные антенны 107 и 108 имели одинаковый размер рамки; однако они также могут отличаться друг от друга.

Провод заземления 109 электрически соединяет соответствующие питающие концы рамочных антенн 107 и 108 с пластиной заземления 101.

Согласно фиг.1 соответствующие контакты рамочных антенн 107 и 108, подключенные к пластине заземления 101, соединены друг с другом, образуя, таким образом, единый контакт. Единый контакт подключен к пластине заземления 101 посредством общего провода заземления 109. Альтернативно, каждая из рамочных антенн 107 и 108 также может быть снабжена проводом заземления, и рамочные антенны также могут быть по отдельности подключены к пластине заземления 101.

На фиг.6(a) показан вид, демонстрирующий иллюстративную конфигурацию рамочных антенн 107 и 108 и проводов заземления 109, достигаемую, когда каждая из рамочных антенн 107 и 108 снабжена проводом заземления. На фиг.6(b) показан вид, демонстрирующий иллюстративную конфигурацию рамочных антенн 107 и 108 и проводов заземления 109, достигаемую, когда плоскости рамок соответствующих рамочных антенн 107 и 108 лежат в плоскости X-Y и когда каждая из рамочных антенн 107 и 108 снабжена проводом заземления. На фиг.6(c) показан вид, демонстрирующий иллюстративную конфигурацию рамочных антенн 107 и 108 и провода заземления 109, достигаемую, когда плоскости рамок соответствующих рамочных антенн 107 и 108 лежат в плоскости X-Y и когда провод заземления совместно используется рамочными антеннами.

Провод заземления также может быть обеспечен для каждой из рамочных антенн или быть общим для рамочных антенн, как показано на фиг.6(a), 6(b) и 6(c). Кроме того, центральная ось рамки рамочной антенны 107 и центральная ось рамки рамочной антенны 108 не обязаны совпадать друг с другом.

Датчик положения 110 предусмотрен на пластине заземления 101 и определяет наклон антенного устройства, отвечающего настоящему изобретению, таким образом выводя информацию наклона на схему приемопередатчика 102. Датчик положения 110, в частности, выполнен в виде датчика, способного определять наклон антенны относительно земли, например датчика ускорения и датчика опрокидывания.

Измеритель 111 отношения мощностей между ортогональными поляризациями предусмотрен на пластине заземления 101 и определяет отношение мощностей между ортогональными поляризациями, которое представляет собой отношение мощности вертикальной поляризации к мощности горизонтальной поляризации входящей принятой радиоволны. Измеритель 111 отношения мощностей между ортогональными поляризациями выводит информацию об отношении мощностей между ортогональными поляризациями на схему приемопередатчика 102.

На фиг.7 показан вид, демонстрирующий иллюстративную конфигурацию измерителя 111 отношения мощностей между ортогональными поляризациями. Микрорамочная антенна 201 имеет рамку, осевое направление которой соответствует направлению оси x. Микрорамочная антенна 202 имеет рамку, осевое направление которой соответствует направлению оси y. Микрорамочная антенна 203 имеет рамку, осевое направление которой соответствует направлению оси z.

Блок 204 обработки сигнала подключен к микрорамочным антеннам 201, 202 и 203 и измеряет интенсивность сигнала входящей радиоволны, принятой микрорамочными антеннами 201, 202 и 203. Блок 204 обработки сигнала вычисляет отношение мощностей между ортогональными поляризациями, которое представляет собой отношение мощности вертикальной поляризации к мощности горизонтальной поляризации, и выводит информацию об отношении мощностей между ортогональными поляризациями на схему приемопередатчика 102. Схема приемопередатчика 102 также может осуществлять операции между измерением интенсивности сигнала и вычислением отношения мощностей между ортогональными поляризациями.

Датчик положения 110 определяет наклон антенного устройства, отвечающего настоящему изобретению, и назначает любую из микрорамочных антенн 201, 202 и 203 как антенну измерения вертикальной поляризации и антенну измерения горизонтальной поляризации в соответствии с наклоном и вычисляет отношение мощностей между ортогональными поляризациями из отношения интенсивностей между сигналами, выводимыми из соответствующих антенн. Например, когда земля параллельна плоскости X-Y, более высокий из уровней интенсивности сигнала, полученных микрорамочными антеннами 201 и 202, принимается в качестве мощности вертикальной поляризации, а уровень интенсивности сигнала, полученный микрорамочной антенной 203, принимается в качестве мощности горизонтальной поляризации, и, таким образом, вычисляется отношение мощностей между ортогональными поляризациями.

Ниже описана работа антенны, имеющей вышеупомянутую конфигурацию.

Сигнал передачи, выводимый из схемы приемопередатчика 102, подвергается распределению мощности посредством распределителя 103 для разделения его на два сигнала. Один из двух разделенных таким образом сигналов преобразуется фазовращателем 104a для придания ему заранее определенной фазы. Далее сигнал подвергается преобразованию импедансов посредством согласующей схемы 105 и выводится на рамочную антенну 108. Оставшийся из двух разделенных таким образом сигналов преобразуется фазовращателем 104b для придания ему заранее определенной фазы. Далее сигнал подвергается преобразованию импедансов посредством согласующей схемы 106 и выводится на рамочную антенну 107. Питание на рамочные антенны 107 и 108 подается с разностью фаз в соответствии с сигналом управления уровнем фазового сдвига, выводимым из схемы приемопередатчика 102.

Ниже описано излучение радиоволны из антенного устройства, имеющего вышеупомянутую конфигурацию.

На фиг.8(a) показан вид, демонстрирующий взаимное расположение проводящей пластины и микрорамочной антенны. На фиг.8(b) показан вид, демонстрирующий соотношение между расстоянием от микрорамочной антенны до проводящей пластины и коэффициентом усиления другой микрорамочной антенны, расположенной в направлении, противоположном проводящей пластине.

Микрорамочная антенна действует как антенна магнитного тока, которая использует магнитный ток в качестве источника излучения. Таким образом, когда плоскость рамки перпендикулярна поверхности проводника и когда расстояние от микрорамочной антенны до проводящей пластины значительно короче длины волны, коэффициент усиления увеличивается.

Когда расстояние от микрорамочной антенны до проводящей пластины равно нечетному кратному четверти длины волны, коэффициент усиления значительно снижается. Когда расстояние от микрорамочной антенны до проводящей пластины равно четному кратному четверти длины волны, коэффициент усиления увеличивается.

На фиг.9(a) показан вид, демонстрирующий взаимное расположение проводящей пластины и линейной антенны. На фиг.9(b) показан вид, демонстрирующий соотношение между расстоянием от линейной антенны до проводящей пластины и коэффициентом усиления другой линейной антенны, расположенной в направлении, противоположном проводящей пластине.

Линейная антенна действует как антенна электрического тока, которая использует электрический ток в качестве источника излучения. Таким образом, когда линейная антенна параллельна поверхности проводника и когда расстояние от линейной антенны до проводящей пластины значительно короче длины волны, коэффициент усиления значительно снижается.

Когда расстояние от линейной антенны до проводящей пластины равно нечетному кратному четверти длины волны, коэффициент усиления увеличивается. Когда расстояние от линейной антенны до проводящей пластины равно четному кратному четверти длины волны, коэффициент усиления значительно снижается.

Согласно фиг.8 и 9 важное требование для уменьшения изменения коэффициента усиления вследствие влияния проводника, например человеческого тела, на антенное устройство состоит в том, что антенное устройство должно иметь как элемент антенны электрического тока, так и элемент антенны магнитного тока.

В антенном устройстве, отвечающем настоящему изобретению, рамочные антенны 107 и 108 действуют как антенны магнитного тока, и пластина заземления 101 действует как антенна электрического тока. В отношении излучаемой поляризованной волны при условии, что земля параллельна плоскости X-Y на фиг.1, что поляризованная волна, достигаемая в направлении оси z, принимается равной вертикально поляризованной волне и что поляризованная волна, перпендикулярная вертикально поляризованной волне, принимается равной горизонтально поляризованной волне, электрический ток течет через рамочные антенны 107 и 108 в рамочной структуре в плоскости X-Y, на которую излучается горизонтально поляризованная волна. Рамочные антенные элементы предусмотрены на пластине заземления 101 в ее направлении оси z, и продольное направление пластины заземления соответствует направлению оси z. Таким образом, электрический ток течет в направлении оси z, и вертикально поляризованная волна излучается. Горизонтально поляризованная волна излучается как компонент антенны магнитного тока, и вертикально поляризованная волна излучается как компонент антенны электрического тока.

На фиг.10(a) показан вид, демонстрирующий работу антенного устройства, осуществляемую, когда разность фаз питания, подаваемого на рамочные антенны 107 и 108, равна 0°. Фаза питания рамочной антенны 107 обозначается α1; фаза питания рамочной антенны 108 обозначается α2; и разность фаз питания обозначается α1-α2. Когда разность фаз равна 0°, электрические токи, текущие в рамочные антенны 107 и 108, текут в противоположных направлениях. Магнитные токи, исходящие из рамочных антенн 107 и 108, таким образом гасят друг друга. Электрические токи, текущие из рамочных антенн 107 и 108 в провод заземления 109, ориентированы в одном и том же направлении; следовательно, электрический ток течет в пластину заземления 101.

На фиг.10(b) показан вид, демонстрирующий работу антенного устройства, осуществляемую, когда разность фаз питания, подаваемого на рамочные антенны 107 и 108, равна 180°. Когда разность фаз равна 180°, электрические токи, текущие в рамочные антенны 107 и 108, ориентированы в одном и том же направлении и, следовательно, в рамочных антеннах 107 и 108 усиливается магнитный ток. Электрические токи, текущие из рамочных антенн 107 и 108 в провод заземления 109, текут в противоположных направлениях, из-за чего электрические токи гасят друг друга.

На фиг.11(a) показан вид, демонстрирующий работу антенного устройства, осуществляемую, когда разность фаз питания, подаваемого на рамочные антенны 107 и 108, равна 60°. На фиг.11(b) показан вид, демонстрирующий работу антенного устройства, осуществляемую, когда разность фаз питания, подаваемого на рамочные антенны 107 и 108, равна 120°.

Когда разность фаз при подаче мощности приближается к 0°, магнитный ток ослабевает и электрический ток усиливается. При этом, когда разность фаз питания приближается к 180°, магнитный ток усиливается и электрический ток ослабевает.

Из фиг.10 и 11 можно видеть, что распределением электрического тока и магнитного тока можно управлять путем изменения разности фаз питания.

Ниже описана характеристика антенного устройства, отвечающего настоящему изобретению, на основании результата вычисления.

На фиг.12 показан вид, демонстрирующий размеры антенного устройства, полученные вычислением. Вычисление осуществляется исходя из того, что частота равна 426 МГц; что линейный диаметр рамочных антенн 107 и 108 равен 0,4 мм; что расстояние между рамками равно "p"; что длина рамки, достигаемая в направлении оси x, равна "h" и что расстояние между рамочной антенной 108 и пластиной заземления 101 равно "l".

На фиг.13 показан вид, демонстрирующий соотношение между разностью фаз питания в рамочных антеннах 107 и 108 и средним коэффициентом усиления плоскости X-Y антенного устройства. Значения вычисляются при том условии, что расстояние "p" между рамками равно 7,5 мм.

Можно непрерывно значительно изменять распределение радиоволны, излучаемой компонентами вертикальной и горизонтальной поляризации, другими словами, компонентами антенны электрического тока и магнитного тока, посредством разности фаз питания.

На фиг.14 показан вид, демонстрирующий аналитическую модель влияния на человеческое тело и размеры аналитической модели в случае, когда плоскости рамок рамочных антенн 107 и 108 параллельны плоскости X-Y. На фиг.14 показана модель человеческого тела 301, полученная моделированием вертикально стоящего человеческого тела в виде колонны диаметром 220 мм и высотой 1700 мм. Модель человеческого тела 301 имеет диэлектрическую постоянную 57,8 и проводимость 0,82 См/м. Влияние человеческого тела на антенное устройство, отвечающее настоящему изобретению, вычисляется путем изменения расстояния "d" между антенным устройством, отвечающим настоящему изобретению, и моделью человеческого тела 301.

На фиг.15(a) показан вид, демонстрирующий изменение среднего коэффициента усиления плоскости X-Y в зависимости от расстояния между антенным устройством и моделью человеческого тела 301, происходящее, когда плоскости рамок рамочных антенн 107 и 108 параллельны плоскости X-Y при разности фаз питания, равной 0°. На фиг.15(b) показан вид, демонстрирующий изменение среднего коэффициента усиления плоскости X-Y в зависимости от расстояния между антенным устройством и моделью человеческого тела 301, происходящее, когда плоскости рамок рамочных антенн 107 и 108 параллельны плоскости X-Y при разности фаз питания, равной 90°. На фиг.15(c) показан вид, демонстрирующий изменение среднего коэффициента усиления плоскости X-Y в зависимости от расстояния между антенным устройством и моделью человеческого тела 301, происходящее, когда плоскости рамок рамочных антенн 107 и 108 параллельны плоскости X-Y при разности фаз питания, равной 180°.

Можно видеть, что характеристиками коэффициента усиления, зависящими от расстояния между антенным устройством и человеческим телом, можно управлять разностью фаз питания. Для вычисления эффективного коэффициента усиления в фактических условиях распространения средний эффективный коэффициент усиления (MEG) вычисляется для каждого отношения мощностей между ортогональными поляризациями (XPR), когда расстояние между антенным устройством и человеческим телом изменяется.

Отношение мощностей между ортогональными поляризациями XPR представляет собой отношение мощности вертикальной поляризации к мощности горизонтальной поляризации и выражается следующим выражением.

[выражение 1]

При условии, что входящая волна, в основном, концентрируется на внутренней стороне горизонтальной плоскости и равномерно распределяется и что среднее значение коэффициента направленности антенны по мощности вертикально поляризованного компонента и горизонтально поляризованного компонента, достигаемые в плоскости X-Y, обозначаются как G_θave и G_ϕave, средний эффективный коэффициент усиления MEG также можно выразить упрощенным выражением, например, приведенным ниже.

[выражение 2]

На фиг.16(a) показан вид, демонстрирующий изменение MEG в зависимости от расстояния между антенным устройством и человеческим телом, происходящее, когда плоскости рамок рамочных антенн 107 и 108 параллельны плоскости X-Y при XPR=6 дБ. На фиг.16(b) показан вид, демонстрирующий изменение MEG в зависимости от расстояния между антенным устройством и человеческим телом, происходящее, когда плоскости рамок рамочных антенн 107 и 108 параллельны плоскости X-Y при XPR=0 дБ. На фиг.16(c) показан вид, демонстрирующий изменение MEG в зависимости от расстояния между антенным устройством и человеческим телом, происходящее, когда плоскости рамок рамочных антенн 107 и 108 параллельны плоскости X-Y при XPR=-6 дБ.

Из фиг.16 можно видеть, что существуют разности фаз, которые делают MEG постоянным по отношению к соответствующим специфическим XPR.

Диапазон изменений MEG, происходящих в пределах расстояний от 5 мм до 210 мм от человеческого тела, обозначается ΔMEG, который принимается равным индексом для оценивания изменений коэффициента усиления, обусловленных человеческим телом. На фиг.17 показан вид, демонстрирующий изменения ΔMEG, обусловленные разностями фаз питания, когда плоскости рамок рамочных антенн 107 и 108 параллельны плоскости X-Y. Можно видеть, что существуют разности фаз, которые минимизируют ΔMEG по отношению к соответствующим XPR, определенным условиями распространения, и т.п.

Выше приведены описания случаев, когда плоскости рамок рамочных антенн 107 и 108 параллельны плоскости X-Y. Аналогично на фиг.18-21 показаны результаты анализа влияния человеческого тела, происходящего, когда плоскости рамок соответствующих рамочных антенн 107 и 108 перпендикулярны плоскости X-Y.

На фиг.18 показан вид, демонстрирующий аналитическую модель влияния на человеческое тело и размеры аналитической модели в случае, когда плоскости рамок рамочных антенн 107 и 108 перпендикулярны плоскости X-Y.

На фиг.19(a) показан вид, демонстрирующий изменение среднего коэффициента усиления плоскости X-Y в зависимости от расстояния между антенным устройством и моделью человеческого тела 301, происходящее, когда плоскости рамок рамочных антенн 107 и 108 перпендикулярны плоскости X-Y при разности фаз питания, равной 0°. На фиг.19(b) показан вид, демонстрирующий изменение среднего коэффициента усиления плоскости X-Y в зависимости от расстояния между антенным устройством и моделью человеческого тела 301, происходящее, когда плоскости рамок рамочных антенн 107 и 108 перпендикулярны плоскости X-Y при разности фаз питания, равной 90°. На фиг.19(c) показан вид, демонстрирующий изменение среднего коэффициента усиления плоскости X-Y в зависимости от расстояния между антенным устройством и моделью человеческого тела 301, происходящее, когда плоскости рамок рамочных антенн 107 и 108 перпендикулярны плоскости X-Y при разности фаз питания, равной 180°.

На фиг.20(a) показан вид, демонстрирующий изменение MEG в зависимости от расстояния между антенным устройством и человеческим телом, происходящее, когда плоскости рамок рамочных антенн 107 и 108 перпендикулярны плоскости X-Y при XPR=6 дБ. На фиг.20(b) показан вид, демонстрирующий изменение MEG в зависимости от расстояния между антенным устройством и человеческим телом, происходящее, когда плоскости рамок рамочных антенн 107 и 108 перпендикулярны плоскости X-Y при XPR, равном 0 дБ. На фиг.20(c) показан вид, демонстрирующий изменение MEG в зависимости от расстояния между антенным устройством и человеческим телом, происходящее, когда плоскости рамок рамочных антенн 107 и 108 перпендикулярны плоскости X-Y при XPR=-6 дБ.

На фиг.21 показан вид, демонстрирующий изменения ΔMEG, обусловленные разностями фаз питания, когда плоскости рамок соответствующих рамочных антенн 107 и 108 перпендикулярны плоскости X-Y.

Из вышесказанного следует, что характеристиками коэффициента усиления, зависящими от расстояния между антенным устройством и человеческим телом, можно управлять разностью фаз питания, даже когда плоскости рамок соответствующих рамочных антенн 107 и 108 перпендикулярны плоскости X-Y, таким же образом, как в случае, когда плоскости рамок соответствующих рамочных антенн 107 и 108 параллельны плоскости X-Y. Можно видеть, что существуют разности фаз, которые делают MEG постоянным по отношению к соответствующим специфическим XPR. Можно видеть, что существуют разности фаз, которые минимизируют ΔMEG по отношению к соответствующим XPR, определенным условиями распространения, и т.п.

Для изменения разности фаз питания без срыва согласования импедансов между рамочными антеннами 107 и 108 степень взаимного влияния между рамочными антеннами 107 и 108 нужно сделать малой.

На фиг.22(a) показан вид, демонстрирующий модель эквивалентной схемы антенного устройства, отвечающего настоящему изобретению. На фиг.22(b) показан вид, демонстрирующий эквивалентную схему антенного устройства, отвечающего настоящему изобретению. На фиг.22(c) показан вид, демонстрирующий эквивалентную схему антенного устройства, отвечающего настоящему изобретению, полученную после преобразования.

На фиг.22(a), индуктивности рамочных антенн 107 и 108 обозначаются L1 и L2; взаимная индуктивность, существующая между рамочными антеннами 107 и 108, обозначается M; емкость, существующая между рамочными антеннами 107 и 108, обозначается C12; и емкость, существующая между рамочной антенной 107 и землей, и емкость, существующая между рамочной антенной 108 и землей, обозначаются C1g и C2g, эквивалентная схема антенного устройства, отвечающего настоящему изобретению, показана на фиг.22(b). Кроме того, на фиг.22(c) показан результат преобразования эквивалентной схемы, изображенной на фиг.22(b). Индуктивности La, Lb и Lc соответствуют результату преобразования индуктивности L1, результату преобразования индуктивности L2 и результату преобразования взаимной индуктивности M соответственно. Из фиг.22(c) можно видеть, что антенное устройство, отвечающее настоящему изобретению, можно рассматривать как комбинацию совокупности схем параллельного резонанса. В частности, взаимное влияние можно снизить путем регулировки размера антенного устройства, в частности расстояния между рамочными антеннами 107 и 108, площадей рамок рамочных антенн 107 и 108, и расстояний между рамочными антеннами 107, 108 и землей 101 для достижения параллельного резонанса.

На фиг.23(a) показан вид, демонстрирующий изменения S21 в зависимости от расстояния «l» между рамочной антенной 108 и пластиной заземления 101, происходящие, когда длина "h" рамки в направлении ее оси x принимается равной 5 мм. На фиг.23(b) показан вид, демонстрирующий изменения S21 в зависимости от расстояния "l" между рамочной антенной 108 и пластиной заземления 101, происходящее, когда расстояние "p" между рамками принимается равным 7,5 мм.

Условное обозначение S21 для параметров S соответствует параметру, выражающему коэффициент передачи мощности, указывающий степень взаимной связи между рамочными антеннами 107 и 108. Хотя меньшая степень взаимной связи предпочтительнее, степень взаимной связи -10 дБ или менее является желательной. В частности, желательно, чтобы рамочная антенна 107 и рамочная антенна 108 находились в положении, где степень взаимной связи между рамочной антенной 107 и рамочной антенной 108 составляет -10 дБ или менее.

Согласно фиг.23(a) при уменьшении расстояния "p" между рамками взаимная индуктивность между рамками возрастает, следовательно, значение l, при котором возникает параллельный резонанс, увеличивается. Взаимное влияние снижается путем увеличения расстояния "l" до земли с уменьшением расстояния между рамками.

Согласно фиг.23(b) при увеличении площадей рамок индуктивность рамок и взаимная индуктивность между рамками возрастают, следовательно, значение l, при котором возникает параллельный резонанс, увеличивается. Взаимная связь снижается путем увеличения расстояния "l" до земли с увеличением площадей рамок.

Ниже описаны процедуры для управления фазой антенного устройства, отвечающего настоящему изобретению. На фиг.24 показан вид, демонстрирующий иллюстративную конфигурацию системы беспроводной связи, включающей в себя антенное устройство, отвечающее настоящему изобретению, и управляемое устройство 501.

Управляемое устройство 501 - это устройство, которое подвергается управлению работой блокировки функций и предупреждающего сигнализатора в зависимости от того, находится ли антенное устройство, отвечающее настоящему изобретению, в области аутентификации (в радиусе нескольких метров от ключа аутентификации). В частности, когда антенное устройство не находится в области аутентификации, осуществляется работа блокировки функций или предупреждающего сигнализатора. Напротив, когда антенное устройство находится в области аутентификации, работа блокировки функций или предупреждающего сигнализатора не осуществляется.

Антенна 502 вертикальной поляризации предусмотрена в управляемом устройстве 501 для осуществления беспроводной связи с антенным устройством и излучает вертикально поляризованный компонент волны. Антенна 503 горизонтальной поляризации предусмотрена в управляемом устройстве 501 для осуществления беспроводной связи с антенным устройством и излучает горизонтально поляризованный компонент волны.

Датчик положения 504 предусмотрен в управляемом устройстве 501 и регистрирует наклон управляемого устройства 501, таким образом выводя информацию наклона на антенну посредством беспроводной связи. Датчик положения 504, в частности, выполнен в виде датчика, способного определять наклон относительно опорной плоскости (например, земли), например датчика ускорения и датчика опрокидывания.

На фиг.25 показан вид, демонстрирующий процедуры задания разности фаз питания в антенном устройстве, отвечающем настоящему изобретению. На этапе S1 антенное устройство (схема приемопередатчика 102) начинает устанавливать разность фаз питания. На этапе S2 датчик положения 110 определяет наклон антенного устройства, отвечающего настоящему изобретению, относительно опорной плоскости (например, земли). На этапе S3 антенное устройство (схема приемопередатчика 102) определяет, зарегистрировано ли XPR. На этапе S4 измеритель 111 отношения мощностей между ортогональными поляризациями определяет отношение мощностей между ортогональными поляризациями XPR входящей радиоволны. На этапе S5 антенное устройство (приемопередатчик 102) определяет из отношения мощностей между ортогональными поляризациями XPR между антенным устройством и входящей радиоволной и устанавливает разность фаз питания, при которой ΔMEG достигает минимума.

На этапе 3 в случае, когда реализацию измерителя 111 отношения мощностей между ортогональными поляризациями желательно опустить или когда обработку для регистрации отношения мощностей между ортогональными поляризациями желательно опустить, даже когда измеритель 111 отношения мощностей между ортогональными поляризациями реализован, антенное устройство (схема приемопередатчика 102) определяет на этапе 6, следует ли детектировать наклон управляемого устройства 501.

Когда на этапе 6 обнаружен наклон управляемого устройства 501, датчик положения 504 определяет на этапе 7 наклон управляемого устройства 501 и передает результат определения на антенное устройство. Антенное устройство (схема приемопередатчика 102) определяет отношение мощностей между ортогональными поляризациями XPR из наклона, определенного датчиком положения 504, и переходит к этапу 5.

На фиг.26 показан вид, демонстрирующий иллюстративные установки разности фаз питания антенного устройства, отвечающего настоящему изобретению, а именно иллюстративная установка, полученная на основании характеристик ΔMEG, представленных на фиг.17 и 21. Когда плоскости рамок соответствующих рамочных антенн 107 и 108 параллельны плоскости X-Y, как показано на фиг.1, рамочные антенны 107 и 108 действуют как антенны горизонтальной поляризации и пластина заземления 101 действует как антенна вертикальной поляризации. Напротив, когда плоскости рамок соответствующих рамочных антенн 107 и 108 перпендикулярны плоскости X-Y, как показано на фиг.1, рамочные антенны 107 и 108 действуют как антенны вертикальной поляризации и пластина заземления 101 действует как антенна горизонтальной поляризации.

Как показано на фиг.14 и 18, взаимное расположение человеческого тела и рамочных антенн 107, 108 и взаимное расположение человеческого тела и пластины заземления 101 изменяются в зависимости от наклона антенного устройства, отвечающего настоящему изобретению. Степень влияния человеческого тела на рамочные антенны 107 и 108, которые являются антеннами магнитного тока, и степень влияния человеческого тела на пластину заземления 101, которая является антенной электрического тока, таким образом, изменяются. Как показано на фиг.15 и 19, даже в случае одинаковой разности фаз питания, степень изменения коэффициента усиления компонента антенны электрического тока, обусловленная расстоянием от антенного устройства до человеческого тела, и степень изменения коэффициента усиления компонента антенны магнитного тока, обусловленная расстоянием от антенного устройства до человеческого тела, значительно отличаются друг от друга.

Разности фаз питания, соответствующие соответствующим XPR, конкретно изменяются в соответствии с наклоном антенного устройства, отвечающего настоящему изобретению, относительно земли. Таким образом, согласно фиг.26, разность фаз питания, при которой ΔΜΕG достигает минимума, определяется и устанавливается на основании наклона антенного устройства, отвечающего настоящему изобретению, относительно земли и XPR входящей радиоволны.

На фиг.25, когда наклон управляемого устройства 501, достигаемый в ходе работы, всегда остается постоянным и когда отношение мощностей между ортогональными поляризациями XPR не сильно изменяется в ходе работы, можно заранее установить отношение мощностей между ортогональными поляризациями XPR. Следовательно, обработку для определения отношения мощностей между ортогональными поляризациями XPR на этапах 4 и 7 можно опустить.

Даже когда наклон управляемого устройства 501 изменяется в ходе работы, антенна управляемого устройства 501 имеет такую конфигурацию, что вертикально поляризованный компонент и горизонтально поляризованный компонент, которые оба излучаются от антенны, предусмотренной в управляемом устройстве 501, оказываются равны друг другу (включая, по существу, равное состояние), благодаря чему отношение мощностей между ортогональными поляризациями XPR всегда остается на уровне около 0 дБ независимо от наклона управляемого устройства 501. Таким образом, обработку для определения отношения мощностей между ортогональными поляризациями XPR, осуществляемую на этапах 4 и 7, можно опустить. Когда плоскости рамок соответствующих рамочных антенн 107 и 108 параллельны плоскости X-Y, разность фаз питания антенного устройства, отвечающего настоящему изобретению, задается равной 150°. Когда плоскости рамок соответствующих рамочных антенн 107 и 108 перпендикулярны плоскости X-Y, разность фаз питания задается равной 90°. Кроме того, распределение радиоволн, излучаемых антенной магнитного тока и антенной электрического тока, регулируется с использованием разности фаз питания согласно заранее заданному распределению.

Как упомянуто выше, разность фаз питания устанавливается равной оптимальному значению в соответствии с отношением мощностей между ортогональными поляризациями, определяемым поляризованной волной антенны управляемого устройства, например персонального компьютера, и условиями распространения, что позволяет уменьшить изменения коэффициента усиления, обусловленные человеческим телом.

Антенное устройство, отвечающее настоящему изобретению, имеет антенну магнитного тока и антенну электрического тока, плоскости поляризации которых пересекают друг друга под прямыми углами, и также имеет функцию регулировки распределения радиоволн, излучаемых обеими антеннами.

На фиг.27 показан вид, демонстрирующий принцип антенного устройства, отвечающего настоящему изобретению.

Антенна 401 магнитного тока - это антенна, которая использует магнитный ток в качестве источника излучения, например рамочная антенна, щелевая антенна, прямоугольная микрополосковая антенна и перевернутая F-антенна.

Антенна 402 электрического тока - это антенна, которая использует электрический ток в качестве источника излучения, например линейная антенна и пластина заземления. Поляризация, обусловленная антенной 401 магнитного тока, и поляризация, обусловленная антенной 402 электрического тока, пересекают друг друга под прямыми углами. Антенна 401 магнитного тока и антенна 402 электрического тока также могут не формироваться единичным антенным элементом.

Схема 403 управления распределением электрического тока/магнитного тока - это схема, которая распределяет и выводит сигнал передачи/приема, поступающий от схемы приемопередатчика 102 в соответствии с распределением радиоволн, излучаемых антенной 401 магнитного тока и антенной 402 электрического тока. Пропорция распределения антенны 401 магнитного тока к антенне 402 электрического тока определяется на основании сигнала управления распределением, поступающего от схемы приемопередатчика 102.

Фиг.1 эквивалентна случаю, когда антенна магнитного тока состоит из рамочных антенн 107 и 108, когда антенна электрического тока выполнена в виде пластины заземления 101 и когда распределение радиоволн, излучаемых обеими антеннами, регулируется путем управления разностью фаз питания между рамочными антеннами 107 и 108. Как упомянуто выше, даже когда антенна магнитного тока и антенна электрического тока выполнены в виде единого устройства, как показано на фиг.1, или когда антенна магнитного тока и антенна электрического тока выполнены раздельно, как показано на фиг.27, настоящее изобретение остается в силе.

Наконец, антенное устройство, отвечающее настоящему изобретению, не ограничивается конфигурацией, показанной на фиг.1 и т.п., и приемопередатчиками, включающими в себя конфигурации, также принадлежащими настоящему изобретению.

Хотя настоящее изобретение подробно описано со ссылкой на конкретный вариант осуществления, специалистам в данной области техники очевидно, что настоящее изобретение допускает различные альтернативы и модификации, не выходящие за рамки сущности и объема настоящего изобретения.

Данная патентная заявка базируется на патентной заявке Японии № 2007-313258, поданной 4 декабря 2007 г., патентной заявке Японии № 2008-170088, поданной 30 июня 2008 г. и международной патентной заявке PCT/JP2007/065258, поданной 3 августа 2007 г., которые в полном объеме включены сюда в порядке ссылки.

Промышленное применение

Антенное устройство, отвечающее настоящему изобретению, позволяет уменьшить изменения коэффициента усиления, обусловленные человеческим телом. Таким образом, антенное устройство, отвечающее настоящему изобретению, можно применять как антенное устройство, входящее в состав, например, устройства, которое регистрирует положение в целях безопасности, устройство, которое регистрирует расстояние, и т.п.

Изобретение относится к антенному устройству и системе беспроводной связи. Техническим результатом является способное уменьшение изменения коэффициента усиления. Устройство имеет антенну (401) магнитного тока, которая использует магнитный ток в качестве источника излучения; антенну (402) электрического тока, которая использует электрический ток в качестве источника излучения; и схему (403) управления пропорцией распределения электрического тока/магнитного тока, которая подает сигналы на антенну (401) магнитного тока и антенну (402) электрического тока, причем антенна (401) магнитного тока и антенна (402) электрического тока располагаются таким образом, чтобы поляризованная волна, излучаемая антенной (401) магнитного тока, и поляризованная волна, излучаемая антенной (402) электрического тока, пересекали друг друга под прямыми углами. Схема (403) управления пропорцией распределения электрического тока/магнитного тока управляет распределением радиоволны, излучаемой антенной (401) магнитного тока, и радиоволны, излучаемой антенной (402) электрического тока. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 27 ил.

1. Антенное устройство, содержащее
антенну магнитного тока, которая использует магнитный ток в качестве источника излучения,
антенну электрического тока, которая использует электрический ток в качестве источника излучения, и
блок подачи сигнала, который подает сигналы на антенну магнитного тока и антенну электрического тока,
причем антенна магнитного тока и антенна электрического тока расположены так, что поляризованная волна, излучаемая антенной магнитного тока, перпендикулярна поляризованной волне, излучаемой антенной электрического тока, и
при этом блок подачи сигнала управляет пропорцией распределения радиоволны, излучаемой антенной магнитного тока, и радиоволны, излучаемой антенной электрического тока.

2. Антенное устройство по п.1, дополнительно содержащее блок измерения положения, который определяет наклон пластины заземления, на которой предусмотрен блок подачи сигнала, относительно опорной плоскости, причем блок подачи сигнала управляет пропорцией распределения радиоволны, излучаемой антенной магнитного тока, и радиоволны, излучаемой антенной электрического тока, в соответствии с наклоном, определенным блоком измерения положения.

3. Антенное устройство по п.1 или 2, в котором блок подачи сигнала управляет распределением радиоволны, излучаемой антенной магнитного тока, и радиоволны, излучаемой антенной электрического тока, в соответствии с информацией о наклоне беспроводного устройства относительно опорной плоскости, причем эта информация включена во входящую радиоволну от беспроводного устройства.

4. Антенное устройство по п.2, дополнительно содержащее
блок измерения отношения мощностей между ортогональными поляризациями, который определяет отношение мощностей между ортогональными поляризациями входящей радиоволны от беспроводного устройства,
причем блок подачи сигнала управляет пропорцией распределения радиоволны, излучаемой антенной магнитного тока, и радиоволны, излучаемой антенной электрического тока, в соответствии с отношением мощностей между ортогональными поляризациями, зарегистрированным блоком измерения отношения мощностей между ортогональными поляризациями.

5. Антенное устройство по п.2, в котором, когда вертикально поляризованный компонент и горизонтально поляризованный компонент входящей радиоволны от беспроводного устройства, по существу, идентичны друг другу, блок подачи сигнала управляет пропорцией распределения радиоволны, излучаемой антенной магнитного тока, и радиоволны, излучаемой антенной электрического тока, в соответствии с заранее заданным распределением.

6. Антенное устройство по любому из пп.2, 4 и 5, в котором блок подачи сигнала управляет пропорцией распределения радиоволны, излучаемой антенной магнитного тока, и радиоволны, излучаемой антенной электрического тока, таким образом, что диапазон изменения коэффициента усиления ограничивается заранее определенными пределами.

7. Антенное устройство, содержащее
плоскую пластину заземления, имеющую проводник заземления,
первую рамочную антенну и вторую рамочную антенну, предусмотренные в положениях, отделенных от пластины заземления в горизонтальном направлении, и
блок подачи сигнала, который подает сигналы на точки питания, предусмотренные на одних концах первой рамочной антенны и второй рамочной антенны соответственно,
причем плоскости рамок, образованные соответственно в первой рамочной антенне и второй рамочной антенне, перпендикулярны пластине заземления,
причем другие концы первой рамочной антенны и второй рамочной антенны соединены с пластиной заземления соответственно,
направление намотки первой рамочной антенны от ее точки питания к пластине заземления противоположно направлению намотки второй рамочной антенны от ее точки питания к пластине заземления, и
поляризованные волны, параллельные плоскостям рамок, излучаемые первой рамочной антенной и второй рамочной антенной, перпендикулярны поляризованной волне, излучаемой электрическими токами, текущими из первой рамочной антенны и второй рамочной антенны в пластину заземления.

8. Антенное устройство по п.7, в котором плоскость рамки, образованная первой рамочной антенной, обращена к плоскости рамки, образованной второй рамочной антенной.

9. Антенное устройство по п.8, в котором первая рамочная антенна и вторая рамочная антенна расположены в положении, где степень взаимной связи между первой рамочной антенной и второй рамочной антенной составляет -10 дБ или менее.

10. Антенное устройство по п.9, в котором блок подачи сигнала управляет фазой сигнала, подаваемого на первую рамочную антенну, и фазой сигнала, подаваемого на вторую рамочную антенну.

11. Антенное устройство по п.10, дополнительно содержащее
блок измерения положения, который определяет наклон пластины заземления относительно опорной плоскости,
причем блок подачи сигнала управляет фазой сигнала, подаваемого на первую рамочную антенну, и фазой сигнала, подаваемого на вторую рамочную антенну, в соответствии с наклоном, определенным блоком измерения положения.

12. Антенное устройство по п.10 или 11, в котором блок подачи сигнала управляет распределением радиоволны, излучаемой первой рамочной антенной, и радиоволны, излучаемой второй рамочной антенной, в соответствии с информацией о наклоне беспроводного устройства относительно опорной плоскости, причем информация включена во входящую радиоволну от беспроводного устройства.

13. Антенное устройство по п.11, дополнительно содержащее
блок измерения отношения мощностей между ортогональными поляризациями, который регистрирует отношение мощностей между ортогональными поляризациями входящей радиоволны,
причем блок подачи сигнала управляет фазой сигнала, подаваемого на первую рамочную антенну, и фазой сигнала, подаваемого на вторую рамочную антенну, в соответствии с отношением мощностей между ортогональными поляризациями, определенным блоком измерения отношения мощностей между ортогональными поляризациями.

14. Антенное устройство по п.11, в котором, когда вертикально поляризованный компонент и горизонтально поляризованный компонент входящей радиоволны от беспроводного устройства, по существу, идентичны друг другу, блок подачи сигнала управляет распределением радиоволны, излучаемой первой рамочной антенной, и радиоволны, излучаемой второй рамочной антенной, согласно заранее заданному распределению.

15. Антенное устройство по любому из пп.11, 13 и 14, в котором блок подачи сигнала управляет фазой сигнала, подаваемого на первую рамочную антенну, и фазой сигнала, подаваемого на вторую рамочную антенну, так, что диапазон изменения коэффициента усиления ограничивается заранее определенными пределами.

16. Система беспроводной связи, содержащая антенное устройство по любому из пп.1-15 и беспроводное устройство, которое осуществляет беспроводную связь с антенным устройством.