專利名稱：通信裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過使用高頻寬帶的極低功率UWB (超寬帶)通信方案在短范圍 內(nèi)進(jìn)行海量數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ叛b置，并且特別地，涉及一種確保利用電場耦合的極低功率UWB 通信中的水平可通信范圍的通信裝置。
背景技術(shù)：
非接觸通信廣泛地用作電子貨幣等的認(rèn)證信息或價值信息的媒介。例如，索尼公 司和皇家飛利浦電子開發(fā)出的NFC(近距離通信)是定義NFC通信裝置(讀取器/寫入器) 的規(guī)格的RFID (射頻識別)標(biāo)準(zhǔn)，所述NFC通信裝置可與符合IS0/IEC 14443的A類IC卡、 B類IC卡和FeLiCa IC卡中的每種進(jìn)行通信。NFC實現(xiàn)了使用13. 56MHz頻帶并且通過電 磁感應(yīng)方案在近程內(nèi)(0到10cm的范圍內(nèi))進(jìn)行的非接觸雙向通信。近來，非接觸通信系 統(tǒng)已經(jīng)被進(jìn)一步應(yīng)用于海量數(shù)據(jù)傳輸，諸如視頻和音樂數(shù)據(jù)的下載和流傳輸(streaming)。 海量數(shù)據(jù)傳輸優(yōu)選地通過單用戶操作實現(xiàn)，并且在如下存取時間內(nèi)完成該存取時間在感 知上與過去的認(rèn)證和開賬單(billing)處理所需的時間同樣短。因此，需要高通信速率。通用的RFID標(biāo)準(zhǔn)定義了使用13. 56MHz頻帶并且基于作為主要原理的電磁感應(yīng) 而在近程內(nèi)(0到10cm的范圍內(nèi))進(jìn)行的非接觸雙向通信。非接觸雙向通信僅提供約 106kbps到424kbps的通信速率。相反，使用極低功率UWB(超寬帶)信號的Transfer Jet 可被稱為適用于高速通信的近程無線傳輸技術(shù)(例如，參見日本未審查的專利申請公布第 2008-99236 號和 www, transfer jet, org/en/index. html (2009 年 3 月 23 日))。近程無線傳 輸技術(shù)(Transfer Jet)本質(zhì)上是一種利用電場耦合來傳輸信號的方案。用于Transfer Jet 的通信裝置由以下構(gòu)成處理高頻信號的通信電路部件；距離地面一定高度而布置的耦合 電極；以及有效地向耦合電極供應(yīng)高頻信號的諧振部件。已開發(fā)和制造了適用于嵌入式應(yīng)用的NFC通信的緊湊型讀取器/寫入器模塊，并 且該模塊可用于安裝在各種設(shè)備中。同時，底座(cradle)可被稱為向現(xiàn)有信息設(shè)備提供上 述近程無線傳輸功能的工具。例如，將合并了高頻耦合器的底座通過USB(通用串行總線) 連接到個人計算機(jī)的主體，使得能夠在個人計算機(jī)與合并了近程無線傳輸功能的蜂窩電話 或數(shù)碼相機(jī)之間通過近程無線傳輸進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送和接收。例如，提出了一種包括讀寫卡器的底座設(shè)備。當(dāng)合并了非接觸IC卡的裝有攝像頭 的便攜式設(shè)備附連到底座設(shè)備時，讀寫卡器通過與非接觸IC卡的無線通信來讀取和寫入 圖像數(shù)據(jù)(例如，參見日本未審查的專利申請公布第2007-79845號)。此外，還提出了一種 與數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行無線通信(諸如藍(lán)牙通信)的底座(例如，參見日本未審查的專利申請公 布第 2007-28302 號)。過去，通常提供底座作為各個型號專用的標(biāo)準(zhǔn)配件或可選配件。然而，各個族成員 通常具有不同型號的產(chǎn)品，因此家里總是存在大量的底座。因此，為了避免這樣的問題，考 慮優(yōu)選地引入通用設(shè)計的概念，并且提供多種型號共用的底座。然而，不同型號間的便攜式信息設(shè)備(諸如蜂窩電話和數(shù)碼相機(jī))在設(shè)計和可操作性方面不同，因此設(shè)備的主體形狀和高頻耦合器在該設(shè)備內(nèi)的安裝位置不固定。因此，即 使蜂窩電話以相同姿勢置于桌面(或地面)上并且底座與該蜂窩電話相鄰放置，高頻耦合 器的耦合電極可能也無法適當(dāng)?shù)孛鎸Φ鬃淖x取面。例如，蜂窩電話可通過存儲卡媒介而配備有近程無線傳輸功能。在該情況下，如圖 10A和10B所示，存儲卡槽的位置在型號間可能不同。因此，即使蜂窩電話的主體以相同姿 勢放置并且靠近底座，由于高頻耦合器的位置可能不同，因此可能也無法獲得相同的通信質(zhì)量。利用極低功率UWB的近程無線傳輸具有約2到3cm的通信范圍。高頻耦合器不具 有極化特性，因此具有基本上呈半球形圓頂形狀的可通信范圍，該半球形圓頂在垂直方向 和水平方向上具有基本相同的延伸。另一方面，假定便攜式信息設(shè)備的高度和厚度分別為 約5cm和1cm，那么由于型號間的設(shè)計差異或置于桌面上的設(shè)備的姿勢差異而引起的耦合 電極的高度差可能高達(dá)約5cm。也就是說，根據(jù)通信對方設(shè)備的放置姿勢的耦合電極高度變 化可能會超過近程無線傳輸技術(shù)支持的通信范圍。

發(fā)明內(nèi)容
因此，期望提供一種先進(jìn)的通信裝置，該通信裝置允許通過使用高頻寬帶的極低 功率UWB通信方案在短距離內(nèi)的海量數(shù)據(jù)傳輸。還期望提供一種先進(jìn)的通信裝置，該通信裝置確保在利用極低功率UWB但不使用 極化特性的近程無線傳輸中的充分的水平可通信范圍。還期望提供一種先進(jìn)的通信裝置，該通信裝置可像底座一樣連接到信息設(shè)備的主 體，并且確保水平可通信范圍，該水平可通信范圍容許根據(jù)通信對方設(shè)備的放置姿勢的耦 合電極高度變化。鑒于上述內(nèi)容，根據(jù)本發(fā)明的第一實施例，提供了一種通信裝置，包括通信電路 部件，其處理用于傳輸數(shù)據(jù)的高頻信號；用于高頻信號的傳輸路徑，其連接到通信電路部 件；地面；耦合電極，其被支撐，以與地面相對，并且在高度上距離地面相對于高頻信號的 波長可忽略的距離；諧振部件，其增加經(jīng)由傳輸路徑流入耦合電極的電流；以及主體外殼， 其采取多種放置姿勢并且容納各個組件，主體外殼的一個端面用作讀取面，在該讀取面中， 耦合電極被布置在偏離讀取面的中心的位置，其中無窮小偶極子由連接在耦合電極中積聚 的電荷的中心與地面中積聚的像電荷的中心之間的線段形成，并且高頻信號朝向通信對方 傳輸，該通信對方相對布置以便形成與無窮小偶極子的方向基本上成0度的角。根據(jù)本發(fā)明的第二實施例，根據(jù)第一實施例的通信裝置還包括通信接口控制部 件，其根據(jù)預(yù)定的通信協(xié)議與外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送和接收；以及控制部件，其控制整個裝 置的操作，該操作包括通信電路部件和通信接口控制部件執(zhí)行的通信操作。根據(jù)本發(fā)明的第三實施例，在根據(jù)第一實施例的通信裝置中，外殼基本上為立方 體形狀，該立方體的一個端面用作讀取面，在該讀取面中，耦合電極布置在偏離讀取面的中 心的位置，并且該立方體通過改變其地接觸面而采取不同的放置姿勢。根據(jù)本發(fā)明，有可能提供一種先進(jìn)的通信裝置，該通信裝置允許通過使用高頻寬 帶的極低功率UWB通信方案在短范圍內(nèi)的海量數(shù)據(jù)傳輸。根據(jù)本發(fā)明，還可能提供一種先進(jìn)的通信裝置，該通信裝置確保了在利用極低功率UWB但不使用極化特性的近程無線傳輸中的充分的水平可通信范圍。根據(jù)本發(fā)明，還可能提供一種先進(jìn)的通信裝置，該通信裝置可像底座一樣連接到 信息設(shè)備的主體，并且確保水平可通信范圍，該水平可通信范圍容許根據(jù)通信對方設(shè)備的 放置姿勢的耦合電極高度變化。根據(jù)本發(fā)明的第一實施例，有可能通過將耦合電極置于讀取面中偏離讀取面的中 心的位置，利用耦合電極根據(jù)主體外殼的放置姿勢的變化而在讀取面內(nèi)的位置變化的效 果。結(jié)果，有可能確保水平可通信范圍，該水平可通信范圍容許根據(jù)用作通信對方的便攜式 信息設(shè)備的放置姿勢的耦合電極高度變化。根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的通信裝置可用作向諸如個人計算機(jī)的信息設(shè)備提供 近程無線傳輸功能的底座，并且該底座還確保了水平可通信范圍，該水平可通信范圍容許 根據(jù)用作通信對方的便攜式信息設(shè)備的放置姿勢的耦合電極高度變化。根據(jù)本發(fā)明的第三實施例，有可能通過改變基本上為立方體形狀的底座的主體的 地接觸面，提供多種放置姿勢。也就是說，有可能通過改變底座的主體的地接觸面以圍繞底 座的中心旋轉(zhuǎn)讀取面從而改變耦合電極在讀取面內(nèi)的位置來擴(kuò)大水平可通信范圍。在閱讀了參照附圖而給出的本發(fā)明實施例的以下詳細(xì)描述之后，本發(fā)明的其他目 的、特性和優(yōu)點將變得明顯。


圖1示意性地示出了通過利用電場耦合的極低功率UWB通信方案的近程無線傳輸 系統(tǒng)的構(gòu)造；圖2示出了布置在發(fā)送器10和接收器20的每個中的高頻耦合器的基本構(gòu)造；圖3示出了圖2所示的高頻耦合器的示例性實現(xiàn)；圖4示出了無窮小偶極子產(chǎn)生的電磁場；圖5示出了在耦合電極上映射的圖4所示的電磁場；圖6示出了電容性負(fù)載天線的示例性構(gòu)造；圖7示出了提供近程無線傳輸功能的底座的示例性內(nèi)部構(gòu)造；圖8A示出了耦合電極的位置如何根據(jù)立方體底座70的放置姿勢的變化而改變；圖8B示出了耦合電極的位置如何根據(jù)立方體底座70的放置姿勢的變化而改變；圖8C示出了耦合電極的位置如何根據(jù)立方體底座70的放置姿勢的變化而改變；圖8D示出了耦合電極的位置如何根據(jù)立方體底座70的放置姿勢的變化而改變；圖9示出了處于各個放置姿勢的立方體底座70的主體的讀取面的示例性可通信 范圍，其中讀取面的每邊為5到6cm ；圖10A示出了不同型號的便攜式信息設(shè)備間的高頻耦合器安裝位置的差異；以及圖10B示出了不同型號的便攜式信息設(shè)備間的高頻耦合器安裝位置的差異。
具體實施例方式以下將參照附圖對本發(fā)明的實施例進(jìn)行詳細(xì)描述。首先，描述通過極低功率UWB通信方案的近程無線傳輸?shù)牟僮髟?。圖1示意性地示出了通過利用電場耦合的極低功率UWB通信方案的近程無線傳輸
5系統(tǒng)的構(gòu)造。在圖中，用于發(fā)送/接收的耦合電極14和24分別設(shè)置在發(fā)送器10和接收 器20中，并且例如以彼此間約3cm的間距相對布置，以實現(xiàn)電場耦合。位于發(fā)送器10側(cè)的 發(fā)送電路部件11響應(yīng)于來自上層應(yīng)用的發(fā)送請求，基于發(fā)送數(shù)據(jù)生成高頻發(fā)送信號，諸如 UWB信號，以將生成的信號作為電場信號從發(fā)送電極14傳播到接收電極24。然后，位于接 收器20側(cè)的接收電路部件21對所接收的高頻電場信號進(jìn)行調(diào)制和解碼，以將再現(xiàn)的數(shù)據(jù) 傳遞到上層應(yīng)用。使用高頻寬帶的通信方案(諸如UWB通信)在短距離內(nèi)實現(xiàn)了約100Mbps的超快 速數(shù)據(jù)傳輸。在通過靜電場耦合或感生電場耦合而非輻射電場耦合進(jìn)行UWB通信的情況 下，電場強(qiáng)度與稍后討論的距離的立方或平方成反比。因此，可通過將距離無線設(shè)備3米的 范圍內(nèi)的電場強(qiáng)度抑制到預(yù)定水平或更低來使用極低功率無線電，該無線電不需要來自無 線電站的許可。這允許了便宜通信系統(tǒng)的構(gòu)建。由于數(shù)據(jù)通信在短距離內(nèi)是通過電場耦合 方案進(jìn)行的，因此，有利地，來自周圍的反射性物體的反射波小到幾乎不會引起干擾，并且 無需考慮黑客防御或傳輸路徑的保密安全。同時，傳播損耗根據(jù)相對于波長的傳播距離而增加，因此當(dāng)高頻信號通過電場耦 合傳播時，必須充分抑制傳播損耗。在高頻寬帶信號(諸如UWB信號)通過電場耦合進(jìn)行 傳輸?shù)耐ㄐ欧桨钢?，?dāng)使用4GHz頻帶的頻率時，甚至約3cm的短通信范圍也相當(dāng)于約一半 波長，因此不可忽略。特別地，在高頻電路中，特性阻抗問題比低頻電路嚴(yán)重，并且阻抗失配 影響在發(fā)送器和接收器的相應(yīng)電極間的耦合點較明顯。在使用kHz或MHz頻帶的頻率的通信中，空中的傳播損耗較小。因此，甚至在發(fā)送 器和接收器均包括僅由電極形成的耦合器并且它們的耦合部分簡單用作平行板電容器的 情況下，也可進(jìn)行期望的數(shù)據(jù)傳輸。相反，在使用GHz頻帶的高頻并且信號傳輸經(jīng)過相對于 波長不可忽略的距離的通信中，空中的傳播損耗較大。因此，必須抑制傳輸信號的反射，以 便提高傳輸效率。即使傳輸路徑被調(diào)整到發(fā)送器和接收器中每個的預(yù)定特性阻抗，在耦合 部分僅通過耦合平行板電容器也無法實現(xiàn)阻抗匹配。例如，假定用于高頻電場信號的、連接 在圖1所示的系統(tǒng)中的發(fā)送電路部件11和發(fā)送電極14之間的傳輸路徑是阻抗與例如50 Q 匹配的同軸線。然后，如果發(fā)送電極14和接收電極24之間的耦合部分的阻抗不匹配，則電 場信號被反射，從而引起傳播損耗，因此降低了通信效率。因此，如圖2所示，發(fā)送器10和接收器20中的每個均設(shè)置有高頻耦合器，該高頻 耦合器通過在高頻信號傳輸路徑上加載板電極14、24以及由串聯(lián)電感器12、22和并聯(lián)電感 器13、23構(gòu)成的諧振部件而形成，該高頻信號傳輸路徑連接在發(fā)送/接收電路部件11、21 和耦合電極14、24之間。高頻信號傳輸路徑可由同軸電纜、微帶線(microstrip line)、共 面線等形成。當(dāng)這種高頻耦合器被布置成在準(zhǔn)靜電場占主導(dǎo)的極短距離處彼此面對時，耦 合部分像帶通濾波器一樣工作，以傳輸高頻信號。甚至在相對于波長不可忽略的、感生電場 占主導(dǎo)的距離，高頻信號也可經(jīng)由無窮小偶極子產(chǎn)生的感生電場而在兩個高頻耦合器之間 高效地傳輸，該無窮小偶極子由分別積聚在耦合電極和地面中的電荷和像電荷形成。如果僅僅打算在發(fā)送器10和接收器20的電極之間(即，在耦合部分)簡單地進(jìn) 行阻抗匹配以便抑制反射波，則有可能將耦合部分的阻抗設(shè)計成即使每個耦合器均具有簡 單的結(jié)構(gòu)，阻抗也是連續(xù)的，其中在該結(jié)構(gòu)中，板電極14、24和串聯(lián)電感器12、22在高頻信 號傳輸路徑上串聯(lián)連接。然而，特性阻抗不會在耦合部分的前后之間發(fā)生變化，因此電流的幅值也不會變化。相反，通過提供并聯(lián)電感器13、23，更多的電荷可被饋送到耦合電極14， 從而在耦合電極14、24之間產(chǎn)生更強(qiáng)的電場耦合。另外，當(dāng)在耦合電極14的表面附近感生 出強(qiáng)電場時，所產(chǎn)生的電場作為具有在行進(jìn)方向(如稍后討論的無窮小偶極子的方向)上 振蕩的垂直波的電場信號從耦合電極14的表面?zhèn)鞑コ鋈ァｋ妶龅牟ㄊ沟蒙踔猎隈詈想姌O 14、24之間的距離(相長)相對較長的情況下也能傳播電場信號。因此，在通過利用電場耦合的極低功率UWB通信方案的近程無線傳輸系統(tǒng)中，每 個高頻耦合器需要滿足以下條件。(1)用于電場耦合的耦合電極與地面 相對設(shè)置，并且在高度上距離地面相對于高 頻信號的波長可忽略的距離；(2)提供用于較強(qiáng)的電場耦合的諧振部件(并聯(lián)電感器或短截線(stub))；(3)設(shè)置串聯(lián)和并聯(lián)電感器以及由耦合電極形成的電容器的常數(shù)或者短截線的長 度，以使得當(dāng)耦合電極被放置成面向彼此時，在通信所用的頻帶中實現(xiàn)阻抗匹配。在圖1所示的系統(tǒng)中，當(dāng)發(fā)送器10和接收器20各自的耦合電極14、24以適當(dāng)距 離彼此相距而相對布置時，這兩個高頻耦合器用作允許期望的高頻帶中的電場信號通過的 帶通濾波器。另外，每個單個高頻耦合器用作阻抗變換電路，該阻抗變換電路放大電流，以 使得具有大幅值的電流流入耦合電極。另一方面，當(dāng)高頻耦合器單獨置于自由空間中時， 高頻耦合器的輸入阻抗與高頻信號傳輸路徑的特性阻抗不匹配。因此，進(jìn)入高頻信號傳輸 路徑的信號在高頻耦合器內(nèi)被反射并且不會輻射到外部，因此不會影響鄰近的其他通信系 統(tǒng)。也就是說，當(dāng)不存在通信對方時，位于發(fā)送器側(cè)的高頻耦合器不像天線那樣保持發(fā)射無 線電波，而是僅在通信對方靠近該高頻耦合器時實現(xiàn)阻抗匹配，以傳輸高頻電場信號。圖3示出了圖2所示的高頻耦合器的示例性實現(xiàn)。發(fā)送器10和接收器20的每個 中的高頻耦合器可以以相同方式配置。如圖中所示，耦合電極14布置在由圓柱形電介質(zhì)形 成的隔片(spacer) 15的上表面上，并通過穿透隔片15內(nèi)部的通孔16而電連接到印刷電路 板17上的高頻信號傳輸路徑。例如，以預(yù)定高度在圓柱形電介質(zhì)中形成通孔16。其后，以導(dǎo)體填充通孔16，并且 通過例如電鍍技術(shù)在圓柱形電介質(zhì)的上端面上沉淀將用作耦合電極14的導(dǎo)體圖案。在印 刷電路板17上形成將用作高頻傳輸線的布線圖案。然后，通過回流焊接等將隔片15安裝 在印刷電路板17上，從而制造出高頻耦合器。通過根據(jù)所使用的波長適當(dāng)調(diào)整從印刷電路板17的電路安裝面到耦合電極14的 高度(即，通孔16的長度(相長))，可為通孔16提供電感器來取代圖2所示的串聯(lián)電感器 12。高頻信號傳輸路徑經(jīng)由片狀的并聯(lián)電感器13連接到地面18?，F(xiàn)在考慮在位于發(fā)送器10側(cè)的耦合電極14中產(chǎn)生的電磁場。如圖1和2所示，耦合電極14連接到高頻信號傳輸路徑的一端，以接收從發(fā)送電 路部件11輸出的高頻信號并積聚電荷。此時，經(jīng)由傳輸路徑流入耦合電極14的電流通過 由串聯(lián)電感器12和并聯(lián)電感器13形成的諧振部件的諧振效應(yīng)而被放大，從而積聚更多的 電荷。地面18被布置成與耦合電極14相對，并且在高度(相長)上距離耦合電極14 相對于高頻信號的波長可忽略的距離。然后，當(dāng)如上所討論的那樣在耦合電極14中積聚 電荷時，在地面18中積聚了像電荷。例如，如Tadashi Mizoguchi在“電磁學(xué)” (ShokaboPublishing Co.，Ltd.，第54-57頁)中公開從而在現(xiàn)有技術(shù)中已知的那樣，當(dāng)點電荷Q被 設(shè)置在板導(dǎo)體外時，像電荷-Q(取代表面電荷分布的虛擬電荷)被布置在該板導(dǎo)體內(nèi)。結(jié)果，無窮小偶極子由連接在耦合電極14中積聚的電荷的中心和地面18中積聚 的像電荷的中心之間的線段形成。嚴(yán)格地說，電荷Q和像電荷-Q中的每個均具有體積，并 且無窮小偶極子被形成用來連接在電荷的中心和像電荷的中心之間。這里使用的術(shù)語“無 窮小偶極子”指的是“電荷位于距離彼此非常短距離的電偶極子”。例如，“無窮小偶極子” 還在 Yasuto Mushiake 的“天線和無線電波傳播”(Corona Publishing Co.，Ltd.，第 16-18 頁)中被公開。無窮小偶極子產(chǎn)生電場的水平波分量￡0、電場的垂直波分量EK和無窮小偶 極子周圍的磁場H,。圖4示出了無窮小偶極子產(chǎn)生的電磁場。圖5示出了電磁場如何映射在耦合電極 上。如圖中所示，電場的水平波分量E0在垂直于傳播方向的方向上振蕩，并且電場的垂直 波分量ER在平行于傳播方向的方向上振蕩。另外，磁場在無窮小偶極子的周圍產(chǎn)生。 以下的公式(1)到(3)表示無窮小偶極子產(chǎn)生的電磁場。在公式中，與距離R的立方成反 比的分量對應(yīng)于靜電場，與距離R的平方成反比的分量對應(yīng)于感生電場，而與距離R成反比 的分量對應(yīng)于輻射電場。
為了防止圖1所示的近程無線傳輸系統(tǒng)輻射干擾周圍其他系統(tǒng)的波，考慮優(yōu)選地 利用不含有輻射電場的分量的垂直波分量EK，同時抑制含有輻射電場的分量的水平波分量 E0。如以上公式⑴和⑵所示，這是因為電場的垂直波分量EK不含有與距離成反比的輻 射電場分量(即，具有低范圍衰減)，而水平波分量E0含有輻射電場的分量。為了不產(chǎn)生電場的水平波分量￡0，首先，高頻耦合器必須不能用作天線。乍一看， 圖2所示的高頻耦合器在結(jié)構(gòu)上與“電容性負(fù)載”天線相似，在“電容性負(fù)載”天線中，金屬 構(gòu)件連接到天線元件的一端以提供電容器，從而減小了天線高度。因此，必須防止高頻耦合 器用作電容性負(fù)載天線。圖6示出了電容性負(fù)載天線的示例性構(gòu)造。在圖中，電場的垂直 波分量Ek主要在箭頭A的方向上產(chǎn)生，而電場的水平波分量Ee主要在箭頭B1和B2的方 向上產(chǎn)生。在具有圖3所示的示例性構(gòu)造的耦合電極中，電介質(zhì)15和通孔16用來避免耦合 電極14與地面18之間的耦合以及形成串聯(lián)電感器12。通過形成串聯(lián)電感器12，確保了與 位于接收器側(cè)的高頻耦合器的電場耦合，同時避免了地面18和電極14之間的電場耦合，其 中電極14位于距離印刷電路板17的電路安裝面足夠的高度處。然而，應(yīng)注意，如果電介質(zhì) 15的高度太大，也就是說，從印刷電路板17的電路安裝面到電極14的距離太長以致相對于所使用的波長不可忽略，則高頻耦合器用作電容性負(fù)載天線，從而在圖6所示的箭頭Bl和B2的方向上產(chǎn)生水平波分量E0。因此，電介質(zhì)15的高度必須足夠大，以獲得用作高頻耦合 器同時避免電極14和地面18之間的耦合的特性，并且形成必須用作阻抗匹配電路的串聯(lián) 電感器12，并且該高度也必須足夠短，以抑制由于流過串聯(lián)電感器12的電流而引起的不必 要的無線電波E0的輻射。同時，從以上公式⑵可看出，當(dāng)垂直波分量&與無窮小偶板子的方向的形成0度 的角θ時，垂直波分量Ek變?yōu)樽畲?。因此，為了通過有效地利用電場的垂直波分量Ek來進(jìn) 行非接觸通信，優(yōu)選地使用位于接收器側(cè)的高頻耦合器傳輸高頻電場信號，該高頻耦合器 相對布置以便與無窮小偶極子的方向形成基本上成0度的角θ。由串聯(lián)電感器12和并聯(lián)電感器13形成的諧振部件可增加從諧振部件流入耦合電 極14的高頻信號的電流。結(jié)果，有可能增加由耦合電極14中積聚的電荷和地面中積聚的 像電荷形成的無窮小偶極子的極矩，并且對由如下傳播方向上的垂直波分量Ek形成的高頻 電場信號高效地進(jìn)行放電該傳播方向與無窮小偶極子的方向形成基本上成0度的角θ。底座可被稱為向現(xiàn)有信息設(shè)備(諸如個人計算機(jī))提供近程無線傳輸功能的工 具。例如，將底座通過USB (通用串行總線)連接到信息設(shè)備的主體，使得能夠在信息設(shè)備 和合并了近程無線傳輸功能的蜂窩電話或數(shù)碼相機(jī)之間通過近程無線傳輸進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送 和接收。圖7示出了提供近程無線傳輸功能的底座的示例性內(nèi)部構(gòu)造。圖中的底座70包 括控制部件71、USB接口控制部件72、近程無線傳輸接口控制部件73和高頻耦合器74?？刂撇考?1全面控制底座70的內(nèi)部操作。USB接口控制部件72用作USB主機(jī)(諸如個人計算機(jī))(未示出)的USB設(shè)備，該 USB設(shè)備經(jīng)由與USB端子72Α附連的USB電纜72Β通過USB進(jìn)行連接。USB接口控制部件 72根據(jù)USB協(xié)議控制發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的操作。高頻耦合器74由圖1和2所示的耦合電極14、24、地面18、28以及由串聯(lián)電感器 12、22和并聯(lián)電感器13、23形成的諧振部件構(gòu)成。高頻耦合器74允許利用電場耦合與通信 對方(諸如蜂窩電話或數(shù)碼相機(jī))中的高頻耦合器(未示出)的信號傳輸。近程無線傳輸 接口控制部件73用作圖1和2所示的發(fā)送器/接收器10、20的發(fā)送/接收電路部件11、 21。近程無線傳輸接口控制部件73控制近程無線傳輸中的數(shù)據(jù)發(fā)送/接收操作。為了減少家中底座70的數(shù)量，優(yōu)選地引入通用設(shè)計的概念，并且提供多種型號共 用的底座，而不是提供每種型號專用的底座。為了在底座70和便攜式信息設(shè)備之間建立非 接觸連接，底座70不是被配置成僅與具有特定形狀的主體的便攜式信息設(shè)備接合。相反， 例如，數(shù)據(jù)讀取面可設(shè)置在底座70的主體的一個端面中，以與放置在該讀取面?zhèn)鹊谋銛y式 信息設(shè)備進(jìn)行近程無線傳輸(沒有機(jī)械接合)。優(yōu)選地，通信質(zhì)量在讀取面內(nèi)基本一致，也 就是說，通過使便攜式信息設(shè)備靠近讀取面的任何部分獲得了相同的通信質(zhì)量。例如，根據(jù)利用極低功率UWB的近程無線傳輸，高頻耦合器74具有約2到3cm的 通信范圍。由于耦合電極不具備極化特性，因此高頻耦合器74具有基本上呈半球形圓頂形 狀的可通信范圍，該半球形圓頂在垂直方向和水平方向上具有基本上相同的延伸。同時，不同型號間的便攜式信息設(shè)備(諸如蜂窩電話和數(shù)碼相機(jī))在設(shè)計和可操 作性方面不同。因此，設(shè)備的形狀和高頻耦合器在這些設(shè)備內(nèi)的安裝位置不是固定的。因此，即使蜂窩電話以相同姿勢放置在桌面(或者地面)上并且底座與蜂窩電話相鄰放置，高 頻耦合器的耦合電極可能也無法適當(dāng)?shù)孛嫦虻鬃淖x取面。例如，假定便攜式信息設(shè)備的 高度和厚度分別為約5cm和1cm，則由于型號間的設(shè)計差異或者放置在桌面上的設(shè)備的姿 勢差異而引起的耦合電極的高度差可能高達(dá)約5cm。也就是說，根據(jù)便攜式設(shè)備的放置姿勢 的耦合電極高度變化可能超過近程無線傳輸技術(shù)所支持的通信范圍。因此，底座的讀取面必須確保水平可通信范圍，該水平可通信范圍容許根據(jù)用作 通信對方的便攜式信息設(shè)備的放置姿勢的耦合電極高度變化?！N用 于擴(kuò)大底座的讀取面的可通信范圍的途徑是將耦合電極(或者耦合電極 提供的2到3cm的通信范圍)布置在偏離讀取面中心的位置，以便利用耦合電極根據(jù)底座 70的主體的放置姿勢的變化而在讀取面內(nèi)的位置變化的效果。例如，在底座70具有如圖8A至8D所示的立方體主體的情況下，如圖8A至8D所 示，底座70可通過將底座70旋轉(zhuǎn)0度、90度、180度和270度而采取四種放置姿勢，其中讀 取面面向前方。然后，耦合電極和可通信范圍根據(jù)放置姿勢的變化而自然移動。圖9示出了處于各個放置姿勢的立方體底座70的主體的讀取面的示例性可通信 范圍，其中讀取面的每邊為5到6cm。應(yīng)理解，雖然耦合電極的可通信范圍是2到3cm，但是 可通信范圍可通過根據(jù)放置姿勢的變化移動可通信范圍而擴(kuò)大到整個讀取表面。可通信范 圍可在垂直方向上從放置底座70的水平面最大擴(kuò)大到3倍。本發(fā)明不限于具有立方體主體的底座70。相反，底座70的主體可具有任何其他形 狀，只要提供多種放置姿勢。在任何情況下，通過將耦合電極布置在讀取面中偏離讀取面中 心的位置，以便利用耦合電極根據(jù)底座70的主體的放置姿勢變化而在讀取面內(nèi)的位置變 化的效果，讀取面的可通信范圍可被擴(kuò)大。本申請包含與2009年4月20日向日本專利局提交的日本優(yōu)先權(quán)專利申請 JP2009-102507中公開的主題內(nèi)容相關(guān)的主題內(nèi)容，在此通過引用將其全文合并于此。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，在所附權(quán)利要求或其等同方案的范圍內(nèi)，可根據(jù)設(shè)計需 要或者其他因素進(jìn)行各種修改、組合、子組合和變更。
權(quán)利要求
一種通信裝置，包括通信電路部件，其處理用于傳輸數(shù)據(jù)的高頻信號；用于所述高頻信號的傳輸路徑，其連接到所述通信電路部件；地面；耦合電極，其被支撐以與所述地面相對，并且在高度上距離所述地面相對于所述高頻信號的波長可忽略的距離；諧振部件，其增加經(jīng)由所述傳輸路徑流入所述耦合電極的電流；以及主體外殼，其采取多種放置姿勢并且容納各個組件，所述主體外殼的一個端面用作讀取面，在所述讀取面中，所述耦合電極被布置在偏離所述讀取面的中心的位置，其中無窮小偶極子由連接在所述耦合電極中積聚的電荷的中心與所述地面中積聚的像電荷的中心之間的線段形成，并且所述高頻信號朝向通信對方傳輸，所述通信對方相對布置以便形成與所述無窮小偶極子的方向基本上成0度的角。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通信裝置，還包括通信接口控制部件，其根據(jù)預(yù)定的通信協(xié)議與外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送和接收；以及 控制部件，其控制整個裝置的操作，所述操作包括所述通信電路部件和所述通信接口 控制部件執(zhí)行的通信操作。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通信裝置， 其中，所述外殼基本上具有立方體形狀，所述立方體的一個端面用作讀取面，在所述讀取面中，所述耦合電極被布置在偏離所 述讀取面的中心的位置，并且所述立方體通過改變其地接觸面而采取不同的放置姿勢。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種通信裝置，包括通信電路部件，其處理用于傳輸數(shù)據(jù)的高頻信號；用于該信號的傳輸路徑，其連接到電路部件；地面；耦合電極，其被支撐以與地面相對，并且在高度上離開地面；諧振部件，其增加經(jīng)由路徑流入電極的電流；以及主體外殼，其采取多種放置姿勢并且容納各個組件，外殼的一個端面用作讀取面，在該讀取面中，電極被布置偏離讀取面的中心。無窮小偶極子由連接在電極中的電荷的中心與地面中的像電荷的中心之間的線段形成。信號朝向通信對方傳輸，該通信對方相對布置以便形成與偶極子的方向基本上成0度的角。
文檔編號H04B5/00GK101867395SQ20101015120
公開日2010年10月20日 申請日期2010年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月20日
發(fā)明者前川格 申請人:索尼公司