專(zhuān)利名稱(chēng)：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(guò)使用高頻波段的弱UWB方法近距離發(fā)送大容量數(shù)據(jù)的通信裝置，并且更具體地，涉及這樣一種通信裝置，其采用使用電場(chǎng)耦合的弱UWB通信并且在由具有大介電常數(shù)的流體圍繞的情況下抑制諧振頻率的變化。
背景技術(shù)：
已經(jīng)廣泛地將非接觸通信方法用作認(rèn)證信息或其它價(jià)值信息(諸如電子貨幣)的媒介。此外，近年來(lái)，新的非接觸通信系統(tǒng)的應(yīng)用示例包括大容量數(shù)據(jù)的發(fā)送(諸如視頻或音樂(lè)等的下載或流媒體播放)。大容量數(shù)據(jù)發(fā)送由單個(gè)用戶完成，并且還優(yōu)選地利用與現(xiàn)有技術(shù)中的認(rèn)證和賬單處理感覺(jué)上相同的訪問(wèn)時(shí)間來(lái)完成，并且因此有必要提高通信速率。通常的RFID規(guī)格使用13. 56MHz波段并且是采用電磁感應(yīng)作為主要原理的接近式(從0到IOcm)的非接觸雙向通信，但是通信速率僅為1061ibpS到4241ibps。相反，作為能夠應(yīng)用于高速通信的接近無(wú)線發(fā)送技術(shù)，存在閃傳(TransferJet)(例如，見(jiàn)日本專(zhuān)利 No. 4345849 和 www. transfer jet. org/en/index. html (搜索于 2OlO 年 3 月 2 日))。這種接近無(wú)線發(fā)送技術(shù)(閃傳)采用了使用電場(chǎng)耦合作用的方法，其中通信裝置的高頻率耦合器包括對(duì)高頻信號(hào)進(jìn)行處理的通信電路單元、從接地部分離開(kāi)預(yù)定高度設(shè)置的耦合電極以及有效地將高頻信號(hào)供應(yīng)到耦合電極的諧振器。如果將接近無(wú)線發(fā)送功能制作為小的尺寸，其適合于內(nèi)置使用，并且例如，可以被安裝在諸如個(gè)人計(jì)算機(jī)或便攜式電話的各種信息裝置中。這里，使用弱UWB的接近無(wú)線發(fā)送主要采用由耦合電極產(chǎn)生的電場(chǎng)的縱波&的感應(yīng)電場(chǎng)(下文中將對(duì)其進(jìn)行描述)，因此電場(chǎng)信號(hào)在短距離內(nèi)迅速地下降，并且可以進(jìn)行通信的范圍僅為2到3cm。由于這個(gè)原因， 在內(nèi)置使用中，高頻耦合器優(yōu)選地設(shè)置在盡可能靠近殼體表面的位置處。另一方面，作為使用安裝有接近無(wú)線發(fā)送功能的信息裝置的形式，信息裝置可以不在空氣中使用而在水中使用。然而，水的介電常數(shù)比空氣大得多，高頻耦合器的諧振頻率由于靠近高頻耦合器的水的影響而下降，因此存在用于通信的頻率的耦合強(qiáng)度變?nèi)醯膯?wèn)題。特別是在海水中，電場(chǎng)信號(hào)原本就容易被吸收并且可以進(jìn)行通信的距離變短。因此，如果將要在水中執(zhí)行通信，那么有必要使得諧振頻率即使在水中也不變化。為了減小水的介電常數(shù)的影響，高頻耦合器可以被設(shè)置在離開(kāi)殼體表面向內(nèi)的位置處，以與表面分離開(kāi)。然而，電場(chǎng)信號(hào)在到達(dá)殼體表面的過(guò)程中被削弱，并且因此不能防止可以進(jìn)行通信的范圍變短。

發(fā)明內(nèi)容
期望提供了一種能夠在近距離內(nèi)采用使用高頻波段的弱UWB通信方法來(lái)發(fā)送大容量數(shù)據(jù)的優(yōu)秀通信裝置。也期望提供這樣一種優(yōu)秀的通信裝置，其采用弱UWB并且可以在由具有大介電常數(shù)的流體圍繞的情況下抑制諧振頻率的變化，并且可以防止可以進(jìn)行通信的范圍減小。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了一種通信裝置，包括殼體；高頻耦合器，其被設(shè)置在從殼體的表面向內(nèi)的位置處，以使其與表面分離，并且高頻耦合器發(fā)送和接收感應(yīng)電場(chǎng)的信號(hào)；以及表面波發(fā)送路徑，其設(shè)置在高頻耦合器的感應(yīng)電場(chǎng)的輻射表面與殼體的表面之間。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的高頻耦合器包括耦合電極，其連接到發(fā)送路徑的一端并且聚集電荷；接地部分，其設(shè)置為面向耦合電極并且聚集電荷的鏡像電荷；諧振單元，其通過(guò)將耦合電極安裝到駐波的電壓幅度變得較大的位置處來(lái)增加流動(dòng)到耦合電極中的電流，駐波是在提供高頻信號(hào)時(shí)產(chǎn)生的；以及支撐單元，其由在耦合電極的幾乎中心的位置處連接到諧振單元的金屬線構(gòu)成，其中，由將聚集在耦合電極中的電荷的中心與聚集在接地部分中的鏡像電荷的中心相連接的線段形成微小偶極子，其中，朝向通信伙伴側(cè)的高頻耦合器輸出縱波的感應(yīng)電場(chǎng)信號(hào)，其中通信伙伴側(cè)的高頻耦合器被設(shè)置為面向耦合電極，以使得與微小偶極子的方向形成的角度θ幾乎變?yōu)?度。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的表面波發(fā)送路徑由金屬線構(gòu)成。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的通信裝置的表面波發(fā)送路徑由電介質(zhì)棍構(gòu)成。根據(jù)本發(fā)明，可以提供能夠在近距離內(nèi)通過(guò)使用高頻波段的弱UWB通信方法發(fā)送大容量數(shù)據(jù)的優(yōu)秀通信裝置?？梢蕴峁┮环N優(yōu)秀的通信裝置，其采用弱UWB并且可以抑制在由具有較大介電常數(shù)的流體圍繞的情況下諧振頻率的變化，并且可以防止可以通信的范圍的減小。在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的通信裝置中，通過(guò)將高頻耦合器從殼體表面向內(nèi)設(shè)置以使其與表面分離，可以抑制當(dāng)在水中使用通信裝置時(shí)由于水的介電常數(shù)的影響而引起的諧振頻率的變化，并且通過(guò)將表面波發(fā)送路徑設(shè)置在高頻耦合器的感應(yīng)電場(chǎng)的輻射表面與殼體表面之間，可以以低的損耗將電場(chǎng)信號(hào)傳播到殼體表面。通過(guò)基于本發(fā)明的實(shí)施例和附圖的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其他目的、特征或優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更加清楚。


圖1的示意圖示出了根據(jù)弱UWB通信方法的接近無(wú)線發(fā)送系統(tǒng)的構(gòu)造。圖2的圖示出了分別設(shè)置在發(fā)送器和接收器中的高頻耦合器的基本構(gòu)造。圖3的圖示出了安裝圖2中示出的高頻耦合器的示例。圖4的圖示出了微小偶極子的電場(chǎng)。圖5的圖示出了將圖4中示出的電場(chǎng)映射到耦合電極上。圖6的圖示出了容性負(fù)載天線(capacity loaded antenna)的構(gòu)造示例。圖7的圖示出了其中將分布常數(shù)電路用在諧振單元中的高頻耦合器的構(gòu)造示例。圖8的圖示出了圖7中示出的高頻耦合器中的短截線(stub)上產(chǎn)生駐波的狀態(tài)。圖9的圖示出了高頻耦合器被設(shè)置為靠近信息裝置的殼體的表面的狀態(tài)。圖10的圖示出了其中高頻耦合器被設(shè)置為靠近殼體表面的信息裝置處于水中的狀態(tài)。圖11的圖示出了在其中嵌入高頻耦合器的信息裝置處于空氣中、處于淡水中以及處于海水中時(shí)，在所使用的每個(gè)頻率下高頻耦合器之間的耦合強(qiáng)度的測(cè)量結(jié)果。
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圖12的圖示出了高頻耦合器設(shè)置為從殼體表面向內(nèi)以離開(kāi)表面的狀態(tài)。圖13的圖示出了信息裝置的構(gòu)造示例，其中在被設(shè)置為從殼體表面向內(nèi)以離開(kāi)表面的高頻耦合器的感應(yīng)電場(chǎng)的輻射表面與殼體表面之間形成表面波發(fā)送路徑。圖14的圖示出了信息裝置的另一個(gè)構(gòu)造示例，其中在被設(shè)置為從殼體表面向內(nèi)以離開(kāi)表面的高頻耦合器的感應(yīng)電場(chǎng)的輻射表面與殼體表面之間形成表面波發(fā)送路徑。
具體實(shí)施例方式
下文中，將要參照附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。圖1概略地示出了根據(jù)使用電場(chǎng)耦合作用的弱UWB通信方法的接近無(wú)線發(fā)送系統(tǒng)的構(gòu)造。在附圖中，其中分別包括用來(lái)發(fā)送和接收的耦合電極14和M的發(fā)送器10和接收器20被設(shè)置為在具有例如約3cm(或者約為所使用的頻帶的波長(zhǎng)的一半)的空隙的狀態(tài)下彼此面對(duì)，并且實(shí)現(xiàn)電場(chǎng)耦合。如果接收到來(lái)自更高等級(jí)應(yīng)用的發(fā)送請(qǐng)求的話，發(fā)送器側(cè)的發(fā)送電路單元11基于所發(fā)送的數(shù)據(jù)產(chǎn)生高頻發(fā)送信號(hào)(諸如UWB信號(hào))，并且所產(chǎn)生的信號(hào)作為電場(chǎng)信號(hào)而從發(fā)送電極14傳播到接收電極M。接收器20的接收電路單元21對(duì)所接收到的高頻電場(chǎng)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和解碼，并且將再現(xiàn)的數(shù)據(jù)發(fā)送給更高等級(jí)的應(yīng)用。如果在接近無(wú)線發(fā)送中使用UWB的話，可以實(shí)現(xiàn)約IOOMbps的超高速數(shù)據(jù)發(fā)送。同樣，在接近無(wú)線發(fā)送中，如下文中所述的，代替輻射電場(chǎng)，使用了靜電場(chǎng)或感應(yīng)電場(chǎng)耦合作用。因?yàn)閳?chǎng)強(qiáng)度與距離的立方或平方成反比，所以在距無(wú)線設(shè)備3米距離內(nèi)的場(chǎng)強(qiáng)度局限于預(yù)定水平以下，并且因此接近無(wú)線發(fā)送系統(tǒng)可以執(zhí)行弱無(wú)線通信，這種弱無(wú)線通信是不需要無(wú)線電局許可的。因此，可以以低成本來(lái)構(gòu)造接近無(wú)線發(fā)送系統(tǒng)。此外，因?yàn)樵诮咏鼰o(wú)線發(fā)送中通過(guò)電場(chǎng)耦合方法來(lái)執(zhí)行數(shù)據(jù)通信，所以存在這樣的優(yōu)點(diǎn)來(lái)自周?chē)瓷潴w的反射波的數(shù)量較小，因此存在較少的干涉影響，并且沒(méi)有必要考慮防止發(fā)送路徑上的黑客攻擊或者確保保密性。在無(wú)線通信中，傳播損耗與相對(duì)于波長(zhǎng)的傳播距離成比例地增加。在使用高頻波段信號(hào)(像是UWB信號(hào)中的信號(hào))的接近無(wú)線發(fā)送中，約3cm的通信距離對(duì)應(yīng)于半個(gè)波長(zhǎng)。 換言之，即使很接近，通信距離也是不能忽視的，并且有必要將傳播損耗抑制到足夠低的程度。特別地，特性阻抗問(wèn)題在高頻電路中比在低頻電路中更加嚴(yán)重，并且因此在發(fā)送器和接收器的電極之間的耦合點(diǎn)處的阻抗失配的影響顯現(xiàn)。例如，在圖1中示出的接近無(wú)線發(fā)送系統(tǒng)中，即使在用于高頻電場(chǎng)信號(hào)的、將發(fā)送電路單元11與發(fā)送電極14相連接的發(fā)送路徑是具有例如50 Ω阻抗匹配的同軸電纜時(shí)，如果發(fā)送電極14與接收電極M之間的耦合部分中的阻抗失配，那么電場(chǎng)信號(hào)被反射并且因此發(fā)生傳播損耗。因此，通信效率被降低。因此，如圖2所示，分別包括在發(fā)送器10和接收器20中的高頻耦合器被經(jīng)由諧振單元連接到高頻信號(hào)發(fā)送路徑，其中諧振單元分別包括板狀電極14和24、串聯(lián)電感12和 22以及并聯(lián)電感13和23。這里描述的高頻信號(hào)發(fā)送路徑可以包括同軸電纜、微帶線、共面線等。如果高頻耦合器被設(shè)置為彼此相對(duì)的話，那么在準(zhǔn)靜電場(chǎng)占據(jù)統(tǒng)治地位的非常接近的距離內(nèi)，耦合部分作為帶通濾波器來(lái)進(jìn)行工作，并且因此可以發(fā)送高頻信號(hào)。此外，即使在感應(yīng)電場(chǎng)占據(jù)統(tǒng)治地位并且相對(duì)于波長(zhǎng)不能被忽視的距離處，可以在兩個(gè)高頻耦合器之間經(jīng)由感應(yīng)電場(chǎng)有效地發(fā)送高頻信號(hào)，其中感應(yīng)電場(chǎng)是由通過(guò)分別聚集在耦合電極和接地部分中的電荷和鏡像電荷形成的微小偶極子(下文中對(duì)其進(jìn)行描述)產(chǎn)生的。這里，在發(fā)送器10與接收器20之間(即，在耦合部分中)，如果僅打算取得阻抗匹配并且抑制反射波的話，即使對(duì)于每個(gè)耦合器使用其中板狀電極14和M以及串聯(lián)電感 12和22在高頻信號(hào)發(fā)送路徑上串聯(lián)連接的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)，也可以進(jìn)行使得耦合部分中的阻抗連貫的設(shè)計(jì)。然而，在耦合部分之前和之后不存在特性阻抗的變化，并且因此電流的大小不改變。相反，并聯(lián)電容13和23的安裝使得更大的電荷被發(fā)送到耦合電極14并且在耦合電極14和M之間產(chǎn)生強(qiáng)電場(chǎng)耦合作用。當(dāng)在耦合電極14的表面附近感應(yīng)出大的電場(chǎng)時(shí)，所產(chǎn)生的電場(chǎng)是沿著行進(jìn)方向(微小偶極子的方向，下文中對(duì)其進(jìn)行描述)振動(dòng)的縱波電場(chǎng)信號(hào)，并且從耦合電極14的表面?zhèn)鞑コ鰜?lái)。由于這種電場(chǎng)波，即使在耦合電極14與對(duì)之間的距離(相位長(zhǎng)度)相對(duì)較大時(shí)，仍然可以傳播電場(chǎng)信號(hào)?？偨Y(jié)上述描述，在根據(jù)弱UWB通信方法的接近無(wú)線發(fā)送系統(tǒng)中，高頻耦合器所具有的條件如下所述。(1)存在面向接地部分并且通過(guò)電場(chǎng)耦合的耦合電極，所述耦合電極彼此分開(kāi)可以關(guān)于高頻信號(hào)的波長(zhǎng)而被忽視的高度。(2)存在用于由更強(qiáng)電場(chǎng)耦合的諧振單元。(3)在用于通信的頻帶中，在耦合電極被設(shè)置為彼此面對(duì)時(shí)，通過(guò)串聯(lián)和并聯(lián)的電感和耦合電極來(lái)設(shè)置電容器常數(shù)或者短截線的長(zhǎng)度，以取得阻抗匹配。在圖1中示出的接近無(wú)線發(fā)送系統(tǒng)中，如果發(fā)送器10和接收器20的耦合電極14 和M在具有適當(dāng)距離的狀態(tài)下彼此面對(duì)，那么兩個(gè)高頻耦合器作為允許期望頻帶內(nèi)的電場(chǎng)信號(hào)通過(guò)的帶通濾波器而進(jìn)行工作，單個(gè)高頻耦合器作為放大電流的阻抗轉(zhuǎn)換電路而進(jìn)行工作，并且具有更大幅度的電流向耦合電極流動(dòng)。另一方面，在高頻耦合器獨(dú)立地位于自由空間中時(shí)，因?yàn)楦哳l耦合器的輸入阻抗不與高頻信號(hào)發(fā)送路徑的特性征阻抗相匹配，所以進(jìn)入高頻信號(hào)發(fā)送路徑的信號(hào)被反射到高頻耦合器內(nèi)并且沒(méi)有向外輻射，因此對(duì)于存在于附近的其他通信系統(tǒng)沒(méi)有影響。也就是說(shuō)，與現(xiàn)有技術(shù)中的天線不同，在不存在通信伙伴時(shí)，發(fā)送器側(cè)不釋放電波，并且僅在通信伙伴靠近發(fā)送器側(cè)時(shí)阻抗匹配才消失，并由此發(fā)送高頻信號(hào)。圖3是示出了安裝圖2中示出的高頻耦合器的示例。發(fā)送器10和接收器20的任何高頻耦合器都可以以此方式構(gòu)造。在相同的圖中，耦合電極14被安裝到由電介質(zhì)構(gòu)成的隔離物15上，并且經(jīng)由穿過(guò)隔離物15的通孔16電連接到印刷電路板17上的高頻信號(hào)發(fā)送路徑。在相同的圖中，隔離物15具有大致的柱形，并且耦合電極14具有大致的圓形，但是它們不限于具有特定的形狀。例如，當(dāng)在電介質(zhì)中將通孔16形成為具有期望的高度之后，利用導(dǎo)體對(duì)通孔16進(jìn)行填充，并且例如通過(guò)鍍敷技術(shù)將將會(huì)成為耦合電極14的導(dǎo)體圖案設(shè)置在電介質(zhì)的上端面上。布線圖案(其為高頻信號(hào)發(fā)送路徑)形成在印刷電路板17上。通過(guò)回流焊等將隔離物15安裝在印刷電路板17上，并由此可以制造出高頻耦合器。按照所使用的波長(zhǎng)來(lái)適當(dāng)?shù)卣{(diào)整從印刷電路17的電路的表面(或者接地部分18)到耦合電極14的高度(即，通孔16的長(zhǎng)度)，并且由此使得通孔16具有電感并且因此可以代替圖2中示出的串聯(lián)電感 12。此外，經(jīng)由芯片形并聯(lián)電感13將高頻信號(hào)發(fā)送路徑連接到接地部分18。這里，將會(huì)考察從發(fā)送器10那一側(cè)的耦合電極14產(chǎn)生的電磁場(chǎng)。
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如圖1和2所示，連接到高頻信號(hào)發(fā)送路徑的一端的耦合電極14在其中聚集電荷，從發(fā)送電路單元11輸出的高頻信號(hào)流動(dòng)到該高頻信號(hào)發(fā)送路徑中。此時(shí)，通過(guò)由串聯(lián)電感12和并聯(lián)電感13構(gòu)成的諧振單元中的諧振作用，經(jīng)由發(fā)送路徑流動(dòng)到耦合電極14中的電流被放大并且聚集更多的電荷。接地部分18被設(shè)置為在具有間隙的狀態(tài)下面向耦合電極14，該間隙的高度相對(duì)于高頻信號(hào)的波長(zhǎng)可以被忽視。如上所述，如果電荷聚集在耦合電極14中，那么鏡像電荷聚集在接地部分18中。如果點(diǎn)電荷Q被設(shè)置在平面導(dǎo)體的外部，那么鏡像電荷-Q (這虛擬地代替表面電荷分布)被設(shè)置在平面導(dǎo)體內(nèi)，這在本領(lǐng)域中是公知的，例如由Tadashi Mizoguchi 所著的《Electromagnetics》(SH0KAB0 PUBLISHING Co.，Ltd.，第 54 頁(yè)到第 57 頁(yè))。如上所述，因?yàn)樗奂狞c(diǎn)電荷Q和鏡像電荷-Q，形成了由將聚集在耦合電極14 中的電荷的中心與聚集在接地部分18中的鏡像電荷的中心相連接的線段所形成的微小偶極子。嚴(yán)格地講，電荷Q和鏡像電荷-Q具有體積，并且微小偶極子被形成為將電荷的中心與鏡像電荷的中心相連接。這里描述的“微小偶極子”意味著“電偶極子的電荷之間的距離非常短”。例如,“微小偶極子”也被公開(kāi)于由Yasuto Mushiake所著的《Antenna and electric wave propagation))(CORONA PUBLISHING CO. ,LTD.，第 16 到 18 頁(yè))。此外，微小偶極子產(chǎn)生電場(chǎng)的橫波成分E0、電場(chǎng)的縱波成分&以及在微小偶極子附近的磁場(chǎng)Ηφ。圖4示出了通過(guò)微小偶極子產(chǎn)生的電場(chǎng)。同樣，圖5示出了將電場(chǎng)映射到耦合電極上的狀態(tài)。如圖所示，電場(chǎng)的橫波成分E0沿著與傳播方向垂直的方向振動(dòng)，并且電場(chǎng)的縱波成分&以沿著與傳播方向相平行的方向振動(dòng)。在微小偶極子附近產(chǎn)生磁場(chǎng)Ηφ。以下的公式(1)到(3)表示由微小偶極子產(chǎn)生的電磁場(chǎng)。在相同的公式中，與距離R的立方成反比的成分表示靜電磁場(chǎng)，與距離R的平方成反比的成分表示感應(yīng)電磁場(chǎng)，并且與距離R成反比的成分表示輻射電磁場(chǎng)。
^ pejkR ( 1 jk k2) . ^,、
θ 4πε {R3 R2 R J…
pe-jkR ( 1 ik\
υ ]ωρβ-βκ ( 1 jk) . η φ 4π {R2 RJy }在圖1中示出的接近無(wú)線發(fā)送系統(tǒng)中，為了抑制與附近系統(tǒng)的電波干涉，優(yōu)選地， 抑制包括輻射電場(chǎng)成分的橫波成分E0并且使用不包括輻射電場(chǎng)成分的縱波成分&。這是因?yàn)楦鶕?jù)公式(1)和(2)可以看到，電場(chǎng)的橫波成分E0包括與距離成反比(即，小距離衰減)的輻射電場(chǎng)，而縱波成分&不包括該輻射電場(chǎng)。首先，為了產(chǎn)生電場(chǎng)的橫波成分E0，有必要使得高頻耦合器不作為天線而進(jìn)行工
7作。一眼看過(guò)去，圖2中示出的高頻耦合器具有與其中金屬設(shè)置在天線元件的前端以具有電容并且降低天線高度的“容性負(fù)載天線”類(lèi)似的結(jié)構(gòu)。因此，有必要使得高頻耦合器不作為容性負(fù)載天線而進(jìn)行工作。圖6示出了容性負(fù)載天線的構(gòu)造示例，并且在相同的附圖中， 電場(chǎng)的縱波成分&主要沿著箭頭A的方向產(chǎn)生，并且電場(chǎng)的橫波成分E0主要沿著箭頭B1 和化的方向產(chǎn)生。在圖3中示出的耦合電極的構(gòu)造示例中，電介質(zhì)15和通孔16具有對(duì)耦合電極14 與接地部分18耦合進(jìn)行阻止以及形成串聯(lián)電感12的組合功能。通過(guò)選擇從印刷電路17的電路安裝表面到電極14充分的高度來(lái)形成串聯(lián)電感12，防止了接地部分18與電極14之間的電場(chǎng)耦合，并且確保了與接收器側(cè)的高頻耦合器的電場(chǎng)耦合。然而，如果電介質(zhì)15的高度較大，即，如果印刷電路17的電路安裝表面到電極14的距離到達(dá)不能相對(duì)于所使用的波長(zhǎng)忽視的長(zhǎng)度，高頻耦合器作為容性負(fù)載天線來(lái)進(jìn)行工作，并且因此產(chǎn)生由圖6中的箭頭& 和化表示的橫波成分E0。因此，電介質(zhì)15的高度遵循以下條件長(zhǎng)度足以通過(guò)防止電極 14與接地部分18之間的耦合而獲得作為高頻耦合器的特性并且足以形成被用來(lái)作為阻抗匹配電路而進(jìn)行工作的串聯(lián)電感12，并且長(zhǎng)度短到能夠抑制通過(guò)在串聯(lián)電感12中流動(dòng)的電流而引起的不必要的電波E0。另一方面，通過(guò)以上公式O)，可以看到縱波成分&在形成在微小偶極子的方向上的角度θ =0處變?yōu)樽畲?。因此，為了通過(guò)有效地使用電場(chǎng)的縱波成分&來(lái)執(zhí)行非接觸通信，優(yōu)選地將通信伙伴的高頻耦合器設(shè)置為面向?qū)Ψ揭允沟门c微小偶極子的方向形成的角度θ幾乎變?yōu)?度并且發(fā)送高頻電場(chǎng)信號(hào)。此外，可以通過(guò)包括串聯(lián)電感12和并聯(lián)電感13的諧振單元使得流動(dòng)到耦合電極 14中的高頻信號(hào)的電流更大。因此，可以使得通過(guò)聚集在耦合電極14中的電荷以及在接地部分側(cè)的鏡像電荷所形成的微小偶極子的力矩(moment)更大，并且可以將由縱波成分& 構(gòu)成的高頻電場(chǎng)信號(hào)朝向與微小偶極子的方向形成的角度θ幾乎變?yōu)?度的傳播方向有效地發(fā)送。在圖2中示出的高頻耦合器的阻抗匹配單元中，基于并聯(lián)電感和串聯(lián)電感的常數(shù) L1和L2來(lái)確定工作頻率&。然而，在高頻電路中，已知集總常數(shù)電路具有比分布常數(shù)電路更窄的波段，并且電感的常數(shù)隨著頻率的升高而減小。因此，存在諧振頻率由于常數(shù)的差異而偏離的問(wèn)題。相反，阻抗匹配單元或諧振單元構(gòu)成使用分布常數(shù)電路而不是集總常數(shù)電路的高頻耦合器，由此實(shí)現(xiàn)了寬波段。圖7示出了在匹配單元或諧振單元中使用分布常數(shù)電路的高頻耦合器的構(gòu)造示例。在圖中所示的示例中，接地導(dǎo)體72形成在底部，并且高頻耦合器被安裝到其上形成印刷圖案的印刷電路板71上。作為高頻耦合器的阻抗匹配單元和諧振單元，代替并聯(lián)電感和串聯(lián)電感，形成作為分布常數(shù)電路而進(jìn)行工作的微帶線或共面波導(dǎo)(即，短截線73)，并經(jīng)由信號(hào)線圖案74將其連接到接收電路模塊75。短截線73形成短路電路，短截線73的前端經(jīng)由穿透印刷電路板71的通孔76與底部上的接地部分72相連接。短截線73的中心的附近通過(guò)由薄金屬線構(gòu)成的單個(gè)端子77連接到耦合電極78。在電子器件的技術(shù)領(lǐng)域中提到的“短截線”主要指的是這樣一種電線其一端連接到元件并且另一端不連接到該元件或者連接接地，其被設(shè)置在電路的途中并且被用來(lái)調(diào)整、測(cè)量、阻抗匹配、濾波等。
這里，從發(fā)送和接收電路經(jīng)由信號(hào)線輸出的信號(hào)被反射到短截線73的前端部分中，并且在短截線73內(nèi)產(chǎn)生駐波。短截線73的相位長(zhǎng)度是高頻信號(hào)的波長(zhǎng)的一半(在相位上來(lái)說(shuō)是180度)，并且信號(hào)線74和短截線73由印刷電路板71上的微帶線或共面線等形成。如圖8所示，在前端在短截線73的半波長(zhǎng)的相位長(zhǎng)度處短路時(shí)，在短截線73內(nèi)產(chǎn)生的駐波的電壓幅度在短截線73的前端處變?yōu)?，并且在短截線73的中央(即，距短截線73 的前端四分之一波長(zhǎng)(90度)的位置處)變?yōu)樽畲?。在駐波的電壓幅度變?yōu)樽畲蟮亩探鼐€的中心附近，短截線73經(jīng)由單個(gè)端子77連接到耦合電極78，由此形成具有良好的傳播效率的高頻耦合器。圖7中示出的短截線73是在印刷電路板71上的微帶線或共面波導(dǎo)，其具有低的 DC電阻，因此具有小的高頻信號(hào)損耗并且可以使得高頻耦合器之間的傳播損耗減小。因?yàn)樾纬煞植汲?shù)電路的短截線73的尺寸約為高頻信號(hào)的波長(zhǎng)的一半那么大，所以由于制作過(guò)程中的公差所引起的尺寸誤差相比于整個(gè)相位長(zhǎng)度來(lái)說(shuō)較輕微，并且因此難以產(chǎn)生特性差異。之后，將要考察接近無(wú)線發(fā)送功能應(yīng)用到內(nèi)置用途的情況。使用弱UWB的接近無(wú)線發(fā)送主要采用通過(guò)耦合電極產(chǎn)生的電場(chǎng)的縱波&的感應(yīng)電場(chǎng)，因此，電場(chǎng)信號(hào)在短距離內(nèi)迅速減小。由于這個(gè)原因，如圖9所示，高頻耦合器優(yōu)選地設(shè)置為盡可能靠近殼體的表面。另一方面，作為使用安裝有接近無(wú)線發(fā)送功能的信息裝置的形式，信息裝置可以不像平常那樣在空氣中使用，而是如圖10所示在水中使用。這里，水為電介質(zhì)，并且水的具體介電常數(shù)是80，這是非常高的。因此，如果將高頻耦合器設(shè)置為接近殼體表面，高頻耦合器的諧振頻率由于波長(zhǎng)縮短效果而下降。圖11的圖示出了在其中嵌入有高頻耦合器的信息裝置在空氣中、在淡水中以及在海水(具有3. 5%濃度的鹽水)中時(shí)，在所使用的每個(gè)頻率下的、高頻耦合器之間的耦合強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量的結(jié)果?？梢詮膱D中的結(jié)果看到，淡水中和海水中的諧振頻率相比于空氣中下降了 10%并且用于通信的頻率中的耦合強(qiáng)度變?nèi)?。此外，耦合?qiáng)度在海水中相比于在淡水中進(jìn)一步變?nèi)?，并且這是因?yàn)橛捎陔x子傳導(dǎo)所引起的導(dǎo)體損耗對(duì)于海水中的耦合強(qiáng)度有影響。包括使用弱UWB通信方法的接近無(wú)線發(fā)送的非接觸通信具有電極不與線纜等相接觸的巨大優(yōu)點(diǎn)。因此，存在即使在水中也盡可能不使得高頻耦合器的性能力惡化的要求。為了減小水的介電常數(shù)的影響，如圖12所示，高頻耦合器可以被設(shè)置在從殼體表面向內(nèi)的位置，以使其與殼體分離開(kāi)。在這種情況下，因?yàn)樵谶@種情況下的高頻耦合器和電介質(zhì)(水)彼此分離，并且因此高的介電常數(shù)難以受到影響，諧振頻率不變化。然而，電場(chǎng)信號(hào)在到達(dá)殼體表面的同時(shí)衰減，并且因此不能防止可以進(jìn)行通信的范圍變短。電場(chǎng)信號(hào)原本以在淡水或海水中比在空氣中更大的方式衰減，并且因此有必要使得從高頻耦合器輻射的電場(chǎng)信號(hào)被設(shè)置為盡可能得強(qiáng)。因此，本發(fā)明人提出了這樣一種通信裝置的構(gòu)造其中高頻耦合器被設(shè)置在離開(kāi)殼體向內(nèi)的位置，以使其與表面分離，并且表面波發(fā)送路徑被設(shè)置在高頻耦合器的感應(yīng)電場(chǎng)的輻射表面與殼體表面之間。從高頻耦合器輻射的電場(chǎng)信號(hào)可以沿著具有低損耗的表面波發(fā)送路徑傳播到殼體表面。因此，因?yàn)楦哳l耦合器被設(shè)置在從殼體向內(nèi)的位置處，以與表
9面分離，所以當(dāng)在水中進(jìn)行工作時(shí)可以抑制由于水的介電常數(shù)的影響而產(chǎn)生的諧振頻率的變化，并且實(shí)現(xiàn)具有長(zhǎng)通信距離的接近無(wú)線發(fā)送圖13的圖示出了信息裝置1300的構(gòu)造示例，其中表面波發(fā)送路徑1303形成在高頻耦合器1302的感應(yīng)電場(chǎng)的輻射表面與殼體表面之間，高頻耦合器1302被設(shè)置為從信息裝置的殼體1301的表面向內(nèi)的位置以使其與表面分離。在圖中所示的示例中，表面波發(fā)送路徑由金屬線構(gòu)成。已經(jīng)轉(zhuǎn)讓給本申請(qǐng)人的日本未審查專(zhuān)利申請(qǐng)公報(bào)No. 2008-99234公開(kāi)了這樣一種表面波發(fā)送路徑，其由諸如銅線的導(dǎo)體構(gòu)成并且經(jīng)由內(nèi)部和表面發(fā)送從高頻耦合器輻射出的電場(chǎng)信號(hào)。圖14是示出了信息裝置1400的另一種構(gòu)造的圖，其中，表面波發(fā)送路徑1403形成在高頻耦合器1402的感應(yīng)電場(chǎng)的輻射表面與殼體表面之間，高頻耦合器1402被設(shè)置為從殼體1401的表面向內(nèi)的位置以使其與表面分離。在圖中所示的示例中，表面波發(fā)送路徑由電介質(zhì)棍構(gòu)成。此外，已經(jīng)轉(zhuǎn)讓給本申請(qǐng)人的日本專(zhuān)利No. 4345850公開(kāi)了一種表面波發(fā)送路徑，其由電介質(zhì)的線狀構(gòu)件構(gòu)成并且經(jīng)由內(nèi)部和表面發(fā)送從高頻耦合器輻射出的電場(chǎng)信號(hào)。在諸如天線或高頻耦合器的諧振器中，諧振頻率由于靠近諧振器的電介質(zhì)的影響而降低。相反，表面波發(fā)送路徑有特定的諧振頻率，并且因此即使其靠近電介質(zhì)，諧振頻率也不變化，并且不受到電介質(zhì)的影響根據(jù)圖13和圖14中示出的信息裝置，即使信息裝置在空氣中或在水中，高頻耦合器中的諧振頻率的變化也減小，并且在全部情況下可以保持通信情況最優(yōu)。根據(jù)圖13和圖14中示出的信息裝置，以低的損耗將從高頻耦合器輻射的電場(chǎng)信號(hào)引導(dǎo)到信息裝置的殼體表面，并且因此可以進(jìn)行通信的距離的減小量在空氣中或在水中較小。在說(shuō)明書(shū)中，雖然已經(jīng)主要技術(shù)其中UWB信號(hào)被用在通過(guò)無(wú)導(dǎo)線的電場(chǎng)耦合來(lái)發(fā)送數(shù)據(jù)的通信系統(tǒng)中的實(shí)施例來(lái)進(jìn)行了說(shuō)明，本發(fā)明的要點(diǎn)不限于此。例如，本發(fā)明也可以應(yīng)用到使用除了 UWB通信方法之外的高頻信號(hào)的通信系統(tǒng)，或者通過(guò)使用相對(duì)低頻率的信號(hào)的電場(chǎng)耦合或者通過(guò)其他電磁作用來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送的通信系統(tǒng)。本申請(qǐng)含有2010年3月18日遞交給日本專(zhuān)利局的日本優(yōu)先權(quán)專(zhuān)利申請(qǐng)JP 2010-062579,并通過(guò)引用將其全部?jī)?nèi)容結(jié)合在這里。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以根據(jù)設(shè)計(jì)需要和其他因素做出各種修改、結(jié)合、 子結(jié)合和替換，只要它們?cè)跈?quán)利要求及其等價(jià)物的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種通信裝置，包括 殼體；高頻耦合器，其設(shè)置在從所述殼體的表面向內(nèi)的位置處，以使其與所述表面分離，并且所述高頻耦合器發(fā)送和接收感應(yīng)電場(chǎng)的信號(hào)；以及表面波發(fā)送路徑，其設(shè)置在所述高頻耦合器的感應(yīng)電場(chǎng)的輻射表面與所述殼體的表面之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通信裝置，其中，所述高頻耦合器包括 耦合電極，其連接到所述發(fā)送路徑的一端并且聚集電荷；接地部分，其設(shè)置為面向所述耦合電極并且聚集所述電荷的鏡像電荷； 諧振單元，其通過(guò)將所述耦合電極安裝到駐波的電壓幅度變得較大的位置處來(lái)增加流動(dòng)到所述耦合電極中的電流，所述駐波是在提供所述高頻信號(hào)時(shí)產(chǎn)生的；以及支撐單元，其由在所述耦合電極的幾乎中心的位置處連接到所述諧振單元的金屬線構(gòu)成，其中，由將聚集在所述耦合電極中的所述電荷的中心與聚集在所述接地部分中的所述鏡像電荷的中心相連接的線段形成微小偶極子，其中，朝向通信伙伴側(cè)的高頻耦合器輸出縱波的感應(yīng)電場(chǎng)信號(hào)，其中所述通信伙伴側(cè)的高頻耦合器被設(shè)置為面向所述耦合電極，以使得與所述微小偶極子的方向形成的角度θ 幾乎變?yōu)?度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通信裝置，其中，所述表面波發(fā)送路徑由金屬線構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通信裝置，其中，所述表面波發(fā)送路徑由電介質(zhì)棍構(gòu)成。
全文摘要
一種通信裝置，包括殼體；高頻耦合器，其設(shè)置在從殼體的表面向內(nèi)的位置處，以使其與表面分離，并且高頻耦合器發(fā)送和接收感應(yīng)電場(chǎng)的信號(hào)；以及表面波發(fā)送路徑，其設(shè)置在高頻耦合器的感應(yīng)電場(chǎng)的輻射表面與殼體的表面之間。
文檔編號(hào)H04B5/02GK102195687SQ20111006240
公開(kāi)日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2011年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月18日
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