CN101325427A - 通信***和通信方法 - Google Patents

Abstract

通信***，包括：传送器，包括产生用于传送数据的射频信号的传送电路和传送射频信号作为静电场或感应电场的电场耦合天线；和接收器，包括电场耦合天线和对电场耦合天线接收到的射频信号执行接收处理的接收电路。传送器和接收器的每个电场耦合天线包括耦合电极、用于加强耦合电极之间的电耦合的共振部分和放置在耦合电极附近的无线电波吸收器。通过传送器和接收器的相互面对的电场耦合天线之间的电场耦合传送射频信号。

Description

通信***和通信方法

相关申请的交叉引用

本发明包括涉及于2007年6月14日向日本专利局提交的日本专利申请JP2007-157906的主题，通过引用将其全部内容合并在此。

技术领域

本发明涉及允许信息设备执行大容量数据通信的通信***和通信设备。特别地，本发明涉及允许信息设备通过在不引起与另一通信***的干扰情况下使用静电场或感应电场类执行数据通信的通信***和通信设备。此外，本发明涉及允许信息设备在引起与另一通信***的干扰情况下使用感应磁场来执行数据通信的通信***和通信设备。

更具体地，本发明涉及允许放置在短范围内的信息设备通过使用静电场或感应电场来传送射频(RF)信号的通信***和通信设备。此外，本发明涉及允许放置在短范围内的信息设备通过使用感应磁场传送RF信号的通信***和通信设备。特别地，本发明涉及安装在各个信息设备上的耦合器(coupler)来有效传送RF信号以便使用电场耦合或磁场耦合来使能短范围内的大容量传输的通信***和通信设备。

背景技术

近来，已经更多地使用无线电接口代替诸如AV(音频视频)线缆或USB(通用串行总线)线缆之类的多目的线缆以及存储器卡之类的介质来将数据从袖珍信息设备传送到另一设备，以(例如)在个人计算机之间交换图像数据或音乐数据。使用无线电接口消除了在每次数据传输时将线缆连接到连接器的需要，这对用户来说是方便的。此外，已经出现了配有各种无线通信功能的多种信息设备。作为在袖珍设备之间执行无线数据传输的方法，已经开发了用于通过使用天线传送/接收无线电信号的无线电波通信方法，如使用IEEE802.11或代表的无线电LAN(局域网)的通信。

近些年来受到关注的所谓“超宽带(ultrawideband，UWB)”的通信方法是使用3.1GHz到10.6GHz的非常宽的频带的无线电通信技术，并且其实现短范围内的大约100Mbps的大容量数据无线电传输。因此，UWB通信方法能够以高速且短时间内传送大容量数据(例如CD(紧凑盘)的运动画面或音乐数据)。

由于传输功率导致其通信距离为大约10m的UWB通信用于诸如PAN(个人域网络)之类的短范围无线电通信。例如，在IEEE802.15.3等中，用于传送具有包括前同步(preamble)的分组结构的数据的方法已经被设计为UWB通信的接入控制方法。此外，美国的Intel公司已经在考虑USB(广泛应用为个人计算机的多目的接口)的无线版本作为UWB的应用。

此外，考虑到UWB通信使能100Mbps以上的数据传输，而不占用3.1GHz到10.6GHz的传输频带，并且RF电路较容易制作的情况，已经积极地开发使用3.1GHz到4.9GHz的UWB低频带的传输***。

在日本无线电法下，在离无线电设备三米的距离上具有预定电平或更低的电场强度(无线电波强度)的弱无线电波(也就是相邻无线电***的噪声电平的弱无线电波)不需要无线电台的许可，使得可以减少无线电***的开发和制造成本。通过应用上述UWB通信，可以基于其传输功率以相对低的电场电平构造短范围无线电通信***。然而，如果通过使用通过利用天线传送/接收无线电信号的无线电波通信方法构造UWB通信***，则很难将所产生的电场抑制到弱电平。

根据现有技术的多种无线电通信***采用无线电波通信方法，其中通过使用当电流流到天线(aerial)(天线(antenna))时产生的辐射电场来传播信号。在这种情况下，传送器侧发射无线电波，而不管接收器侧的存在/不存在，并且可能不利地变成对相邻通信***的干扰无线电波的源。此外，在接收器侧的天线不仅接收来自传送器的所期望的波，而且接收来自远程站点的无线电波，因此经受外部干扰无线电波，这导致接收灵敏度的降低。如果存在通信的多个其它终端，执行复杂的设置来从其它终端中选择期望的那个。例如，当多对无线电设备执行窄范围无线电通信时，执行包括频率选择的分复用(division multiplexing)来避免相互干扰。此外，相互正交的极化波形防止执行通信，因此在传送器和接收器之间应该相互匹配天线的极化波形的方向。

例如，在数毫米到数厘米的极短范围内的非接触数据通信***中，最好在短范围中传送器和接收器强烈地相互耦合，使得可以避免与另一***的干扰。此外，当设备相互靠近时，执行数据通信的设备相互耦合，同时空间方位角(方向)相互独立(也就是没有方向性)是理想的。此外，当执行大容量数据通信时可以进行宽带通信是理想的。

除了使用辐射电场的上述无线电波通信，在无线电通信中使用利用静电场或感应电场的通信方法。例如，在主要用在RFID(射频识别)中的现有非接触通信***中，应用电场耦合或电磁感应。静电场和感应电场分别与离源的距离的平方和三次方(third power)成反比。因此，静电场和感应电场可以实现在离无线电设备三米的距离上具有预定电平或更低的电场强度(无线电波强度)的弱无线电波，并且不需要无线电台的许可。在这种非接触通信***中，根据距离所传送的信号陡峭地衰减，因此当在相邻位置中不存在用于通信的其它终端时不发生耦合。因此，不干扰任何通信***。此外，即使无线电波来自远程站点，耦合器不接收无线电波，因此可以避免来自其它通信***的干扰。也就是，通过使用感应电场或静电场的电场耦合的超短范围非接触通信适于实现弱无线电波。

非接触方式的超短范围通信***与普通无线电通信***相比，具有一些优点。例如，当在相互相对分离的设备之间传送/接收无线电信号时，在无线电区域中的信号质量根据周围反射物体的存在或通信距离的延伸而降级。然而，在短范围通信中，不依赖于周围环境，并且可以以高传输率传送低错误率的高质量信号。此外，在超短范围通信***中，截取所传送的数据的不合适的设备不干扰，因此不需要考虑防止传输路径上的非法获取(hacking)和机密性安全。

在无线电波通信中，天线需要具有所使用的波长λ一半或四分之一的长度，因此设备的尺寸不可避免地变大。这样的限制不存在于使用感应电场或静电场的超短范围通信***中。

例如，专利文档1(日本未审查专利申请公开No.2006-60283)提出RFID标签***。通过形成一组通信辅助设备(在其之间放置RFID标签)，即使附连到多个物品的RFID标签相互重叠，该RFID标签***也能够稳定地读取和写入信息。

专利文档2(日本未审查专利申请公开No.2004-214879)提出使用感应磁场的数据通信设备。该数据通信设备包括主体、用于将主体附连到用户身体的附连单元、天线线圈和用于经由天线线圈以非接触方式与外部通信设备进行数据通信的数据通信单元。天线线圈和数据通信单元放置在主体的上部上提供的外壳中。

专利文档3(日本未审查专利申请公开No.2005-18671)提出具有确保通信距离而不丧失便携性的移动电话设备作为配置，其中将执行与外部设备的数据通信的天线线圈安装在存储器卡中，而不是移动信息设备中，并且将RFID天线线圈放置在移动信息设备的存储器卡槽外部。

根据现有技术的使用静电场或感应电场的RFID***使用低频信号，因此其通信速度低，其不适于大容量数据传输。在使用由天线线圈产生的感应磁场的通信方法中，出现关于安装的问题。例如，当在线圈后背上存在金属板时，可能不能执行通信，并且在用于放置线圈的平面上需要很大的面积。此外，传输路径中的损失高，并且信号传输效率低。

在这些环境下，本发明的发明者相信可以通过使用超短范围通信***来通过电场耦合发送RF信号，也就是通过使用静电场或感应电场中的电场耦合，或者使用感应磁场中的磁场耦合发送UWB通信信号，通过不需要无线电台的许可的弱电场来实现确保机密性的高速数据传输。此外，本发明的发明者相信在使用静电场或感应电场的UWB通信***中可以以高速且在短时间内传送诸如CD的运动画面或音乐数据之类的大容量数据。

发明内容

在基于使用辐射电场的无线电波通信方法的无线电通信***中，可以将无线电信号传送到远程站点。然而，在RF的无线电通信***中的不期望的无线电波的产生干扰另一无线电通信***，并且导致周围信息设备发生故障。此外，来自外部的干扰无线电波可能干扰通信。可以通过在无线电设备的天线附近放置无线电波吸收器来屏蔽不必要的无线电波。然而，在这种情况下，吸收器还吸收用于传送期望的信号的期望的无线电波，这禁止了通信。

另一方面，在使用将通信范围限制到短范围的静电场或感应电场中的电场耦合的非接触通信***中，或在使用感应磁场的磁场耦合的非接触通信***中，可以抑制不必要的无线电波的产生，并且可以通过理想地设计用于耦合的电极或线圈来防止外部无线电波的接收。如上所述，可以通过在使用弱电场而不需要无线电台的许可的情况下，通过超短范围通信***通过静电场传送UMB通信信号来实现确保机密性的高速数据传输。

然而，实际上很难设计RF电路来完全抑制辐射电场。甚至原本以电场耦合型设计的通信设备由于电路中的微小不匹配(trivial mismatch)或流入地的电流而不利地发射或接收不必要的无线电波。例如，假设输入到耦合器的功率是100％，则可以发射功率的10％作为无线电波。如上所述，与来自静电场或感应电场的那些相比，来自辐射电场的无线电波传播到远程站点。因此，对在/来自外部电子设备的影响(effect)很大。

根据上述技术问题做出本发明，并且主要涉及提供通过使用静电场、感应电场或感应磁场使放置在短范围中的信息设备传送RF信号的优秀通信***和通信设备。

此外，本发明涉及提供使安装在各个信息设备上的耦合器通过使用电场耦合或磁场耦合有效地传送RF信号以便实现短范围内的大容量传输的优秀通信***和通信设备。

此外，本发明涉及提供不抑制静电场或感应电场的产生，并且能够抑制引起对外部的干扰波的辐射电场的产生，同时允许放置在短范围内的信息设备通过使用电场耦合或磁场耦合来传送RF信号的优秀通信***和通信设备。

根据本发明的实施例，提供一种通信***，包括：传送器，包括产生用于传送数据的射频信号的传送电路和传送射频信号作为静电场或感应电场的电场耦合天线；和接收器，包括电场耦合天线和对电场耦合天线接收到的射频信号执行接收处理的接收电路。传送器和接收器的电场耦合天线都包括耦合电极、用于加强耦合电极之间的电耦合的共振部分和放置在耦合电极附近的无线电波吸收器。通过传送器和接收器的相互面对的电场耦合天线之间的电场耦合传送射频信号。

注意，“***”是多个设备(或实现特定功能的功能模块)的逻辑组。不指明各个设备或功能模块是否应该放置在单一的外壳中(在下面的描述中也是这样)。

由无线电LAN表示的许多无线电通信***使用在电流流到天线时产生的辐射电场，因此无论通信的其它终端的存在/不存在都不利地发射无线电波。由于辐射电场以离天线的距离成反比地逐渐衰减，所以信号到达相对远程的站点，并且变为对相邻通信***的干扰无线电波的源。此外，由于干扰无线电波的影响导致接收器侧上的天线的接收灵敏度降低。也就是，在无线电波通信方法中，很难在超短范围内利用通信设备实现无线电通信。

另一方面，根据本发明实施例的通信***包括产生诸如UWB信号之类的、用于传送数据的RF信号的传送器以及对RF信号执行接收处理的接收器。构造通信***使得在超短范围内EFC天线相互面对时，传送器和接收器的EFC天线在静电场或感应电场中相互耦合，从而以非接触方式传送RF信号。

在使用静电场或感应电场的该型通信***中，在不存在通信的其它终端时不发生耦合。感应电场和静电场的强度分别以与距离的平方和三次方成反比地陡峭衰减。也就是，不产生不必要的电场，并且电场不到达远程站点，因此不干扰另一通信***。此外，即使无线电波来自远程站点，耦合电极不接收无线电波，使得可以避免另一通信***的干扰。因此，可以产生不需要无线电台的许可的弱无线电波，并且不需要考虑在传输路径上防止非法获取和机密性安全。此外，该通信***使用RF信号(诸如UWB信号)执行宽带通信，因此可以执行超短范围内的大容量通信。例如，可以以高度且在短时间内传送诸如CD的运动画面或音乐数据之类的大容量数据。

在RF电路中，关于波长根据传播距离发生传播损失。因此，应该有效地抑制传播损失以便传送诸如UWB信号之类的RF信号。

在根据本发明实施例的通信***中，传送器和接收器的EFC天线都包括共振部分和阻抗匹配部分。该共振部分使能强电场耦合。阻抗匹配部分被构造来实现阻抗匹配，并且抑制传送器和接收器的电极之间(也就是耦合部分)的反射波。换句话说，传送器和接收器的EFC天线对用作通过期望的RF频带的带通滤波器。

可以由集总常数电路(lumped-constant circuit)构造阻抗匹配部分和共振部分，在其中串联和并联电感器连接到RF信号传输路径。然而，在集总常数电路中，基于中心频率确定电感L和电容C的常数。因此，在偏离假设的中心偏离的频带中，不实现阻抗匹配，并且不执行所设计的操作。换句话说，可以仅在窄带中执行有效的操作。特别地，在高频带中，共振频率依赖于集总常数电路以及具有很小的值的电容器和电感器的变化的精细配置，因此很难调节频率。此外，当通过集总常数电路构造阻抗匹配部分和共振部分时，并且当将袖珍芯片电感器用作电感器时，在芯片电感器内发生损失，并且在EFC天线之间的传播损失不利地增加。

当EFC天线位于设备的外壳中时，假设由于周围金属部分的影响导致中心频率偏移。为此，应该设计EFC天线使得其在宽频带中有效地操作。如果在***中放置窄带的多个装置，则整个***的频带变窄，因此很难使用宽带通信***中的多个EFC天线。

在根据本发明实施例的通信***中，通过在EFC天线中使用分布常数电路代替集总常数电路来构造耦合电极、实现耦合电极之间的阻抗匹配的阻抗匹配部分以及共振部分，由此实现宽带。

与构造处理用于传送数据的RF信号的通信电路的电路模块类似，EFC天线被安装在印刷电路板上作为安装组件之一。在这种情况下，分布常数电路可以被构造为包括放置在印刷电路板上的微带线(microstrip line)或共面波导(coplanar waveguaide)的短截线(stub)。在印刷电路板的其它表面上提供地，并且短截线的一端可以经由在印刷电路板中延伸的孔连接到地。该短截线具有大约可使用频率的λ/2的长度。EFC天线可以几乎放置在短截线的中心，其为驻波的最大振幅的位置。

耦合电极可以被构造为在绝缘垫片(insulative spacer)的表面上沉积的导电图案。该垫片是安装在印刷电路板上的电路组件。当垫片安装在印刷电路板上时，耦合电极的导电图案经由垫片中的孔连接到几乎短截线的中心。通过使用高介电常数的绝缘材料作为垫片，由于波长缩短效应，可以将短截线的长度做得比λ/2更短。

然而，在RF电路的实际设计中很难完全抑制辐射电场。甚至原本针对电场耦合设计的通信设备由于电路或流入地的电流中的微小的不匹配而导致发射或接收不必要的无线电波。

为此，在根据本发明实施例的通信***中，当在静电场或感应电场中传送器和接收器的EFC天线相互耦合时，将磁损失材料放置在耦合电极附近。

使用无线电波吸收器来抑制传播到远程站点并在电子设备之间具有显著影响的辐射电场是有效的。当无线电波吸收器被当作RF中的分布常数电路时，分布串联电阻R(Ω/m)和分布并联电导G(S/m)起吸收能量的作用。这里，分布串联电阻R对应于表示复导磁率(complex permeability)的虚部的μ”，而分布并联电导G对应于表示复介电常数的虚部的ε”与通过电导率σ除以角频率ω获得的计算结果之和，也就是ε”+σ/ω。根据承载损失的材料常数，该无线电波吸收器可以被分类为基于复导磁率μ”的磁损失材料、基于复介电常数ε”的介电损失材料以及基于电导率σ的电导率损失材料。当携带磁材料中的磁力的旋转(spin)关于RF磁场的变化而延迟时发生磁损失μ”。当具有介电性能的偶极(dipole)关于RF电场的变化而延迟时发生介电损失ε”。当具有与电场的相位相同的相位的电流流动时，并且当电磁波的能量转换为热时，发生电导率损失σ。

无线电波是在空中顺序传播的“电场的波”和“磁场的波”，并且被认为电磁波的一种。通常，当电流流到诸如天线之类的导体时，在导体周围产生磁场，由此产生电场，并且由于电场而进一步产生磁场。以这种方式，交替产生磁场和电场，使得无线电波到达相对远程站点(见图27)。电场和磁场的波类似链状那样地相互作用，并且以波的传播方向传播，同时维持正交关系(见图28)。

如上所述，无线电波包括电场和磁场。因此，通过抑制电场和磁场之一，显著地衰减另一场的波，使得可以抑制其传播。也就是说，可以通过主要吸收和衰减磁场的磁损失材料以及主要吸收和衰减电场的介电损失材料中的任意一种来抑制无线电波。

在根据本发明实施例的通过电极之间的电场耦合来执行非接触通信的通信***中，当在耦合电极周围提供磁损失材料时，通过磁损失材料吸收无线电波，但是不会影响静电场和感应电场。因此，放置在耦合电极附近的磁损失材料可以抑制不必要的无线电波的辐射以及来自外部的干扰无线电波的影响。此外，可以通过短范围内传送器和接收器之间的电场耦合来执行稳定数据通信。

根据本发明的另一实施例，提供一种通信***，包括：传送器，包括产生用于传送数据的射频信号的传送电路和传送射频信号作为感应磁场的电场耦合天线；和接收器，包括电场耦合天线和对电场耦合天线接收到的射频信号执行接收处理的接收电路。传送器和接收器的电场耦合天线都包括耦合线圈和放置在耦合线圈附近的无线电波吸收器。通过传送器和接收器的相互面对的电场耦合天线之间的感应磁场耦合来传送射频信号。

在使用磁场耦合的、包括包含以感应磁场耦合的线圈的传送器和接收器并在短范围内通过磁场耦合执行非接触通信的通信***中，每个耦合线圈被放置在介电损失材料中或放置在介电损失材料上。在这种情况下，如在使用电场耦合的非接触通信***中那样，当介电损失材料在线圈周围时由介电损失材料吸收无线电波。然而，不会影响感应磁场。因此，无线电波被放置在耦合线圈附近的介电损失材料吸收，但是可以抑制不必要的无线电波的辐射以及来自外部的干扰无线电波的影响，并且可以通过在短范围内传送器和接收器之间的磁场耦合来执行稳定的数据通信。

根据本发明的实施例，可以提供优秀的通信***和通信设备，它们在RF频带中引起传送器和接收器的EFC天线之间的电场耦合，有效地在宽带中运行，并且使能通过抗噪的电场耦合传输路径或磁场耦合传输路径的大容量数据传输。可以将EFC天线的阻抗匹配部分和共振部分构造为印刷电路板上的图案，也就是作为分布常数电路的短截线，使得可以实现宽带上的有利操作。

此外，可以提供允许安装在信息设备上的EFC天线有效地传输RF信号，并且使能在短范围内使用电场耦合或磁场耦合进行大容量数据传输。

因此，通过抑制不必要的无线电波，可以防止从另一电子设备上的传送器发射的电磁波的负面影响，使得可以防止由来自外部的干扰无线电波引起的故障。

本发明的进一步的特征和优点将在下面的基于实施例的描述和附图中变得更加清楚。

附图说明

图1图解使用静电场或感应电场中的电场耦合的非接触通信***的配置的示例；

图2图解其中在使用KHz或MHz频带的通信中，传送器和接收器的每一个包括电场耦合(EFC)天线的配置的示例，其中EFC天线仅包括电极以及仅作为并联板极电容器(plate capacitor)操作的耦合部分；

图3图解其中在使用GHz频带的通信中，由于在耦合部分中的阻抗不匹配部分上的反射信号而产生的传播损失的状态；

图4图解其中由集总常数电路构造阻抗匹配部分和共振部分的EFC天线的等效电路；

图5图解图4所示的EFC天线的电极相互面对的状态；

图6A图解单独在图4图解的EFC天线的特性；

图6B图解单独在图4图解的EFC天线的特性；

图7A图解其中EFC天线通过作为阻抗转换器的功能引起电场的状态；

图7B图解其中EFC天线通过作为阻抗转换器的功能引起电场的状态；

图8图解通过放置图4所示的两个EFC天线，使得EFC天线相互面对而构成的带通滤波器的等效电路；

图9图解独自作为EFC天线的阻抗转换电路的等效电路；

图10图解由小偶极形成的电磁场；

图11图解其中分布常数用于阻抗匹配部分和共振部分的EFC天线的配置的示例；

图12图解其中在短截线中产生驻波的状态；

图13图解分别由集总常数电路和分布常数电路构造阻抗匹配部分的EFC天线的频率特性的比较；

图14图解其中由集总常数电路构造阻抗匹配部分的EFC天线；

图15图解其中由分布常数电路构造阻抗匹配部分的EFC天线；

图16A图解其中射频传输路径连接到耦合电极的中心的状态；

图16B图解其中射频传输路径连接到偏离耦合电极的中心的位置，并且在耦合电极中流过不均匀电流的状态；

图17图解其中金属元件连接到天线元件的一端来提供电容以便减少天线的高度的电容负载天线的配置的示例；

图18图解其中磁损失材料放置在图11所示的EFC天线的耦合电极附近的配置的示例；

图19图解在EFC天线中产生的无线电波；

图20图解从耦合电极的表面移除磁损失材料的EFC天线的配置的示例；

图21图解其中将磁损失材料放置在耦合电极附近的EFC天线的配置的另一示例；

图22图解其中将磁损失材料放置在耦合电极附近的EFC天线的配置的另一示例；

图23图解其中将磁损失材料放置在耦合电极附近的EFC天线的配置的另一示例；

图24图解其中将介电损失材料放置在用于磁场耦合的线圈附近的无线电设备的配置的另一示例；

图25图解其中将使用图1所示的EFC天线的通信***应用到功率传输的配置的示例；

图26图解其中将使用图1所示的EFC天线的通信***应用到功率传输的另一配置的示例；

图27图解其中在导体(诸如天线)中的电流引起导体周围的磁场的产生，由此引起电场的产生，并进一步引起磁场的产生的状态；和

图28图解其中电场和磁场的波类似链状地相互作用，并且在波的传播方向上传播，同时维持正交关系的状态。

具体实施方式

下面将参照附图描述本发明的实施例。

本发明涉及通过使用静电场或感应电场中的电场耦合来在信息设备之间执行数据传输的通信***。根据基于静电场和感应电场的通信方法，当在附近不存在通信的其它终端时，没有耦合关系，并且不发射无线电波。因此，不干扰任何通信***。此外，即使无线电波来自远程站点，耦合器不接收无线电波，因此可以避免另一***的干扰。

在使用根据现有技术的天线的无线电波通信中，辐射电场的强度与离天线的距离成反比。另一方面，感应电场的强度与距离平方成反比地降低，并且静电场的强度与距离的三次方成反比地降低。因此，根据基于电场耦合的通信方法，可以产生用于相邻无线电***的噪声电平的弱无线电波，使得不需要无线电台的许可。

随时间波动的电场可以称为“准静电场”。然而，在本说明书中，将“准静电场”称为静电场。

根据现有技术的、使用静电场或感应电场的通信***使用低频信号，并且不适于大容量数据传输。另一方面，在根据本发明实施例的通信***中，可以通过电场耦合传送射频(RF)信号来执行大容量数据传输。具体地，通过像在超宽带(UWB)中那样将使用RF和宽带的通信方法应用到电场耦合，可以通过使用弱无线电波来实现大容量数据通信。

UWB通信使用3.1GHz到10.6GHz的非常宽的频带，并且可以在短范围内实现大约100Mbps的大容量数据的无线电传输。此外，UWB通信使能100Mbps以上的速度的数据传输，而不占用3.1GHz到10.6GHz的传输频带，并且可以容易地制造RF电路。考虑到该情况，已经积极地开发使用3.1GHz到4.9GHzUWB的低频带传输***。

本发明的发明者将使用UWB低频带的数据传输***当作要在移动设备上提供的有效无线电通信技术之一。例如，可以实现短范围内的高速数据传输，诸如用于短范围的包括磁场装置的超高速DAN(装置域网络)。根据使用静电场或感应电场中的电场耦合的UWB通信***，可以执行通过弱电场的数据通信。此外，可以以高速且在短时间传送诸如CD的运动画面或音乐数据之类的大容量数据。

图1图解使用静电场或感应电场中的电场耦合的非接触通信***的配置的示例。图1所示的通信***包括传送数据的传送器10和接收数据的接收器20。如图1所示，当在传送器和接收器侧上的电场耦合(EFC)天线相互面对时，两个电极作为电容器，并且整个配置作为带通滤波器操作。因此，可以有效地在两个EFC天线之间传送RF信号。为了基于图1所示的通信***中的电场耦合有利地形成传输路径，期望传送器和接收器的EFC天线之间的足够阻抗匹配以及RF宽带中的有效操作。

分别包含在传送器10和接收器20中的传送电极14和接收电极24相互面对，在二者之间具有大约3cm的间隙，并且可以通过电场相互耦合。传送器侧上的传送电路11响应于来自上层应用的传输请求，基于传输数据产生诸如UWB信号之类的RF传输信号，然后将信号从传送电极14传送到接收电极24。然后，接收器侧20上的接收电路21解调并解码所接收到的RF信号，并且将所再现的数据传送到上层应用。

如在UWB通信中那样，根据使用RF宽带的通信方法，可以在短范围内实现大约100Mbps的超高速数据传输。当通过电场耦合代替无线电波执行UWB通信时，由于电场的强度与距离的三次方或屏幕成反比，因此可以通过将在离无线电设备3米处的电场强度(无线电波的强度)抑制到预定电平或更低来产生不需要无线电台的许可的弱无线电波，使得可以以低成本配置通信***。此外，当通过在超短范围中通过电场耦合执行数据通信时，可以获得下列优点，也就是可以防止由于周围的反射物体导致信号质量的降级，并且不需要考虑防止传输路径上的非法获取或机密性安全。

另一方面，根据关于波长的传播距离传播损失增加，因此当通过电场耦合传播RF信号时，应该有效地抑制传播损失。在用于通过电场耦合传输诸如UWB信号之类的RF宽带信号的通信方法中，即使用于超短范围通信的大约3cm对应于在4GHz的可使用频带中的波长的一半，3cm也是不可忽视的长度。特别地，在RF电路中，特性阻抗的问题比低频电路更加严重，并且在传送器和接收器的电极之间的结合处阻抗不匹配的影响变得更加明显。

在使用KHz或MHz频带中的频率的通信中，在空气中的传播损失很小。因此，如图2所示，即使传送器和接收器包括仅包含电极的EFC天线，并且如果耦合部分仅操作为并联板极电容器，也可以执行期望的数据通信。然而，在使用GHz频带的射频的通信中，空气中的传播损失很大。因此，应该抑制信号反射来增强传输效率。如图3所示，假设在传送器和接收器中都将RF信号传输路径调节到预定的特性阻抗Z₀。在这种情况下，在仅通过由并联板极电容器的耦合的耦合部分上不能实现阻抗匹配。因此，由于在耦合部分的阻抗不匹配部分上的信号的反射而发生传播损失，使得效率降低。例如，即使传输电路11和传输电极14之间的RF信号传输路径是具有50Ω的阻抗匹配的同轴线，如果在传送电极14和接收电极24之间的耦合部分上发生阻抗不匹配，也会发生信号反射和传播损失。

图4图解在传送器10和接收器20中都放置的EFC天线。EFC天线包括平电极(flat electrode)14或24、串联电感器12或22和并联电感器13或23，其连接到RF信号传输路径15和25。当通过如图5所示相互面对来放置EFC天线时，两个电极操作为电阻器，并且整体结构操作为带通滤波器。因此，可以在两个EFC天线之间有效地传送RF信号。注意，RF信号传输路径是同轴电缆、微带线或共面线。

这里，如果目的仅为实现阻抗匹配并抑制传送器10和接收器20的电极之间(也就是在耦合部分)的反射波，则图6A所示的配置(平电极14和24、串联电感器12和22以及并联电感器13和23连接到各个EFC天线中的RF信号路径15和25)是不必要的。在这种情况下，可以采用图6B所示的更简单的配置(平电极14和24、串联电感器12和22连接到各个EFC天线中的RF信号路径15和25)。也就是，在传送器和接收器侧上的EFC天线在超短范围内相互面对时，可以仅通过在RF信号传输路径上提供串联电感器来将EFC天线设计为实现在耦合部分上的连续阻抗。

在图6B所示的配置示例中，在耦合部分之前和之后的特性阻抗相同，因此电流的幅度不变。另一方面，如图6A所示，当RF信号传输路径经由电极之前的并联电感器接地时，EFC天线独自用作阻抗转换电路来将EFC天线之前的特性阻抗Z₀转换为EFC天线之后的特性阻抗Z₁(Z₀＞Z₁)。因此，输入到EFC天线的输入电流I₀可以被放大到输出电流I₁(I₀＜I₁)。

图7A图解其中配有并联电感器和未配有并联电感器的EFC天线中的电极之间的电场耦合引起的电场的状态。从附图中可以理解，除串联电感器之外，还可以通过在EFC天线中提供并联传感器引起更强的电场，以便实现电极之间的强耦合。如图7A所示，当在电场附近引起强电场时，所产生的电场作为在传播方向上振动的纵波以电极的表面的前向传播。即使电极之间的距离相对长，电场的波也使能电极之间的信号的传播。

因此，在提供电场耦合传送诸如UWB信号之类的RF信号的通信***中，用于EFC天线的基本条件如下：

(1)包括用于电场耦合的电极；

(2)包括用于在更强电场中耦合的并联电感器；和

(3)设置电感器和由电极构成的电容器的常数，使得当EFC天线在用在通信中的频带中相互面对时可以实现阻抗匹配。

如图5所示，在包括具有相互面对的电极的EFC天线对的带通滤波器，可以基于串联电感器和并联电感器的电感和电极构成的电容器的电容来确定其带通频率f₀。图8图解包括EFC天线对的带通滤波器的等效电路。特性阻抗是R[Ω]，中心频率是f₀[Hz]，输入信号和通过信号之间的相差是α[弧度](π＜α＜2π)，并且由电极组成的电容器的电容是C/2。在这些条件下，可以根据可使用频率f₀通过使用下列表达式计算包含在带通滤波器中的并联和串联电感器的常数L₁和L₂。

[1]

$L_1=-\frac{R(1+\cos \mathrm{\α})}{2\mathrm{\π}{f}_0\sin \mathrm{\α}}\left[H\right]$

$L_2=\frac{1+\mathrm{\π}{f}_0\mathrm{CR}\sin \mathrm{\α}}{4{\mathrm{\π}}^2{f_0}^{2}C}\left[H\right]$

另一方面，图9图解独自作为阻抗转换电路的EFC天线的等效电路。在图9的电路图，通过根据可使用频率f₀设置并联电感L₁和串联电感L₂以便满足下列表达式，可以构造阻抗转换电路来将特性阻抗R₁转换为R₂。

$L_1=\frac{R_1}{2\mathrm{\π}{f}_0}\sqrt{\frac{R_2}{R_1-R_2}}\left[H\right]$

$L_2=\frac{1}{4{\mathrm{\π}}^2{f_0}^2}(\frac{1}{C}-2{\mathrm{\πf}}_0\sqrt{R_2(R_1-R_2)})\left[H\right]$

R₁＞R₂

如上所述，在图1所示的非接触通信***中，当执行UWB通信的通信设备使用图4所示的EFC天线代替根据现有技术的无线电波通信非法的无线电通信设备中使用的天线时，可以实现具有极好特性的超短范围数据传输。

如图5所示，其电极相互面对(其间具有超短距离)的两个EFC天线作为代替滤波器操作，以通过在期望的频带中的信号。EFC天线本身作为放大电流的阻抗转换电路操作。另一方面，当在自由空间独自放置EFC天线时，EFC天线的输入阻抗与RF信号传输路径的特性阻抗不匹配。因此，在EFC天线中反射从RF信号输入的信号，并且不向外发射。

因此，在图1所示的非接触通信***中，与天线不同，当不存在通信的其它终端时，传送器侧不发射无线电波。仅当通信的其它终端到达，并且当两侧的电极组成电容器时，如图5所示实现阻抗匹配，然后传送RF信号。

现在，讨论在传送器侧上的耦合电极中产生的电磁场。图10图解由小偶极产生的电磁场。如图10所示，电磁场主要包括电磁场主要包括在与传播方向正交的方向上振动的电场分量E_θ(横波分量)和在与传播方向平行的方向上振动的电场分量E_R(纵波分量)。此外，在小偶极周围产生磁场H_φ。下面的表达式表示由小偶极产生的电磁场。然而，任意和电流分布被当作是这样的小偶极的顺序组，因此由此引起的电磁场具有相同的属性(如，见“Antenna，Denpa-Denpan”pp.16-18，written by Yasuto Mushiake，published by CORONApublishing Cp.，Ltd)。

[3]

$E_{\mathrm{\θ}}=\frac{{\mathrm{pe}}^{-\mathrm{jkR}}}{4\mathrm{\π\ϵ}}(\frac{1}{R^3}+\frac{\mathrm{jk}}{R^2}-\frac{k^2}{R})\sin \mathrm{\θ}$

$E_R=\frac{{\mathrm{pe}}^{-\mathrm{jkR}}}{2\mathrm{\π\ϵ}}(\frac{1}{R^3}+\frac{\mathrm{jk}}{R^2})\cos \mathrm{\θ}$

$H_{\mathrm{\φ}}=\frac{{\mathrm{j\ωpe}}^{-\mathrm{jkR}}}{4\mathrm{\π}}(\frac{1}{R^2}+\frac{\mathrm{jk}}{R})\sin \mathrm{\θ}$

正如可以从以上表达式理解的那样，电场的横波分量包括与距离成反比的分量(辐射电场)、与距离的平方成反比的分量(感应电场)和与距离的三次方成反比的分量(静电场)。另一方面，电场的纵波分量仅包括与距离的平方成反比的分量(感应电场)和与距离的三次方成反比的分量(静电场)，并且不包括辐射电磁场的分量。此外，电场分量E_R在其中|cosθ|＝1的方向上，也就是图10的箭头指示的方向上变为最大。

在广泛用在无线电通信的无线电波通信中，从天线辐射的无线电波是在与无线电波的传播方向正交的方向上振动的横波E_θ。当极化波的方向相互正交时，不可能执行天线。另一方面，在使用静电场或感应电场的通信方法中，除了横波E_θ之外，从耦合的电极辐射的电磁波包含在传播方向上振动的纵波E_R。纵波E_R还被称为“表面波”。附带地，表面波可以通过导电、介电或磁介质的内部传播。

在使用电磁场的传送波中，具有低于光速c的相速度v的波被称为“慢波”，而具有高于光速c的相速度v的波被称为“快波”。表面波对应于慢波。

在非接触通信***中，可以通过使用辐射电场、静电场和感应电场作为介质传送信号。然而，与距离成反比的辐射电场可以是在相对远程站点的另一相同的干扰波。为此，通过使用不包括辐射电场的分量的纵波E_R，同时抑制辐射电场的分量，换句话说，同时抑制包含辐射电场的分量的横波E_θ，优选地执行非接触通信。

考虑到上述点，根据本实施例的EFC天线具有下列配置。首先，可以从以上表示电磁场的三个表达式理解当θ＝0°时E_θ＝0并且E_R分量变为最大。也就是，在与电流流动的方向正交的方向上变为最大，而E_R在与电流流动的方向平行的方向上变为最大。因此，希望增加垂直于电极的电流分量，以便最大化在与电极的表面垂直的前向上的E_R。另一方面，当馈点从电极的中心偏离时，在与电极平行的方向上的电流分量由于偏离的原因而增加。此外，根据电流分量，在电极的前向上的E_θ分量增加。为此，在根据本实施例的EFC天线中，提供不从电极的中心偏离的馈点，使得E_R分量变得最大。

当然，在传统天线中，产生静电场和感应电场以及辐射电场，并且当传输和接收天线相互靠近时发生电场耦合。然而，在这种情况下，发射大部分能量作为辐射电场。作为非接触通信这是效率低的，并且不必要的无线电波可能不利地影响***电子设备。另一方面，在图4所示的EFC天线中，配置耦合电极和共振部分，以便以预定频率产生更强的电场E_R，并且提高传输效率。此外，如下所述，通过在耦合电极附近提供由磁损失材料组成的吸收器，抑制不必要的无线电波的辐射以及外部干扰无线电波的影响，同时稳定短范围内传送器和接收器之间的电场耦合。

当在传送器侧独自使用图4所示的EFC天线时，在耦合电极的表面上产生纵波的电场分量E_R，但是由于包括辐射电场的横波分量E_θ小于E_R，因此很难辐射无线电波。换句话说，不产生对相邻***的干扰波。此外，输入到EFC天线的大部分信号被电极反射，并且返回到输入端。

另一方面，当使用EFC天线对，也就是当在短范围内放置传送器和接收器侧上的EFC天线时，其耦合电极主要通过准静电场分量相互耦合，并且用作电容器以及带通滤波器，使得可以实现阻抗匹配。因此，在通带中，信号和功率的大部分被传送到通信的其它终端，并且到输入端的反射部分很小。这里，由波长λ定义“短范围”，并且对应于满足d＜＜λ/2π的状态，其中“d”是耦合电极之间的距离。例如，当可使用频率f₀是4GHz时，并且当电极之间的距离是10mm或更低时，称之为“短范围”。

当传送器和接收器的EFC天线被放置在中等范围内时，静电场衰减，并且在传送器侧上的耦合电极周围产生主要包括感应电场的电场分量E_R的纵波。由接收器侧上的耦合电极接收电场分量E_R的纵波，使得可以传送信号。然而，与两个EFC天线均放置在短范围内的情况相比，在传送器侧的EFC中，由电极反射且返回到输入端的输入信号的比例高。这里，由波长λ定义“中等范围”，并且对应于耦合电极之间的距离“d”是λ/2π的一到几倍的情况。例如，当可使用频率f₀是4GHz时，并且当电极之间的距离是10到40mm时，称之为“短范围”。

如上所述，在图4所示的EFC天线，基于并联和串联电感器的常数L₁和L₂确定在阻抗匹配部分上的操作频率f₀。典型的电路制造非法是由被当作集总常数电路的电路元件构造串联电感器12和22以及并联电感器13和23。然而，已经集总常数电路的频带比RF电路中的分布常数电路更窄。此外，当频率高时，电感器的常数小，因此由于常数的变化导致共振频率不利地变化。

考虑到上述问题，针对阻抗匹配部分和共振部分，通过使用分布常数电路代替集总常数电路来构造根据本发明该实施例的EFC天线，以便实现更宽的频带。图11图解其中分布常数用于阻抗匹配部分和共振部分的EFC天线的配置的示例。

在图11所示的示例中，在印刷电路板101上提供EFC天线，其包括在下侧上的地导体102和在上侧上的印刷图案。作为EFC天线的阻抗匹配部分和共振部分，提供短截线103来代替并联和串联电感器。短截线103是用作分布常数电路的微带线或共面波导，并且经由信号线图案104连接到传送/接收电路模块105。短截线103经由在其端点穿过印刷电路板101的通孔106连接到地导体102，并且在地导体102上短路。此外，短截线103经由短截线103的中心附近的金属线连接到耦合电极108。

附带地，“短截线”在电子领域是其一端连接而其它端不连接或接地的电线的一般术语。在电路中提供短截线以进行调节、测量、阻抗匹配或滤波。

短截线103的长度是RF信号的大约λ/2，并且由印刷电路板101上的微带线或共面线构造信号线104和短截线103。当短截线103的长度是λ/2时，并且当其一端被短路时，在短截线103中产生的驻波的电压幅度在短截线103的末端上为0，并且在短截线103的中心，也就是从短截线103的末端λ/4处最大(见图12)。通过经由金属线107将耦合电极108连接到短截线103的中心(其电压幅度最大)，可以制造高传播效率的EFC天线。

通过使用短截线103(也就是包括印刷电路板101上的微带线或共面波导的分布常数电路)作为阻抗匹配部分，可以在频带上获得平均的特性。结果，可以将用以在宽带信号上执行频率分散的调制方法(诸如DSSS(直接序列扩展频谱(direct sequence spread spectrum)和OFDM(正交频分复用))应用到图1所示的通信***。短截线103是印刷电路板101上的微带线或共面波导，并且其DC电阻很低。因此，RF信号损失很低，并且可以减少EFC天线之间的传播损失。

用作分布常数电路的短截线103的尺寸很大(RF信号的大约λ/2)。因此，由于制造公差导致的尺寸误差相对于整个长度非常小，使得特性变化不太可能发生。

图13图解分别由集总常数电路和分布常数电路构造阻抗匹配部分的EFC天线的频率特性的比较。如图14所示，在集总常数电路被用作阻抗匹配部分的EFC天线中，经由金属线在印刷电路板201的信号线图案的末端提供耦合电极208，将并联电感器203安装在信号线图案的末端，并且并联电感器203的一端经由在印刷电路板201中延伸的通孔206连接到地导体202。另一方面，如图15所示，在其中分布常数电路被用作阻抗匹配部分的EFC天线中，经由金属线在印刷电路板201上具有λ/2长度的短截线303的中心提供耦合电极208，并且短截线303经由在短截线303末端的、在印刷电路板201延伸的通孔206连接到地导体202。在每个EFC天线中，将操作频率调节在约3.8GHz。此外，在图14和15的每一个中，从第一端口204通过微带线207向第二端口205传送RF信号，并且EFC天线被放置在微带线207的中间。测量每个EFC天线的频率特性作为从第一端口204到第二端口205的传输特性。在图13中图解了多种测量的结果。

当其不与另一EFC天线耦合时，EFC天线可以被当作开路端，因此不将来自第一端口204的RF信号输入提供到EFC天线并不将其传送到第二端口。因此，在作为EFC天线的约3.8GHz的操作频率，指示从第一端口204传送到第二端口205的强度的传播损失S₂₁的值在所有EFC天线中均很大。然而，在图14所示的EFC天线中，S₂₁的值在偏离操作频率的频率上非常小。另一方面，在图15所示的EFC天线中，在中心具有操作频率的频带上维持具有大S₂₁的值的良好特性。从该比较结果清楚的看出，通过使用用于阻抗匹配部分的分布常数电路，EFC天线在宽带上有效地操作。

参照图11，耦合电极108经由金属线107连接在短截线103的中心附近。最好，金属线107连接到几乎耦合电极108的中心。原因如下。也就是，当RF传输线连接在耦合电极的中心时，电流均匀地在电极中流动，并且在基本上与电极前部的电极表面垂直的方向上不辐射不必要的无线电波(见图16A)。然而，当RF传输线连接在偏离耦合电极的中心的位置上时，不均匀的电流在耦合电极中流动，并且耦合电极操作为微带天线来辐射不必要的无线电波(见图16B)。

此外，图17所示的“电容负载”天线是无线电波通信领域中是熟知的。在电容负载天线中，将金属元件附连到天线元件的一端，以便获得电容，使得减少天线的高度。该天线的结构与表面上与图4所示的EFC天线的结构类似。现在，将描述用在本实施例的传送器和接收器中的EFC天线之间的差别以及电容负载天线。

图17所示的电容负载天线在天线的辐射元件周围的方向B₁和B₂上辐射无线电波。另一方面，方向A是其中不辐射无线电波的零方向(null direction)。在天线周围产生的电场包括与离天线的距离成反比地衰减的辐射电场、与离天线的距离的平方成反比地衰减的感应电场以及与离天线的距离的三次方成反比地衰减的静电场。与辐射电场相比，感应电场和静电场根据距离陡峭地衰减，因此在普通无线电***中仅讨论辐射电场，而在许多情况下忽略感应电场和静电场。在图17所示的电容负载天线中，在方向A上产生感应电场和静电场，但是那些场在空中迅速衰减，并且不被积极地用在无线电波通信中。

已经关于用于在短通信范围内使用静电场和感应电场的非接触通信***中，传送器和接收器中使用的EFC天线的结构进行以上描述。如果理想地设计耦合电极，则可以抑制不必要的无线电波的产生，并且可以防止外部无线电波的接收。这还应用到使用耦合线圈之间的感应磁场中的磁场耦合的非接触通信***。

然而，实际上很难设计完全抑制辐射电场的RF电路。甚至原本针对电场耦合设计的通信设备由于电路中或流入地的电流的轻微失配而发射或接收不必要的无线电波。

例如，在图11所示的EFC天线中，在印刷电路板101的电路安装表面上的短截线103和经由金属线107连接的耦合电极108之间需要足够的距离，以便避免地导体102和耦合电极108之间的电场耦合，并且确保与接收器侧上的EFC天线的电场耦合的效果。然而，如果电路安装表面和耦合电极108之间的距离太长，则在印刷电路板101和耦合电极108之间延伸的金属线107用作天线，并且由于电路在天线中流动导致发射不必要的无线电波。

例如，假设EFC天线的输入功率是100％，则10％的功率可能作为无线电波被辐射。如上所述，与静电场和感应电场相比，由辐射的电场产生的无线电波传播到远程站点，因此，对在/来自外部电子设备的影响很大。

为了上述原因，在根据本发明实施例的通信***中，通过抑制从无线电设备发射的电磁波来防止另一电子设备上的负面影响以及外部干扰无线电波引起的故障。为了该目的，针对EFC天线的阻抗匹配部分和共振部分使用分布常数电路来实现宽带，并且通过在EFC天线中提供无线电波吸收器来抑制不必要的无线电波的传输/接收。

使用无线电波吸收器来抑制传播到远程站点并在设备之间具有很大影响的辐射电场是很有效的。当无线电波吸收器被当作RF中的分布常数电路时，分布的串联电阻R(Ω/m)和并联电导(S/m)起吸收能量的作用。这里，分布串联电阻R对应于表示复导磁率的虚部的μ”，而分布式并联电导G对应于表示复介电常数的虚部的ε”与通过电导率σ除以角频率ω获得的计算结果之和，也就是ε”+σ/ω。根据承载损失的材料常数，该无线电波吸收器可以被分类为基于复导磁率μ”的磁损失材料、基于复介电常数ε”的介电损失材料以及基于电导率σ的电导率损失材料。

当携带磁材料中的磁力的旋转(spin)关于RF磁场的变化而延迟时发生磁损失μ”。其中引起这样的磁损失的磁材料的示例包括具有高导磁率的铁氧体(ferrite)。当具有介电性能的偶极(dipole)关于RF电场的变化而延迟时发生介电损失ε”。当具有与电场的相位相同的相位的电流流动时，并且当电磁波的能量转换为热时，发生电导率损失σ。附带地，在RF区域中，不相互区分介电损失或电导率损失进行的无线电波吸收，并且它们均可以定义为介电损失。介电损失材料的示例是树脂，诸如充满碳的聚氨酯泡沫或苯乙烯。

无线电波是在空中顺序传播的“电场波”和“磁场波”。电场波和磁场波类似链状地相互作用，并且在波的传播方向上传播，同时维持正交关系(见图27和28)。也就是，无线电波包括电场和磁场的波。因此，通过场之一的波，另一场的波也显著衰减，并且可以抑制其传播。

相信磁损失材料可以通过引起磁场波的损失并破坏电场波的相互作用来吸收无线电波，但是磁损失材料不影响包括静电场和感应电场的电场。因此，在该实施例中，将主要吸收和衰减磁场的磁损失材料作为无线电波吸收器放置在EFC天线的耦合电极附近。例如，诸如铁氧体之类的磁材料可以应用为无线电波吸收器。

由于磁损失材料被放置在耦合电极附近，在电磁场波中的磁场分量丢失。结果，吸收通过耦合电极产生的不必要的无线电波以及来自外部的干扰无线电波。感应磁场也丢失，但是不影响利用EFC天线另一端的静电场或感应电场中的电场耦合。因此，在如图1所示的使用电场耦合的非接触通信***中，可以抑制不必要的无线电波的辐射以及来自外部的干扰无线电波的影响，并且可以在短范围内通过静电场中的电场耦合来执行稳定的数据传输。

此外，可以应用下面的修改。在使用磁场耦合的非接触通信***中，其中传送器和接收器包括在感应磁场中相互耦合并且通过磁场耦合在短范围执行非接触通信的线圈，可以将耦合线圈放置在介电损失材料内部或其表面上。

如上所述，无线电波是在空中顺序传播的“电场波”和“磁场波”。相邻介电损失材料可以通过引起电场波损失并破坏与磁场波的相互作用来吸收无线电波，但是介电损失材料不影响包括感应磁场的磁场。因此，将主要吸收和衰减电场的介电损失材料作为无线电波吸收器放置在EFC天线的耦合线圈附近。例如，诸如充满碳的聚氨酯泡沫或苯乙烯之类的树脂可被应用为无线电波吸收器。

由于介电损失材料放置在耦合线圈附近，因此电磁场波中的电场分量丢失。结果，由耦合线圈产生的不必要的无线电波以及来自外部的干扰无线电波被吸收。诸如静电场和感应电场之类的电场丢失，但是不影响利用EFC天线的另一端的感应磁场中的磁场耦合。因此，在使用磁场耦合的非接触通信***中，可以抑制不必要的无线电波的辐射和来自外部的干扰无线电波的影响，并且可以在短范围内通过感应磁场中的磁场耦合来执行稳定的数据传输。

下面，提供关于磁损失材料用于EFC天线的耦合电极来提供使用电场耦合来执行非接触通信的情况的特定示例的描述。

图18图解其中磁损失材料109放置在图11所示的EFC天线的耦合电极108附近的配置的示例。如图所示，通过用磁损失材料109覆盖耦合电极108、金属线107和共振部分(短截线)103，可以抑制不必要的无线电波的辐射和外部噪声效果。

现在，说明性论述耦合电极108中的电流流动。如图19所示，当耦合电极的中心经由金属线连接到共振部分(短截线)时，相反方向的电流A和电流B从耦合电极的中心向外部流动。由电流A和B产生的无线电波还具有相反的方向并相互抵消，因此不辐射无线电波。另一方面，在连接耦合电极和共振部分的金属线中，电流C流向耦合电极。电流C的相反方向的任何电流都不流动。也就是，不抵消在金属线中流动的电流C，其引起不必要的无线电波的产生。

另一方面，在本实施例中，如图18所示，提供磁损失材料109来覆盖金属线107。利用该配置，可以抑制在电流通过金属线107时产生的磁场波的传播。因此，可以抑制无线电波的产生。

作为图18所示的EFC天线的改进，如图20所示，可以从耦合电极108的表面移除磁损失材料109。如上所述参照图19，当金属线107在其中心连接到耦合电极108时，在耦合电极108中流动的电流相互抵消，并且不产生无线电波(见图16A)，因此耦合电极108不需要覆盖有磁损失材料109。在该配置中，可以减少相互通信的两个耦合电极之间的距离。因此，可以增加电场强度并且增强通信质量。

图21图解其中将磁损失材料放置在耦合电极附近的EFC天线的配置的另一示例。在该示例中，具有λ/2长度并用作共振部分的短截线被形成为印刷电路板上的印刷图案，并且用作金属线的导电针(conductive pin)310被突出到几乎短截线的中心。另一方面，磁损失材料做成的外壳309具有几乎等于针310的高度的深度。通过电镀(plating)等在外壳的底部形成耦合电极308。该外壳连接到在外壳(容纳外壳中的针310)开口的边缘上的印刷电路板。在那时，确定连接位置，使得针310的端点几乎与耦合电极308的中心接触。通过回流焊接之类的处理将外壳的磁损失材料309安装在印刷电路板。

图22和23图解其中将磁损失材料放置在耦合电极附近的EFC天线的配置的另一示例。

如图22所示，在具有合适高度的四角棱柱体形状的磁损失材料中，通孔406通过该材料延伸。通过沉积等形成的导电图案被放置在磁损失材料409的上表面以及通孔406内周围(inner periphery)。上表面的导电图案用作耦合电极408，在通孔406的内周围的导电部分用作用于提供电流的金属线，并且在通孔的下端的导电部分用作连接端410，该连接端410用于连接用作短截线403的共振部分。如在上述示例中，具有λ/2长度并用作共振部分的短截线403被形成为印刷电路板上的印刷图案，并且定位磁损失材料409，使得连接端410与几乎短截线403的中心接触。通过诸如回流焊接之类的处理将磁损失材料409安装在印刷电路板上。替代地，如图23所示，磁损失材料409可以是中空(hollow)的。

已经描述了使用电场耦合的非接触通信***。在执行电场耦合的电极上的磁损失材料的效果与执行磁场耦合的耦合线圈上的介电损失材料的效果相同。因此，如图24所示，通过用介电损失材料502覆盖连接到传送/接收电路501的耦合线圈503，可以防止由无线电设备产生的电磁波负面影响另一电子设备，并且可以防止由来自外部的干扰无线电波引起的故障。

在以上描述中，已经描述了在使用电场耦合的非接触通信***中，在EFC天线对之间传送/接收信号的机制。在两个设备之间的信号的传输/接收不可避免地引起传送能量，因此该类型的通信***可以应用到功率传输。如上所述，由传送器侧上的EFC天线产生的电场分量E_R在空中作为表面波传播。接收器整流并稳定由其EFC天线接收到的信号，以便提取功率。

图25图解其中将使用EFC天线的通信***应用到功率传输的情况的配置的示例。

在图25所示的相同中，无线通信设备30包括天线31、传送/接收电路32、充电器控制器33、稳定电源34、整流器35、功率接收EFC天线36、功率线37。另一方面，充电器40包括功率传送EFC天线41、DC/AC反相器42、控制器43和AC/DC转换器44。

在该***中，通过将无线电通信设备30放置在连接到AC电源的充电器40附近，经由EFC天线41和36以非接触方式执行到无线电通信设备30功率传输和充电。注意，EFC天线41和36仅用于功率传输。

当功率接收EFC天线36不存在在功率传送EFC天线41附近时，输入到功率传送EFC天线41的大部分功率被反射，并且返回到DC/AC反相器42侧，因此可以抑制不必要的无线电波的辐射。此外，从连接到耦合电极的中心的金属线漏出的少量无线电波被在耦合电极周围提供的磁损失材料吸收，使得可以更有效地吸收无线电波的漏出。当执行非接触功率传输，传输输出典型地大于通信的输出功率，并确实需要对无线电波的漏出进行抑制。

已经参照图25描述充电无线电通信设备的示例。然而，被充电侧不限于无线电通信设备，并且可以例如，在音乐播放器或数字照相机上执行非接触通信。

图26图解其中将EFC天线的通信***应用到功率传输的另一配置的示例。在图26所示的***中，EFC天线和表面波传输线被用于功率传输和通信。

具体地，无线通信设备50包括用于功率接收和通信的EFC天线51、通信/功率接收开关52、传送/接收电路53、充电控制器54、稳定电源55和整流器56。另一方面，无线电通信设备/充电器60包括用于功率传输和通信的EFC天线61、通信/功率传输开关62、DC/AC反相器63、控制器64、AC/DC转换器65和传送/接收电路66。

通过使用从传送/接收电路53或66传送的通信/功率传输(接收)切换信号来切换执行通信和功率传输(接收)的定时。例如，可以以预定间隔执行通信和功率传输(接收)的切换。此时，通过将充电状态添加到通信信号并且将其反馈到充电器侧来最佳地维持功率传输的输出。例如，在充电已经完成之后，其信息可以被传送到充电器侧，并且功率传输的输出可以被设置为0。

在图26所示的***中，充电器60连接到AC电源。替代地，***可以用于将功率从另一移动电话提供到电池开始没电的移动电话上。

已经参照具体实施例描述了本发明。然而，显然本领域技术人员可以对实施例进行修改或替换，而不背离本发明的范围。

在本说明书中，已经主要描述了关于通过电场耦合而不使用线缆传送UWB信号的数据传输的通信***的实施例。然而，本发明不限于该通信***。例如，本发明还可以应用到使用RF信号而不是UWB通信方法的通信***或通过使用相对低频的信号通过电场耦合执行数据传输的通信***。

在本说明书中，已经主要描述了关于通过相互面对的电极之间的电场耦合执行非接触通信的通信***的实施例。然而，本发明还可以应用到包括包含在感应电场中相互耦合且在短范围内通过磁场耦合执行非接触通信的线圈的传送器和接收器的通信***。在该***中，可以实现稳定的非接触通信，同时抑制在另一***上的不必要的无线电波的负面影响以及由来自外部的干扰无线电波引起的故障。

在本说明书中，已经主要描述关于在EFC天线对之间执行数据通信的***的实施例。由于两个设备之间的相互传输不可避免地引起能量的传送，因此这样的通信***当然可以应用到功率传输。

已经公开本发明的实施例作为示例，并且该说明书的内容不应解释为限制本发明。应该考虑所附权利要求来确定本发明的范围。

Claims (19)

1.一种通信***，包括：

传送器，包括产生用于传送数据的射频信号的传送电路和传送所述射频信号作为静电场或感应电场的电场耦合天线；和

接收器，包括电场耦合天线和对所述电场耦合天线接收到的所述射频信号执行接收处理的接收电路，

其中所述传送器和所述接收器的电场耦合天线都包括耦合电极、用于加强所述耦合电极之间的电耦合的共振部分和放置在所述耦合电极附近的无线电波吸收器，和

其中通过所述传送器和所述接收器的相互面对的所述电场耦合天线之间的电场耦合传送所述射频信号。

2.如权利要求1所述的通信***，其中

所述射频信号是使用超宽带的超宽带信号。

3.如权利要求1所述的通信***，其中

所述共振部分构成带通滤波器，以在所述传送器和所述接收器的所述电场耦合天线之间通过期望的射频带。

4.如权利要求1所述的通信***，其中

所述共振部分包括分布常数电路。

5.如权利要求1所述的通信***，其中

所述无线电波吸收器由磁损失材料组成，关于射频磁场的变化，由于承载磁力的旋转的延迟导致磁损失被提供给所述磁损失材料，和

其中所述无线电波吸收器抑制通过交替磁场和电场的波传播的无线电波中的磁场的产生，以便抑制从所述电场耦合天线产生的无线电波的传输，或防止对从外部到所述电场耦合天线的无线电波的接收。

6.如权利要求1所述的通信***，其中

所述耦合电极被放置在所述无线电波吸收器内或所述无线电波吸收器的表面上。

7.一种通信设备，包括：

通信电路，用于处理用来传送数据的射频信号；和

电场耦合天线，用于在短范围内与面对所述通信设备的另一通信设备电场耦合，

其中所述电场耦合天线包括耦合电极、用于加强在所述耦合电极和其它通信设备的耦合电极之间的电耦合的共振部分和放置在所述耦合电极附近的无线电波吸收器，和

其中在所述电场耦合天线和其它通信设备的电场耦合天线之间静电场或感应电场中的电场耦合传送射频信号。

8.如权利要求7所述的通信设备，其中

所述射频信号是使用超宽带的超宽带信号。

9.如权利要求7所述的通信设备，其中

所述共振部分构成带通滤波器来在所述通信设备和其它通信设备的所述电场耦合天线之间通过期望的射频带。

10.如权利要求7所述的通信设备，其中

所述共振部分包括分布常数电路。

11.如权利要求7所述的通信设备，其中

所述无线电波吸收器由磁损失材料组成，关于射频磁场的变化，由于承载磁力的旋转的延迟导致磁损失被提供给所述磁损失材料，和

其中所述无线电波吸收器抑制通过交替磁场和电场波传播的无线电波中的磁场的产生，以便抑制从所述电场耦合天线产生的无线电波的传输，或防止对从外部来到所述电场耦合天线的无线电波的接收。

12.如权利要求7所述的通信设备，其中

所述耦合电极被放置在所述无线电波吸收器内或所述无线电波吸收器的表面上。

13.一种通信***，包括：

传送器，包括产生用于传送数据的射频信号的传送电路和传送所述射频信号作为感应磁场的电场耦合天线；和

接收器，包括电场耦合天线和对所述电场耦合天线接收到的所述射频信号执行接收处理的接收电路，

其中所述传送器和所述接收器的每个电场耦合天线包括耦合线圈和放置在所述耦合线圈附近的无线电波吸收器，和

其中通过所述传送器和所述接收器的相互面对的所述电场耦合天线之间的感应磁场耦合来传送所述射频信号。

14.如权利要求13所述的通信***，其中

所述射频信号是使用超宽带的超宽带信号。

15.如权利要求13所述的通信***，其中

所述无线电波吸收器由介电损失材料组成，关于射频电场的变化，由于具有介电属性的偶极的延迟，或者由于具有与电场的相位相同的相位的电流流动，所述电流流动引起电磁波的能量转换为热，从而将介电损失提供给介电损失材料，和

其中所述无线电波吸收器抑制通过交替磁场和电场波传播的无线电波中的电场的产生，以便抑制从所述电场耦合天线产生的无线电波的传播，或者防止对从外部来到所述电场耦合天线的无线电波的接收。

16.一种通信设备，包括：

通信电路，用于处理用来传送数据的射频信号；和

电场耦合天线，用于在短范围内与面对所述通信设备的另一通信设备磁场耦合，

其中所述电场耦合天线包括耦合线圈和放置在所述耦合线圈附近的无线电波吸收器，和

其中通过所述电场耦合天线和其它通信设备的电场耦合天线之间的感应磁场中的磁场耦合来传送所述射频信号。

17.如权利要求16所述的通信设备，其中

所述射频信号是使用超宽带的超宽带信号。

18.如权利要求16所述的通信设备，其中

所述无线电波吸收器由介电损失材料组成，关于射频电场的变化，由于具有介电属性的偶极的延迟，或者由于具有与电场的相位相同相位的电流流动，所述电流流动引起电磁波的能量转换为热，从而将介电损失提供给介电损失材料，和

其中所述无线电波吸收器抑制通过交替磁场和电场波传播的无线电波中的电场的产生，以便抑制从所述电场耦合天线产生的无线电波的传播，或者防止对从外部来到所述电场耦合天线的无线电波的接收。

19.如权利要求7和16中任意一个所述的通信设备，还包括：

功率产生装置，用于通过整流在所述电场耦合天线之间传送的所述射频信号来产生功率。

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