專利名稱：發(fā)送器、電場(chǎng)通信收發(fā)器以及電場(chǎng)通信系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在電場(chǎng)傳播介質(zhì)中感生電場(chǎng)并使用該感生的電場(chǎng)來(lái)進(jìn)行信息收發(fā)的 通信中所使用的發(fā)送器、電場(chǎng)通信收發(fā)器以及電場(chǎng)通信系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
由于便攜終端的小型化以及高性能化，可安裝于生物體的可穿戴計(jì)算機(jī)日益受人 矚目。目前提出了如下方法即作為這樣的可穿戴計(jì)算機(jī)間的信息通信，將電場(chǎng)通信收發(fā)器 連接到計(jì)算機(jī)上構(gòu)成一體，將該電場(chǎng)通信收發(fā)器感生的電場(chǎng)傳播到作為電場(chǎng)傳播介質(zhì)的生 物體內(nèi)部，由此，來(lái)進(jìn)行信息的收發(fā)(例如特開(kāi)2004-153708號(hào)公報(bào)、美國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)第 2004/009226 號(hào)說(shuō)明書(shū))。這里，如

圖1所示的是基于現(xiàn)有技術(shù)的收發(fā)器和發(fā)送器(發(fā)送部)以及生物體的 電路模型。發(fā)送電路105，在調(diào)制電路115中以規(guī)定頻率對(duì)從I/O電路102輸出的應(yīng)發(fā)送 信息(數(shù)據(jù))進(jìn)行調(diào)制并輸出。這里，發(fā)送電路105離開(kāi)大地接地116，在發(fā)送電路的接地 108與大地接地116之間，產(chǎn)生寄生電容109。此外，Rs113是發(fā)送電路105的輸出電阻。此外，在發(fā)送電路105的接地116與生物體104之間產(chǎn)生寄生電容107，在生物體 104與大地接地116之間產(chǎn)生寄生電容110。生物體104與便攜終端100經(jīng)發(fā)送電極111和 絕緣體112相連接。為了和這些寄生電容引起諧振現(xiàn)象并增大被施加到生物體中的電壓， 在發(fā)送電路和發(fā)送電極之間插入電抗部106。另外，在由大地接地產(chǎn)生的雜散的電場(chǎng)通信用 的電場(chǎng)通信收發(fā)器中，已知的是由于即使寄生電容變動(dòng)也可以高效地在人體中感生電場(chǎng)， 所以在收發(fā)電極和發(fā)送電路之間插入可變電抗，通過(guò)振幅監(jiān)視部和控制信號(hào)發(fā)生部來(lái)調(diào)整 可變電抗的電抗值(參考上述專利文獻(xiàn))。在使用如參考圖1那樣的電路吋，在其諧振時(shí)向生物體施加的電壓的振幅|Vb|可 以用下式來(lái)表示。公式權(quán)利要求
1.一種電場(chǎng)通信收發(fā)器(200)，其用于經(jīng)在電場(chǎng)傳播介質(zhì)(215)中感生的電場(chǎng)來(lái)進(jìn)行信息通信，其特征在于，具有 諧振電路，其具備用于與所述通信用的發(fā)送信號(hào)諧振的電感器(203)、根據(jù)所施加的電壓改變靜電容量的可變電容二極管(204);以及 電阻器(205)，其根據(jù)用所述可變電容二極管(204)對(duì)輸入到所述諧振電路的所述發(fā)送信號(hào)進(jìn)行整流而得到的直流電流，產(chǎn)生電位差，并向所述可變電容二極管(204)的陽(yáng)極和陰極間施加該電位差。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電場(chǎng)通信收發(fā)器(200)，其特征在于， 在所述諧振電路中，在所述電場(chǎng)通信收發(fā)器(200)的接地(218)與大地接地(220)間的寄生電容、以及所述電場(chǎng)傳播介質(zhì)(215)與所述大地接地(220)間的寄生電容之間進(jìn)行諧振。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的電場(chǎng)通信收發(fā)器(200)，其特征在于， 在所述諧振電路中，并聯(lián)連接有所述電感器(203)、所述可變電容二極管(204)、所述電阻器(205)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的電場(chǎng)通信收發(fā)器(200)，其特征在于， 在所述諧振電路中，在所述可變電容二極管(204)與所述電阻器(205)并聯(lián)連接的電路上串聯(lián)連接有所述電感器(203)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I 4中任意一項(xiàng)所述的電場(chǎng)通信收發(fā)器(200)，其特征在于， 在所述電感器(203)中，在端子一方或兩方配有用于阻止輸入直流電流的電容器(202,206)。
6.—種電場(chǎng)通信收發(fā)器(335),其用于在電場(chǎng)傳播介質(zhì)(320)中感生基于應(yīng)發(fā)送信息的電場(chǎng)，使用該感生的電場(chǎng)進(jìn)行信息發(fā)送，另一方面接收在所述電場(chǎng)傳播介質(zhì)(320)中所感生的基于應(yīng)接收信息的電場(chǎng)，由此來(lái)進(jìn)行信息接收，其特征在于， 具有 可變電抗單兀(301),用于改變電抗值使得向所述電場(chǎng)傳播介質(zhì)(320)施加的所述發(fā)送電壓為最大，并控制所述發(fā)送的發(fā)送器(326)的接地與大地接地間的寄生電容、和所述電場(chǎng)傳播介質(zhì)(320)與所述大地接地間的寄生電容的諧振狀態(tài)； 為了得到所述諧振狀態(tài)而在所述可變電抗單元(301)中形成并聯(lián)諧振電路的電感器(315);以及 與所述電感器(315)并聯(lián)連接、且為了控制所述并聯(lián)諧振電路中的所述諧振狀態(tài)而串聯(lián)連接的多個(gè)可變電容的可變電容單元(308、312、358、359、368、370、371、373、505、506、.507、508、523、524、671)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電場(chǎng)通信收發(fā)器(335)，其特征在于， 所述可變電容單元，是具有陽(yáng)極和陰極兩極的兩個(gè)可變電容二極管(308、312 ;368、.370 ;371、373 ;523、524 ;505、506 ;507、508)，一方的所述可變電容二極管(308,312 ;368、.370 ;371、373 ;523、524 ;505、506 ;507、508)的所述陽(yáng)極、與另一所述可變電容二極管(308,312 ;368、370 ;371、373 ;523、524 ;505、506 ;507、508)的所述陰極，經(jīng)電容器(310、.369、372、509、510、525)串聯(lián)連接， 對(duì)于與所述信息的發(fā)送有關(guān)的高頻信號(hào)，所述電容器(310、369、372、509、510、525)短路，所述可變電容單元作為由所述電感器(315)和所述可變電容二極管(308、312;368、·370 ;371、373 ;523、524 ;505、506 ;507、508)構(gòu)成的所述并聯(lián)諧振電路而進(jìn)行動(dòng)作， 對(duì)于與所述控制有關(guān)的低頻信號(hào)，所述可變電容二極管(308、312 ;368、370 ;371、373 ；·523,524 ;505、506 ;507、508)通過(guò)所述電容器(310、369、372、509、510、525)被絕緣，而對(duì)于所述低頻信號(hào)的信號(hào)源則成為并聯(lián)連接，對(duì)所述可變電容二極管(308、312 ;368、370 ;371、·373 ;523、524 ;505、506 ;507、508)的電容進(jìn)行可變控制。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電場(chǎng)通信收發(fā)器(335)，其特征在于， 所述可變電容單元， 對(duì)于具有相同結(jié)構(gòu)的可變電容單元(370、371 ;506、507)，在彼此的所述陽(yáng)極之間不經(jīng)所述電容器(310、369、372、509、510、525)地串聯(lián)連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或者8所述的電場(chǎng)通信收發(fā)器，其特征在于， 所述可變電容二極管(308、312、358、359、368、370、371、373、505、506、507、508、523、·524,671)至少被串聯(lián)連接3個(gè)。
10.一種電場(chǎng)通信收發(fā)器(403)，其用于在電場(chǎng)傳播介質(zhì)(401)中感生基于應(yīng)發(fā)送信息的電場(chǎng)，使用該感生的電場(chǎng)進(jìn)行信息發(fā)送，另一方面經(jīng)在所述電場(chǎng)傳播介質(zhì)(401)中所感生的基于應(yīng)接收信息的電場(chǎng)，進(jìn)行信息接收，其特征在于， 具有 交流信號(hào)輸出單元(414)，用于輸出具有第一頻率的交流信號(hào)； 收發(fā)電極(418)，用于感生基于所述應(yīng)發(fā)送信息的電場(chǎng)來(lái)發(fā)送所述信息，并檢測(cè)基于所述應(yīng)接收信息的電場(chǎng)來(lái)接收所述信息； 設(shè)置在所述交流信號(hào)輸出單元(414)的輸出與所述收發(fā)電極(418)之間的第一電抗單元(408、420)，用于所述收發(fā)電極(418)和大地接地(404)間的寄生電容、以及與所述收發(fā)電極(418)鄰近的所述電場(chǎng)傳播介質(zhì)(401)在與大地接地(404)之間具有的阻抗進(jìn)行諧振； 在所述交流信號(hào)輸出單元(414)的輸出與大地接地(404)之間或者所述收發(fā)電極(418)與大地接地(404)之間設(shè)置的第二電抗單元(409、421)，用于所述收發(fā)電極(418)和大地接地(404)間的寄生電容、以及與收發(fā)電極(418)鄰近的所述電場(chǎng)傳播介質(zhì)(401)在與大地接地(404)之間具有的阻抗進(jìn)行諧振； 接收單元(424)，用于檢測(cè)具有與所述第一頻率不同的第二頻率的交流信號(hào)的電場(chǎng)，并變換成電信號(hào)后解調(diào)； 第一濾波器單元(425)，用于使具有所述第一頻率的交流信號(hào)通過(guò)、而切斷具有所述第二頻率的交流信號(hào)；以及 第二濾波器單元(426)，用于使具有所述第二頻率的交流信號(hào)通過(guò)、而切斷具有所述第一頻率的交流信號(hào)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電場(chǎng)通信收發(fā)器(403)，其特征在于， 所述第一電抗單元(408、420)和所述第二電抗單元(409、421)中的某一方為電抗值可變的可變電抗單元， 所述電場(chǎng)通信收發(fā)器，具備電抗控制單元(422)，其用于控制所述可變電抗單元的電抗值使得施加到所述電場(chǎng)傳播介質(zhì)(401)的所述發(fā)送電壓為最大。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電場(chǎng)通信收發(fā)器(403)，其特征在于， 所述第一電抗單元(408、420)和所述第二電抗單元(409、421)兩者的電抗值都為可變，分別作為第一可變電抗單元(408、420)和第二可變電抗單元(409、421)， 所述電場(chǎng)通信收發(fā)器，具備電抗控制單元(422)，其用于控制所述第一可變電抗單元(408,420)和所述第二可變電抗單元(409、421)各自的電抗值使得施加到所述電場(chǎng)傳播介質(zhì)(401)的所述發(fā)送電壓為最大。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或者12所述的電場(chǎng)通信收發(fā)器，其特征在于， 所述電抗控制單元(422),具有 運(yùn)算控制存儲(chǔ)部(435)，按所述第一可變電抗單元(408、420)和所述第二可變電抗單元(409、421)各自的電抗值，存儲(chǔ)施加到所述電場(chǎng)傳播介質(zhì)(401)的發(fā)送電壓的振幅，在提取所述振幅的最大值后設(shè)定所述第一可變電抗單元(408、420)以及所述第二可變電抗單元(409、421)各自的電抗值；以及 振幅檢測(cè)單元(437)，用于檢測(cè)發(fā)送電壓的振幅。
14.根據(jù)權(quán)利要求11或者12所述的電場(chǎng)通信收發(fā)器，其特征在于， 所述電抗控制單元(422)具有 調(diào)整用信號(hào)發(fā)生單元(440)，用于調(diào)整所述第一可變電抗單元(408、420)以及所述第二可變電抗單元(409、421)各自的電抗值； 振幅檢測(cè)單元(437)，用于使用從所述調(diào)整用信號(hào)發(fā)生單元(440)輸出的調(diào)整用信號(hào)來(lái)檢測(cè)發(fā)送電壓的振幅； 第一控制信號(hào)發(fā)生單元(442)，用于輸出根據(jù)用所述振幅檢測(cè)單元(437)檢測(cè)到的振幅控制所述第一可變電抗單元(408、420)的電抗值的信號(hào)； 第二控制信號(hào)發(fā)生單元(443)，用于輸出根據(jù)用所述振幅檢測(cè)單元(437)檢測(cè)到的振幅控制所述第二可變電抗單元(409、421)的電抗值的信號(hào)；以及 第三連接單元(441)，用于在控制所述第一可變電抗單元(408、420)的電抗值時(shí)至少連接所述振幅檢測(cè)單元(437)和所述第一控制信號(hào)發(fā)生單元(442)，在控制所述第二可變電抗單元(409、421)的電抗值時(shí)至少連接所述振幅檢測(cè)單元(437)和所述第二控制信號(hào)發(fā)生單元(443)。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電場(chǎng)通信收發(fā)器，其特征在于， 在所述第一電抗單元(408、420)或者所述第二電抗單元(409、421)的某一方中，使用自調(diào)整可變電抗單元(445)， 所述電抗控制單元(422)控制不是所述自調(diào)整電抗單元(445)的那一方的可變電抗單元(452)的電抗值以使施加到電場(chǎng)傳播介質(zhì)(401)的所述發(fā)送電壓為最大， 所述自調(diào)整可變電抗單元(445)，包括 諧振電路，該諧振電路具有電感器(447)、根據(jù)所施加的電壓改變靜電容量的可變電容二極管(448)，用于與所述寄生電容進(jìn)行諧振；以及 電阻器(449)，其根據(jù)用所述可變電容二極管(448)對(duì)被輸入到所述諧振電路的發(fā)送信號(hào)進(jìn)行整流后得到的直流電流產(chǎn)生電位差，并向所述可變電容二極管(448)的陽(yáng)極和陰極間施加該電位差。
16.根據(jù)權(quán)利要求12 14中任意一項(xiàng)所述的電場(chǎng)通信收發(fā)器，其特征在于，在所述第一電抗單元(408、420)或者所述第二電抗單元(409、421)兩者，使用自調(diào)整可變電抗單元(445)， 所述電抗控制單元(422)，控制不是所述自調(diào)整電抗單元(445)的那一方的可變電抗單元(452)的電抗值以使施加到電場(chǎng)傳播介質(zhì)(401)的發(fā)送電壓為最大， 所述自調(diào)整可變電抗單元(445)包括 諧振電路，該諧振電路具有電感器(447)、根據(jù)所施加的電壓改變靜電容量的可變電容二極管(448)，用于與所述寄生電容進(jìn)行諧振；以及 電阻器(449)，根據(jù)用所述可變電容二極管(448)對(duì)輸入到所述諧振電路的發(fā)送信號(hào)進(jìn)行整流后得到的直流電流產(chǎn)生電位差，并向所述可變電容二極管(448)的陽(yáng)極和陰極間施加該電位差。
17.一種電場(chǎng)通信系統(tǒng)(400)，是將第二電場(chǎng)通信收發(fā)器(402)組合到所述權(quán)利要求10至15中任意一項(xiàng)所述的電場(chǎng)通信收發(fā)器(403)中而形成的電場(chǎng)通信系統(tǒng)， 所述第二電場(chǎng)通信收發(fā)器(402)具有 收發(fā)電極(416)，用于進(jìn)行基于應(yīng)發(fā)送信息的電場(chǎng)的感生、以及基于應(yīng)接收信息的電場(chǎng)的接收； 整流電存儲(chǔ)單元(430)，用于對(duì)從所述電場(chǎng)通信收發(fā)器(403)發(fā)送的所述第一頻率的交流信號(hào)進(jìn)行整流，生成直流電并存儲(chǔ)、輸出； 發(fā)送單元(431)，用于通過(guò)與所述第一頻率不同的所述第二頻率的交流信號(hào)對(duì)應(yīng)發(fā)送信息進(jìn)行調(diào)制、生成調(diào)制信號(hào)并發(fā)送； 控制信息存儲(chǔ)單元(432)，用于進(jìn)行應(yīng)發(fā)送信息的存儲(chǔ)、所述應(yīng)發(fā)送信息向所述發(fā)送單元的輸出、所述電場(chǎng)通信收發(fā)器的控制； 第一濾波器單元(428)，用于使具有所述第一頻率的交流信號(hào)通過(guò)、而切斷具有所述第二頻率的交流信號(hào)；以及 第二濾波器單元(429)，用于使具有所述第二頻率的交流信號(hào)通過(guò)、而切斷具有所述第一頻率的交流信號(hào)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的電場(chǎng)通信系統(tǒng)(400)，其特征在于， 所述電場(chǎng)通信收發(fā)器(403)的交流信號(hào)輸出單元(423)，由發(fā)送單元(434)構(gòu)成，該發(fā)送單元(434)用于通過(guò)所述第一頻率的交流信號(hào)針對(duì)應(yīng)發(fā)送信息進(jìn)行調(diào)制、生成調(diào)制信號(hào)并發(fā)送， 所述第二電場(chǎng)通信收發(fā)器(402)，具有接收單元(433)，該接收單元(433)根據(jù)所述應(yīng)接收信息，檢測(cè)具有所述第二頻率的交流電場(chǎng)、變換成電信號(hào)并解調(diào)。
全文摘要
發(fā)送器包括用于發(fā)送調(diào)制后的調(diào)制信號(hào)的發(fā)送單元(3)；用于在電場(chǎng)傳播介質(zhì)(20)中感生基于調(diào)制信號(hào)的電場(chǎng)的收發(fā)電極(8)；設(shè)置在發(fā)送單元(3)的輸出與收發(fā)電極(8)之間的第一電抗單元(2)，其用于與在發(fā)送單元(3)的接地(6)與大地接地(14)之間產(chǎn)生的寄生電容、在電場(chǎng)傳播介質(zhì)(20)與發(fā)送單元(3)的接地(6)之間產(chǎn)生的寄生電容、在電場(chǎng)傳播介質(zhì)(20)與大地接地(14)之間產(chǎn)生的寄生電容進(jìn)行諧振；為了與各寄生電容諧振，在發(fā)送單元(3)的輸出與發(fā)送單元(3)的接地(6)之間、或者收發(fā)電極(8)與發(fā)送單元(3)的接地(6)之間的某一個(gè)中所設(shè)置的第二電抗單元(1)。
文檔編號(hào)H04B13/00GK102664686SQ20121009653
公開(kāi)日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2005年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月2日
發(fā)明者品川滿, 柴田信太郎, 美濃谷直志 申請(qǐng)人:日本電信電話株式會(huì)社