CN101208950A - 使用人体天线的数字多媒体广播接收器与接收方法 - Google Patents

使用人体天线的数字多媒体广播接收器与接收方法 Download PDF

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Abstract

提供了一种使用人体作为天线的T－DMB接收器与接收方法。该T－DMB接收器包括：与人体接触的电极；低频放大器，其通过电极接收由于由地面中继站发射的DMB广播信号而流经人体的电流，并且放大收到的电流；以及阻抗匹配电路，其位于电极与低频放大器之间，并且匹配人体的阻抗与低频放大器的阻抗。相应地，可以实现易于携带的、没有单独的天线的T－DMB接收器。

Description

使用人体天线的数字多媒体广播接收器与接收方法
技术领域
本发明涉及地面数字多媒体广播(T-DMB)接收器与接收方法，更具体地，涉及使用人体天线的T-DMB接收器与接收方法。
背景技术
数字多媒体广播(DMB)向步行或乘车旅行的用户提供各种多媒体服务，例如音频、视频、以及各种数据，并且大致分为地面DMB(T-DMB)与卫星DMB(S-DMB)。根据T-DMB，利用当前用于模拟TV广播的广播基站，传送非常高频(VHF)波段(即200MHz波段)的信号，并且用户使用其自己的T-DMB接收器接收信号。在T-DMB中，使用各种类型的T-DMB接收器，例如车载、固定、以及便携式T-DMB接收器，并且人们预测对于便携式T-DMB接收器或者与手机结合的便携式T-DMB接收器的需求将飞速上升。
用于T-DMB接收器的天线的尺寸与所用频率的波长成比例。因为T-DMB接收器使用200MHz的相对较低的频率，所以与利用大于800MHz的频率的一般无线通信终端的天线相比，T-DMB接收器必须使用相对较大的天线。例如，对于广泛用于无线通信终端的单极天线，天线长度为对应于所用频率的波长的四分之一，并且这适用于使用200MHz波段的T-DMB接收器，此时天线长度大约为37.5cm，因此对于要携带T-DMB接收器用户来说，天线太长。
为了解决这一问题，人们已经提出了通过利用各种天线小型化技术将天线小型化、并且将其安装在相应接收器内而获得的内置天线。此类内置天线比单极天线短，但是由于安装在接收器内部，而具有较低的接收灵敏度。另外，当用户携带接收器时，因为接收器靠近用户，所以天线的接收特性受到用户身体的影响，并且因此，由于天线输入匹配条件的变化，接收特性降级。
发明内容
本发明提供了使用人体作为天线的地面数字多媒体广播(T-DMB)接收器与接收方法，从而T-DMB接收器易于携带，并且具有优良的接收特性。
根据本发明的一方面，提供了一种使用人体作为天线的地面数字多媒体广播(T-DMB)接收器，该T-DMB接收器包括：与人体接触的电极；低频放大器，其通过电极接收由于由地面中继站发射的DMB广播信号而流经人体的电流，并且放大收到的电流；以及阻抗匹配电路，其位于电极与低频放大器之间，并且匹配人体的阻抗与低频放大器的阻抗。
根据本发明的另一方面，提供了一种使用人体作为天线的地面数字多媒体广播(T-DMB)中继装置，通过该T-DMB中继装置，将T-DMB数据中继给T-DMB接收器，该T-DMB接收器包括接收比T-DMB广播的频率高的高频率波段的信号的高频接收器，该T-DMB中继装置包括：与人体接触的电极；低频放大器，其通过电极接收由于DMB广播信号而流经人体的电流，并且放大收到的电流；阻抗匹配电路，其位于电极与低频放大器之间，并且匹配人体的阻抗与低频放大器的阻抗；上变频器，其将低频放大器放大的电流转换为对应于T-DMB接收器的高频接收器的高频信号。
根据本发明的另一方面，提供了一种使用人体作为天线的地面数字多媒体广播(T-DMB)接收器，该T-DMB接收器包括：第一接收器，其通过与人体接触的电极接收由于由DMB广播信号而流经人体的电流，放大收到的电流，并且与人体匹配阻抗；第二接收器，其接收由预定T-DMB中继装置转换为高频信号的DMB广播信号；以及信号选择开关，用来根据预定选择信号，选择通过第一接收器与第二接收器接收的DMB广播信号。
根据本发明的另一方面，提供了一种使用人体的地面数字多媒体广播(T-DMB)接收方法，其中通过包含预定接收电路的T-DMB接收器接收T-DMB信号，该方法包括：匹配T-DMB接收器的阻抗与人体的阻抗；在阻抗匹配之后，测量由于DMB广播信号而流经人体的电流，以及放大测量的电流。
相应地，可以实现易于携带的、没有单独的天线的T-DMB接收器。
根据本发明的实施例，因为通过利用人体作为T-DMB接收器的天线、不需要单独的天线，所以该T-DMB接收器易于携带。另外，通过利用T-DMB中继装置或者单独的天线，即使当T-DMB接收器不与人体接触时，也可以收到DMB广播信号。
附图说明
图1为显示在200MHz的T-DMB频率波段上、构成人体的组织/器官的电导率的图；
图2显示用于模拟人体天线特性的人体模型；
图3A与图3B为显示利用图2的人体模型模拟的人体天线特性的图；
图4为根据本发明实施例的利用人体作为天线的T-DMB接收器的原理图；
图5为图4的根据本发明实施例的利用人体作为天线的T-DMB接收器的方框图；
图6为根据本发明另一实施例的利用人体作为天线的T-DMB接收器与中继装置的原理图；
图7为图6的根据本发明实施例的利用人体作为天线的T-DMB中继装置的方框图；
图8为根据本发明另一实施例的利用人体作为天线的T-DMB接收器的方框图；
图9为根据本发明另一实施例的利用人体作为天线的T-DMB接收器的原理图；
图10为图9的根据本发明实施例的利用人体作为天线的T-DMB接收器的方框图；
图11为根据本发明另一实施例的利用人体作为天线的T-DMB接收方法的流程图。
具体实施方式
以下参照附图更全面地描述使用人体天线的地面数字多媒体广播(T-DMB)接收器与接收方法，在附图中显示了本发明的示范性实施例。
图1为显示在200MHz的T-DMB频率波段上、构成人体的组织/器官的电导率的图。
参照图1，考虑到1.5℃的水在300MHz上具有大约0.047s/m的电导率，人体可以为电流通过其流动的导线。具体地，比较人体的高度(即1到2m)与200MHz波段(其为T-DMB接收器所用的频率)的波长1，因为1到2m的高度对应于0.7到1.31的波长，所以人体可以为具有足够天线长度的导线。
另外，因为由位置远离用户的广播基站传送的DMB广播信号的幅度(即电波信号)由于空气造成的损失以及多个结构、在用户的位置处非常小，所以在将人体用作便携式T-DMB接收器的天线时，由于收到的电波信号而流经人体的电流的幅度也非常小，并且因此人体只会受到非常轻微的影响。
图2显示用于模拟人体天线特性的人体模型。
参照图2，将一小功率施加到人体模型的手部，并且脚下的地面由金属板建模。该人体模型以具有标准体形的成年男子的总共32个人体组织与器官建模，并且对于用于该模型的人体组织与器官的典型电容率与电导率，使用美国联邦通信委员会(FCC)提供的值。
图3A与图3B为显示利用图2的人体模型模拟的人体天线特性的图。
参照图3A，在除图2的地面以下之外的所有方向上，人体天线具有大于-40dBi的天线增益特性，并且具有最大值-25.5dBi。
参照图3B，人体天线在170到230MHz的频率波段内具有大于-27.5dBi的最大天线增益特性。
图3A与图3B所示的天线增益特性为当向图2的人体模型的手部加电时的特性，并且即使向人体模型的其他部位加电，也可以获得类似的天线增益特性。
考虑到用于一般无线通信终端的天线的最大天线增益大于0dBi，人体天线具有非常低的天线增益，并且因此，当通过人体天线接收信号时，由于非常低天线增益的信号损失导致接收到的信号的非常小的幅度。为了补偿该信号损失，需要用来放大通过人体天线接收的信号的放大器，并且优选地，该放大器具有大于27.5dB的增益，以补偿由于人体天线的大约27.5dB的最大信号损失。
另外，因为人体天线具有大于400W的非常高的输入阻抗，所以需要人体天线的输入阻抗与放大器的输入阻抗之间的阻抗匹配，并且因此必须在放大器与人体天线之间插入阻抗匹配电路。
与用于一般无线通信终端的放大器与阻抗匹配电路不同，因为根据本发明实施例的利用人体天线的T-DMB接收器的放大器与阻抗匹配电路在200MHz的低频率波段上操作，所以T-DMB接收器的放大器可以具有低功率操作中的所需的增益特性。另外，阻抗匹配电路可以使用小尺寸集总元件，例如电感器与电容器，而非用于常规传送线的分布元件，因此可以容易地实现小尺寸匹配电路。
图4为根据本发明实施例的利用人体400作为天线的便携式T-DMB接收器的原理图，图5为图4的根据本发明当前实施例的利用人体400作为天线的便携式T-DMB接收器410的方框图。
参照图4，虽然根据本发明当前实施例的便携式T-DMB接收器410与人体400的手部接触，但是T-DMB接收器410也可以与人体400的其他部位(例如手腕、腰部、胸部、或者颈部)接触。另外，与人体400接触的T-DMB接收器410的电极420可以位于便携式T-DMB接收器410的背面、或者T-DMB接收器410表面上可以容易地形成电极420并且电极420与人体400接触的任何位置。
参照图5，通过将电极420、阻抗匹配电路430、低频放大器440添加到常规接收电路450，实现便携式T-DMB接收器410。
电极420直接与人体400接触，并且可以通过在便携式T-DMB接收器410的表面上形成金属板来实现，并且在便携式T-DMB接收器410表面中的与人体400接触足够面积的位置处形成。
阻抗匹配电路430匹配人体400的阻抗与低频放大器440的阻抗。低频放大器440为低频率波段放大器，其通过电极420接收由于由T-DMB广播基站发射的DMB广播信号、而流经人体400的电流，并且放大收到的电流。将放大的信号输入接收电路450。因为低频放大器440在其低频率波段中操作，所以其可以以低功率操作，并且因为阻抗匹配电路430可以用集总元件实现，所以它们都可以是小尺寸的。
图6为根据本发明另一实施例的利用人体600作为天线的T-DMB接收器620与T-DMB中继装置610的原理图，图7为图6的根据本发明当前实施例的利用人体600作为天线的T-DMB中继装置610的方框图。
参照图6，根据本发明当前实施例的T-DMB接收器620通过T-DMB中继装置610接收DMB数据，T-DMB中继装置610将通过人体600接收的信号转换为高频率波段信号，并且将转换后的信号传送给T-DMB接收器620。
虽然T-DMB中继装置610位于人体600的腕部，但是其可以与人体600的其他部位接触。当T-DMB接收器620与人体600接触时，T-DMB接收器620如图4与图5所示的便携式T-DMB接收器410那样通过人体600接收DMB数据。但是，如果例如用户坐在椅子上并且离开位于桌子上的T-DMB接收器620，则用户佩带的T-DMB中继装置610可以发送高频率波段信号给T-DMB接收器620。即，T-DMB中继装置610通过人体600接收的DMB广播信号被转换为高频率波段信号，并且被传送给T-DMB接收器620。
参照图7，T-DMB中继装置610包括：电极630、阻抗匹配电路640、低频放大器650、上变频器660、以及发送天线670。T-DMB接收器620包括接收器(未显示)，其可以接收比T-DMB广播信号的频率高的高频率波段信号，从而其可以接收从T-DMB中继装置610发送来的信号。
因为在T-DMB中继装置610中包含的电极630、阻抗匹配电路640、低频放大器650具有与图5所示的电极420、阻抗匹配电路430、低频放大器440相同的配置与功能，所以省略其详细描述。
上变频器660将低频放大器650放大的DMB广播信号转换为高频DMB广播信号，并且通过发送天线670将转换的DMB广播信号发送给T-DMB接收器620。
即，接收DMB数据的过程包括：通过使通过人体600接收的DMB广播信号通过电极630、阻抗匹配电路640、低频放大器650，放大通过人体600接收的DMB广播信号；利用上变频器660，将放大的信号转换为高频率波段信号；以及通过发送天线670将转换的信号发送给T-DMB接收器620。
根据本发明的当前实施例，除低频放大器650与上变频器660之外，还可以向当前实施例的T-DMB中继装置610添加另一放大器与另一频率转换器、或者用于无线通信的其他设备，或者低频放大器650与上变频器660的布置顺序可以变化。另外，通过以小尺寸元件实现，T-DMB中继装置610中除电极630之外的剩余元件可以插入到在人体600上佩带的现有设备(例如手表、项链、或者戒指)中，并且电极630可以适当地形成在现有设备之外。
图8为根据本发明另一实施例的利用人体作为天线的T-DMB接收器的方框图。
参照图8，根据本发明当前实施例的T-DMB接收器包括：电极810、阻抗匹配电路820、低频放大器830、以及接收电路880，并且还包括：接收天线840、高频放大器850、下变频器860、以及选择开关870，用来从图6所示的T-DMB中继装置610接收DMB数据。
即，图8所示的T-DMB接收器包括：第一接收器，包括电极810、阻抗匹配电路820、以及低频放大器830；第二接收器，包括接收天线840、高频放大器850、下变频器860；以及选择开关870。
第二接收器的接收天线840接收来自图6所示的T-DMB中继装置610的高频DMB广播信号。高频放大器850放大接收到的高频DMB广播信号，并且下变频器860将放大后信号的高频率波段转换为原始DMB广播信号的频率波段。
根据用户的选择，选择开关870选择以下中的一个：通过第一接收器接收的DMB广播信号、以及通过第二接收器接收的DMB广播信号，并且输出所选的DMB广播信号到接收电路880。
根据本发明的当前实施例，除高频放大器850与下变频器860之外，还可以向当前实施例的T-DMB接收器620添加另一放大器与另一频率转换器、或者用于无线通信的其他设备，或者高频放大器850与下变频器860的布置顺序可以变化。
在当前实施例的T-DMB接收器与人体800接触时，利用选择开关870选择通过第一接收器接收DMB数据的第一路径，并且如图4与图5所示地接收DMB数据。
相反，当T-DMB接收器未与人体800接触时，利用选择开关870选择第二路径，然后，通过接收天线840接收从图6所示的T-DMB中继装置610发送来的高频信号，并且由高频放大器850放大。下变频器860将放大的信号转换为具有原始频率波段的DMB广播信号，并且输出到接收电路880。
根据先前实施例的T-DMB中继装置610的发送天线与根据当前实施例的T-DMB接收器的接收天线840用于高频率波段，并且天线尺寸与所用频率的波长成比例。相应地，这两个天线可以是小尺寸的。
另外，因为根据先前与当前实施例的T-DMB中继装置与T-DMB接收器之间的发送与接收发生在几米距离之内，所以用于先前实施例的上变频器660与用于当前实施例的下变频器860与高频放大器850可以以低功率操作。由此，可以非常容易地实现根据本发明实施例的T-DMB中继装置与T-DMB接收器。
图9为根据本发明另一实施例的利用人体900作为天线的T-DMB接收器920的原理图，图10为图9的根据本发明当前实施例的利用人体作为天线的T-DMB接收器的方框图。
参照图9与图10，T-DMB接收器920包括作为天线的人体900与单独的天线910。T-DMB接收器920包括：电极1000，用来通过与人体900接触、利用人体900作为天线接收DMB信号；阻抗匹配电路1010；低频放大器1020；天线端子1030，用来通过单独的天线910接收DMB数据；信号选择开关1040，用来选择通过人体900还是单独的天线910接收DMB广播；以及常规接收电路1050。
当T-DMB接收器920与人体900接触时，用户利用信号选择开关1040，选择通过人体900接收DMB数据的第一路径。相反，当T-DMB接收器920未与人体900接触时，用户安装单独的天线910，并且利用信号选择开关1040，选择通过单独的天线910接收DMB数据的第二路径。由此，不仅当T-DMB接收器920与人体900接触时、而且当T-DMB接收器920未与人体900接触时，都可以接收DMB广播信号。
图11为根据本发明实施例的利用人体作为天线的T-DMB接收方法的流程图。
参照图11，在操作S1100，当利用人体作为天线时，进行人体阻抗与T-DMB接收器的阻抗之间的阻抗匹配。此后，在操作S1110，利用与人体900接触的电极，测量由于DMB广播信号而流经人体的电流。因为测量的电流非常弱，所以在操作S1120，由低频放大器放大测量的电流，并且将放大的信号输入到常规T-DMB接收机的接收电路。
另外，可以接收由图6与图7所示的T-DMB中继装置转换为高频信号的DMB广播信号，并且在这种情况下，用户可以选择是通过人体还是从T-DMB中继装置接收DMB广播信号。
虽然已经参照其优选实施例具体显示并且描述了本发明，但是本领域技术人员应该理解：在不脱离附加的权利要求书限定的本发明的精神与范围的前提下，可以在形式与细节上进行各种变化。上述实施例应该只在描述性意义上考虑，而非用于限定目的。因此，本发明的范围不是由本发明的详细描述限定，而是由附加的权利要求书限定，并且该范围的所有差异都应该被认为包含在本发明内。

Claims (11)

1.一种使用人体作为天线的地面数字多媒体广播T-DMB接收器，该T-DMB接收器包括：
与人体接触的电极；
低频放大器，其通过电极接收由于由地面中继站发射的DMB广播信号而流经人体的电流，并且放大收到的电流；以及
阻抗匹配电路，其位于电极与低频放大器之间，并且匹配人体的阻抗与低频放大器的阻抗。
2.如权利要求1所述的T-DMB接收器，其中低频放大器具有大于可以补偿天线损失的特定值的增益特性。
3.如权利要求1所述的T-DMB接收器，其中利用包含电感器与电容器的小尺寸集总元件，实现阻抗匹配电路。
4.如权利要求1所述的T-DMB接收器，还包括：
天线端子，该天线端子与DMB广播的接收天线组合；以及
信号选择开关，用来选择以下中的一个：通过与天线端子组合的DMB广播的接收天线接收到的DMB广播信号、以及由低频放大器放大的DMB广播信号。
5.一种使用人体作为天线的地面数字多媒体广播T-DMB中继装置，通过该T-DMB中继装置，将T-DMB数据中继给T-DMB接收器，该T-DMB接收器包括接收比T-DMB数据的频率高的高频率波段的信号的高频接收器，该T-DMB中继装置包括：
与人体接触的电极；
低频放大器，其通过电极接收由于DMB广播信号而流经人体的电流，并且放大接收到的电流；
阻抗匹配电路，其位于电极与低频放大器之间，并且对人体的阻抗与低频放大器的阻抗进行匹配；
上变频器，其将低频放大器放大的电流转换为对应于T-DMB接收器的高频接收器的高频信号；以及
发送天线，用于发送高频率波段的所转换的信号。
6.如权利要求5所述的T-DMB中继装置，其中在手表形结构中，电极位于该手表形结构的底部表面，并且低频放大器、阻抗匹配电路、以及上变频器位于该手表形结构内。
7.一种使用人体作为天线的地面数字多媒体广播T-DMB接收器，该T-DMB接收器包括：
第一接收器，其通过与人体接触的电极接收由于DMB广播信号而流经人体的电流，放大收到的电流，并且与人体匹配阻抗；
第二接收器，其接收由预定T-DMB中继装置转换为高频信号的DMB广播信号；以及
信号选择开关，用来根据预定选择信号，选择通过第一接收器与第二接收器中的一个接收的DMB广播信号。
8.如权利要求7所述的T-DMB接收器，其中第一接收器包括：
与人体接触的电极；
低频放大器，其通过电极接收由于DMB广播信号而流经人体的电流，并且放大接收到的电流；以及
阻抗匹配电路，其位于电极与低频放大器之间，并且匹配人体的阻抗与低频放大器的阻抗。
9.如权利要求7所述的T-DMB接收器，其中第二接收器包括：
接收天线，其接收转换为高频的并且从T-DMB中继装置发送来的DMB广播信号；
高频放大器，其放大该高频DMB广播信号；以及
下变频器，其将放大的DMB广播信号转换为原始DMB广播信号的频率波段。
10.一种使用人体的地面数字多媒体广播T-DMB接收方法，其中通过包含预定接收电路的T-DMB接收器接收T-DMB信号，该方法包括：
对T-DMB接收器的阻抗与人体的阻抗进行匹配；
在阻抗匹配之后，测量由于DMB广播信号而流经人体的电流；以及
放大测量的电流。
11.如权利要求10所述的方法，还包括：
接收被转换为高频的、并且从预定T-DMB中继装置发送的DMB广播信号；以及
根据预定选择信号，选择从所述放大步骤或者所述接收步骤输出的信号。
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