CN101663846B - 通信设备、接收机及发送机 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种通信设备，设置电场通信用的发送机以及接收机中的至少一方，能够稳定地进行电场通信。本发明的通信设备(11)具备：发送机(1)，对于传输介质(2)，赋予信息信号作为电场；接收机(3)，经由上述传输介质(2)检测上述电场而得到上述信息信号；壳体(21)，收容上述发送机(1)以及上述接收机(3)中的至少一方且具有绝缘性；以及填充部件(24)，配置在上述壳体(21)与上述发送机(1)以及上述接收机(3)中的至少一方之间。

Description

通信设备、接收机及发送机

技术领域

本发明涉及在经由人体那样的传输介质来进行收发的通信系统中使用的通信设备、接收机及发送机。 

背景技术

随着近年的技术发展，作为全新的通信方法，提出使用在人体等中引导的电场的通信方法(所谓电场通信)。作为这样的通信系统，有在专利文献1中公开的通信系统。在这样的通信系统中，由发送机将与调制信息信号所得到的调制信号对应的电场赋予至传输介质即人体，在接收机中检测在人体中传输的电场，并解调与该电场对应的信号。 

专利文献1：(日本)特表平11-509380号公报 

在上述那样的电场通信中，由于不是在传输介质中流过贯通电流，而是利用电容耦合来传输信息，因此优选对传输介质与发送机的发送电路进行电容耦合的发送电极以及对传输介质与接收机的接收电路进行电容耦合的接收电极，与传输介质之间的电容耦合大。 

但是，存在这样的问题，在便携式电话那样的电子设备的壳体内设置上述发送机或接收机的情况下，壳体的内面与发送机的发送电极或者接收机的接收电极之间产生了间隙，电极与传输介质之间的电容耦合变小从而传输的信号变弱。另外，也存在这样的问题，由于壳体的内面与电极之间的间隙不均从而信号强度不均。 

发明内容

本发明鉴于这样的问题点而做成，目的在于提供一种通信设备，设置电场通信用的发送机或接收机，能够稳定地进行电场通信。 

本发明的通信设备，其特征在于，具备：发送机，对于传输介质，赋予信息信号作为电场；接收机，通过上述传输介质检测上述电场，来得到上述信息信号；壳体，收容上述发送机及/或上述接收机，且具有绝缘性；填充部件，配置在上述壳体与上述发送机及/或上述接收机中的至少一方之间。 

若采用该结构，由于发送电极或者接收电极在与传输介质之间静电电容变大，因此能够抑制信号衰减。另外，由于壳体的内面与发送机或者接收机之间未形成空气间隙，因此能够抑制因空气间隙的电容的不均引起的信号强度的不均。其结果，能够稳定地进行电场通信。 

在本发明的通信设备中，优选上述填充部件由具有比上述壳体的介电常数大的介电常数的材料构成。若采用该结构，相比使壳体的内面与发送机或者接收机没有空气间隙地密合的情况，更加能够抑制信号衰减，能够实现良好的通信状态。 

在本发明的通信设备中，优选收容在上述壳体中的上述发送机及/或上述接收机具有隔着上述填充部件与上述壳体的内面相对配置的电极，上述内面的一部分包含薄壁部。若采用该结构，能够提高填充剂的体积比，由此能够高效地抑制信号衰减。 

在本发明的通信设备中，优选收容在上述壳体中的上述发送机及/或上述接收机具有隔着上述填充部件与上述壳体的内面相对配置的电极，在上述壳体形成有开口部，在上述开口部埋入上述填充部件。若采用该结构，能够提高填充剂的体积比，由此能够高效地抑制信号衰减。 

在本发明的通信设备中，优选在上述壳体中设置有上述发送机。 

本发明的通信设备因为具备：发送机，对于传输介质，赋予信息信号作为电场；接收机，通过上述传输介质检测上述电场，来得到上述信息信号；壳体，收容上述发送机及/或上述接收机，且具有绝缘性；填充部件，配置在上述壳体与上述发送机及/或上述接收机中的至少一方之间，因此能够稳定地进行电场通信。 

附图说明

图1是示出利用电场通信的通信系统的等价电路的图，(a)是在壳体内设置接收机时的等价电路图，(b)是在壳体内设置发送机时的等价电路图。 

图2是示出改变壳体的内面与发送机的发送电极或者接收机的接收电极的间隔时的输出电压的变化的图。 

图3是示出本发明涉及的通信设备的设备主体的图。 

图4是沿着图3中的IV-IV线的剖面图。 

图5(a)～(d)是示出本发明的实施方式涉及的通信设备的其他例的图。 

图6是示出电极-人体间的距离和通信速度之间的关系的特性图。 

符号说明

1发送机 2人体 3接收机 11设备主体 12显示器 13操作按钮 

21壳体 21a薄壁部 21b开口部 22发送电极 23电路基板 

24填充剂 25隔离物 26绝缘性材料 

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。 

如上述那样，在便携式电话那样的电子设备的壳体内设置发送机或者接收机时，若壳体的内面与发送机的发送电极或者接收机的接收电极之间产生间隙，则形成不稳定的电容。图1是示出利用电场通信的通信系统的等价电路的图，(a)是在壳体内设置接收机时的等价电路图，(b)是在壳体内设置发送机时的等价电路图。 

在图1(a)、(b)中，电容Ct是形成在发送机1与传输介质即人体2之间的电容，电容Cr是形成在接收机3与人体2之间的电容。另外，电容Chg是人体2与地之间的电容，电容Cx是形成在壳体的内面与发送机的发送电极或者接收机的接收电极之间的不稳定的串联电容。 

若将接收机3设置在电子设备的壳体内，则如图1(a)所示，在壳体的内面与接收机3的接收电极之间形成不稳定的串联电容Cx。例如，若接收机3的接收电极的面积是4cm²(2cm×2cm)，当设置接收机3的壳体由介电常数是3、厚度约0.3mm的ABS树脂构成的情况下，假定电容Chg是110pF(假定使脚固定在地板上)，且设接收机3中的检测电容为1pF，则壳体的内面与接收机的接收电极的间隔在1mm以下所形成的不稳定的串联电容Cx在3pF以上。 

另外，若将发送机1设置在电子设备的壳体内，则如图1(b)所示，在壳体的内面与发送机1的发送电极之间形成不稳定的串联电容Cx。例如，若发送机1的发送电极的面积是4cm²(2cm×2cm)，当设置发送机1的壳体由介电常数是3、厚度约0.3mm的ABS树脂构成的情况下，假定电容Chg是110pF(假定使脚固定在地板上)，且设接收机3中的检测电容为1pF，则壳体的内面与接收机的接收电极的间隔1mm以下所形成的不稳定的串联电容Cx在3pF以上。 

本发明者们着眼于以下情况，即在电子设备中设置电场通信用的发送机或者接收机的情况下，若发送电极或接收电极对于电子设备的壳体内面具有间隙(空气间隙)，则形成不稳定的串联电容，该不稳定的串联电容阻碍稳定的电场通信，发现通过用电介质材料填埋发送电极或接收电极与壳体的内面之间的空气间隙，能够消除不稳定的串联电容从而进行稳定的电场通信，并作成了本发明。 

即，本发明的要点在于，利用以下通信设备，稳定地进行电场通信，该通信设备具备：发送机，对于传输介质赋予调制信息信号而成的电场；接收机，经由上述传输介质检测上述电场并得到与上述信息信号对应的解调信号；壳体，收容上述发送机及/或上述接收机且具有绝缘性；填充部件，配置在上述壳体与上述发送机及/或上述接收机中的至少一方之间。 

在图1(a)、(b)所示的条件下，调查在改变壳体的内面与发送机的发送电极或者接收机的接收电极的间隔时输出电压的变化。图2示出其结果。由图2可知，若壳体的内面与发送机的发送电极之间有间隙，则对输出电压有很大的影响并给通信带来很大影响。因此，本发明所涉及结构在电子设备的壳体内设置发送机的情况下发挥更高的效率。 

在此，对进行电场通信的系统进行说明。该系统主要构成为：人体等传输介质，经由电场传输信息信号；发送机，对于传输介质赋予信息信号作为电场；接收机，经由传输介质检测电场，接收该电场并得到信息信号。在该系统中，发送机与传输介质(例如人体)之间，以及接收机与传输介质之间，经由电容器电气地电容耦合，信息信号被转换为电场并在传输介质上传输。在这种情况下，对于传输介质，因为是位移电流流动而不是稳定电流流动，所以不必电导通。因此，即使例如保持将发送机放入口袋，因为发送机与传输介质之间隔着薄布电容耦合，所以信息信号也能够传输。 

发送机对于传输介质，以一端规定的调制方式调制信息信号，并赋予该调制的信息信号作为电场。为此，具有用信息信号调制载波的调制电路、放大该调制信号并转换成电压变化的转换电路、以及对于传输介质赋予电 场的发送电极。 

接收机经由传输介质检测电场而得到信息信号。接收机具有：接收电极，面对传输介质接收来自传输介质的电场；检测电路，放大并检测电场；以及解调电路，使用被检测到的物理量，解调先前被调制的信息信号。 

在通过具有这样结构的系统进行电场通信的情况下，在发送机中，用信息信号调制人体表现出导电性的频率(几十kHz～几十MHz)的载波。该被调制的信息信号被放大并转换成电压变化。通过在发送机的电极上施加该电压变化，在该电极的周围产生与所调制的信息信号对应的电场。而后，该电场被赋予至人体。赋予至人体的电场由接收机的接收电极接收。若电场施加在接收电极上，则在检测电路中检测上述被调制的信息信号。而后，在检测电路的后段的解调电路中，使用在发送机中使用的载波来进行解调而得到信息信号。这样，能够以人体作为传输介质进行信息信号的收发。而且，作为上述的调制方式，能够使用AM、FM、ASK、PSK、QSK等各种调制方式。 

本发明的通信设备将进行上述电场通信的系统的发送机或者接收机设置在图3所示的设备主体11的壳体内部。该设备主体11具有显示器12和操作按钮13。图4是沿着图3中的IV-IV线的剖面图。在图4中，在具有绝缘性的壳体21内设置发送机。该发送机主要由发送电极22、以及电路基板23构成。具体地，在壳体21的内表面上，隔着填充剂24设置有发送电极22，在该发送电极22上隔着隔离物25配置有电路基板23。发送电极22与电路基板23电连接。这样，在图4所示的结构中，当在壳体21内设置发送机时，在壳体21的内面与发送电极22之间所形成的间隙中填充着填充剂24，防止在壳体21的内面与发送电极22之间形成不稳定的电容。由此，能够尽量减少壳体21的内面与发送电极22之间的电场损耗。 

使填充剂24介于壳体21的内面与发送电极22之间。由此，发送电极或者接收电极在与传输介质之间静电电容变大，因此能够抑制信号衰减。另外，因为壳体21的内面与发送电极22之间未形成空气间隙，因此能够抑制因空气间隙的电容的不均而引起的信号强度的不均。其结果，能够稳定地进行电场通信。 

作为构成填充剂24的材料，优选具有相对较高介电率的高介电性材 料。作为高介电性材料可举出例如环氧类粘接剂(介电常数2.5～6)、丙烯类粘接剂(介电常数2.7～4.5)、硅类粘接剂(介电常数3.5～5)、聚胺酯类粘接剂(介电常数6.5～7.1)等粘接剂；硅橡胶(介电常数3～3.5)等橡胶；ABS树脂(介电常数2.4～4.1)、聚胺酯树脂(介电常数6.5～7.1)等树脂等。 

另外，优选填充剂24由具有比壳体21的介电率大的介电率的材料构成。由此，相比使壳体21的内面与发送电极22没有空气间隙地密合的情况，能够更加抑制信号衰减，能够实现良好的通信状态。例如，在用介电常数是3的ABS树脂构成壳体21的情况下，作为填充剂24选择介电常数是4以上的材料。 

另外，作为构成填充剂24的材料，也可以使用具有相对较高导电率的导电性材料。作为高导电性材料，可以举出例如环氧类导电性粘接剂、聚酰亚胺类导电性粘接剂等导电性粘接剂、或银胶粘剂等。 

图5(a)～(d)是示出本发明的实施方式涉及的通信设备的其他例子的图。在图5(a)、(b)所示的结构中，收容在壳体21中的发送机的发送电极22与壳体21的内面相对配置，该内面的一部分包含薄壁部21a。另外，在包含该薄壁部21a的区域上填充着填充剂24。即，在壳体21的内面设置有薄壁部21a，在包含该薄壁部21a的区域上隔着填充剂24配置有发送电极22。这样，通过在发送电极22所对置的区域的壳体21上设置薄壁部21a，且在该薄壁部21a上填充填充剂24，能够提高填充剂24的体积比，由此能够高效地抑制信号衰减。 

另外，在图5(c)所示的结构中，收容在壳体21中的发送机的发送电极22与壳体21的内面相对配置，该内面包含开口部21b。另外，在该开口部21b中埋入填充剂24，填充剂24从壳体21的外面露出。即，在壳体21上设置有开口部21b，隔着埋入在该开口部21b中的填充剂24配置有发送电极22。这样，通过在发送电极22所对置的区域的壳体21上设置开口部21b，在该开口部21b内埋入填充剂24，能够提高填充剂24的体积比，由此能够高效地抑制信号衰减。 

在开口部21b内埋入填充剂24的情况下，当使用导电性材料作为填充剂24时，发送电极22与传输介质即人体不必导通，因此如图5(d)所示， 也可以用绝缘性材料26覆盖由导电性材料构成的填充剂24。 

接着，说明为了明确本发明的效果而进行的实施例。 

改变介于发送机的发送电极与人体模型(模特)之间的材料，利用电场通信进行数据通信，调查因发送电极与人体模型之间的距离而引起的通信速度的劣化。另外，也调查因接收机的接收电极与人体模型之间的距离而引起的通信速度的劣化。在图6中示出这些结果。而且，通信速度由载波频率10MHz、信号振幅1Vp-p来测定。另外，图6中的纵轴通过将电极与人体模型密合的情况下的通信速度作为100％来进行标准化。 

由图6可知，即使接收电极与人体模型之间有0.5mm左右的空气间隙，也不影响通信速度。另一方面，在发送电极与人体模型之间，因空气间隙而通信速度低下，当0.02mm时为44％、0.05mm时为17％、0.1mm时为8％(图6中空气(介电常数1)的特性曲线)。与此相对，通过使介电常数3的ABS树脂介于发送电极与人体模型之间，从而空气间隙0.05mm时通信速度从17％恢复到53％，空气间隙0.1mm时通信速度从8％恢复到27％。另外，通过使介电常数7的聚胺酯树脂介于发送电极与人体模型之间，从而空气间隙0.05mm时通信速度从17％恢复到100％，空气间隙0.1mm时通信速度从8％恢复到62％。这样，通过使填充材料介于电极与人体模型之间，能够防止通信速度的劣化，从而使电场通信稳定化。特别地，可知使用介电常数高的材料作为填充剂更高效。 

本发明不限于上述实施方式，可以进行各种变更来实施。例如，在上述实施方式中，对于在设备主体的壳体内设置发送机的情况进行了说明，但本发明不限于此，也能够同样适用于在设备主体的壳体内设置接收机的情况。另外，在上述实施方式中，对于尺寸、数值等没有特别限定，可以在本发明的范围内进行变更。其他，可以在不脱离本发明的范围内，进行适当变更来实施。 

Claims (11)

1.一种通信设备，其特征在于，具备：

发送机，对于传输介质，赋予信息信号作为电场；

接收机，经由上述传输介质检测上述电场，来得到上述信息信号；

壳体，具有绝缘性，收容上述发送机，或者收容上述接收机，或者收容上述发送机及上述接收机；以及

填充部件，在上述壳体收容上述发送机时配置在上述壳体与上述发送机之间，在上述壳体收容上述接收机时配置在上述壳体与上述接收机之间，在上述壳体收容上述发送机及上述接收机时配置在上述壳体与上述发送机及上述接收机中的至少一方之间；

在上述壳体收容上述发送机时上述发送机具有隔着上述填充部件与上述壳体的内面相对配置的电极，在上述壳体收容上述接收机时上述接收机具有隔着上述填充部件与上述壳体的内面相对配置的电极，在上述壳体收容上述发送机及上述接收机时上述发送机及上述接收机中的上述至少一方具有隔着上述填充部件与上述壳体的内面相对配置的电极；

上述填充部件由具有比上述壳体的电容率大的电容率的材料构成。

2.如权利要求1记载的通信设备，其特征在于，

上述内面的一部分包含薄壁部。

3.如权利要求1记载的通信设备，其特征在于，

在上述壳体中，设置有上述发送机。

4.如权利要求1记载的通信设备，其特征在于，

在上述壳体形成有开口部，在上述开口部埋入上述填充部件。

5.如权利要求4记载的通信设备，其特征在于，

在上述壳体中，设置有上述发送机。

6.一种接收机，经由传输介质检测电场来得到信息信号，其特征在于，具备：

壳体，收容上述接收机，且具有绝缘性；以及

填充部件，配置在上述壳体与上述接收机之间；

收容在上述壳体中的上述接收机具有隔着上述填充部件与上述壳体的内面相对配置的电极；

上述填充部件由具有比上述壳体的电容率大的电容率的材料构成。

7.如权利要求6记载的接收机，其特征在于，

上述内面的一部分包含薄壁部。

8.如权利要求6记载的接收机，其特征在于，

在上述壳体形成有开口部，在上述开口部埋入上述填充部件。

9.一种发送机，对于传输介质，赋予信息信号作为电场，其特征在于，具备：

壳体，收容上述发送机，且具有绝缘性；以及

填充部件，配置在上述壳体与上述发送机之间；

收容在上述壳体中的上述发送机具有隔着上述填充部件与上述壳体的内面相对配置的电极；

上述填充部件由具有比上述壳体的电容率大的电容率的材料构成。

10.如权利要求9记载的发送机，其特征在于，

上述内面的一部分包含薄壁部。

11.如权利要求9记载的发送机，其特征在于，

在上述壳体形成有开口部，在上述开口部埋入上述填充部件。

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