CN102177614A - 电磁滤波器和具有该滤波器的电子设备 - Google Patents

电磁滤波器和具有该滤波器的电子设备 Download PDF

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Abstract

根据本发明的电磁滤波器包括：屏蔽开口(102)，设置在屏蔽导体(101)中；多个传导带(111)，两端均连接至屏蔽导体(101)，以将屏蔽导体(101)划分为多个划分开口(112)；以及多个带阻滤波器(113)，以指定间隔位于每个传导带(111)上。通过将屏蔽开口(102)划分为多个划分开口(112)，可以抑制经由屏蔽开口(102)泄漏的噪声量。每个带阻滤波器(113)防止指定频率的电流在每个传导带(111)中流动，否则穿过屏蔽开口(102)的指定频率的磁场将导致这种流动；因此，可以防止使用指定频率磁场的耦合的无线电功率传输特性的恶化。

Description

电磁滤波器和具有该滤波器的电子设备
技术领域
本发明涉及一种优选地能够安装在电子设备上的电磁滤波器，用于在非接触状态下与外部设备发送电功率；以及具有这种电磁滤波器的电子设备。
背景技术
多年来，已经尝试提供一种具有无线通信功能的电子设备。在无线通信接口内置于电子设备的外壳中的情况下，在电子设备中要构建天线的部分中，需要去除传导屏蔽配置。原因在于，具有在无线系统中使用的操作频率fp的电磁能量需要穿过具有电磁屏蔽功能的外壳。同时，为了避免对外围设备的不利影响，从电子设备辐射的电磁噪音被限制为具有等于或小于一定值的电平。
关于无线电波雷达设备，公开了一种用于使具有特定频率的电磁能量穿过并且屏蔽不需要的频带的电磁噪声泄漏的传统屏蔽技术(专利文献No.1)。
专利文献No.1中公开的雷达设备具有由用于覆盖雷达主体的导体形成的传导屏蔽配置。传导屏蔽配置包括面对天线而设置的频率选择遮蔽器。该遮蔽器由两端短接在屏蔽器外边缘的附加导体分为多个开口。因此，雷达设备可以屏蔽具有频率fL的噪声电磁波，其中fL低于指定频率fp。通过将每个开口的谐振频率设置为指定频率fp，具有指定频率fp的电磁波可以通过雷达来传输。
专利文献No.2公开了一种可以屏蔽具有频率fH的电磁噪声的结构，其中fH高于频率fp，频率fp的电磁能量需要穿过电磁屏蔽外壳，具有频率fH的电磁噪声难以利用专利文献No.1的屏蔽配置来屏蔽。专利文献No.2的发明实质上提供了与专利文献No.1相同的结构。即，通过划分遮蔽器而获得的多个开口用作针对指定频率的谐振槽天线，允许指定频率的电磁波通过谐振开口来传输。根据专利文献No.2的发明，还包括带通滤波器，用于将通过划分遮蔽器而获得的每个开口的、面对彼此的两个外边缘短接。该带通滤波器防止具有频率fH(高于指定频率fp)的电磁波穿过。专利文献No.2的技术允许具有指定频率fp的电磁波穿过，并且屏蔽具有频率fL(低于指定频率fp)的电磁波穿过，还可以屏蔽具有频率fH(高于指定频率fp)的电磁波穿过。
专利文献No.3公开了与被称为FSS(频率选择性表面)的射频技术相关的发明。该操作原理与专利文献No.1和No.2中的使具有频率fp的电磁波穿过设备中的传导屏蔽配置的原理实质上相同。
同时，非接触电功率传输系统已经开始安装在电子设备上。在这种非接触电功率传输系统也安装在电子设备上的情况下，需要解决在无线通信系统安装在电子设备上时出现的上述问题。作为电功率传输系统，除了传统上的电磁感应系统之外，已经提出了专利文献No.4中描述的磁谐振耦合系统。专利文献No.4中描述的磁谐振耦合系统可以使用在谐振天线之间耦合的谐振模式，以高于传统电磁感应系统的效率，长距离地传输电功率。尤其在使用谐振磁场的情况下，考虑与使用谐振电场的情况相比，可以更加确定地避免对电子设备周围的活体的影响。
引用列表
专利文献
专利文献No.1：日本待审专利公开No.11-248835
专利文献No.2：日本待审专利公开No.2004-297763
专利文献No.3：日本待审专利公开No.9-135197
专利文献No.4：美国待审专利公开No.2008/0278264-A1(图8、图11)
发明内容
技术问题
利用专利文献No.1至3中的每一个所描述的结构，经由在屏蔽配置的表面或者在屏蔽配置的附近形成的谐振电路来发送和接收电能。因此，谐振电流在用作谐振槽天线的开口的边缘处流至导体。此外，产生谐振电场模式，作为在频率选择性表面板中的驻波。专利文献No.1至3中每一个的上述结构具有由这种谐振电流或谐振电场模式而导致的问题，即不必要的电功率消耗降低了电功率传输效率这一问题。
专利文献No.4未公开在电子设备上安装天线而不使特性恶化的方法，也未公开抑制从其上安装有电功率传输系统的电子设备产生的电磁噪声的方法。
本发明用于解决现有技术中的上述问题，本发明的第一目的是允许在电子设备上安装无线电功率传输系统而不使传输效率劣化。本发明的第二目的是表现出电磁屏蔽特性，抑制不同于指定频带的频带的不必要电磁噪声的泄漏。在本发明的优选实施例中，提供了实现这两个目的电磁滤波器。
解决问题的方案
根据本发明的电磁滤波器可以位于用于射频电功率的无线传输的发射天线和接收天线之间。所述电磁滤波器包括：导体，具有第一开口；至少一个传导带，所述传导带的两侧均电连接至所述导体，以将第一开口划分为多个第二开口；以及多个带阻滤波器，设置在所述传导带上，用于防止在射频电功率的频率上电流在所述传导带中流动。
根据本发明的电子设备包括：天线，用于射频电功率的无线传输；以及电磁滤波器。所述电磁滤波器包括：导体，具有第一开口；至少一个传导带，所述传导带的两侧均电连接至所述导体，以将第一开口划分为多个第二开口；以及多个带阻滤波器，设置在所述传导带上，用于防止在射频电功率的频率上电流在所述传导带中流动。
本发明的有利效果
根据本发明，可以抑制从电子设备的电磁噪声的泄漏，而不使无线电功率传输功能劣化。
附图说明
图1A是示意性示出了根据本发明实施例1的电子设备的外观的等距图。
图1B是示出了根据本发明实施例1的电子设备在去除电磁滤波器的状态下的等距图。
图1C是示意性示出了根据本发明实施例1的电磁滤波器的等距图。
图2是示出了实施例1中的屏蔽配置结构的截面图。
图3是示出了根据本发明实施例1的电磁滤波器的结构的平面图。
图4是示出了图3中所示的传导带11a的具体结构的部分放大视图。
图5是示出了对比示例1中屏蔽配置的结构的示意等距图。
图6是对比示例2中电磁滤波器的结构视图。
图7是对比示例3中电磁滤波器的结构视图。
图8是根据本发明实施例2的电磁滤波器的截面图。
图9是根据本发明实施例3的电磁滤波器的平面图。
图10A示出了根据本发明实施例4的电磁滤波器。
图10B是示出了根据本发明的电磁滤波器的另一结构的截面图。
具体实施方式
以下参照附图来描述根据本发明的电磁滤波器的实施例。为了说明目的，将使用如图中所示的XYZ坐标系。实质上相同的元件将具有相同的参考标号。
(实施例1)
将描述根据本发明的实施例1中的电磁滤波器。首先参照图1A。图1A是根据本实施例其上安装有电磁滤波器的电子设备的等距图。
图1A所示的电子设备包括：天线105，用于发送或接收射频电功率；屏蔽导体101，用于封装天线105和未示出的电组件；以及电磁滤波器103，附着至屏蔽导体101的开口(屏蔽开口102)。实际上，除了天线105之外，电子设备包括在其中设置的各种电子组件，但是为了简单起见，未示出电子设备中通常包括的这些其他元件。在图中，屏蔽导体101具有矩形(包括方形)平行六面体的形状，但是实际上不限于具有图中所示的形状。在图1A中，屏蔽开口102较大，并且在前表面上形成。电子设备的屏蔽开口102的形状、大小和位置可以根据天线105的形状、大小和位置来布置，并不限于图中所示的情况。
现在参照图1B和1C。图1B是示出了在去除电磁滤波器103的情况下电子设备的等距图。图1C是仅示出了本实施例中的电磁滤波器103的等距图。
如图1B所示，天线105位于电子设备的屏蔽导体101之内，并面对在屏蔽导体101中形成的屏蔽开口102。天线105电连接至未示出的电路或电子组件。在本实施例中，天线105是用于无线(在非接触状态下)发送或接收电功率的元件。为了无线传输电功率，电子设备位于以与天线105的谐振频率相同的频率谐振的另一天线附近。根据使用谐振磁场的无线传输系统，可以将天线之间的距离选择为从几厘米至几米的较宽范围中的任何值。根据本发明的电子设备可以包括用于发送或接收电磁波的通用天线。天线105本身可以操作为用于发送或接收电磁波的通用天线。“通用天线”是指用于在一定距离内辐射电磁波的天线，包括偶极天线、补片天线、槽天线和螺旋天线。在根据本发明的设备中使用的天线可以是用于通信的天线，如环形天线，其尺寸小于通信波的波长。
当传统电磁感应系统用于无线能量传输时，天线105被配置为在承载电功率的电磁波的频率处非谐振。
如图1C所示，本实施例中的电磁滤波器103包括：导体，具有开口202(接地导体110)和多个导体带111，每个导体带的两端均电连接至接地导体110，以将开口202分为多个划分开口112。每个传导带111配有多个带阻滤波器103，用于防止在射频电功率的频率上电流在传导带111中流动。例如，射频电功率的频率在10kHz至10GHz的范围上。
在图1C所示的示例中，4个传导带111将一个开口202划分为6个划分开口112。
在本实施例中，如图1A所示，电磁滤波器103附着至屏蔽导体101，以使电子设备中的屏蔽导体101的屏蔽开口102闭合。图1A和1B中所示的屏蔽导体101具有封装天线105的形状，并且接地。屏蔽导体101具有将其中容纳的电子设备从外部空间电磁屏蔽的功能。例如，屏蔽导体101由具有100微米至10毫米厚度的金属片形成。屏蔽导体101可以由金属网形成，或者具有网状结构。屏蔽导体101不必须覆盖整个电子设备。然而，为了高效地抑制可能从电子设备内辐射的电磁噪声的不利影响，期望屏蔽导体101实质上覆盖整个电子设备。
现在参照图2。图2示出了本实施例中的电子设备的截面结构的示例。本实施例中的天线105具有在天线基板104上形成的传导图案。这种传导图案可以由图案化的金属箔形成，或者可以通过对沉积在天线基板104上的金属薄膜进行蚀刻来产生。天线105可以是通过处理金属材料而形成的自立配置。在这种情况下，不需要用于支撑天线105的天线基板104。优选地，天线105经由指定支撑106固定至电子设备内部。支撑106可以由介电材料或低损耗磁材料(例如铁氧体或无定形磁材料)形成。在支撑106由低损耗磁材料形成的情况下，容易产生具有较小厚度的电子设备。
如图2所示，天线105位于面对屏蔽导体101的屏蔽开口102的位置，并面对位于电子设备外的另一天线505。电磁滤波器103使屏蔽开口102闭合，因此多个传导带111和多个带阻滤波器113位于天线105和天线505之间。这些传导带111和带阻滤波器113的功能将在以后详细描述。
在图2所示的示例中，传导带111和带阻滤波器113设置在一个介电基板109上。介电基板109固定至屏蔽导体101以覆盖屏蔽开口102，并面对天线105。在本实施例中，电磁滤波器103的接地导体110与屏蔽导体101接触，接地导体110和屏蔽导体101互相电导通。接地导体110与屏蔽导体101一起形成封装天线105的屏蔽配置。接地导体110经由屏蔽导体101和/或未示出的线路接地。
参照图3，更详细地描述本实施例中的电磁滤波器103的结构。上述图2与图3中所示的视图的截面图相对应。
电磁滤波器103包括：介电基板109(见图2)，具有足够的尺寸以覆盖屏蔽开口102；接地导体110，形成为具有在介电基板109上环绕的形状，以适配至屏蔽开口102的边缘(即内围)；以及传导带111a至111d(以下利用参考标号“111”来统一表示)，形成在介电基板109上、接地导体110的内围之内，用于屏蔽具有低频率fL的电磁波。接地导体110和传导带111由图案化的金属薄膜形成。在优选示例中，接地导体110和传导带111是通过对一个金属薄膜进行图案化来整体形成的。在本实施例中，如图2所示，接地导体110、传导带111和带阻滤波器113在介电基板109的+Y表面上形成。
在本实施例中，屏蔽开口102具有矩形(包括方形)形状。因此，接地导体(开口202)的内围也具有矩形(包括方形)形状，具有侧边110a、110b、110c和110d。传导带111a至111d均在接地导体110的内围之内、在介电基板109之上形成，以将接地导体110中彼此面对的部分电连接。
更具体地，传导带111a至111c均沿Z轴方向延伸，以将接地导体110中彼此面对的两侧边110b和110d电连接。这些传导带111a至111c沿X轴方向以指定间隔布置。相反，传导带111d沿X轴方向延伸，以将接地导体110中彼此面对的两侧边110a和110c电连接。
在本实施例中，沿Z轴方向延伸的传导带的数目N1为3，而沿X轴方向延伸的传导带的数目N2为1。然而，本发明不限于这种示例，只要N1+N2的值为1或更大，就可以表现出本发明的效果。
沿Z轴方向延伸的传导带111a至111c与沿X轴方向延伸的传导带111d彼此交叉，并在交叉点互相电连接。接地导体110在屏蔽开口102的边缘处电连接至屏蔽导体101。传导带111a至111d将屏蔽开口102划分为多个第二开口(划分开口112)。屏蔽开口102的内围，即接地导体110的内围，具有由沿X轴方向的长度Xsc和沿Z轴方向的长度Zsc定义的大小。每个划分开口112具有沿X轴方向的长度Xap和沿Z轴方向的长度Zap。在优选实施例中，至少一个划分开口112的周长小于由射频电功率的频率所定义的电磁波的波长。
现在参照图4，描述带阻滤波器113的结构和操作。在图4中，为了简单起见，仅示出了传导带111d和其上设置的带阻滤波器113。
在本实施例中，如图4所示，传导带111a至111d分别均包括多个带阻滤波器113a，113b，113c，...(以下利用参考标号“113”来统一表示)。带阻滤波器113均具有以下结构：其中电感器203(例如线圈)和电容器205(例如电容器)彼此并联布置。带阻滤波器113中的每一个用作LC谐振电路，其中电感器203和电容器205并联耦合。传导带111被划分为多个传导部分，在传导带111的各个划分位置处均插入带阻滤波器113。更具体地，如图4所示，电感器203和电容器205并联放置，以将在直线上彼此分离的两个传导部分耦合。在本实施例中，一个传导带111被分为多个传导部分，多个传导部分彼此分离。传导带111的结构不限于此。只要传导带111具有用于防止电流流过带阻滤波器113所在的位置的绝缘部分，就足够了。
带阻滤波器113被设计为仅屏蔽通过传导带111的射频分量中在频率fp附近的射频电流分量。更具体地，电感L和电容值C的水平被设置为使得由以下表达式1所表示的带阻滤波器的谐振频率f与指定频率fp相匹配。
f＝1/(2π×(LC)0.5)...(表达式1)
在多个传导带111a至111d中的每一个上，相邻带阻滤波器113的位置彼此远离指定距离Lst。
作为沿传导带111d从传导带111d上的任意区域115至接地导体110的内围的侧边110a和110c(图3)的路径，存在由图4中的箭头表示的两个路径116a和116b。在具有指定频率fp的射频磁场分布在区域115周围的空间中时，通过射频磁场与传导带111d之间的相互作用，在区域115中产生电荷。所产生的电荷趋向于沿路径116a和116b流至接地导体110。
利用本实施例的结构，在路径116a侧插入带阻滤波器113b，还在路径116b侧插入带阻滤波器113c。因此，带阻滤波器113b和113c阻止了在区域115中产生的具有指定频率fp的射频电流。因此，从区域115流至接地导体110的射频电流本身无法产生。因此，即使在具有指定频率fp的射频磁场分布在区域115周围的空间中的情况下，也能够抑制传导带111d与分布的射频磁场之间的相互作用。
在多个带阻滤波器113位于一个传导带111上以在多个位置处对传导带111进行划分的情况下，可以在传导带111上出现在其中指定频率fp的射频电流不能流动的较宽区域。
在图3所示的示例中，与Z轴方向平行的传导带111a至111c和与X轴方向平行的传导带111d在每个交叉点处互相电连接。在本示例中，存在从传导带111上的指定区域至接地导体110的3个或更多路径。即使在这种情况下，通过将带阻滤波器113插入所有路径，也可以在传导带111上出现指定频率fp的射频电流不能流动的区域。在这种情况下，优选地，防止指定频率fp的射频电流在电磁滤波器103上存在的传导带111的整个区域中流动。利用这种布置，沿±Y方向穿过电磁滤波器103的、指定频率fp的射频磁场完全不能与传导带111相互作用。相应地，在本示例中，在电磁滤波器103中，由于在每个传导带111上设置的多个带阻滤波器113，多个划分开口112在指定频率fp不谐振。这允许指定频率fp的射频磁场自由穿过电磁滤波器103。
与使用谐振槽天线的传统屏蔽技术相比，利用上述原理来工作的屏蔽技术可以更多地减小传导带111中的传导性损失。当传导带111的传导性损失时，无线电功率传输效率劣化。因此，当传导性损失减小时，抑制了无线电功率传输效率的劣化。本实施例中的电磁滤波器避免了由于介电损耗而引起的无线电功率传输效率的劣化，因此即使与使用谐振器中的电场分布的频率选择性表面板相比，也可以使效率劣化的程度较小。
同时，具有不同于指定频率fp的射频的电流可以在传导带111中流动。更具体地，在满足fp＞fL的频带fL中，射频电流流至电感器电路203。在满足fp＜fH的频带fH中，射频电流可以在电容器205中流动。因此，在不同于指定频率fp频带中，传导带111可以保持与传统屏蔽技术等效的电磁噪声屏蔽特性。
在每个传导带111上，两个相邻带阻滤波器113之间的距离优选地被设计为效果上不等于N/2波长，其中N是1或更大的整数。换言之，在射频电功率的频率所定义的电磁波的波长为λ的情况下，在传导带111上，优选地以不同于(N/2)×λ的间隔来布置带阻滤波器113。在区域115的两端均对具有指定频率fp的射频电流开路(如在电路中)并且因此区域115的线长度效果上等于N/2波长的情况下，在传导带111中，区域115本身用作谐振天线。因此，出现以下风险：传输效率可能由于不必要的传导性损失而劣化。因此，优选地，相邻带阻滤波器113之间的距离效果上不同于N/2波长；更优选地，该距离被设置为效果上小于N/2波长。
现在参照图5、6和7，将描述传统技术的电磁滤波器的结构和操作，作为本实施例的对比示例。
图5是示出了根据未提供传导带111的传统技术(对比示例1)的结构的等距图。在对比示例1中，不存在措施来抑制不必要的、低频带电磁噪声经由电磁滤波器103穿过。因此，不能改进对低频带噪声分量的屏蔽特性。
图6是示出了对比示例2中的电磁滤波器的结构的截面图；图7是示出了对比示例3中的电磁滤波器的结构的截面图。
对比示例2针对将图6中所示的电磁滤波器添加至对比示例1的结构的传统技术。参照图6，电磁滤波器包括与图3所示的电磁滤波器中的介电基板109和接地导体110实质上相同的介电基板109和接地导体110。图6所示的电磁滤波器还包括多个传导带21a至21c(以下利用参考标号“21”来统一表示)，传导带21a至21c在介电基板109上、在接地导体110的内围形成，并且不具有任何带阻滤波器(即任何LC并联谐振电路113)。
传导带21a至21c各自均沿Z轴方向延伸，以将接地导体110中彼此面对的两侧110b边和110d电连接。这些传导带21a至21c沿X轴方向以指定间隔布置。因此，传导带21a至21c将图5所示的屏蔽开口102划分为多个划分开口112。
可以通过使每个划分开口112沿X轴方向的长度Xap小于屏蔽开口102沿X轴方向的长度Xsc，来表现出对具有垂直极化的辐射电磁波的屏蔽效应。在图6的结构中，每个划分开口112沿Z轴方向的长度Zap与屏蔽开口102沿Z轴方向的长度Zsc相同。即，在对比示例2中，利用每个都具有较小面积大小的多个划分开口112的组合来代替具有较大面积大小的屏蔽开口102。这产生了对穿过电磁滤波器的低频带的电磁噪声的屏蔽效应，因此改进了对低频带噪声分量的屏蔽效应。
如果要抑制的噪声电磁波的极化分量包括水平极化分量，则除了对具有垂直极化的辐射电磁噪声之外，还需要表现出对具有水平极化的辐射电磁噪声的屏蔽效应。图7中所示的对比示例3具有以下结构：将不具有带阻滤波器(即LC并联谐振电路113)的多个传导带21d至21f添加至对比示例2的结构。
传导带21d至21f沿X轴方向延伸，以将接地导体110中彼此面对的侧边110a和110c电连接。这些传导带21d至21f沿Z轴方向以指定间隔布置。因此，传导带21d至21f将图5中所示的屏蔽开口102划分为多个划分开口112。为了表现出对具有垂直极化的辐射电磁波和具有水平极化的辐射电磁波的屏蔽效应，如图7所示，将沿X轴方向延伸的传导带21d至21f添加至图6所示的电磁滤波器的结构，并使每个划分开口112沿Z轴方向的长度Zap小于长度Zsc。通过利用每个都具有较小面积大小的多个划分开口112的组合来代替具有较大面积大小的屏蔽开口102，可以改进对低频带噪声分量的屏蔽特性。
然而，在对比示例2和3中，当指定频率的射频磁场穿过电磁滤波器时，穿过的射频磁场和传导带21不可避免地相互作用。当这种相互作用在传导带21上产生电荷时，所产生的电荷流至电磁滤波器的一端，电磁滤波器的这一端是传导带21/接地导体110与屏蔽导体101的短接点。由于射频电流流过传导带21而引起的传导性损失使得电功率传输效率劣化。因此，在对比示例2和3中，使用指定频率fp的电功率传输系统的效率劣化。
相反，如上所述，利用本发明实施例中的电磁滤波器103，将用作带阻滤波器的多个LC并联谐振电路113插入每个传导带111。因此，可以实现避免在指定频率fp处的无线电功率传输系统的效率劣化的第一目的以及保持对电磁噪声分量的屏蔽特性的第二目的。
利用光子带传统技术，可以使用具有周期性结构的介电材料来控制在空间中行进的电磁波可以采用的能量状态。然而，使用传统光子带技术的目的是改变来自电磁波释放源(如天线、荧光体等等)的辐射特性。相反，本发明涉及一种新的结构，用于防止在用于提供射频磁场的天线附近分布的射频磁场耦合至导体。本发明的操作原理与该传统技术的操作原理明显不同。
一般而言，在使用光子带结构来辐射电磁波的许多示例中，沿辐射方向引入周期性结构的扰动。即，通过在辐射源附近区域中形成具有周期性改变的介电常数的配置，然后降低沿辐射方向的周期性程度，可以沿单一方向高效地释放电磁能量。在这种情况下，提供了由周期性结构实现的电磁波反射配置，以抑制沿不同于能量释放方向的方向上的电磁能量辐射。
相反，利用本发明的结构，沿射频磁场所穿过的方向放置传导配置，该传导配置被设计为控制电磁波的能量状态。其原因在于，本发明的结构不屏蔽在空间中行进的电磁波，而是选择性地屏蔽通过电流在传导带111上传播的电磁能量。按照这种方式，本发明的结构通过不同于传统技术的控制电磁能量的方法，避免了在指定频率fp处电磁能量传输的效率劣化。
在对比示例2和3中，指定频率fp的射频电流需要流过每个划分开口112的边缘，即电磁滤波器的传导部分。因此，将每个划分开口112的边缘的长度设置为槽谐振器的长度(例如1个有效波长)。对于使用1/2波长模式的谐振来设计频率选择性表面板的情况也是如此。相应地，在这种情况下，谐振电路的尺寸被设置为例如有效波长的大约一半。如果电功率传输系统的操作频率被设置为13.56MHz，则谐振槽天线需要具有每环路22m的大小。在使用介电常数为9的陶瓷材料的情况下，频率选择性表面板需要具有约3.7m的长度。即，在传统屏蔽配置中，使用与具有指定频率fp的电磁波的波长相对应大小的谐振电路，因此显然难以避免不必要电磁噪声的泄漏。针对划分开口设置的巨大尺寸使得难以将传统技术应用于移动AV设备。
相反，在本发明的实施例中，射频电流不流至划分开口112周围的传导带111。因此，可以不依赖于要发送或接收的射频磁场的波长来设计每个划分开口112的边缘的长度。因此，根据本发明，可以形成比传统技术的划分开口112小得多的划分开口112。由于较小的划分开口112，根据本发明的电磁滤波器103可以显著改进对低频带fL以及高频带fH的电磁噪声的屏蔽特性。
划分开口112对具有垂直极化的电磁噪声分量表现出屏蔽特性的频率可以是以下表达式2所表示的截止频率。
f＝30/(2×Xap))(GHz)...(表达式2)
通过将截止频率设置为高于指定频率fp，即使对于高于指定频率fp的高频带fH，也可以表现出电磁噪声抑制效应。利用专利文献No.2中公开的设备，使用谐振现象来提供在高频带fH中抑制电磁噪声的频带，因此高频带fH中的阻带较窄。相反，利用根据本发明的电磁滤波器的结构，高频带fH中的阻带跨越从截止频率至指定频率fp的较宽范围。因此，在用于开口划分的特定条件下，可以在非常宽的频带中提供噪声抑制特性。
(实施例2)
现在参照图8，描述本发明的实施例2。图8是示出了本实施例中包括电磁滤波器的电子设备的结构的截面图。
在本实施例中的电磁设备中，如图8所示，传导带11和带阻滤波器113在介电基板109的-Y表面上(即在屏蔽配置内部)形成。在本示例中，为了将传导带111和屏蔽导体101彼此电连接，沿接地导体110的内围、以指定间隔设置了多个通孔导体，以在接地导体110中的多个位置处穿透介电基板109。在图8中，示出了通孔导体107a和107b(以下利用参考标号“107”来统一表示)。每个通孔导体107的一端电连接至在介电基板109的-Y表面上的接地导体110，其另一端电连接至在介电基板109的+Y表面上的屏蔽导体101。换言之，本实施例的电磁滤波器包括用于将用作接地导体110的导体电连接至屏蔽导体101的端子。本实施例的结构的优选之处在于，传导带111和带阻滤波器213未暴露至屏蔽配置之外，因此不破坏电子设备的外观。
(实施例3)
现在参照图9，描述本发明的实施例3。图9是示出了本实施例中的电磁滤波器的结构的截面图。
在本实施例中，传导带111a至111c沿Z轴方向延伸，以将接地导体110中彼此面对的两侧边110b和110d电连接。传导带111a至111c沿X轴方向以指定间隔布置。因此，传导带111a至111c将屏蔽开口102划分为多个划分开口112。相应地，使得每个划分开口112沿X轴方向的长度Xap小于屏蔽开口102沿X轴方向的长度Xsc。因此，可以对电磁噪声表现出屏蔽效应。
(实施例4)
现在参照图10A，描述本发明的实施例4。图10A示出了根据本发明实施例的电磁滤波器的结构。
传导带111a至111c和传导带111d不限于在相同的传导平面上形成，而是可以在介电基板109的两个传导表面上分别形成，其中介电基板109是双面印刷电路板。
在图3所示的实施例中，传导带111a至111c与传导带111d在交叉点处互相电连接。在本实施例中，传导带111a至111c与传导带111d也可以在传导带111a至111c与传导带111d面对彼此的位置处，通过通孔导体107互相电连接。备选地，传导带111a至111c和传导带111d可以仅部分通过通孔导体107互相电连接，或者可以完全不连接。
根据本发明的实施例中的电磁滤波器103不限于覆盖整个屏蔽开口102。电磁滤波器103可以位于任何位置，只要电磁滤波器103至少部分面对天线105并且用作对抗天线105所耦合至的射频磁场的滤波器。
不必须如图2所示单独地提供屏蔽导体101和接地导体110并将其结合在一起。例如，与Y轴垂直的、屏蔽导体101的+Y表面可以完全由接地导体110形成。在这种情况下，屏蔽导体101和接地导体110可以被构造为至少部分集成在一起。
图10B是示出了由一个金属片整体形成屏蔽导体101和接地导体110的结构示例的截面图。接地导体110是屏蔽导体101中连接至传导带111的一部分。在本示例中，将接地导体110和屏蔽导体101集成，不需要彼此区分。在这种情况下，传导带111可以与接地导体110和屏蔽导体101整体地形成。
在上述实施例中，屏蔽导体101的开口102和接地导体110的开口202具有共同的形状和大小，并且被放置为使得其内围彼此匹配。本发明不限于此。屏蔽导体101的开口102可以大于或小于接地导体110的开口202。屏蔽导体101和接地导体110互相电导通，并可以用作一个导体。相应地，在本发明中，由传导带划分的“第一开口”是不存在屏蔽导体101也不存在接地导体110的区域。
本发明实施例中的电磁滤波器不限于具有平面形状。电磁滤波器可以被构造为具有以天线105的波源为中心的同心球形，或者可以是凹凸的。即使在这种情况下，也可以提供本发明的效果。即使在电磁滤波器是凹凸的情况下，也可以以与上述实施例中实质上相同的方式来构造多个传导带111。即使具有非平面结构的电磁滤波器也可以包括与第一方向平行、在包括屏蔽开口102的指定平面中设置的多个第一传导带111，还包括与第二方向(与第一方向交叉)平行、在上述平面(如图3或图10A中)中设置的第二传导带111。第一传导带111的至少一部分和第二传导带111的至少一部分可以互相连接。
本发明的实施例中的电磁滤波器可以包括具有如图3或图9所示的一个传导表面的印刷电路板，或者图10A所示的双面印刷电路板。电磁滤波器不限于具有这种结构，而是可以包括多层印刷电路板(包括3层或更多层)。电磁滤波器的每个传导部分(即接地导体110、传导带111、和带阻滤波器113的安装表面)可以由多层印刷电路板中的至少一个任意传导层形成。换言之，优选地在优选实施例中使用的印刷电路板可以包括用于形成传导带111和带阻滤波器113的至少一个传导层。
本发明实施例中的电磁滤波器不限于至少部分由介电基板或材料、或者磁基板或材料形成。当在电子设备的气密性方面没有问题时，可以将传导带完全暴露至空气，而无需介电材料支撑。
如上所述，根据本发明的优选实施例，每个传导带111均包括多个LC并联谐振电路113，每个LC并联谐振电路113用作带阻滤波器。因此，可以实现防止在指定频率fp处、去往和来自电磁滤波器所屏蔽的天线的无线电功率传输的效率劣化，并实现具有电磁噪声屏蔽效应的电磁滤波器，这是使用传统技术难以实现的。
天线105至少包括环形的或螺旋形的电感器电路和电容器电路。在使用谐振磁场来执行无线电功率传输的实施例中，天线105是在指定频率fp处谐振的谐振电路。在天线105中，可以利用集总常数元件(如片状电容器元件等等)，或者利用沿电感器线路以分布式方式产生的电容器，来实现电容器电路。在天线105中，电感器电路和电容器电路可以串联或并联连接。在优选实施例中，为了传输电功率，天线105与位于电子设备附近且在电子设备外部的另一天线磁耦合，并发送或接收电功率。该另一天线被设计为在与天线105的谐振频率大体上相等的谐振频率处谐振。
在本说明书中，关于谐振频率使用的表述“大体上相等”意味着两个谐振频率fT和fR具有以下关系。
|fT-fR|≤fT/QT+fR/QR...(表达式3)
在该表达式中，QT是第一天线的谐振器的Q因数，QR是第二天线的谐振器的Q因数。一般而言，在谐振频率为X，谐振器的Q因数为Qx的情况下，谐振器谐振的频带与X/Qx相对应。当fT和fR具有|fT-fR|≤fT/QT+fR/QR的关系时，在两个谐振器之间实现磁谐振耦合的能量传输。
如上所述，根据本发明，用于执行能量传输的两个天线的谐振频率fT和fR不需要完全互相匹配。为了基于谐振器的耦合来实现高效的能量传输，fT＝fR是理想的，但是fT与fR之间的差值充分小是可接受的。
当传统电磁感应系统用于无线能量传输时，天线105可以包括具有螺旋形状的电感器电路。优选地，电磁感应系统的天线对中的至少一个天线被配置为在用于无线功率传输的电磁波的频率处非谐振。与通过谐振磁耦合来进行无线能量传送的谐振天线不同，非谐振天线不需要电容器电路。非谐振天线可以具有电容器电路，但是由电容器电路和电感器形成的谐振电路可以具有与用于无线功率传输的电磁波的频率不同的谐振频率。根据该电磁感应系统，优选地，如果天线之间的距离较长，则天线对的耦合系数较高。为了获得较高的耦合系数，优选地，天线由具有磁芯的螺旋形电感器形成，该磁芯具有大于1的导磁率。
天线105所耦合至的其他天线的数目不限于1，根据本发明的电子设备中包括的天线105的数目不限于1。
用于带阻滤波器的电感器可以由例如集总常数电路(例如片状电路等等)来形成。电容器电路元件可以是相邻线路之间的间隙电容器，或者多层线路之间的层间电容器，以及片状电路元件。
(具体示例)
为了证明本发明的有利效果，在具体示例1中产生基于图9中所示结构的电磁滤波器，并在具体示例2中产生基于图3中所示结构的电磁滤波器。作为与这些示例进行对比的目标以及作为典型的传统示例，在具体对比示例1和2中产生电磁滤波器。在具体示例中和在具体对比示例中产生的电磁滤波器除了主要结构参数之外是相同的。在以下描述中，参考图1中所示的XYZ坐标系等等。
要容纳于屏蔽导体101中的接收天线105的结构如下。
使用液晶聚合物基板(厚度：100μm)作为天线基板。天线的传导部分在天线基板的大小为25cm×18cm的矩形区域上形成，并具有以下结构：其中由铜线螺旋形电感器与电容器元件串联连接。铜线具有500μm的宽度和35μm的厚度，天线的转数为2。谐振频率被设置为13.56MHz。
屏蔽开口102在Y＝0处的平面中形成，天线105位于Y＝5mm处的平面上。屏蔽开口的平面的大小为Xsc＝40cm；Zsc＝30cm。X＝Z＝0处的位置被定义为屏蔽开口的平面的重心，并与天线105的重心相匹配。作为要位于屏蔽导体之外的发射天线，在也具有100μm厚度的液晶聚合物基板上形成在13.56MHz处谐振的天线。发射天线的重心与屏蔽开口的平面的重心相匹配。作为发射天线，形成具有100μm宽度、35μm厚度、转数为6的铜螺旋形电感器，以占据10cm×10cm的面积。发射天线和接收天线之间沿Y轴的距离为2cm，因此在自由空间中，在发射天线与接收天线之间获得82.2％的良好传输效率。
在具体示例1中，基于图9所示的结构，在Y＝0处的平面上形成电磁滤波器，其中具有1mm宽度的传导带沿Z轴方向延伸。与图中不同，传导带的数目为7，Xap＝5cm，Zap＝30cm。带阻滤波器被设计为使得基于表达式1的谐振频率将在13.56MHz附近。具体地，90nH和Q＝25的片状电感器和1500pF的片状电容器彼此并联放置。在一个传导带上彼此相邻放置的每两个带阻滤波器之间的距离被设置为5cm。在具体对比示例1中，产生具有与具体示例1的电磁滤波器相同结构的电磁滤波器，只是传导带不具有带阻滤波器。与自由空间中天线之间的传输效率相比，具体对比示例1中的传输效率劣化了17.2％，而具体示例1中的传输效率仅劣化了0.5％。基于表达式2，将划分开口112对具有垂直极化分量的噪声的截止频率估计为3GHz。在13.56MHz附近具有约3MHz带宽的频带中，未获得抑制电磁噪声的效果。然而，在具体示例1和具体对比示例1中，通过引入划分开口112，在3MHz和30MHz频率处，均获得25dB或更大的、对具有垂直极化的噪声的抑制效果。应当注意，开始获得对具有水平极化的电磁噪声的抑制效果的截止频率为500MHz。
接下来，在具体示例2中，产生基于图3中所示结构的电磁滤波器，其中除了具体示例1的结构之外，具有1mm宽度的传导带沿X轴方向延伸。与图1中不同，沿Z轴方向的传导带的数目为5，Xap＝5cm，Zap＝5cm。在一个传导带上彼此相邻放置的每两个带阻滤波器之间的距离被设置为5cm。
在具体对比示例2中，产生具有与具体示例2的电磁滤波器相同结构的电磁滤波器，只是传导带不具有带阻滤波器。与自由空间中天线之间的传输效率相比，具体对比示例2中的传输效率劣化了36.1％，而具体示例2中的传输效率仅劣化了0.6％。对于具有垂直极化分量的电磁噪声和具有水平极化分量的电磁噪声，从Xap＝Zap＝5cm导出的划分开口112的截止频率是3GHz。在具体示例2和具体对比示例2中，通过引入划分开口112，在3MHz和30MHz频率处，对具有垂直极化的噪声和具有水平极化的噪声，均获得25dB或更大的噪声抑制效果。
工业实用性
根据本发明的电磁滤波器，即使在无线电功率传输设备安装在电子设备内部时，也不使电功率传输效率劣化，还能够抑制电磁噪声的泄漏。因此，在应用于移动AV设备时，根据本发明的电磁滤波器是有用的，因为这种电磁滤波器允许以简单的方式向移动AV设备充电并提供电功率。本发明还适用于以下应用：例如对电动汽车、电动摩托车和电动自行车提供电功率；对照明设备提供电功率；收集来自太阳能电池和燃料电池的电流；对电子设备提供电功率；等等。
附图标记列表
101 传导屏蔽配置、屏蔽导体
102 屏蔽开口
103 电磁滤波器
105 天线
106 介电支撑
107、107a、b 通孔导体
109 介电基板
110 接地导体
110a、b、c、d 沿接地导体的内围的侧边
111、111a至111d、21、21a至21f 传导带
112 划分开口
113、113a、113b、113c 带阻滤波器
115 传导带111d上的区域
116a、116b 传导带111a上的路径
203 电感器
205 电容器

Claims (22)

1.一种电磁滤波器，能够位于用于射频电功率的无线传输的发射天线和接收天线之间，所述电磁滤波器包括：
导体，具有第一开口；
至少一个传导带，所述传导带的两侧均电连接至所述导体，以将第一开口划分为多个第二开口；以及
多个带阻滤波器，设置在所述传导带上，用于防止在所述射频电功率的频率上电流在所述传导带中流动。
2.根据权利要求1所述的电磁滤波器，其中：
配有多个带阻滤波器的传导带包括：位于一条直线上的多个传导部分；以及
所述多个传导部分中在一条直线上彼此相邻的两个传导部分通过所述多个带阻滤波器之一而互相耦合。
3.根据权利要求1或2所述的电磁滤波器，其中，所述多个带阻滤波器均为LC谐振电路。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电磁滤波器，还包括：介电基板，用于支撑导体和传导带。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的电磁滤波器，包括：包括至少一个传导层的印刷电路板，
其中，所述传导带和所述多个带阻滤波器由所述传导层形成。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的电磁滤波器，其中，所述射频电功率的频率在10kHz至10GHz范围上。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的电磁滤波器，其中，所述多个第二开口具有如下的至少一个第二开口：所述至少一个第二开口的周长小于由所述射频电功率的频率定义的电磁波的波长。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的电磁滤波器，其中，在由所述射频电功率的频率定义的电磁波的波长为λ的情况下，所述多个带阻滤波器以不同于(N/2)×λ的间隔布置在传导带上。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的电磁滤波器，其中，所述至少一个传导带包括：
沿与第一开口平行的平面中包括的第一方向延伸的第一传导带；以及
沿与所述平面中包括的与第一方向交叉的第二方向延伸的第二传导带。
10.根据权利要求9所述的电磁滤波器，其中，第一传导带的至少一部分与第二传导带的至少一部分互相连接。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的电磁滤波器，包括：用于将所述导体电连接至所述电磁滤波器能够附着至的电子设备的屏蔽导体的端子。
12.一种电子设备，包括：
天线，用于射频电功率的无线传输；以及
电磁滤波器；
其中，所述电磁滤波器包括：
导体，具有第一开口；
至少一个传导带，所述传导带的两侧均电连接至所述导体，以将第一开口划分为多个第二开口；以及
多个带阻滤波器，设置在所述传导带上，用于防止在所述射频电功率的频率上电流在所述传导带中流动。
13.根据权利要求12所述的电子设备，其中：
配有多个带阻滤波器的传导带包括：位于一条直线上的多个传导部分；以及
所述多个传导部分中在一条直线上彼此相邻的两个传导部分通过所述多个带阻滤波器之一而互相耦合。
14.根据权利要求12或13所述的电子设备，其中，所述多个带阻滤波器均为LC谐振电路。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的电子设备，其中，所述导体电连接至封装所述天线的屏蔽导体。
16.根据权利要求12至15中任一项所述的电子设备，其中，所述导体是封装所述天线的屏蔽导体。
17.根据权利要求12至16中任一项所述的电子设备，其中，所述射频电功率的频率在10kHz至10GHz范围上。
18.根据权利要求12至17中任一项所述的电子设备，其中，所述多个第二开口具有如下的至少一个第二开口：所述至少一个第二开口的周长小于由所述射频电功率的频率定义的电磁波的波长。
19.根据权利要求12至18中任一项所述的电子设备，其中，在由所述射频电功率的频率定义的电磁波的波长为λ的情况下，所述多个带阻滤波器以不同于(N/2)×λ的间隔布置在传导带上。
20.根据权利要求12至19中任一项所述的电子设备，其中，所述至少一个传导带包括：
沿与第一开口平行的平面中包括的第一方向延伸的第一传导带；以及
沿与所述平面中包括的与第一方向交叉的第二方向延伸的第二传导带。
21.根据权利要求20所述的电子设备，其中，第一传导带的至少一部分与第二传导带的至少一部分互相连接。
22.根据权利要求12至21中任一项所述的电子设备，包括：包括至少一个传导层的印刷电路板，
其中，所述传导带和所述多个带阻滤波器由所述传导层形成。
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