CN102318136A - 用于高速数据传送和无线能量传送的天线装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及天线装置(100、200)、电子通信装置(502、506)和电子通信设备(500)。通过使用平行板型的天线来在两个电子通信装置之间进行耦合，可以在这些电子通信装置之间提供高速数据传送，以及对该两个电子通信装置中的至少一个提供无线能量充电。
Description
技术领域
本发明总体上涉及天线装置(antenna arrangement)、电子通信装置(electroniccommunication device)和电子通信设备(electronic communication set)，更具体地说，涉及用于高速数据传送和无线能量传送的天线装置、电子通信装置和电子通信设备。
背景技术
诸如移动电话的便携式通信装置变得越来越密实(dense)。在空间和重量方面对移动电话中的大多数(如果不是全部)单元和结构性特征进行优化，以使得移动电话的尺寸和重量减小。
已经通过例如在诸如牙刷的家用电器中的应用展示了无线能量传送。最近，Palm展示了用于对移动电话进行充电的充电座(charging dock)。通过使用磁体来将设置在底座(dock station)上的移动电话在正确的位置中对齐，以进行充电。
需要在底座中提供磁体是一个缺点。而且，在移动电话中提供磁场响应装置会占据空间，并且是不经济的。
Transfer Jet是由索尼(Sony)公司最近提出的技术，该技术用于在相对小距离(长达约3cm)内的设备之间进行高达500MB/s的高速数据传送。
由于争取减小各个单元所需的空间，所以也需要在包括Transfer Jet技术的移动电话的经缩小的空间内提供天线。
因而需要为具有明显的(pronounced)空间限制的移动电话提供另选的天线。
发明内容
本发明致力于为电子通信装置提供一种天线解决方案。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于电子通信装置的天线装置，所述天线装置包括：导电天线片，该导电天线片具有第一馈电点(feeding point)，该第一馈电点用于收发按照在至少第一维度中被极化的电场的形式的射频信号，所述导电天线片被设置为在所述电场的近场区域中提供耦合，使得能够相对于所述导电天线片进行高速数据传送，所述导电天线片还被设置为在所述导电天线片连接至能量传送装置时提供所述电场的耦合，使得能够相对于所述导电天线片进行无线能量传送。
根据本发明的另一个方面，提供了一种用于收发信息的电子通信装置，其中，所述电子通信装置包括天线装置，该天线装置包括具有第一馈电点的导电天线片，所述第一馈电点用于收发按照在至少一个维度中被极化的电场的形式的射频信号，所述导电天线片被设置为在所述电场的近场区域中提供耦合，使得能够相对于所述导电天线片进行高速数据传送，所述导电天线片还被设置为在所述导电天线片连接至能量传送装置时提供所述电场的耦合，使得能够相对于所述导电天线片进行无线能量传送。
根据本发明的另一个方面，提供了一种电子通信设备，该电子通信设备包括：用于收发信息的第一电子通信装置，其中，该电子通信装置包括第一天线装置，所述第一天线装置包括第一导电天线片，该第一导电天线片具有第一馈电点，该第一馈电点用于收发按照在至少一个维度中极化的电场的形式的射频信号，所述导电天线片被设置为在所述电场的近场区域中提供耦合，使得能够相对于所述第一导电天线片进行高速数据传送，其中，所述第一导电天线片还包括第二馈电点，该第二馈电点用于收发按照在所述第一维度和第二维度中被极化的电场的形式的所述射频信号，使得所述第一天线装置能够在所述电场的近场区域中提供双极化射频场耦合，所述第一电子通信装置还包括连接至所述第一天线装置的所述第一导电天线片的第一无线能量传送装置，所述第一导电天线片还被设置为提供所述电场的耦合，使得能够在靠近所述电场的所述第一导电天线片的范围内进行无线能量传送，使得能够相对于所述第一导电天线片进行无线能量传送；以及用于收发信息的第二电子通信装置，其中，该电子通信装置包括第二天线装置，所述第二天线装置包括第二导电天线片，该第二导电天线片具有第一馈电点，该第一馈电点用于收发按照在至少第一维度中被极化的电场的形式的射频信号，所述第二导电天线片被设置为在所述电场的近场区域中提供耦合，使得能够相对于所述第二导电天线片进行高速数据传送，其中，所述第二导电天线片还包括第二馈电点，该第二馈电点用于收发按照在所述第一维度和第二维度中被极化的电场的形式的射频信号，使得所述第二天线装置能够在所述电场的近场区域中提供双极化射频场耦合，所述第二电子通信装置还包括连接至所述第二天线装置的所述第二导电天线片的第二无线能量传送装置，所述第二导电天线片还被设置为提供所述电场的耦合，使得能够在靠近所述电场的所述第二导电天线片的范围内进行无线能量传送，使得能够相对于所述第二导电天线片进行无线能量传送，其中，在将所述第一导电天线片设置为靠近所述第二导电天线片时，通过所述第一导电天线片与所述第二导电天线片之间的极化RF耦合来使得能够进行高速数据传送和无线能量传送。
应当强调的是，当在本说明书中使用术语“包含/包括(comprises/comprising)”时是用来指明所提到的特征、整体、步骤或组件的存在，但是不排除一个或更多个其它的特征、整体、步骤、组件或者它们的组合的存在或添加。
附图说明
为了更具体地说明本发明及其优点和特征，下面将参照附图来描述实施方式，附图中：
图1和图2例示了根据本发明的一些实施方式的天线装置的形状；
图3A和图3B例示了根据一些实施方式的在两个不同的方向中示出的电子通信装置；
图4A和图4B例示了根据一些实施方式的在两个不同的方向中示出的电子通信装置；
图5例示了彼此相距一距离设置的两个电子通信装置；以及
图6例示了根据本发明的一些实施方式的电子通信设备。
具体实施方式
现在将参照以上所示的附图来说明本发明的几个实施方式。
图1示出了根据本发明的一些实施方式的天线装置110。天线装置100包括正方形的导电天线片101。在该正方形的正交的第一边和第二边的边缘(periphery)附近分别设置有第一馈电点102和第二馈电点104。在利用射频信号对第一馈电点102进行馈电时，可以在导电天线片101获得线极化电场S-110，该线极化电场S-110在与最靠近所述第一馈电点102的边正交的方向上被极化。在利用射频(RF)信号对第二馈电点104进行馈电时，可以获得如在图1中垂直地例示的线极化电场S-110。在利用RF信号对第一馈电点102和第二馈电点104进行馈电时，可以在导电天线片101获得双极化，如分别由电场垂直极化S-110和电场水平极化S-112所指示的。
在图2中示出了环状的圆形天线装置200。与图1所例示的天线相似，第一射频馈电点202和第二射频馈电点204被设置在环状天线装置200上。在利用第一射频信号和第二射频信号对第一馈电点202和第二馈电点204进行馈电时，第二信号相对于第一频率信号的相位有90度或pi弧度的相移，可以在环状导电天线片201中得到圆极化电场S-210。
可以通过以下步骤来提供相移：将射频信号分离；以及使该分离的两半的路径相差与波长的四分之一相对应的距离。
在具有单个馈电点的天线处可以得到圆极化。然而，在这种情况下必须对天线进行特别的设计以产生圆极化。这可以例如通过以下步骤来实现：使用近似正方形的天线，其中，该正方形中的两对边是不等长的，例如，一对比谐振尺寸小而另一对比谐振尺寸稍长；以及在该正方形的角部(corner)附近设置馈电点。
可以通过使用直接电流接触(galvanic contact)来将馈电点连接至各个导电天线片。
图3A和图3B示意性地例示了在两个正交的方向上示出的电子通信装置302、402。图3A中示出了电子通信装置302的背面。304所描绘的是天线装置304，该天线装置304在该图中被例示为正方形。
图3B中示出了电子通信装置306的侧视图。在图3A中通过304所描绘的天线装置在图3B中通过308来描绘，并且将该天线装置设置在电子通信装置306的边缘。根据本发明的一些实施方式，可以将天线装置308设置在移动电话的壳或盖中，使得该天线装置308被设置在电池(未示出)的外部，该电池通常位于该移动电话的背面。
图4A和图4B分别示出了电子通信装置402和406。与图3A和图3B的视图相似，图4A和图4B分别是移动电话的背视图和侧视图。
在图4A中，例示了电子通信装置402的背面，以展现基本上为圆环形式的天线装置404。在图4B的侧视图中，相对于电子通信装置406的外部尺寸例示了天线装置408的位置，表明天线装置408可以被设置为靠近电子通信装置406的外边界(exterior boarder)。
此外，该天线装置可以被设置在移动电话(作为电子通信装置的一个示例)的后壳中，或者至少在移动电话的壳的附近和/或与移动电话的壳直接接触。
可以提到的是，根据本发明的至少一些实施方式，图3A、图3B、图4A和图4B中示出的电子通信装置可以是移动电话。
图5中示出了电子通信设备500，该电子通信设备500包括彼此相距距离510彼此平行地设置的第一电子通信装置502和第二电子通信装置506，其中，第一天线装置504被设置为与第二天线装置508相对。
应当提到的是，根据本发明的一些实施方式，天线装置被设置用于诸如TransferJet的高速数据传送。
针对诸如Transfer Jet的高速数据传送进行工作的天线装置被设置为具有大约为工作频率的波长的一半的外部尺寸。可以注意的是，一般的天线理论规定谐振贴片天线(patch antenna)或微带天线(microstrip antenna)具有在工作频率的波长的一半的量级的外部尺寸。
此外，电子通信装置502和506可以包括连接至不同的天线装置的能量传送装置，以在将该两个电子通信装置502、506相对于彼此靠近510设置时，对该两个电子通信装置502、506中的至少一个提供无线能量充电。
应当提到的是，本文所使用的无线是指不需要天线装置之间的电流接触的先决条件。因而术语“无线”也包含没有电流接触的直接接触。
例如，可以通过位于电子通信装置506中的源电池来对位于电子通信装置502中的电池进行充电，反之亦然。
图6中示出了电子通信设备600，该电子通信设备600包括靠近充电站(chargingstation)610的电子通信装置602(作为电子通信装置的一个示例)，该充电站610被设置为对移动电话602进行充电。通过该两个装置的第一天线装置606和第二天线装置612之间的强耦合，使得能够进行有效的无线能量充电。
可以通过以下步骤来获得强耦合：在各个天线装置的导电天线片之间使用短的距离；以及使用具有大的面积的天线片。
在图6中，移动电话602被示出为具有包围移动电话602的内部604的壳或盖608，因此当将移动电话602设置在充电站610上时，移动电话的导电天线片606与充电器610的导电天线片612之间的距离近似地对应于移动电话的壳或盖608的厚度。
为了在第一天线片与第二天线片之间提供强耦合以进行有效的充电，应当保持该两个天线装置之间的距离较小，即，大约1毫米或者至少小于1厘米。
因此，在允许两个天线片彼此接触的情况下可以得到相当强的耦合。为了防止磨损(wear)和划伤(tear)，可以在一个或者两个天线装置上提供薄的盖或者膜。
因而针对实际的理由，盖或壳608可以用在天线片606的外部，其中，盖或壳优选地由诸如用于大多数移动电话的塑料材料的绝缘材料制成。
在大约700MHz至大约10GHz的频率上工作时，将优选地选择绝缘材料来进一步提供大多数能量而不吸收电磁能，以在盖608中获得低能量损耗。
因而，优选的是，绝缘材料的复介电常数具有小的虚部，其中，该虚部与所选择的材料中的能量耗散或损耗相关。
根据本发明的一些实施方式，天线装置被设置为在大约700MHz至大约10GHz的量级的频率(为针对高速数据传送的频率数据)(优选地大约4.48GHz)、在第一天线片606与第二天线片612之间提供有效的(significant)耦合。
本文所讨论的高速能量传送技术包括Transfer Jet。
通过在移动电话的壳或盖中或者至少在移动电话的电池的外部后侧(即，在移动电话的电池的背面)设置天线装置，来在该电话的内部使用最小的空间，由此该移动电话所需的空间变得更小。因而可以将该天线装置设置在该移动电话的后壳中。该壳可以是该移动电话的电池盖，也可以不是该移动电话的电池盖。
由于可以将天线装置设置在电子通信装置或移动电话的表面或边缘的附近，所以电场的近场区域中的电场的有限范围不会导致过低的信号的问题。相反，由于覆盖范围(reach)相对短，所以可以将相距较远距离的各个装置之间的干扰保持为最小。
针对无线能量充电，优选的是两个导电天线片靠近，该两个导电天线片之间的距离通常小于1厘米。
根据本发明的一些实施方式，天线装置可以包括单一(singular)馈电点，使得在利用RF信号对所述馈电点进行馈电时，在天线装置的天线片处得到线极化电场。
根据本发明的一些实施方式，天线装置可以包括单一馈电点，并且其中，该天线被设计为使得在利用RF信号对所述馈电点进行馈电时，在天线装置的天线片处得到圆极化电场。
具有线极化天线的第一电子通信装置可以向具有线极化天线的另一个电子通信装置提供近场耦合。在这种情况中，该两个天线之间的耦合取决于该两个天线的相对方向。平行的或者反平行(anti-parallel)的方向可以提供充分的(substantial)耦合，而该两个天线的正交的相对方向提供最小的耦合。
在包括具有线极化的第一天线装置的第一电子通信装置的电子通信设备中，可以利用具有双极化的第二天线装置的第二电子通信装置来实现近场耦合。在具有单极化的天线与具有双极化的天线之间的相互作用的这种情况中，该耦合更加独立于第一天线装置与第二天线装置的相对方向。
在第一电子通信装置和第二电子通信装置各自具有双极化的天线装置的情况中，由于两个天线可以在两个不同的维度接收极化，所以第一天线装置和第二天线装置的相对方向是较不重要的。可以将来自一个天线装置的各个极化分离为在另一个天线的任何两个正交方向中的两个极化分量。
根据本发明的一些实施方式，第一天线装置和第二天线装置可以被设置为双极化，并且对第一馈电点进行馈电的射频信号相对于要对第二馈电点进行馈电的射频信号的相位具有90度或pi弧度的相移。通过利用这些经相移的信号对第一馈电点和第二馈电点进行馈电，在天线片处获得了圆极化电场。为了获得这种圆极化，该天线片必须被设置为使得可以获得这种极化模式。一个前提是该天线片的形状的限制，即，该天线片的形状必须是圆形。具有圆形外径的环形也满足针对天线装置处的圆极化的要求。
根据另选例，第一天线装置和第二天线装置可以被设置为从具有单一天线馈电的导电天线片产生圆极化。通过提供近似正方形的天线片(其中两个相对的边比工作频率的波长的一半略长，并且其它相对的边比工作频率的波长的一半略短)，在将射频信号馈送至该近似正方形的角部附近的位置时，所得到的极化可以是圆极化。
由于该两个天线之间的近场区域中的耦合随着面积的增大而增大，所以具有更大的相互作用面积的天线(即，更大的导电天线片)可以提供更强的耦合。因此，两个非常靠近的圆形片之间的耦合比具有在圆形导电天线片的直径的量级的外径的两个环形片之间的耦合强。
可以阐明的是，当在本文中提到电场时，应当理解，电磁场伴随有形成电磁场的对应磁场。
至少一些实施方式具有多个优点，这些优点中的一些优点是：
通过使用根据本发明的天线装置，可以在缺少空间的电子通信装置中提供高速数据传送和能量充电。
通过使用根据本发明的天线装置，相同的天线装置可以用于所述双重功能，为如何在空间受限的电子通信装置中实现所述双重功能的问题提供了解决方案。
虽然以上示出的天线装置被例示为平面的，但是实际上对于这些天线装置没有平面性的要求。相反，这些天线装置可以有利地很好地符合电子通信装置和移动电话的物理结构。只要在针对无线能量传送的情况中获得合理的靠近，就能很好地保持该技术效果。
要强调的是，可以按照许多方式来改变本发明，本发明的所示出的实施方式仅是少数示例。因此，这些实施方式是非限制性的。然而，本发明的范围由随后的权利要求来进行限定。
Claims (14)
1.一种用于电子通信装置的天线装置(100)，所述天线装置包括：
-导电天线片(101)，该导电天线片(101)具有第一馈电点(102)，该第一馈电点用于收发按照在至少第一维度被极化的电场(S-112)的形式的射频信号，所述导电天线片(101)被设置为在所述电场的近场区域中提供耦合，使得能够相对于所述导电天线片(101)进行高速数据传送，所述导电天线片(101)还被设置为：当所述导电天线片(101)连接至能量传送装置时提供所述电场的耦合，使得能够相对于所述导电天线片进行无线能量传送。
2.根据权利要求1所述的天线装置(100)，其中，所述导电天线片(101)还包括第二馈电点(102)，所述第二馈电点(102)用于收发按照在第一维度和第二维度被极化的电场(S-110、S-112)的形式的所述射频信号，使得所述天线装置能够在所述电场的近场区域中提供双极化射频场耦合。
3.根据权利要求2所述的天线装置(100)，其中，所述第一馈电点和第二馈电点(102、104)被设置在相对于彼此正交的所述导电天线片上，以提供正交的第一射频场极化和第二射频场极化(S-110、S-112)。
4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的天线装置(100)，其中，所述导电天线片(101)基本上是正方形的。
5.根据权利要求2所述的天线装置(100、200)，其中，所述导电天线片(201)基本上是圆形的。
6.根据权利要求2或5所述的天线装置(100、200)，其中，所述导电天线片(201)具有环形。
7.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的天线装置(100、200)，其中，所述导电天线片(101、201)被设置为在大约700MHz至10GHz的射频范围内，优选地在大约4.48GHz，进行高速数据传送。
8.一种用于收发信息的电子通信装置(302、306、402、406、502、506、602、610)，其中，所述电子通信装置包括：
-根据权利要求1所述的天线装置(100)。
9.根据权利要求8所述的电子通信装置(302、306、402、406、502、506、602、610)，其中，所述天线装置还包括根据权利要求2至7中任一权利要求所述的天线装置(100、200、304、308、404、408、504、508)，所述电子通信装置还包括：
-无线能量传送装置，该无线能量传送装置连接至所述天线装置(100、200、304、308、404、408、504、508)的所述导电天线片(606、612)，使得能够在靠近所述电场的所述导电天线片(606、612)的范围内进行无线能量传送，使得能够相对于所述导电天线片(606、612)进行无线能量传送。
10.根据权利要求9所述的电子通信装置(402、406)，针对该电子通信装置(402、406)，所述天线装置(200)是圆形的或者具有环形，所述电子通信装置(402、406)还包括相移单元，该相移单元用于提供针对所述第二馈电点的所述射频信号的相对于针对所述第一馈电点的所述射频信号的相位的相移，以提供圆极化电场(S-210)。
11.根据权利要求8至10中任一权利要求所述的电子通信装置，其中，所述电子通信装置包括移动电话。
12.根据权利要求9至11中任一权利要求所述的电子通信装置(302、306、402、406、502、506、602、610)，其中，所述电子通信装置包括被设置为对移动电话(602)进行充电的充电站(610)。
13.根据权利要求9至12中任一权利要求所述的电子通信装置(302、306、402、406、502、506、602、610)，其中，所述无线能量传送装置被设置为在大约500KHz至大约10MHz的频率范围内的频率上工作。
14.一种电子通信设备(500、600)，该电子通信设备(500、600)包括：
-第一电子通信装置(502、602)，以及
-第二电子通信装置(506、610)，其中，相应的第一电子通信装置和第二电子通信装置中的每一个是根据权利要求9至12中任一权利要求的，
其中，在将所述第一导电天线片设置为靠近(510)所述第二导电天线片时，通过所述第一导电天线片与所述第二导电天线片(606、612)之间的极化RF耦合来使得能够进行高速数据传送和无线能量传送。
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