CN105098380A - 躯体通信天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电磁感应天线，包括：具有第一板和与第一板分隔开的第二板的电容器；和包含围绕第一板的绕组的电感器；其中所述电容器和电感器是电连接的，其中所述电容器是电场天线，和其中所述电感器是磁场天线。

Description

躯体通信天线

技术领域

各种示范的实施例涉及电磁感应无线电。

背景技术

存在多种用于近距离通信的无线系统。一些系统用于在躯体周围通信，其他的系统可能是被用于在其他对象中或周围通信。例如，最近，基于射频的助听器被考虑用于无线通信。经常的，这样的助听系统在2.4GHz的ISM频段中操作的。这样的系统通过横波传播特征，磁场和电场同相，并且覆盖相对大的范围，大约为30米。远距离可能会导致通信内容的安全问题，也可能导致干扰。而且，因为它们的较高的工作频率，这样的系统是被躯体严重影响的。

更多的助听器应用无线通信方法的磁场感应。不幸的，基于无线系统的磁场感应具有有限的范围，如果天线是比较小，例如需要用在助听器中。不能用基于磁场感应的系统用天线来延伸到躯体的所有部分。因此，很难用这样的系统来提供助听器和手持控制器之间的通信。

发明内容

根据本发明的第一个方面，提供一种电磁感应天线，包括：具有第一板和与第一板分隔开的第二板的电容器；和包含围绕第一板的绕组的电感器；其中所述电容器和电感器是电连接的，其中所述电容器是电场天线，和其中所述电感器是磁场天线。

进一步包括耦合到所述电容器和电感器的调谐电容器，用于产生在特定频率下操作的谐振电路。

根据本发明的一个方面，提供一种电磁感应无线收发器，包括：如第一个方面所述的电磁感应天线；和信号源，被配置为生成用于驱动所述电磁感应天线以产生电磁感应场的通信信号，其中，所述收发器在连接到躯体的时候，被配置为与另一个连接到躯体的电磁感应无线收发器通信。

进一步地包括耦合到信号源的电压控制单元，该电压控制单元被配置为产生振幅差、相位差中的一个，通信信号之间的振幅差和相位差被用于驱动磁场天线和电场天线。

进一步地包括控制器，该控制器包括数据处理单元和信号处理单元，其中该控制器控制所述电压控制单元的操作。

根据本发明的一个方面，提供一种助听器，包括：如第一个方面所述的电磁感应天线；和信号源，被配置为生成用于驱动所述电磁感应天线以产生电磁感应场的通信信号，其中，该助听器在连接到躯体的时候，被配置为与另一个连接到躯体的助听器通信。

进一步地包括连接到电磁感应天线的接收器，该接收器被配置为接收来自另一个连接到躯体的助听器的通信信号。

根据本发明的一个方面，提供一种助听器，包括：如第一个方面所述的电磁感应天线；和连接到所述电磁感应天线的接收器，该接收器被配置为接收来自另一个连接到躯体的助听器的通信信号。

根据本发明的一个方面，提供一种助听器，包括：如第一个方面所述的电磁感应天线；和连接到所述电磁感应天线的接收器，该接收器被配置为接收来自接近躯体的桥接设备的通信信号，其中该通信信号包括来自与桥接设备通信的遥控设备的音频数据。

进一步地包括信号源，该信号源被配置为生成用于驱动电磁感应天线以产生电磁感应场的通信信号，其中助听器在连接到躯体时被配置为向连接到躯体的桥接设备发送通信信号。

根据本发明的一个方面，提供一种助听器，包括：如第一个方面所述的电磁感应天线；和连接到所述电磁感应天线的接收器，该接收器被配置为接收来自接近躯体的遥控设备的通信信号，其中助听器被配置为由所述来自遥控控制的通信信号来控制其操作。

进一步地包括信号源，该信号源被配置为生成用于驱动电磁感应天线以产生电磁感应场的通信信号，其中助听器在连接到躯体时被配置为向连接到躯体的遥控控制设备发送通信信号。

根据本发明的一个方面，提供一种手腕式设备，包括：如第一个方面所述的电磁感应天线；和信号源，该信号源被配置为生成用于驱动所述电磁感应天线以产生电磁感应场的通信信号，其中，手腕式设备在连接到躯体时被配置为与另一个连接到躯体的设备通信。

进一步地包括连接到电磁感应天线的接收器，该接收器被配置为接收来自另一个连接到躯体的设备的通信信号。

根据本发明的一个方面，一种手腕式设备，包括：如第一个方面所述的电磁感应天线；和连接到所述电磁感应天线的接收器，该接收器被配置为接收来自另一个连接到躯体的设备的通信信号。

根据本发明的一个方面，一种手腕式设备，包括：如第一个方面所述的第一电磁感应天线；和第一个方面所述的第二电磁感应天线，该第二电磁感应天线并联连接到第一电磁感应天线；和信号源，该信号源被配置为生成用于驱动所述第一电磁感应天线和第二电磁感应天线以产生电磁感应场的通信信号，其中，手腕式设备在连接到躯体时被配置为与另一个连接到躯体的设备通信。

17.如权利要求16所述的手腕式设备，进一步地包括连接到第一电磁感应天线和第二电磁感应天线的接收器，该接收器被配置为接收来自另一个连接到躯体的设备的通信信号。

根据本发明的一个方面，一种手腕式设备，包括：如第一个方面的第一电磁感应天线；和如第一个方面所述的第二电磁感应天线，该第二电磁感应天线连接到第一电磁感应天线；和

连接到所述第一电磁感应天线和第二电磁感应天线的接收器，该接收器被配置为接收来自另一个连接到躯体的设备的通信信号。

附图说明

图1示出了无线通信系统的结构图；

图2示出了无线通信系统在操作期间电场和磁场线的图表；

图3示出了接近躯体的耦合电容器CE1和CE2；

图4示出了电磁感应无线电的实施例的结构图；

图5示出了使用磁场感应的通信系统和使用磁场感应的通信系统的比较的范围；

图6描述了控制器和/或显示装置；

图7示出了天线附近的的区域是如何被划分成不同区域的；

图8示出了现有技术的磁性天线；

图9示出了现有技术的电的天线；

图10示出了躯体通信天线的第一实施例；

图11示出了设置在手臂上的躯体通信天线的第一实施例；

图12示出了躯体天线的集中模型；

图13示出了谐振的发射电路中的图12的躯体天线的集中模型；

图14示出了躯体天线可能用无线电延伸的更进一步地实施例；

图15示出了躯体通信天线的第二个实施例；

图16示出了包括躯体天线AS的助听器H的前视图；

图17示出了躯体天线AS的集中模型；

图18示出了谐振发射电路中的躯体天线AS的等效电学模型；

图19示出了躯体天线的另一个实施例；

图20示出了包括与连接器大体相同形状的连续的嵌入的线圈的线圈；

图21示出了包括躯体天线的手环的实施例；

图22示出了包括躯体天线的手环的另一个实施例；

图23示出了图22的手环中的躯体天线的等效电学图解；

图24示出了与使用EIR无线电的助听器相互作用的遥控器；

图25示出了用蓝牙接收来自电视的音频数据的桥接装置；

图26示出了用蓝牙接收来自电话2630的音频数据的桥接装置；

图27示出了EIR系统的另一个实施例；和

图28示出了与具有MI系统的图27的EIR的系统中的电压相比较的仿真结果。

具体实施方式

描述和图说明了本发明的多个方面。

这里描述的电磁感应无线电改善链路预算并延伸通信距离。该链路预算如下定义，

$\mathrm{Link\; Budget}\left[\mathrm{dB}\right]=20\log 10\left(\frac{V_{\mathrm{Rx}}}{V_{\mathrm{Tx}}}\right),$

其中，VTx是发射器天线上的发射电压；VRx是在接收器天线上收到的电压。

本发明可能改善链路预算、延伸到整个躯体的距离，启用接近躯体的设备之间的通信，包括连接到第一躯体的第一设备，连接到第二躯体的第二设备，使得第一设备与第二设备通信，其中第一躯体和第二躯体是通过磁和电的近场耦合连接的。尽管超过两个躯体之间的通信是可能的，但是实施例为简单起见，只使用两个活体。使用无线电收发器的多设备也是可能的；但是实施例为简单起见只使用两个设备或者无线电收发器。

磁场是通过第一线圈的电流产生的。电场是通过第一耦合电容器产生的，第一耦合电容器具有耦合到躯体的第一传导板和耦合到环境的第二传导板。无线通信系统不是接地的。磁场和电场可以由接近躯体的另一个板通过第二线圈和第二耦合电容器接收，第二电容器具有耦合到躯体的第一传导板和耦合到环境的第二传导板。

图1示出了无线通信系统的框图。图2示出了无线通信系统在操作期间电场线和磁场线的图。图1的无线通信系统包括发射机XMTR和接收器RCVR。发射机XMTR和接收器RCVR之间的通信是通过电场和磁场的结合来完成的，后面将进一步描述。发射机XMTR和接收器RCVR与人的躯体HB以夸张的距离隔开，以便于显示电场。任何其他的躯体可以替代图1、图2和图3中的活体。磁场H1是通过线圈1产生的。电场E1可以通过耦合电容器CE1上的电压产生。耦合电容器CE1具有耦合到人的躯体HB的第一传导板和耦合到环境的环境的第二传导板。设置电容器C1和C2让相应的电路谐振在要求的工作频率上。

磁场H1和电场E1可能是通过使用电源S1和S2的同一个电压产生的。相应地，电源S1和S2产生传输的通信信号。在说明性的实施例中，电源S1和S2可能产生线圈L1两端的平衡电压。然而线圈L1两端的电压可能是不平衡的，在该例中只要求一个电源。

磁场H2和电场E2(它们分别于磁场H1和电场E1具有不同的振幅)可能由位于接近躯体的另一个得放的接收器RCVR通过线圈L2和耦合电容器CE2接收。信号检测器检测RCVR收到的信号。耦合电容器CE2具有耦合到人的躯体HB的第一传导板和耦合到环境的第二传导板，线圈L1和L2具有互感系数M。

图1显示了实施例的允许定向通信的发射机XMTR和接收器RCVR。在另一个实施例中，XMTR和RCVR可能是收发器，因此也可以是双向的通信。

驱动电路没有详细说明，信号处理电路、扩音器、控制电路等等。.虽然这样的结构可能被视为包括在图1中的CX或者CR表示的模块中。

无线通信系统在躯体附近使用无线电磁场通信方法通信。电磁感应场是磁场H1和电场E1的结合，没有意图形成横向辐射的波。磁场H1是由磁性天线产生的，电场E1是由耦合电容器CE1上的电压产生的。耦合电容器CE1具有耦合到躯体HB的第一传导板P11和耦合到环境的第二传导板P12。无线系统包括发射机XMTR和接收器RCVR，无线系统不是连接到地的。应该知道的是，电场线E1和E2沿躯体HB的长度往下延伸。

创造磁场和电场的结合，活体和环境之间存在电场。磁感应场与空气中的电源的之间的距离每增加十个，磁感应场就减少60db，然而电感应场与电源的距离增加十个，磁感应场减少小于60db。

磁场H2和电场E2可以由接近躯体的另一个位置的接收器依靠线圈L2和耦合电容器CE2接收，耦合电容器CE2具有耦合到躯体的导电板P21和到环境中的导电板P22。

在讨论的实施例中，线圈和耦合电容器非常小(如小于电场E1，E2和磁场H1，H2的波长的5％)，这样就不会有显著的不期望的横向辐射波的产生。

在一个实施例中，线圈和L1和L2是未筛的并且小于所选的操作的波长。电容器CE1和CE2各自有导电面，就是图3中的P11和P22，它们接近躯体或者与活体接触，示范性的，是躯体HB。图3的板P12和P22的相反的面，比起躯体HB，更接近于环境，板的尺寸小于(理想的小很多)所选的操作的波长。优选的，板P12和P11是平行的并且有相同的形状，但是也可以允许它们为不同的大小并且只有部分平行(有点不平行)或者并排。对板P21和P22来说也是一样的。

图3示出了接近躯体HB的耦合电容器CE1和CE2。耦合电容器CE1的导电板P11与躯体HB耦合。耦合电容器CE1的导电板P12与环境耦合。耦合电容器CE2的导电板P21与躯体HB在另一个位置耦合。耦合电容器CE1的导电板P22与环境耦合。CE1有耦合因数CP1，CE2有耦合因数CP2。耦合因数CP1和CP2在通信系统的链路预算中有用。

板P11，P12，P21和P22可能是由导电材料制造的，例如通常是金属，板P11，P12，P21和P22可能有各种形状，可能被绝缘材料围绕，以便CE1和CE2的整体结构能实现电容的功能。通常，电容器CE1和CE2的尺寸相对于操作的波长应该小。

然而不同的应用可能要求电场和磁场不同振幅和它们之间不同的相位的组合。因此下面描述的系统可能集成到射频集成电路中，并且适于产生场幅度和相位的混合，该混合可以通过编程实现以适用于各种应用。该混和可以持续适应的。为了了解电场和磁场之间不同的振幅和相位的效果，申请人做了各种测试和测量。实验结果将在后续讨论，并且给出改变电场和磁场振幅和它们之间相位的方法。

通过实施例，如果电容器CE1和CE2的值大约是10pF(它基本由耦合电容器设计来定义)，而线圈L1和L2大约是3.7μH，那就需要额外的电容来调谐电路使它达到所期望的工作频率，例如10.6MHz。因此，电容器C1和C2的值大约是50.96pF。在一个实施例中，电容器C1和C2是电容器组，它可以集成到适于调谐到所要求的频率的射频集成电路中。该可调节性补偿了由于躯体增加的电容。

根据测量发现，用于电磁感应系统的链路预算是可以变化的。不同的链路预算值可以是通过改变由无线通信系统产生的磁场和电场的相位和振幅来获得。因而系统改变施加于线圈天线和电容天线的振幅和相位可能用来改善该无线通信系统的性能。

图4示出了电磁感应无线电的实施例的结构图。该电磁感应无线电(EIR)可能包括数字处理单元DPU，信号处理单元SPU1和SPU2，信号发生器S1和S2，缓冲B1，B2和B3，调谐电容器TC，电压处理单元VC/PS，磁性天线线圈MA，和电性的天线电容器EA。

数字处理发单元DPU可能控制EIR的操作并处理与通信有关的信号。数字处理发单元包含模拟-数字转换器(ADC)和/或数字模拟转换器(DAC)，内存，存储器，诸如此类需要处理通信信号的硬件和软件。数字处理单元可能包括处理器，处理器可能是任何可以执行储存在内存或者其他存储器中的指令或者其他处理数据的硬件设备。同样地，处理器可能包括微处理器，字段可编程门阵列(FPGA)，应用-特定集成电路(ASIC)，或者其他的类似设备。内存可能包括各中存储器，例如超高速缓冲存储器(cache)或者系统存储器。同样地，该内存可能包括静态随机存取存储器(SRAM)，动态随机存取存储器(DRAM)，闪速存储器，只读存储器(ROM)，或者其他相似的存储器件。同样地，该存储器可能包括一个或多个机器-可读存储媒介，例如只读存储器(ROM)，随机存取存储器(RAM)，磁盘存储器媒介，光存储器媒介，闪速存储器件，或者类似的存储媒介。在各个实施例中，该存储器可能存储用于处理器执行的指令或者处理器可能用于操作的数据。例如，该存储器可能存储用于控制各种硬件的基本运算的底层操作系统。它可能也存储接收的并通过EIR处理的数据。该存储器也可能存储用于处理由EIR接收的数据的指令。

信号处理单元SPU1和SPU2可能包含所接口于天线电路MA和EA和数字处理单元DPU所需要的硬件。SPU1和SPU2可能包括处理器，处理器可能是任何可以执行储存在内存或者其他存储器中的指令或者其他处理数据的硬件设备。同样地，处理器可能包括微处理器，信号处理器，图形处理器，字段可编程门阵列(FPGA)，应用-特定集成电路(ASIC)，或者其他的类似设备。信号处理单元SPU1可能有助于实现接收器的功能，而信号处理单元SPU2可能有助于实现接收器的功能。在这样的情况下，EIR可能有收发器的功能，这可以帮助实现双向通信。

在发送模式，磁场Um是由第一交流电流Im通过磁性天线，绕组MA产生的，而电场Ue是由电性的天线电容器EA上的第二交流电压Ve产生的。流过线圈MA的电流Im依赖与线圈上的电压。

Im＝Vm/Zcoil

Zcoil＝2πfLcoi

二个电压Vm和Ve因而各自定义了磁场Um和电场Ue。改变Vm和Ve的振幅中的一个或者他们之间的相位，会改变磁场Um和电场Ue的组成，因而可以完成场的调配来改善无线通信无线通信系统的性能。

信号处理单元SPU1可能命令信号发生器S1和S2产生驱动由线圈MA和调谐电容器TC构成的谐振电路的电流。相应地，电源S1和S2产生传输的通信信号。在说明性的实施例中，电源S1和S2可能产生MA两端的平衡电压。然而MA两端的电可能也是不平衡的，在这样的情况下只需要一个电源。TC是集成电容器储库，它可能是通过数字处理单元DPU调整以调谐接收器/发射器。该谐振频率可以是工业的、科学的和医学的(ISM)频带中选择的一个，例如10.6MHz。谐振电路可能具有对于所需的通信模式数据比率来说足够的频带宽度。可选的，频带宽度可能是通过在谐振电路中插入额外的损耗的方式来适应，例如使用具有可调电阻的电阻器组。这可能是EIR中的额外的功能模块。

磁性天线MA上的电压Vm是由电压处理单元VC/PS来处理的，并进一步施加到电性天线EA。VC/PS产生施加到电性天线EA的电压Ve。VC/PS可能减少或增加与Vm相关的输入电压Ve。VC/PS可能额外的改变Vm和Ve之间的相位。用这种方式，电场和磁场的组成可能会根据应用的需要而改变。电性天线EA上的电压Ve是由电压处理单元VC/PS来处理的，并进一步施加到磁性天线MA。VC/PS产生施加到磁性天线MA的电压Um。VC/PS可能减少或增加与Ve相关的输入电压Vm。VC/PS可能额外的改变Ve和Vm之间的相位。用这种方式，电场和磁场的组成可能会根据应用的需要而改变。

在接收模式，由磁性天线MA接收的电压可能与电性天线EA接收的电压相结合。在结合两个信号之前，可能要适应他们之间的相位和/或振幅。

例如，当两个信号组合在并行的调谐电路中，感应天线的电压振幅它们之间应该有180度的相位差，以产生最理想的组合输出信号。这并不会在所有的应用中都加以描述，出于天线设计和躯体上的位置。况且，它们之间的相位可能是动态地变化的，VC/PS可能连续不断的应答于这样的变化。

信号处理单元SPU2可能处理由天线MA和EA接收的电压。应当注意的是VC/PS可能有双向的功能。谐振电路上的由TC和MA形成的信号可能由缓冲器B2和B3进行缓冲。额外的缓冲器B1可能监视收到的磁场和电场强度之间的差值。选择性的，该接收器和发送器可能有分开的接收和发送VC/PS。

显示处理器可能校准电场和磁场之间的振幅和它们之间相位特性，用于实现发送器和接收器之间的通信。关于通信环境的信息可能是基于各种收集的测试数据。并且，试验测定可用于各个通信系统的个人用户。进一步的，各种频道测量信号可能是如同通信信号的一部分，为了确定无线通信系统在操作期间通信信道的变化。这些通道尺寸可能用于校准电场和磁场之间的振幅和它们之间相位。进一步的，反馈回路可能用来进一步的监视器和校准磁信号和电信号之间的相位和振幅。

EIR可能是以不同的集成电路的组合或者单一集成电路实现的。进一步的，图4中DPU，SPU1和SPU2物理分隔的功能模块。但是DPU，SPU1和SPU2也可能是在单一的处理器中实现，该处理器可能是它自己的集成电路。SPU1和SPU2可能是在单一的信号处理单元实现，该信号处理单元可能是它自己的集成电路。DPU或者DPU、SPU1和SPU2的组合可能被叫做控制EIR的操作的控制器。

图5示出了使用磁场感应的通信系统和使用磁场感应的通信系统的比较的范围。图5中，横轴指示了线圈L1和L2共轴的方向性，纵轴指示了线圈L1和L2平行的方向性。加入链路使用磁场感应方法，方向性由线路511显示。应该注意的是，当从线圈是共轴的移动到线圈是平行的时，范围显著下降。使用图5的图，如果图1的发射线圈L1位于图5的原点519，可以看到接收线圈L2可以位于位置521或者523(分别符合相对于发送线圈的共轴方向和相对于发送线圈的平行方向)，可以由线圈L1产生磁场的最佳情况设计的检测。然而，如果该接收线圈L2被放置在位置521和523之间45度方向的沿线上(例如位置525)，接收线圈必须要被放置在接近于发送线圈L1的位置来实现适当的检测。揭露的实施例，然而展示了更多的全方向范围剖面和可能的较大的范围。假使链路使用电磁感应场方法，全方向的剖面和可能的较大的范围，将促进更多良好的通信。

在另一个实施例中，可能有分离的控制器和/或显示装置。图6描写控制器和/或显示装置611。控制器和/或显示装置611有相对的两块板613和615。控制器和/或显示装置611可能是在用户的手中。其中的一块板，613或者615，在手中比另外一块板握的更牢固，因此该板更强的耦合到用户，而另外一块板则较强的耦合到环境。控制器和/或显示装置611能够与发射器XMTR或者接收器RCVR通信。说明性的，控制器和/或显示装置可能是组合的，或者是单独的，提供：音量控制；噪音减弱控制器；人的躯体参数例如心率；以及其他项目例如在躯体周围检测的物理参数。控制器和/或显示装置的操作由电磁感应场促进。在一个实施例中，尺寸与并行性与上文描述的板P12和P22的是类似的。控制器和/或显示装置也许具有显示器，内部电路619，类似于发射器XMTR或者接收器RCVR(或者具有收发器的内部电路)。

现在将描述与EIR一起使用的天线的实施例。

如同上面描述的，许多无线通信发生在远场效应区，哪里信息是通过电磁波辐射传输的。然而，远场的辐射电磁波充分解决了远距离的通信的需要，对近距离躯体通信来说它可能是有效的解决方案。当要求躯体通信超过非常短的距离，经常很难限制电磁发送信号极为贴近发射器。

进一步的，如同上面描述的，近场通信已经被视为有限范围通信的有效的技术。近场电磁波经过通道是，它的振幅比远电磁波减少的快，这导致很有限的通信距离。

而“远场”指辐射天线周围的区域，其中电磁波辐射到空间，词语“近场”描述了接近于发射天线的区域，其中存在非辐射的磁波。近场和远场效应区的界限不是固定的，它随着工作频率的变化而变化。近场和远场效应区的界限可能是使用传输范围、波阻抗或者辐射的相转变来定义的。

图7示出了天线附近的的区域是如何被划分成不同区域的。两个主要区域是近场和远场。在远场效应区，传输的电磁波是电波和磁波的结合。电磁波由电场和磁场组成，它们是互相垂直的，并且越传输方向也是垂直的。然而，近场效应区包括两个子区域，电抗和辐射区域。在辐射区域，角范围分配信赖与距离，而在电抗地点，能量杯储存并且不辐射.两个区域的准确的边界可能基于专门的应用来确定。

虽然各个实施例描述了涉及一种接近活体的通信的方法，除了活体的传送对象也可用于描述的实施例。第一和第二设备可能是通过磁性的或电性的近场耦合来连接的，使用传送对象援助传送该场。

本领域技术人员应该理解的是每块图都是代表概念性的视图，示出本发明的原则。进一步的，显示的电路中也可能根据需要被包括额外的元件，或者对电路结构做各种变化来实现相同的功能。

然而，近场效应区包括两个子区域，电抗和辐射区域。在辐射区域，角范围分配信赖与距离，而在电抗地点，能量杯储存并且不辐射。两个区域的准确的边界可能基于专门的应用来确定。该电抗的近场范围肯能通过r＜λ/2π来定义，其中r是范围，λ是波长。例如，近场通信在10.6MHz频带的结果是4.5米的电抗近场区域。该例子显示了人的躯体的通信在该频率下通过感应产生了电抗近场。

近场的通信可以通过使用电场、磁场来产生，或者使用两者。电波和磁波在近场效应区具有不同的行为。其中一个主要区别是需要具体的天线类型用各自场的类型用于数据传输。通过使用电性的天线例如偶极或者振动簧片产生电场传播，而通过使用磁性天线例如环形天线产生电场传播。

图8示出了现有技术的磁性天线。这种天线经常使用，例如，基于助听器的磁感应。产生的磁场在发射模式是通过铁氧体磁心增加的。

图9示出了现有技术的电的天线。这种天线经常用于手提应用，可能包括振动簧片或者偶极。

图10示出了躯体通信天线的第一实施例。第一实施例的躯体天线1000可能产生和接收如上面描述的电磁感应场。与用于发生在远场区域的无线通信的天线相比，躯体天线1000并不总是功率匹配。躯体天线1000可能包括生成电感器1010的磁场，生成包括电容器极板1020、1030的电容器的电场。躯体天线1000可能是进一步的包括如上描述的串联或并联的谐振电路。天线的元件或者谐振电路可能是具有无线电功能的集成电路的一部分。

电感器1010可能是平面的，但是这不是必须的，它可能按照包含躯体天线1000的设备的形状来设计。电感器1010包括绕组，该绕组围绕在电容器极板1020。电感器1010可能包括二个连接器1050、1060，它们可能连接到其他的设备。该绕组可能包括导电的材料。绕组可能是使用各种已知的技术构成的。例如，该绕组可能是在绝缘体衬底1040上形成的，它可能是躯体天线1000的一部分。该绝缘体衬底1040可能是由例如纸、塑料或者其他不导电的材料制成。

电容器极板1020，1030可能是互相相隔特定的距离，以形成电容器。电容器极板1020、1030可能是平的，但是这不是要求的，电容器极板1020、1030可能根据包括躯体天线1000的设备的形状来设计。两个电容器极板是电性的导电的。电容器极板1020、1030可能分别包括连接器1070、1080。电感器1010可能通过二个连接器1050、1060连接到电容器极板1020、1030的连接器1070、1080。

实施例的躯体天线1000的变形例中，电容器极板1020可能被除去。那么电感器1010可能由电容器与电容器极板1030一起构成。进一步的，电感器1010可能继续绕到中心。电感器1010的尺寸可能相应于电容器极板1030的尺寸而选定，为了提供适当的电容。进一步的，该电感器和电容器极板显示为长方形，它们可能是其他的形状，例如正方形、圆形、椭圆形、或者任何其他的多角形。

图11示出了设置在手臂1100上的躯体通信天线1000的第一实施例。图12示出了躯体天线1000的集中模型。电感器1010连接器1050、1060分别电连接到电容器极板1020、1030的连接器1080、1070。

图13示出了谐振的发射电路中的图12的躯体天线1000的集中模型。调谐电容器1090和信号源1095可能是连接到躯体天线1000，使得该天线调谐到所需要的频带。电容器C2可能是射频通信集成电路中的集成电容器组合。电感器1010也许具有值的范围为1-8μH的电感器。进一步的，电容器由电容器极板1020、1030构成，电容的值的范围是1至50pF。

图14示出了躯体天线1000可能用无线电延伸的更进一步地实施例。无线电电子1410可能是被嵌入到该电容器的第一板1020或者第二板极1030。天线的供给连接器被连接到无线电电子1410的输入。

图15示出了躯体通信天线的第二个实施例。躯体AS可能包括二个线圈L1和L2和连接于线圈L1和L2之间的阻抗Z1。二个线圈L1和L2之间相隔距离D。线圈L1和L2可能无线产品的一侧，并且可能遵循它的外形。这样的外形可能是平面或者弯曲的线圈L1和L2可能产生或接收磁感应场。线圈L1和L2构成电感器。线圈L1和L2可能使用一直的技术由导电材料构成。线圈可能是形成在绝缘体衬底上(未显示)，衬底可能是由纸、塑造或者其它的非导电材料构成。线圈L1和L2也构成了电容器，在下面会有进一步描述。。

第一线圈L1通过阻抗Z1连接到第二线圈L2。第一线圈L1和第二线圈L2可能以一种方式连接，该方式中总的电感值是L1的电感值和L2的电感值的和，假定阻抗Z1不包含显著的电感值。

图16示出了包括躯体天线AS的助听器H的前视图。第一线圈L1附属于或者形成在助听器H的前面。第二线圈L2附属于或者形成在助听器H的背面(未显示)。两个线圈分开的距离D是由助听器产品H的厚度决定的。

可以用各种方法来实现线圈到无线产品的附着。它可能是通过具有线圈的塑料载体或者线圈可能被印在导电材料上。只要线圈是导电材料构成，不可能有限制。线圈的形状可能是选择为适合最终产品的形状。它可能遵循无线的产品外壳的外形。

图17示出了躯体天线AS的集中模型。第一线圈L1和第二线圈L2可能通过阻抗Z1连接以形成比L1和L2的电感值大的电感的有效电感器。连接阻抗Z1可能包括分立元件和可能用来匹配总的电感/阻抗到需要的值。阻抗可能包括电阻的、电容的或者电感的元件，以任何需要的组合形式。

根据线圈L1和L2之间的物理距离D，形成电容器C1。电容器的电容值C1可能是由以下决定：

C＝εo×εr×A/D，

其中，C是电容值以法拉为单位，A是一个线圈的表面面积，D是两个线圈之间的距离，εo是自由空间的介电常数，8.854x10^-12F/m，εr是线圈之间材料的相对的介电常数。

电压源Vsource，连接到电容器，产生电场。近场区的电场强度，在空气环境中，可以定义为：

$V_{\mathrm{source}}=\frac{P}{4\mathrm{\π\ϵ}{r}^3},$

其中，Vsource线圈两端的电压，P是偶极矩，ε是线圈之间材料的介电常数，r是到线圈的距离。

偶极矩P：

P＝QxD，

其中P是偶极矩，Q是线圈上的电荷，D是线圈之间的距离。计算结果的电荷Q可以通过以下关系：

Q＝CxVsource.

图18示出了谐振发射电路中的人体天线AS的等效电学模型。调谐电容器C2连接到躯体天线AS，使得天线调谐在要求的频带中。电容器C2可能是射频通信集成电路中的集成电容器组合。电阻器R的值可能是选择的使得谐振电路的选择的频带宽度得到高质量的通信。电阻器R可能是射频通信集成电路中的集成电阻集合。

图19示出了人体天线的另一个实施例。图15和图19的区别是线圈的形状。图15中，线圈是三角形的，图19中，线圈是长方形的。进一步的，任何线圈形状(圆形、椭圆或者任何多角形)都可以使用以提供要求的电感值。线圈可能形成螺旋状。选择性的，该线圈可能包括连续的嵌套的线圈，与图20中的连接器的形状一样。进一步的，该线圈可能符合无线躯体产品的形状。

图21示出了包括躯体天线的手环的实施例。任何上面描述的躯体天线可以用于图21。在途21中，两个线圈附着于非导电袖口W的各一侧。如果使用图10的躯体天线，没那么电容性板1020和线圈1010可能是在袖口的一侧。电容性的板1030可能是在袖口的对面侧。

图22示出了包括人体天线的手环的另一个实施例。在第二袖口，四个线圈L1，L2，L3，L4通过阻抗Z1连接，以形成更大的电感值。这导致了两个电容器C1和C2通过四个线圈，可以产生或接收电场。

图23示出了图22的手环中的躯体天线的等效电学图解；如同显示的，四个线圈L1，L2，L3，L4串联，构成了并联的电容器C1和C2。

躯体天线AS通过人的耳塞产品的结构评估以适应耳道。耳塞作为接收器。耳塞的尺寸是10*10*3mm。耳塞的前面和背面粘有线圈。各线圈有1uH的电感。线圈之间的电容是0.8pF。两个线圈都与Oohms的连接阻抗串联，并且用调谐电容器C2调谐到所期望的谐振频率。

这样尺寸的天线系统在接收电场和磁场与仅接收磁场相比有6db的增益。

现在将描述与使用躯体天线的EIR系统的实施例。下面，传统的助听器中的磁感应无线电被EIR替代。MI系统要求相对地大的铁氧磁心线圈，如天线。因而限制助听器多小，进一步的MI通信对线圈方向敏感。相应地，在遥控或者设备桥接，使用两个正交线圈来增加成功通信的概率。这增加大小、成本和遥控或桥接设备的复杂性。在一些方案中，线圈可能是统一到遥控或桥接设备回路中。这使得它容易看见，可能会造成助听器用户的隐私问题。

助听器利用磁感应MI无线电实现助听器和外部设备例如遥控或者桥接设备之间的通信有一段历史了。图24示出了遥控2410与助听器2420相互作用，助听器2420使用EIR无线电。遥控装置2410可能是由助听器佩戴者使用，以改变设置，例如.音量和助听器2420。的选定的程序。遥控装置2410和助听器2420之间的通信可能使用电磁感应通信。

桥接设备桥梁助听器和其它的音频源之间的通信，例如桥接设备支持各种应用情况。图25示出了桥塞装置2510使用蓝牙接收来自电视2530的音频数据。桥接设备2510然后使用EIR通信把数据发到助听器2520。

图26示出了用蓝牙接收来自电话2630的音频数据的桥接装置。桥接设备2610然后使用EIR通信把音频数据从电话2630发到助听器2620。另外的，来自助听器2620或者桥接设备2610中的麦克风的数据被无线传输到电话2630。

助听器和遥控或桥接设备之间的EMI通信的使用可能提供各种好处：在躯体通信中，EIR可能提供比MI无线电更好的链路预算(例如，最多至30dB)。结果，外部设备的发送功率可能下降，导致电池寿命增加和/或用更小的电池。因为更低的发送功率，也就是更低的发送电压，这也潜在的消除了对离散的功率放大器的需要，因为电压电平变的与CMOS技术更兼容。这也暗示了可能在遥控装置和助听器之间建立对称的连接，这就允许了遥控设备可以读取从助听器回来的信息。

图27示出了EIR系统的另一个实施例。EIR系统包括与接收器2710通信的发射器2705。发射器2705与图1中的发射器XMTR类似，除了他仅使用线圈2715用于它的天线。线圈2715耦合到电源2755，类似于图1中的电源S1或者S2。电源2755可能驱动通过天线线圈2715的电流，并生成通过躯体2735的磁场，有与空气中相同的衰减，因为人体的磁导率μ与空气的材料是相同的。磁场是通过第三功率的距离衰减的，每两倍距离衰减18db。躯体2735可能是位于地板2740上，地板可能是导电也可能不导电。

线圈2715接近于人的皮肤，可能接触或不接触。线圈2715产生磁场2750，磁场2750产生垂直于躯体2735方向的电场2745。电场受躯体2735约束。结果，电场2745在躯体2735周围。接收器2710可能接收和检测电场2745。

电场可能引起躯体2735内的弱电流。电场2745可能是在躯体2735周围或躯体上测量，它在线圈2715附近是强的。电场2745比磁场2750沿着躯体的衰减要少。然而，躯体不规则的形状，沿着传输路径可能会有额外的衰减。这与空气中的传输路径是不同的，空气中电场是随着第三电源的距离衰减的。

线圈2715可以是任何设计。这样的设计可能产生尽可能强的磁场和电场，在实现发射器2705的设备的物理限制条件的范围内。较大的线圈可能产生较大的磁场和电场。进一步的，平面线圈可能比使用磁芯的线圈产生更大的磁场和电场。电场的增加可能是由于线圈相邻的绕组之间的电容。进一步的，线圈两端较大的电压会产生更强的磁场和电场。

接收器2710是类似于图1中的接收器RCVR。它收到由线圈2715产生的磁场2750和电场2745。因而该发射器2715产生包括接近于躯体的磁场2750和电场2745的感应场，可能在躯体的另一位置接收接收器2710。如同早先的描述，这些感应场可能是由接收器2710使用两个电线接收。第一天线是线圈2720，对磁场2750敏感，第而天线是电容器2725，对电场2745敏感。来自两个天线的信号可能以有效的方法组合，以实现通信线路预算优于磁感应MI系统。接收器2710的操作类似于图1的接收器RCVR的操作。

图28示出了与具有MI系统的图27的EIR的系统中的电压相比较的仿真结果。

在EIR系统中，9mm长和直径2mm的铁氧磁心线圈用作发射器天线。该线圈位于离人的皮肤2毫米的位置。

接收器天线是位于人体的另一个位置。电性的灵敏的天线是具有20x20mm且分隔4mm的矩形板的电容器。磁性的敏感的天线是9mm长直径2mm的铁氧磁心线圈，与用作发射器的天线一样。电性天线和磁性天线两者都结合在并联谐振电路中，相关的收到的电压记录在图28中。进一步的，用于MI系统的电压也记录显示在图28中。可以看到的是根据EIR系统接收的电压总是比MI系统的要高。

EIR系统2700中不是哟过电容器极板，可以节省空间。进一步的，图27的EIR系统2700的性能不像图1的EIR系统那么好，但是在注重空间的应用中，这种性能的降低可能是可以接受的。进一步的，EIR系统2700任然可以实现双向通信。不同的方向通信性能是不同的，但是在特定的应用中这样的不对称性是可以接受的。

相应地，EIR通信系统中，发射器/接收器之一使用一个线圈用于天线，只要另一个发射器/接收器使用线圈和电容器。这仍然允许躯体周围的通信。进一步的，EIR的使用比起只是用一个场的系统提高了性能。

对所有的EIR实施例，比起MI无线电，EIR实施例对于两个天线的相对方向的敏感性要弱。因此，在各种情况和方向上，都有良好的通信，可以避免使用外部设备中的用于提供天线分集的多个线圈的使用。

有效率的EMI天线可能是通过简单的平面线圈和电容板来构造，而不需使用铁氧体磁棒的线圈。这可能减少天线音量的要求，允许进一步的远程设备的小型化。另外的它避免了使用昂贵的铁氧体磁棒。

上述的所有好处使得外部设备更小和/或建立新的形状系数。用于桥接设备或者遥控的特别的实施例可以以智能手表的形式实现，可能是戴在不引人注意的手腕附近，而保护助听器用户的隐私。

使用躯体天线的包括两耳使用情况的EIR系统的使用，来自助听器的音频被送到另一个助听器，反之亦然。这允许助听器执行音频波束形成，为助听器用户增加声音的可理解性。支持两耳通信大多被限制为耳后(BTE)设备，因为大小限制和小电池。MI通信要求大的铁氧体磁棒MI天线，它不能用于耳朵内(ITE)或者在助听器的管道中。进一步的，MI传输要求瞬时电流，它不能由用于ITE和ITC设备的小电池提供。

EIR助听器到ITE和ITC助听器的应用导致EIR或者ITE助听器之间有效的通信。因为低功率要求，小尺寸和有效躯体天线的制造能力，ITE和ITC助听器之间的两耳的通信可以实现。

虽然各个实施例描述了涉及一种接近活体的通信的方法，除了活体的增殖对象也可用于描述的实施例。第一和第二设备可能是通过磁性的或导电的近场耦合来连接的，使用传送对象援助传送该场。

本领域技术人员应该理解的是每块图都是代表概念性的视图，示出本发明的原则。进一步的，显示的电路中也可能根据需要被包括额外的元件，或者对电路结构做各种变化来实现相同的功能。

虽然各个示范的实施例已经详细地用特定参数来描述以确定其中示范性的各方面，应该清楚的是本发明能够用其他的实施例，它的细节也能够在各种明显的方面中进行修改。对本领域技术人员来说是显而易见的变形、修改都是在本发明的范围之内的。相应地，上文揭示的描述和图形仅仅是用于说明性的目的，不该以任何形式限制本发明，它是由权利要求定义的。

Claims (18)

1.一种电磁感应天线，其特征在于，包括：

具有第一板和与第一板分隔开的第二板的电容器；和

包含围绕第一板的绕组的电感器；

其中所述电容器和电感器是电连接的，

其中所述电容器是电场天线，和

其中所述电感器是磁场天线。

2.如权利要求1所述的天线，进一步包括耦合到所述电容器和电感器的调谐电容器，用于产生在特定频率下操作的谐振电路。

3.一种电磁感应无线收发器，其特征在于，包括：

如权利要求1所述的电磁感应天线；和

信号源，被配置为生成用于驱动所述电磁感应天线以产生电磁感应场的通信信号，

其中，所述收发器在连接到躯体的时候，被配置为与另一个连接到躯体的电磁感应无线收发器通信。

4.如权利要求3所述的收发器，进一步地包括耦合到信号源的电压控制单元，该电压控制单元被配置为产生振幅差、相位差中的一个，通信信号之间的振幅差和相位差被用于驱动磁场天线和电场天线。

5.如权利要求4所述的收发器，进一步地包括控制器，该控制器包括数据处理单元和信号处理单元，其中该控制器控制所述电压控制单元的操作。

6.一种助听器，其特征在于，包括：

如权利要求1所述的电磁感应天线；和

信号源，被配置为生成用于驱动所述电磁感应天线以产生电磁感应场的通信信号，

其中，该助听器在连接到躯体的时候，被配置为与另一个连接到躯体的助听器通信。

7.如权利要求6所述的助听器，进一步地包括连接到电磁感应天线的接收器，该接收器被配置为接收来自另一个连接到躯体的助听器的通信信号。

8.一种助听器，其特征在于，包括：

如权利要求1所述的电磁感应天线；和

连接到所述电磁感应天线的接收器，该接收器被配置为接收来自另一个连接到躯体的助听器的通信信号。

9.一种助听器，其特征在于，包括：

如权利要求1所述的电磁感应天线；和

连接到所述电磁感应天线的接收器，该接收器被配置为接收来自接近躯体的桥接设备的通信信号，其中该通信信号包括来自与桥接设备通信的遥控设备的音频数据。

10.如权利要求9所述的助听器，进一步地包括信号源，该信号源被配置为生成用于驱动电磁感应天线以产生电磁感应场的通信信号，其中助听器在连接到躯体时被配置为向连接到躯体的桥接设备发送通信信号。

11.一种助听器，其特征在于，包括：

如权利要求1所述的电磁感应天线；和

连接到所述电磁感应天线的接收器，该接收器被配置为接收来自接近躯体的遥控设备的通信信号，其中助听器被配置为由所述来自遥控控制的通信信号来控制其操作。

12.如权利要求11所述的助听器，进一步地包括信号源，该信号源被配置为生成用于驱动电磁感应天线以产生电磁感应场的通信信号，其中助听器在连接到躯体时被配置为向连接到躯体的遥控控制设备发送通信信号。

13.一种手腕式设备，其特征在于，包括：

如权利要求1所述的电磁感应天线；和

信号源，该信号源被配置为生成用于驱动所述电磁感应天线以产生电磁感应场的通信信号，

其中，手腕式设备在连接到躯体时被配置为与另一个连接到躯体的设备通信。

14.如权利要求13所述的手腕式设备，进一步地包括连接到电磁感应天线的接收器，该接收器被配置为接收来自另一个连接到躯体的设备的通信信号。

15.一种手腕式设备，其特征在于，包括：

如权利要求1所述的电磁感应天线；和

连接到所述电磁感应天线的接收器，该接收器被配置为接收来自另一个连接到躯体的设备的通信信号。

16.一种手腕式设备，其特征在于，包括：

如权利要求1所述的第一电磁感应天线；和

如权利要求1所述的第二电磁感应天线，该第二电磁感应天线并联连接到第一电磁感应天线；和

信号源，该信号源被配置为生成用于驱动所述第一电磁感应天线和第二电磁感应天线以产生电磁感应场的通信信号，

其中，手腕式设备在连接到躯体时被配置为与另一个连接到躯体的设备通信。

17.如权利要求16所述的手腕式设备，进一步地包括连接到第一电磁感应天线和第二电磁感应天线的接收器，该接收器被配置为接收来自另一个连接到躯体的设备的通信信号。

18.一种手腕式设备，其特征在于，包括：

如权利要求1所述的第一电磁感应天线；和

如权利要求1所述的第二电磁感应天线，该第二电磁感应天线连接到第一电磁感应天线；和

连接到所述第一电磁感应天线和第二电磁感应天线的接收器，该接收器被配置为接收来自另一个连接到躯体的设备的通信信号。