CN113490858A - 具有磁性天线的通信系统的参与者 - Google Patents

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CN113490858A CN202080012224.8A CN202080012224A CN113490858A CN 113490858 A CN113490858 A CN 113490858A CN 202080012224 A CN202080012224 A CN 202080012224A CN 113490858 A CN113490858 A CN 113490858A
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Abstract

本发明的实施例提供了一种无线通信系统的参与者，其中，参与者包括发送和/或接收装置以及连接到发送和/或接收装置的天线阵列，其中，天线阵列包括具有中断一次或多次的环路的磁性天线。

Description

具有磁性天线的通信系统的参与者
技术领域
本发明的实施例涉及通信系统的参与者，并且具体地涉及具有磁性天线的参与者。其他实施例涉及具有磁性天线的终端点和基站。一些实施例涉及磁性环路的实现。
背景技术
通常使用电天线或电短天线，特别是在传感器节点领域。例如，当在868MHz下使用当前传统的电天线时，需要大约15cm的长度作为1/2λ(1/2lambda)辐射器。当使用较短的天线时，天线的增益会降低。此外，由于使用的天线在接近导电或介电有效元件时失谐，具有天线的设备的处理能力受到限制，并且它们的增益因此进一步降低。另外，使用电天线，无法在屏蔽环境(法拉第笼(Faraday cage))外进行发送。
此外，磁性天线是已知的[1]。然而，由于其高品质因子(Q因子)，磁性天线具有窄带特性。因此，例如，当接近金属或介电元件时，磁性天线必须调谐到所需的频率。在这种情况下，可以手动调谐磁性天线或以自调谐方式操作它。
图1a示出了通过旋转电容器12手动可调谐的磁性天线10的示意图，而图1b示出了电等效电路图，并且图1c示出了磁性天线10[2]的天线图。
磁性天线10包括经由50欧姆同轴电缆18馈电的初级耦合环路14和次级谐振环路16。次级谐振环路16的周长通常小于波长的1/10，而初级耦合环路14通常包括次级谐振环路16的大小的1/5。
在业余无线电领域，手动调谐是很常见的。然而，在传感器节点中，自调谐是期望的，有利于简单的处理能力。
为了保持调谐范围尽可能小，磁性环路可以多次缩短，这在磁共振断层扫描(MR)[3]、[4]中很常见。
在MR中，只有磁场会增加所期望的效果，因此被称为“磁共振”，而电场部分是非常不被期望的，因为它们进入患者体内，并且由于身体组织的介电损耗：
a)在发送情况下，不必要地加热患者，并且
b)在接收情况下，环路的Q因子减小，这意味着信噪比(S/N)变差。很多时候，使用“更多的噪声被耦合进来”的表述。然而，从物理角度来看，这是不正确的，因为无论缩短程度如何，环路的操作温度都保持不变。结果是，由于较低的Q因子(即，较低的谐振上升)，使用信号减弱，导致信噪比(S/N)变差。
与波长相比，电场的比例本质上取决于线圈/环路的导线长度。即，电场在导体朝向谐振电容的纵向上产生，如图2所示。
图2示出了磁性天线20的环路22的示意图，其中，电场24沿环路22的导体纵向地朝向谐振电容26。
因此，MR本地天线几乎总是作为单匝环路实现。仅在非常低的频率下使用多于一匝，因为由于极差的LC条件，与电场部分在患者手术中造成的影响相比，操作Q因子将由于不良自Q因子受到更多影响。在频率增加时，环路的单匝与波长相比已经太长，其中，环路大小不能任意减小，因为它必须适应患者待检查的身体区域。因此，这一匝被若干个谐振电容划分(电容性地缩短多次)。
发明内容
本发明基于改进无线通信系统的传感器节点的定位可能性的目的。
该目的通过独立专利权利要求来实现。
有利的进一步发展可以在从属专利权利要求中找到。
实施例提供了一种无线通信系统的参与者，其中，该参与者包括发送和/或接收装置(或设备，或单元)[例如，发送器、接收器或收发器]以及连接到发送和/或接收装置的天线阵列，其中，天线阵列包括具有中断[划分]一次或多次[例如，至少两次]的环路[例如，电流环路]的磁性天线。
在实施例中，可以通过一个或若干个电容元件[例如，电容器、电容二极管]中断[例如，划分]环路。
例如，磁性天线的环路可以被至少两个电容元件中断[例如，至少两次]。
在实施例中，中断多次的环路可以被电容元件中断[例如，划分]为至少两段。
例如，环路可以被n个电容元件划分为n段，其中，n是大于或等于2的自然数。
在实施例中，中断多次的环路的至少两段可以由电容元件连接。
例如，中断多次的环路的至少两段和至少两个电容元件可以串联连接。换言之，中断多次的环路的两段均可以由串联连接在两段之间的一个电容元件连接。
在实施例中，中断一次或多次的环路[例如，环路的至少两段]和电容元件可以形成谐振电路。
在实施例中，环路可以形成线圈。
在实施例中，发送和/或接收装置可以经由电容元件之一连接到磁性天线[例如，其中，一个电容元件和中断一次或多次的环路[例如，与其他电容元件]形成并联谐振电路]。
在实施例中，环路可以是环形或m多边形，其中，m是大于或等于4的自然数。
例如，环路可以是四边形、五边形、六边形、七边形、八边形、九边形、十边形、十一边形、十二边形等。
在实施例中，磁性天线可以在电路板上实施[例如，实现]。
在实施例中，天线阵列可以包括用于调谐磁性天线的调谐电路。
在实施例中，调谐电路和磁性天线可以在同一电路板上实现。
在实施例中，磁性天线可以是第一磁性天线，其中，天线阵列还可以包括第二磁性天线，其中，第一天线的中断多次的环路和第二天线的环路可以基本上彼此正交布置。
在实施例中，第一磁性天线的中断一次或多次的环路跨越的第一区域和第二磁性天线的环路跨越的第二区域可以彼此正交。
例如，第一磁性天线的主发射方向/主接收方向和第二磁性天线的主发射方向/主接收方向可以彼此正交。
例如，第一磁性天线的零点和第二磁性天线的零点可以不同。
在实施例中，第二磁性天线的环路跨越的区域可以小于第一磁性天线的环路跨越的区域的1/2[例如，1/3、1/4、1/5或1/10]。
例如，第二天线的环路可以被“扁平化”。
在实施例中，第二天线的环路可以被实施为非圆形以适应参与者的壳体的形状。
例如，第二磁性天线的环路可以基本上是矩形的。
在实施例中，第一磁性天线和第二磁性天线可以彼此相邻布置。
在实施例中，第二磁性天线的环路的导体可以是第一天线的环路的导体的至少两倍厚或宽[例如，三倍、四倍或五倍]。
在实施例中，第二天线的环路可以中断多次。
例如，第二磁性天线的环路可以被至少两个电容元件中断[至少两次]。
在实施例中，参与者可以被配置为停用天线阵列的磁性天线之一[例如，第一磁性天线或第二磁性天线]，以便改变天线阵列的辐射特性[例如，发射方向或接收方向；例如，主瓣]。
例如，参与者可以被配置为通过停用天线阵列的磁性天线之一[例如，第一磁性天线或第二磁性天线]来改变天线阵列的辐射特性[例如，发射方向或接收方向；例如，主瓣]。
在实施例中，天线阵列的磁性天线之一可以通过使相应磁性天线[例如，第一磁性天线或第二磁性天线]失谐而停用。
在实施例中，天线阵列的磁性天线之一可以通过将线圈并联到环路的电容元件之一或相应磁性天线[例如，第一磁性天线或第二磁性天线]而停用。
在实施例中，参与者可以被配置为通过使两个磁性天线中的至少一个[例如，第一磁性天线或第二磁性天线]的自谐振失谐来改变天线阵列的发射率。
在实施例中，第一磁性天线和第二磁性天线可以以相移方式[例如，90°]来驱动。
在实施例中，参与者可以被配置为将待传输的[例如，比特传输层的]数据分组划分为多个子数据分组，并[例如，通过使用时间和/或跳频模式]以非连续的方式发送多个子数据分组，其中，参与者可以被配置为在两个子数据分组的发射之间至少改变一次天线阵列的辐射特性。
例如，参与者可以被配置为在每个发射的子数据分组之后或在指定数量的子数据分组之后[例如，通过分别停用天线阵列的其他磁性天线]改变天线阵列的辐射特性。
在实施例中，参与者可以被配置为将待传输的[例如，比特传输层的]数据分组划分为多个子数据分组，并通过使用跳频模式[和例如时间跳跃模式]以非连续的方式发送多个子数据分组，其中，第一磁性天线和第二磁性天线的谐振频率可以有意地略微失谐，使得在多个子数据分组的发射中，天线阵列的辐射特性[例如，发射方向；例如，主瓣]随跳频模式定义的频率而变化。
例如，第一磁性天线和/或第二磁性天线的谐振频率可以在对应于倒数Q因子的范围内失谐。在Q因子为Q＝100的情况下，失谐可以在不超过+/-1％的窗口中执行，因为在甚至更强的失谐的情况下几乎没有任何功率输出。
在实施例中，天线阵列可以包括用于调谐磁性天线的调谐装置(或设备，或单元)，其中，天线阵列被配置为自动调谐天线。
在实施例中，天线阵列还可以包括电天线。
在实施例中，发送和/或接收装置可以是发送装置(或设备，或单元)[例如，发送器]、接收装置(或设备，或单元)[例如，接收器]或发送/接收装置[收发器]。
在实施例中，参与者可以被配置为在ISM频带中进行通信。
在实施例中，参与者可以是通信系统的终端点。
在实施例中，终端点可以是传感器节点或致动器节点。
在实施例中，终端点可以是电池操作的。
在实施例中，终端点可以包括用于产生电能的能量收集元件。
在实施例中，参与者可以是通信系统的基站。
其他实施例提供了具有至少两个本文描述的参与者的通信系统。
例如，至少两个参与者可以是一个或若干终端点[例如，多个终端点]和一个或若干基站。显然，至少两个参与者也可以是至少两个终端点或基站。
其他实施例提供了一种用于操作通信系统的参与者的方法，其中，参与者包括天线阵列，其中，天线阵列包括具有中断一次或多次的环路的磁性天线。该方法包括通过使用磁性天线发送和/或接收通信信号的步骤。
本发明的实施例提供了具有磁性天线的通信系统的参与者[例如，终端点]。
对于实施例中处理的磁性天线，(1)可以减小通信系统的参与者(例如，传感器节点)的安装大小，(2)可以通过自动调谐提供与环境的独立性，和/或(3)来自(部分)电屏蔽环境的发射/接收可以是可能的(或可以改进来自(部分)电屏蔽环境的发射/接收)。
附图说明
下面结合附图更详细地描述本发明的实施例，在附图中：
图1a示出了可借助于可变高压电容器手动调谐的磁性天线的示意图，
图1b示出了图1a所示的磁性天线的电等效电路图，
图1c示出了图1a所示的磁性天线的天线图。
图2示出了磁性天线和磁性天线的电场的示意图，
图3a示出了根据本发明的实施例的通信系统的参与者的示意图，
图3b示出了根据本发明的实施例的通信系统的参与者的示意图，
图3c示出了根据本发明的实施例的通信系统的终端点的示意图，
图4示出了磁性天线的示意图，
图5示出了根据本发明的实施例的具有中断多次的(例如，电容性缩短的)环路的磁性天线的示意图，
图6示出了根据本发明的实施例的具有中断多次的环路的磁性天线的示意图，其中，环路是八边形，
图7示出了根据本发明的实施例的具有第一磁性天线和第二磁性天线的天线阵列的示意图，以及
图8示出了根据本公开的实施例的用于操作通信系统的参与者的方法的流程图。
具体实施方式
在随后的本发明实施例的描述中，相同元件或具有相同效果的元件在附图中用相同的附图标记提供，使得它们的描述是可互换的。
图3a示出了根据本公开的实施例的通信系统的参与者100的示意图。参与者100包括发送和/或接收装置102(例如，发送器)和连接到发送和/或接收装置102的天线阵列104，其中，天线阵列104包括具有中断一次(即，仅一次)的环路108的磁性天线106。
图3b示出了根据本公开的实施例的通信系统的参与者100的示意图。参与者100包括发送和/或接收装置102(例如，发送器)和连接到发送和/或接收装置102的天线阵列104，其中，天线阵列104包括具有中断多次的环路108的磁性天线106。
下面主要描述如图3b所示的具有中断多次的环路的磁性天线106的天线阵列104的实施例。然而，应当注意，以下描述的实施例也可以应用于图3a所示的具有中断一次的环路的磁性天线106的天线阵列104。
在实施例中，具有磁性天线106的环路108可以被诸如谐振电容(谐振电容器)的电容元件110中断。例如，如图3b所示，磁性天线106的环路108可以被两个电容元件110中断(例如，电容性缩短)。然而，应当注意，在实施例中，磁性天线106的环路108也可以被任何其他数量的电容元件110中断。因此，在实施例中，磁性天线106的环路108可以被n个电容元件110划分为n段(或部分，或份)，其中，n是大于或等于2的自然数。段在这里是各个电容元件110之间的环路的部分或份。
在实施例中，中断多次的环路108的段可以由电容元件110连接。详细地，中断多次的环路的两段均可以由串联在两段之间的一个电容元件连接。换言之，磁性天线106的环路108的段和电容元件110交替地串联连接为环路。
在这种情况下，发送和/或接收装置102可以经由电容元件110之一连接到磁性天线106。在一侧的一个电容元件和在另一侧具有其他(例如，剩余的)电容元件的中断多次的环路108可以形成并联谐振电路(例如，从发送和/或接收装置102的角度来看)。
在实施例中，天线阵列102还可以包括用于调谐磁性天线106的调谐装置。调谐装置可以被配置为自动调谐磁性天线106。
根据磁性天线106的环路108的几何形状，来自磁性天线106的辐射能量不在平面的所有方向上均匀地发射。相反，图3b所示的磁性天线106的天线图包括零点，即，在天线图中存在磁性天线的辐射能量实际上为零的区域(例如，点)。在实施例中，天线阵列104因此可以包括第二磁性天线，如下面基于图7详细描述的，或者还包括附加的电天线。第二磁性天线和/或附加的电天线可以被布置为使得磁性天线106的零点得到补偿。
在实施例中，通信系统的参与者100显然不仅可以被配置为借助于磁性天线106向通信系统的其他参与者发送信号，还可以借助于磁性天线106从通信系统的其他参与者接收信号。为此，例如，参与者100可以包括连接到天线阵列104的接收装置(例如，接收器)。显然，参与者100还可以包括组合的发送/接收装置(例如，收发器)102。
在实施例中，参与者100(或参与者的通信系统)可以被配置为在ISM频带(ISM＝工业、科学和医疗频带)中通信，即，在ISM频带中发送和/或接收信号。
在实施例中，参与者100(例如，参与者的通信系统)可以被配置为基于电报拆分方法来发送数据。在电报拆分方法中，将数据(例如，电报或数据分组)划分为多个子数据分组(或部分数据分组或部分分组)，并且子数据分组通过使用时间和/或跳频模式在时间和/或频率上分布式地(即，非连续地)从通信系统的一个参与者传输到另一个参与者(即，从基站到终端点，或从终端点到基站)，其中，接收子数据分组的参与者加入(或组合)它们以便获得数据分组。在这种情况下，子数据分组中的每一个仅包含数据分组的一部分。此外，可以对数据分组进行信道编码，使得不需要所有子数据分组都对数据分组进行无错解码，而仅需要子数据分组的一部分。
在实施例中，通信系统可以是个域网(PAN)或低功率广域网(LPWAN)。
图3b所示的通信系统的参与者100可以是通信系统的基站。备选地，图3b所示的通信系统的参与者100也可以是该通信系统的终端点，后面将结合图3c进行描述。
详细地，图3c示出了根据本发明的实施例的通信系统的参与者100的示意图，在该通信系统中，参与者100是终端点。
如图3c示例性所示，终端点100在实施例中可以作为传感器节点。在传感器节点的情况下，终端点100可以是传感器114，例如，温度传感器、压力传感器、湿度传感器或任何其他传感器，其中，传感器节点100发送的信号取决于传感器提供的传感器信号。例如，传感器可以包括微处理器112，该微处理器112处理由传感器提供的传感器信号，以便基于传感器信号产生由发送装置(例如，发送和接收装置)102例如基于电报拆分传输方法发送的待传输数据。
显然，终端点100也可以是致动器节点，其中，致动器节点包括致动器114。在这种情况下，例如，处理器112可以被配置为基于所接收到的信号或所接收到的数据来驱动致动器114。
在实施例中，终端点100可以是电池操作的。备选地或附加地，终端点100可以包括用于产生电能的能量收集元件。
在下文中，描述了磁性天线106或具有磁性天线106的天线阵列104的详细实施例。
1.环路的设计
实施例涉及用于发送和/或接收情况的磁性天线(例如，用于传感器节点或也用于基站)。在这种情况下，磁性天线可以自动调谐。
1.1.磁性天线在传感器节点中的应用
磁性天线106包括具有一匝或若干匝的电流环路108。在接收情况下，交变磁场在环路108中感应出电压(感应定律，[5])，在发送情况下，在环路108中流动的电流产生磁场(Biot-Savart定律，[6])。如果磁性天线106仅在频率处或相对较小带宽的范围内操作，则磁性天线106的磁性天线106效率可以借助于谐振电容显著增加。电流108增加到谐振上升的程度(由品质因子Q表示)，即，在相同的馈电功率下，两倍的Q因子导致两倍的电流(以及因此两倍的磁场)。因此，期望获得尽可能高的Q因子，这同时意味着环路108和电容必须具有尽可能小的损耗。通常，环路108中的损耗主要是由于所用金属(主要是Cu)的有限电导率。
图4示出了这种磁性天线的示意图。如已经提到的，磁性天线106包括具有一匝或若干匝的环路108和谐振电容110(C0)。在这种情况下，磁性天线106可以经由谐振电容110和环路108(线圈)形成的并联谐振电路耦合到例如发送和/或接收装置102(参见图3)。
磁性天线106具有高天线Q因子同时具有较小安装大小的优点。
另外，磁性天线106具有例如通过自动调谐可以适应不同环境条件的优点。
本发明的实施例涉及具有磁性天线的传感器节点。在这种情况下，磁性天线可以自动调谐。
1.2.磁性天线的环路的多次缩短
图5示出了具有(例如，电容性缩短的)中断多次的环路108的磁性天线106的示意图。如图5示例性所示，环路108可以被四个电容元件110(4C0)(例如，谐振电容(例如，谐振电容器))划分为四段。然而，应当注意，磁性天线106的环路108也可以被划分为任何其他数量的段。因此，在实施例中，磁性天线106的环路108可以被n个电容元件110划分为n段，其中，n是大于或等于2的自然数。
在实施例中，磁性天线的环路108可以被划分为等距段。将环路108划分为等距段具有在总体上实现了最低电场部分的优点。显然，环路也可以被划分为非等距段。
较低的电场或多次电容性缩短具有天线直接附近的介电材料相应地在其谐振频率中同样失谐较少的优点。
另外，较低的电场或多次电容性缩短具有天线直接附近的介电损耗材料降低其Q因子较少的优点。
另外，较低的电场或多次电容性缩短具有谐振电容处的电压相应较低(即，例如，缩短两次时电压的一半，然而是电容值的两倍)的优点。特别地，如果谐振电容中的一个或若干个是可调谐的，则这是有利的，因为调谐机构然后可以包括较低的电压维持能力/电强度。
在实施例中，磁性天线106(或磁性天线106的环路108)可以被电容性地缩短多次。
在实施例中，若干个电容器110串联布置在磁环路中。
1.3.磁性天线的环路的特殊设计
圆形形状的环路108具有导体路径长度与跨越(或封闭)表面积的最佳比率。然而，传统矩形电路板(导电路径)上的空间使用并不是最佳的。
多于四个拐角的形状(特别是八角形)具有优势。一方面，表面积与周长的比率变差，并且因此磁性天线106的Q因子也变差，然而，磁性天线106的效率随着给定的矩形电路板表面积而增加，因为跨越(或封闭)表面积变大。图6示出了磁性天线106的(环路108的)对称设计，然而，(环路108的)非对称设计是可以想象的，其中，例如，上半部分和下半部分(例如，环路108的段)更长。
详细地，图6示出了具有中断多次的环路108的磁性天线106的示意图，其中，环路108具有八边形形状。
如图6示例性所示，环路108可以被(例如8个)电容元件110划分为八段，其中，八段可以是有角度的，使得环路108包括八边形形状。然而，应当注意，环路108也可以被划分为任何其他数量的段和/或可以包括任何其他形状。因此，磁性天线的环路108可以是m角形的，其中，m是大于或等于4的任何自然数，例如，4、5、7、8、9、10、11或12。
在实施例中，磁性天线106可以在印刷电路板(PCB)上实现。
在实施例中，磁性天线106(或磁性天线106的环路108)可以包括非圆形的部分(或段)。
在实施例中，磁性天线106的段(或磁性天线106的环路108)的引线路由在具有组件的区域(或在该位置处)可以是直的。
在实施例中，磁性天线106(或磁性天线106的环路108)可以具有多边形形状或可以包括多于四个拐角。
这种磁性天线106具有布局可以更容易地转移到不同布局程序的优点。
另外，这种磁性天线106具有以下优点：由于(磁性天线106的环路108的)引线路由在具有组件的位置处是直的，因此组件的放置更容易。
在一些实施例中，对角延伸的边(磁性天线106的环路108的段)可以包括圆弧形状而不是角形状，以便进一步增加表面积并实现对电路板表面积的最佳使用。作为对此的反应，将失去更容易的组件放置和更简单的布局的优点。
虽然图6所示的天线阵列104包括具有中断多次的环路108的磁性天线106，应当注意，所描述的实施例也可以应用于具有中断一次的环路108的磁性天线106的天线阵列104(参见图3a)。
1.4.环路是在电路板上实现的
在实施例中，环路可以在印刷电路板(PCB)上实现。在实施例中，调谐电路可以在同一电路板上实现。
2.若干天线
在实施例中，天线阵列104可以包括若干磁性天线。
这具有可以规避磁性天线的零点(例如，天线图中磁性天线的辐射能量实际上为零的点)的优点。
2.1.具有多样性的跨场环路
在实施例中，可以使用两个磁性天线，这两个磁性天线(例如基本上)尽可能正交。
2.2.扁平化第二环路以避免零点
为了获得尽可能平坦的壳体，可以将第二磁性天线(或第二磁性天线的环路)设计为“扁平化”。在非圆形环路的情况下，与跨越(或封闭)表面积相比，绕组的电阻增加，从而降低了Q因子。在扁平环路的情况下，由于跨越较小的表面积，因此其辐射效率降低。一方面，这略微增加了Q因子，另一方面，它对辐射没有贡献。为了至少部分地补偿第一Q因子降低效应，可以使用更宽的导体(更少的损耗)。
图7示出了根据本发明的实施例的具有第一磁性天线106和第二磁性天线112的天线阵列104的示意图。
第一磁性天线106包括中断多次的环路108。如图7示例性所示，第一磁性天线的环路108可以被四个电容元件110划分为四段。然而，应当注意，第一磁性天线106的环路108也可以被划分为任何其他数量的段。因此，在实施例中，第一磁性天线106的环路108可以被n个电容元件110划分为n段，其中，n是大于或等于2的自然数。
第二磁性天线112还包括环路114，其中，第一磁性天线106的环路108和第二天线112的环路114可以基本上彼此正交布置。
如图7示例性所示，由第二磁性天线112的环路114跨越的表面积与由第一磁性天线106的环路108跨越的表面积正交地延伸。详细地，在图7中，第一磁性天线106的环路108跨越的表面积平行于由坐标系定义的xy平面延伸，而第二磁性天线112的环路114跨越的表面积平行于坐标系的z轴延伸。
在实施例中，由磁性天线112的环路114跨越(或封闭)的表面积可以小于由第一磁性天线106的环路108跨越(或封闭)的表面积1/2(例如，1/3、1/4、1/5或1/10)。
换言之，第二磁性天线112的环路114可以被“扁平化”。
如图7进一步指示的，在实施例中，第二磁性天线112的环路114的导体可以是第一磁性天线106的环路108的导体至少两倍厚或宽(例如，三倍、四倍或五倍)。
显然，第二磁性天线112的环路114也可以被例如至少两个电容元件中断多次。
在实施例中，天线阵列104可以包括尽可能正交的第二环路114。
在实施例中，第二环路114的线大小/宽度可以(比第一环路108的线大小/宽度)更大，然而，第二环路114可以(比第一环路108)更扁平。
虽然图7所示的天线阵列104包括具有中断多次的环路的磁性天线，但是应当注意，所描述的实施例也可以应用于具有中断一次的环路的磁性天线的天线阵列。
2.3.组合磁性天线/电天线以避免零点
为了规避磁性天线106的零点(例如，天线图中磁性天线的辐射能量实际上为零的点)，除了磁性天线106之外，还可以在印刷电路板(例如，PCB)上例如以PCB F天线的形式集成电天线，作为环路108(例如，磁性环/8-gon)的“延伸”。
在实施例中，可以(例如在印刷电路板(例如，PCB)上)组合电天线和磁性天线。
2.4.切换环路
如果若干磁性环路(或磁性天线)连接在一起，则会出现来自不同方向的新零点。
因此，仅当未使用的环路(或磁性天线)可以关闭时，使用若干磁性环路(或若干磁性天线)才有意义。
2.4.1.通过中断谐振电流来关闭
在实施例中，例如，不需要的磁性天线的电流可以借助于开关中断。然而，由于每个开关包括一定的剩余电容，这基本上对应于谐振频率的强失谐。
2.4.2.借助于附加电感(L)关闭
在实施例中，一个或若干谐振电容器可以与线圈并联设置。在环路的原始谐振频率下，它们形成中断其中电流的并联谐振电路。
2.4.3.改变驱动比
在实施例中，环路的调谐以及因此主发射方向和零点可以通过两个环路之一的自谐振的略微失谐而偏移，因为然后回环在同样高的驱动功率下以不同的功率发射。然后，略微失谐的环路的非发射部分被反射回来并被发送器吸收。
2.4.4.磁性环路的移相驱动
环路的零点取决于其在三维空间中的结构。例如当仅改变谐振电容的容量时，环路的零点不会改变。因此，在平面环路的情况下，总是存在B场线不穿透其的位置，即，如果它们在环路平面中延伸。然而，即使在三维环路(或弯曲的B线)的情况下，即，在不完全在平面上延伸的略微弯曲的圆环中，总能找到一个位置，其中，从环路的一侧或从环路的另一侧穿透的场线是处于平衡的。这导致补偿，即，零点。即使是正交环路在它们的信号仅直接连接的情况下也会包含45°以下的零点。为了避免这种情况，它们的接收信号可以在90°的相移下组合，因为这使得时间信号的几何抵消变得不可能。
在实施例中，可以以相移方式驱动若干磁性环路。
在实施例中，可以以相移方式驱动若干自调谐磁性环路。
2.5.经由跳数改变辐射率
结合电报拆分传输方法[7]，每个电报可以执行发送分集(即，使用不同天线的发射)，因为在电报拆分传输方法中，每个子数据分组(跳)在不同天线上/在天线上以不同强度的发射是可能的。
这具有可以提高电报传输可靠性的优点。
在实施例中，可以在不同天线上以不同强度发射不同的子数据分组(跳)，使得以不同的天线零点发送不同的子数据分组。
2.5.1.零点取决于频率的环路设计
实施例可以使用更多或更少的具有不同谐振频率的正交环路，其信号经由解耦组合器组合。如果谐振频率接近，则环路必须包括良好的几何正交性(即，磁解耦)。否则，存在Q因子损耗和谐振失真。因此，谐振频率有意地略微失谐。不同的子数据分组(跳)在不同的频率上，并且因此以不同的强度和不同的谐振由环路发射，从而磁性天线的零点分别偏移。
在实施例中，磁性天线的发射率跨频率变化。
在实施例中，天线的零点跨频率偏移。
3.其他实施例
图8示出了根据本公开的实施例的用于操作通信系统的参与者的方法200的流程图。200处的方法包括通过使用通信系统的参与者的天线阵列的磁性天线来发送和/或接收通信信号的步骤202，其中，磁性天线包括中断一次或多次的环路。
本发明的实施例提供例如用于传感器节点的(例如，自调谐)磁性天线。对于IoT(物联网)，无线通信传感器节点的数量增加。在这种情况下，对小形状因子和简单处理能力的需求越来越强烈。使用现有的电天线只能在小的程度上满足这些需求。本发明的实施例使得能够使用磁性天线和传感器节点并因此满足上述需求。
即使已在设备的上下文中描述了一些方面，应当理解：所述方面还表示了对对应方法的描述，使得设备的块或结构部件还被理解为对应的方法步骤或方法步骤的特征。类似地，在方法步骤的上下文内描述或被描述为方法步骤的方面也表示对相应设备的相应块或细节或特征的描述。可以在使用硬件设备(例如，微处理器、可编程计算机或电子电路)时执行一些或全部方法步骤。在一些实施例中，最重要的方法步骤中的一些或若干可以由这种设备来执行。
取决于具体实现要求，本发明的实施例可以用硬件或软件来实现。可以在使用如下数字存储介质的同时来实现各种实现方式，例如，软盘、DVD、蓝光盘、CD、ROM、PROM、EPROM、EEPROM或闪存、硬盘或任何其他磁或光存储器，其上存储有电可读控制信号，该信号可以与可编程计算机系统协作或合作，使得执行相应方法。因此，数字存储介质可以是计算机可读的。
从而根据本发明的一些实施例包括数据载体，该数据载体包括能够与可编程计算机系统合作以执行本文描述的任何方法的电可读控制信号。
一般而言，本发明的实施例可被实现为具有程序代码的计算机程序产品，该程序代码用于在计算机上运行计算机程序产品时执行任何方法。
该程序代码还可以存储在例如机器可读载体上。
其他实施例包括用于执行本文描述的任何方法的计算机程序，所述计算机程序存储在机器可读载体上。
换言之，本发明方法的实施例从而是具有程序代码的计算机程序，该程序代码用于在计算机上运行计算机程序时执行本文描述的任何方法。
本发明方法的另一实施例从而是数据载体(或数字存储介质或计算机可读介质)，其上记录有用于执行本文描述的任何方法的计算机程序。数据载体、数字存储介质或记录的介质通常是有形的和/或非易失性的。
本发明方法的另一实施例从而是表示用于执行本文描述的任何方法的计算机程序的数据流或信号序列。数据流或信号序列可以被配置为例如经由数据通信链路(例如，经由互联网)来发送。
另一实施例包括例如计算机或可编程逻辑器件之类的处理单元，其被配置为或适于执行本文描述的任何方法。
另一实施例包括其上安装有用于执行本文描述的任何方法的计算机程序的计算机。
根据本发明的另一实施例包括被配置为用于向接收器发送用于执行本文描述的至少一个方法的计算机程序的设备或系统。例如，发送可以是电子的或光学的。例如，接收器可以是计算机、移动设备、存储器设备或类似设备。例如，该设备或系统可以包括用于向接收器发送计算机程序的文件服务器。
在一些实施例中，可编程逻辑器件(例如，现场可编程门阵列FPGA)可以用于执行本文描述的方法的一些或全部功能。在一些实施例中，现场可编程门阵列可以与微处理器协作，以执行本文描述的任何方法。一般而言，在一些实施例中，方法由任何硬件设备来执行。所述硬件设备可以是任何通用硬件，例如计算机处理器(CPU)，或者可以是方法专用的硬件，例如ASIC。
例如，本文描述的装置可以使用硬件设备、或者使用计算机、或者使用硬件设备和计算机的组合来实现。
本文描述的装置或本文描述的装置的任何组件可以至少部分地在硬件和/或软件(计算机程序)中实现。
例如，本文描述的方法可以使用硬件设备、或者使用计算机、或者使用硬件设备和计算机的组合来实现。
本文描述的方法或本文描述的方法的任何组件可以至少部分地由硬件和/或软件(计算机程序)执行。
上述实施例仅表示对本发明的原理的说明。应理解，本领域其他技术人员将意识到对于本文描述的布置和细节的修改和变化。因此，本发明旨在仅由所附权利要求的范围来限定，而不由本文中通过对实施例的描述和讨论提出的具体细节来限定。
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Claims (35)

1.一种无线通信系统的参与者(100)，
其中，所述参与者(100)包括发送和/或接收装置(102)以及连接到所述发送和/或接收装置(102)的天线阵列(104)，
其中，所述天线阵列(104)包括具有中断一次或多次的环路(108)的磁性天线(106)。
2.根据前述权利要求所述的参与者(100)，
其中，所述环路(108)被一个或若干个电容元件(110)中断。
3.根据前述权利要求所述的参与者(100)，
其中，中断多次的环路(108)被所述电容元件(110)中断为至少两段。
4.根据前述权利要求所述的参与者(100)，
其中，所述中断多次的环路(108)的至少两段由所述电容元件(110)连接。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的参与者(100)，
其中，所述中断一次或多次的环路(108)和所述电容元件(110)形成谐振电路。
6.根据前述权利要求中任一项所述的参与者(100)，
其中，所述环路(108)形成线圈。
7.根据权利要求2至5中任一项所述的参与者(100)，
其中，所述发送和/或接收装置(102)经由所述电容元件(110)之一连接到所述磁性天线(106)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的参与者(100)，
其中，所述环路(108)是环形或m边形，其中，m是大于或等于4的自然数。
9.根据前述权利要求中任一项所述的参与者(100)，
其中，所述磁性天线(106)在电路板上实现。
10.根据前述权利要求所述的参与者(100)，
其中，所述天线阵列(104)包括用于调谐所述磁性天线(106)的调谐电路，
其中，所述调谐电路和磁性天线(106)在同一电路板上实现。
11.根据前述权利要求中任一项所述的参与者(100)，
其中，所述磁性天线(106)是第一磁性天线(106)，
其中，所述天线阵列(104)还包括第二磁性天线(112)，
其中，所述第一磁性天线(106)的中断一次或多次的环路(108)和所述第二磁性天线(112)的环路(114)基本上彼此正交布置。
12.根据权利要求11所述的参与者(100)，
其中，由所述第二磁性天线(112)的所述环路(114)跨越的区域是由所述第一磁性天线(106)的所述环路(108)跨越的区域的至多1/2。
13.根据权利要求11至12中任一项所述的参与者(100)，
其中，所述第二磁性天线(112)的所述环路(114)被实现为非圆形以便适应所述参与者(100)的壳体的形状。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的参与者(100)，
其中，所述第一磁性天线(106)和第二磁性天线(112)彼此相邻布置。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的参与者(100)，
其中，所述第二磁性天线(112)的所述环路(114)的导体是所述第一磁性天线(106)的所述环路(108)的导体的至少两倍厚或宽。
16.根据权利要求11至15中任一项所述的参与者(100)，
其中，所述第二磁性天线(112)的所述环路(114)多次中断。
17.根据权利要求11至16中任一项所述的参与者(100)，
其中，所述参与者(100)被配置为停用所述天线阵列(104)的所述磁性天线(106，112)之一，以改变所述天线阵列(104)的辐射特性。
18.根据权利要求17所述的参与者(100)，
其中，所述天线阵列(104)的所述磁性天线(106，112)之一通过使相应磁性天线(106，112)失谐而停用。
19.根据权利要求17所述的参与者(100)，
其中，所述天线阵列(104)的所述磁性天线(106，112)之一通过将线圈并联到相应磁性天线(106，112)的所述环路的所述电容元件(110)之一而停用。
20.根据权利要求11至16中任一项所述的参与者(100)，
其中，参与者(100)被配置为通过使两个磁性天线(106，112)中的至少一个的自谐振失谐来改变所述天线阵列(104)的发射率。
21.根据权利要求11至20中任一项所述的参与者(100)，
其中，所述第一磁性天线(106)和所述第二磁性天线(112)以相移方式驱动。
22.根据权利要求17至21中任一项所述的参与者(100)，
其中，所述参与者(100)被配置为将要传输的数据分组划分为多个子数据分组，并以非连续方式发送所述多个子数据分组，
其中，所述参与者(100)被配置为在两个子数据分组的发射之间至少改变一次所述天线阵列(104)的辐射特性。
23.根据权利要求11至22中任一项所述的参与者(100)，
其中，所述参与者(100)被配置为将要传输的数据分组划分为多个子数据分组，并通过使用跳频模式以非连续方式发送所述多个子数据分组，
其中，所述第一磁性天线(106)和所述第二磁性天线(112)的谐振频率被有意略微失谐，使得在所述多个子数据分组的发射中，所述天线阵列(104)的辐射特性随所述跳频模式定义的频率情况而变化。
24.根据前述权利要求中任一项所述的参与者(100)，
其中，所述天线阵列(104)包括用于调谐所述磁性天线(106)的调谐装置，
其中，所述天线阵列(104)被配置为自动调谐所述磁性天线(106)。
25.根据前述权利要求中任一项所述的参与者(100)，
其中，所述天线阵列(104)还包括电天线。
26.根据前述权利要求中任一项所述的参与者(100)，
其中，所述发送和/或接收装置(102)是发送装置、接收装置或发送/接收装置。
27.根据前述权利要求中任一项所述的参与者(100)，
其中，所述参与者(100)被配置为在ISM频带中进行通信。
28.根据权利要求1至27中任一项所述的参与者(100)，
其中，所述参与者(100)是所述通信系统的终端点。
29.根据权利要求28所述参与者(100)，
其中，所述终端点是传感器节点或致动器节点。
30.根据权利要求28至29中任一项所述的参与者(100)，
其中，所述终端点是电池操作的。
31.根据权利要求28至30中任一项所述的参与者(100)，
其中，所述终端点包括用于产生电能的能量收集元件。
32.根据权利要求1至27中任一项所述的参与者(100)，
其中，所述参与者(100)是所述通信系统的基站。
33.一种通信系统，包括：
根据前述权利要求1至32中任一项所述的至少两个参与者(100)。
34.一种用于操作通信系统的参与者(100)的方法(200)，其中，所述参与者(100)包括天线阵列(104)，其中，所述天线阵列(104)包括具有连续一次或多次的环路(108)的磁性天线(106)，其中，所述方法(200)包括：
通过使用所述磁性天线(106)发送和/或接收(202)通信信号。
35.一种用于执行根据前述权利要求所述的方法的计算机程序，其中，所述计算机程序在计算机或微处理器上运行。
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