CN114466340A - 可变比近场无线装置 - Google Patents
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Abstract
一个例子公开了一种近场无线装置，包括：控制器，所述控制器被配置成耦合到近场天线；其中所述近场天线包括：近场电性天线，所述近场电性天线被配置成发射和/或接收近场电性(E)信号；以及近场磁性天线，所述近场磁性天线被配置成发射和/或接收近场磁性(H)信号；电导率监测器，所述电导率监测器被配置成确定接近所述近场装置的介质的电导率；其中所述控制器被配置成基于所述介质的所述电导率而对由所述近场电性(E)天线和所述近场磁性(H)天线生成的和/或从所述近场电性(E)天线和所述近场磁性(H)天线接收到的场的E/H比进行调制。
Description
技术领域
本说明书涉及用于近场无线通信的系统、方法、设备、装置、制品和指令。
背景技术
本文中论述的是用户身体上的一个或多个近场装置或导电表面的主体(即，体上装置)与其它导电表面和/或其它无线装置(即，体上或离体装置)之间的近场交互，所述近场交互基于以下各项中的任一项：近场电磁感应(NFEMI)，其中发射器和接收器通过磁(H)场和电(E)场耦合；近场电感应(NFEI)，其中发射器和接收器通过电(E)场耦合；以及近场磁感应(NFMI/NFC)，其中发射器和接收器通过磁(H)场耦合。尽管RF无线通信是通过穿过自由空间传播RF平面波来实现的，但NFEMI、NFEI、NFMI和NFC使用非传播的准静态E场和/或H场信号来进行通信。
发明内容
根据例子实施例，一种近场无线装置包括：控制器，所述控制器被配置成耦合到近场天线；其中所述近场天线包括，近场电性天线，所述近场电性天线被配置成发射和/或接收近场电性(E)信号；以及近场磁性天线，所述近场磁性天线被配置成发射和/或接收近场磁性(H)信号；电导率监测器，所述电导率监测器被配置成确定接近所述近场装置的介质的电导率；其中所述控制器被配置成基于所述介质的所述电导率而对由所述近场电性(E)天线和所述近场磁性(H)天线生成的和/或从所述近场电性(E)天线和所述近场磁性(H)天线接收到的场的E/H比进行调制。
在另一例子实施例中，如果所述电导率低于阈值，则所述控制器被配置成维持或增大所述E/H比。
在另一例子实施例中，如果所述电导率高于所述阈值，则所述控制器被配置成减小所述E/H比。
在另一例子实施例中，所述E/H比被计算为：电场(E场)能量除以磁场(H场)能量。
在另一例子实施例中，所述E/H比被计算为：电场(E场)幅度除以磁场(H场)幅度。
在另一例子实施例中，所述E/H比被计算为：电场(E场)相位减去磁场(H场)相位。
在另一例子实施例中，另外包括被配置成设置所述近场无线装置的谐振频率和/或带宽的调谐值集合；其中所述电导率监测器被配置成基于所述调谐值集合而确定所述介质的所述电导率；并且其中所述控制器被配置成基于所述调谐值集合而对所述E/H比进行调制。
在另一例子实施例中，所述调谐值集合包括电容；并且如果所述介质的所述电导率增大，则所述控制器被配置成减小所述电容。
在另一例子实施例中，所述调谐值集合包括电容；并且如果所述介质的所述电导率减小，则所述控制器被配置成增大所述电容。
在另一例子实施例中，所述电导率监测器被配置成根据电耦合到所述介质的电极集合来确定所述电导率。
在另一例子实施例中，所述电导率监测器被配置成根据从远程电导率传感器接收到的数据通信来确定所述电导率。
在另一例子实施例中，所述电导率监测器被配置成根据预编程介质电导率集合来确定所述电导率。
在另一例子实施例中，此类预编程介质电导率是基于医疗和/或运动协议的。
在另一例子实施例中，所述电导率监测器被配置成根据来自多个电导率传感器的电导率读数的聚合集合来确定所述电导率。
在另一例子实施例中，所述近场装置是第一近场装置，所述第一近场装置被配置成利用第二近场装置和第三近场装置发射和/或接收近场信号；所述第一近场装置和所述第二近场装置周围的聚合介质的聚合电导率不同于所述第一近场装置和所述第三近场装置周围的聚合介质的聚合电导率；所述控制器被配置成在利用所述第二近场装置发射和/或接收所述近场信号时将所述E/H比调整为第一E/H比；并且所述控制器被配置成在利用所述第三近场装置发射和/或接收所述近场信号时将所述E/H比调整为第二E/H比。
在另一例子实施例中，所述近场装置被配置成利用第二近场装置发射和/或接收所述近场信号；并且所述控制器被配置成响应于所述近场装置距所述第二近场装置的距离而进一步调整所述E/H比。
在另一例子实施例中，所述介质是液体。
在另一例子实施例中，所述介质在所述近场装置外部。
在另一例子实施例中，所述介质包围所述近场装置。
在另一例子实施例中，所述装置嵌入以下各项中的至少一项中：智能电话、智能手表、传感器、医疗传感器、耳塞或音频装置。
以上论述并非旨在表示当前或未来权利要求集的范围内的每一例子实施例或每一实施方案。以下附图和具体实施方式还举例说明了各种例子实施例。
结合附图考虑以下详细描述可以更全面地理解各种例子实施例。
附图说明
图1是近场无线装置的例子集合。
图2是例子单线圈近场电磁感应(NFEMI)天线。
图3是近场无线装置的另一例子。
图4A是不存在人体情况下的两个近场电感应(NFEI)装置的例子俯视图。
图4B是存在人体情况下的两个近场电感应(NFEI)装置的例子俯视图。
图4C是两个近场装置的例子侧视图。
图5A是两个近场装置的例子空气中-非体上侧视图。
图5B是两个近场装置的例子空气中-体上侧视图。
图5C是两个近场装置的例子纯水中-非体上侧视图。
图5D是两个近场装置的例子纯水中-体上侧视图。
图5E是两个近场装置的例子海水中-非体上侧视图。
图5F是两个近场装置的例子海水中-体上侧视图。
图6A是附接到人体且浸没在水中的两个NFeMI装置的例子侧视图。
图6B是在人体存在的情况下的例子测得接收信号强度(RSS)链路。
图7是示出用于近场电性(E)天线的电容(C)和取决于近场装置所处的介质的对应调谐电容(C组)值的例子集合的图表。
图8是包括近场天线和被配置成接收近场信号的支持电路的例子近场装置。
虽然本公开容许各种修改和替代形式，但其细节已经借助于例子在图式中示出且将进行详细描述。然而，应理解，除所描述的具体实施例以外的其它实施例也是可能的。也涵盖落在所附权利要求书的精神和范围内的所有修改、等效物和替代实施例。
具体实施方式
在各种例子实施例中，第一近场天线包括近场电感应天线(例如，NFEI或NFEMI天线)，并且被配置成用于体上通信。第二近场天线包括近场磁感应天线(例如，NFC天线)，并且被配置成用于离体通信。
例如，第一近场无线装置中的体上传感器可以被配置成将传感器的读数传送到第二体上近场无线装置，所述第二体上近场无线装置收集传感器的读数以及可能的其它用户信息。第三离体无线装置可以是给收集传感器的读数的第二体上近场无线装置供能的智能电话/NFC读取器，并且由此促使第二体上近场无线装置将所收集的传感器的读数发射到智能电话/NFC读取器。
注意，虽然本文中论述的例子实施例是指用户的身体、体上和离体，但在替代实施例中，身体在本文中被广泛地定义成至少包括：人的身体、动物的身体、活生物体的身体、无生命物体的身体结构、机器人、车辆、对接系统、物理耦合系统、装配线上的站等。
H场天线(即，磁性天线)主要对磁场敏感和/或主要在由电流驱动时启动磁场。来自H场天线的任何E场分量极大地减小(例如，减小-20dB到-60dB，因数是0.1到0.0008(10％到0.08％)，这取决于天线设计)。
小型环形天线是例子H场天线，并且包括尺寸比其使用的波长小得多的环形天线。小型环形天线不会在NFEMI载波频率下谐振，而是替代地通过外部电抗调谐到谐振状态。在一些例子实施例中，小型环形天线中的电流在环的每个位置具有相同值。
E场天线(即，电性天线)主要对电场敏感和/或主要在由电压驱动时启动电场。来自E场天线的任何H场分量极大地减小(例如，减小-20dB到-60dB，因数是0.1到0.0008(10％到0.08％)，这取决于天线设计)。
短加载偶极子天线是例子E场天线并包括尺寸比NFEMI载波频率小得多的短偶极子，并且在一些例子实施例中在两个末端均具有额外电容表面。
这些场的准静态特性是NFEMI天线尺寸与其载波频率组合的结果。大部分近场能量以磁场和电场的形式存储，而少量RF能量不可避免地在自由空间中传播。小型天线几何形状使自由空间中的辐射波减到最少。
尽管一些环境介质(例如，空气)中的用户之间的体上和离体通信可以是可靠的，但近场通信的稳健性可能会由其它环境介质(例如，水)和用户正移动通过不同介质时的动态变化(例如，在治疗过程中从空气移动到水中并返回、游泳、天气变化、锻炼时出汗等)减弱。
现在论述的是用于检测多个近场装置之间的一种或多种环境介质的电导率水平的基于近场的无线装置，并且论述了基于此电导率而对所述基于近场的无线装置的近场电磁比(即，E/H比)进行调制。
尽管体上和空气中传送的近场信号具有由于空气与用户皮肤组织之间的电导率差异而基本上限于用户的身体附近的电场，但在流体内传送的近场信号取决于所述流体的电导率。
当穿戴近场装置的用户浸没在相对于用户皮肤的低电导率介质(例如，在第一模式中)中时(例如，低于阈值电导率)，电场可明显存在于导电介质中且由于介质(例如，流体)与用户皮肤组织之间的电导率的持续差异而仍限于用户的身体附近。
当穿戴近场装置的用户浸没在相对于用户皮肤的高电导率介质(例如，在第二模式中)中时(例如，高于阈值电导率)，电场将不会明显存在于高度导电介质中，而是替代地将限于近场装置的外壳内。
然而，在NFEMI装置包括电场和磁场生成天线两者但通过将更多输入信号传递到磁性天线而改变E/H比的条件下，NFEMI装置仍可与其它近场装置进行通信。
应注意，虽然本文中论述的各种例子实施例涉及“用户”，但在替代实施例中，用户可以是：机器人、车辆、对接系统、物理耦合系统、装配线上的站等。
图1是近场无线装置的例子100集合。例子100示出了在具有第一电导率(σ1)的第一介质120中的第一近场装置101、在具有第二电导率(σ2)的第二介质122中的第二近场装置116以及在第一介质120中的第三近场装置118。第一装置101与第二装置116之间的近场通信将跨越两个介质120和122，且因此将解释为具有第三聚合电导率(σ3)的聚合介质124。
现在于第一近场装置101中论述；然而，在一些例子实施例中，第二装置116和第三装置118具有类似组件。
第一近场装置101包括近场天线102、调谐电路104、具有介质电导率检测器114的控制器108和收发器电路112。
在各种例子实施例中，近场天线102可以是NFEMI、NFEI、NFC或NFMI天线。因而，天线102可包括用于磁场的线圈(H场)天线，以及用于电场的短加载偶极子(E场)天线。H场天线可包括缠绕有导线的铁氧体磁芯或者可以是平面设计。E场天线可包括一个或两个导电加载结构/板。天线102将包括被设计成耦合到例如调谐电路104和/或其它下行无线电发射器和接收器集成电路(RF-IC)(未示出)的各种收发器电路系统的两个或更多个馈电点。
控制器108被配置成监测和维持装置101的操作谐振频率和近场天线承载的近场信号(例如，NFEI或NFEMI)的操作带宽/品质因数。控制器108被配置成在操作谐振频率不同于预选谐振频率和/或操作带宽不同于预选带宽的情况下调整调谐参数。
调谐电路104被配置成响应于来自控制器108的信号而使用电容组(C组)调整装置101的谐振频率，并使用电阻组(R组)调整带宽。在一些例子中，C组和R组离散元件分别为约130pF和5000欧姆，以支持所需谐振频率(例如，10.6MHz)和带宽(例如，400KHz)。控制器108被配置成使用调谐电路104来调整(例如，递增/递减)C组和R组值。
收发器电路112被配置成从各种其它基带电路系统(未示出)接收近场通信信号并且将近场通信信号发射到各种其它基带电路系统。
控制器108内的介质电导率检测器114被配置成检测并监测接近装置101的介质120的电导率。在一些例子实施例中，介质120接近装置101的全部或部分和/或相邻装置116、118中的一者。在一些例子实施例中，(例如，当装置101浸没在水中时)介质120在装置101外部和/或围绕装置101。
在各种例子实施例中，介质电导率检测器114：耦合到电导率传感器；耦合以从调谐电路104接收调谐参数；耦合以从远程电导率传感器接收数据通信；和/或耦合以基于装置101的既定用途而接收介质电导率的一个或多个预编程集合，此类预编程介质电导率可链接到可能的医疗或运动协议。
控制器108被配置成命令调谐电路104响应于检测到的介质120的电导率而对发送到近场电性(E)天线和近场磁性(H)天线和/或从近场电性(E)天线和近场磁性(H)天线接收到的场的E/H比进行调制。
如图1所示，有时两个介质120、122(例如，在水线上方和下方移动的游泳者的臂)使通信中的两个装置101、116分离。在此类例子实施例中，可能由于两个介质120、122的平均电导率引起的聚合电导率由电导率检测器114确定。在其它例子实施例中，可使用另一聚合电导率计算值(即，不是平均值)，使得能够实现装置101、装置116之间的近场通信的稳健性。
因此，第一装置101将使用第一E/H比与第二装置116进行通信，而第一装置101将使用第二E/H比与第三装置118进行通信。所使用的E/H比可随着装置101、116、118在介质120、122内移动以及移动进入和移动离开介质120、122而动态地变化。
E/H比还可随着装置对更靠近或更远离彼此而改变(例如，由控制器108对E/H比进行微调以便维持两个装置之间的理想近场通信)。例如，当用户处于某一静态姿态时，两个体上装置可能会受到相对于E场的过于导电的水的影响，但当此用户随后开始游泳时，其身体周围的E场分布将随着身体部位移动而更改，从而更改信道损耗。
图2是例子单个线圈近场电磁感应(NFEMI)天线200。在此例子中，天线200是电磁感应(NFEMI)天线。在一些例子实施例中，天线200包括用于磁场的线圈(H场)天线205，以及用于电场的短加载偶极子(E场)天线220。H场天线205包括缠绕有导线215的铁氧体芯210。E场天线220包括两个导电加载结构225和230。天线200馈电点235、240耦合到各种收发器电路系统，例如下行无线电发射器和接收器集成电路(RF-IC)，(此处未示出)。
当NFEMI天线200接近结构(例如，导电结构、身体、人、物体等)时，磁场和电场将基本上受限于所述结构且不会在自由空间中明显辐射。这增强了此类身体联网通信的安全性和保密性。
在各种例子实施例中，天线200在50MHz或低于50MHz(例如，如在30MHz)下工作，以确保场遵循结构的轮廓并确保大大减少远场辐射。
图3是另一例子近场无线装置300，其被配置成响应于装置300周围的介质的电导率而对发送到所包括近场电性(E)天线304和近场磁性(H)天线306和/或从所包括近场电性(E)天线304和近场磁性(H)天线306接收到的E/H比进行调制。装置300还包括：信号处理单元(SPU1)和(SPU2)，数字处理单元(DPU)，信号发生器S1和S2，缓冲器B1、B2、B3，调谐电容器(TC)，电压控制/相移单元(VC/PS)308，VC/PS控制器310，电导率定义器312、电导率传感器314和相关电路。
装置300基于以下两个原理工作。第一个原理是，近场磁性(H)天线信号不像近场电性(E)天线信号那样被装置300周围的介质的电导率衰减，而是具有相对更短的通信范围。第二个原理是，近场电性(E)天线信号在体上通信方面比近场磁性天线信号具有更大的范围，但比H场信号更容易被装置300周围的介质的电导率衰减。
DPU控制装置300的操作并且处理与近场通信相关的信号。信号处理单元SPU1和SPU2包含用于与天线MA、EA和DPU介接的硬件。SPU1和SPU2连接到生成或接收近场信号中的数据的额外基带电路系统(未示出)。SPU1生成近场发射信号并且SPU2接收近场信号。
信号处理单元SPU1命令信号发生器S1和S2产生通过调谐电容器(TC)和VC/PS 308驱动电性天线(EA)304和磁性天线(MA)306的电流。
在一些例子实施例中，TC是RF集成电路中的可由数字处理单元DPU调整的集成电容器组。可在ISM频带中的一者中选择谐振频率，例如10.6MHz。谐振电路具有对于所需的通信模式数据速率足够的带宽。任选地，可借助于在谐振电路中插入额外损耗来调适带宽。这可以是无线电IC中的额外功能块。磁性天线MA上的电压Um在电压处理单元VC/PS中处理，并且进一步施加到电性天线EA。
在发射模式下，H场(Um)由通过磁性天线MA的第一交变电流(Im)(即，通过磁性天线MA两端的第一交变电压(Vm))生成，而E场(Ue)由电性天线EA上的第二交变电压(Ve)生成。因此，两个电压Vm和Ve分别限定H场(Um)和E场(Ue)。改变Vm和Ve的幅度中的一者或其间的相位，会改变H场与E场之间的信号强度的E/H比。
在一些例子实施例中，H场与E场之间的信号强度的E/H比可以由电压控制/相移单元(VC/PS)308控制。受VC/PS控制器310命令的VC/PS 308以发射或接收模式对磁性天线MA306上的电压Vm和电性天线EA 304上的电压Ve进行调制。VC/PS 308可以减小或增大电压Ve相对于Vm的幅度或相位。以此方式，可取决于装置300周围的介质的电导率与装置300和所述装置300与之进行通信的任何其它近场无线装置两者周围的介质的聚合电导率而改变H场与E场之间的E/H比。
可以各种方式计算所述E/H比，例如：电场(E场)能量除以磁场(H场)能量，电场(E场)幅度除以磁场(H场)幅度，和/或电场(E场)相位减去磁场(H场)相位(例如，
)。
电导率定义器312可以两种方式中的至少一种来确定介质的电导率，所述两种方式在一些例子实施例中是组合的。
以第一种方式，电导率定义器312耦合以从DPU接收关于调谐组组件(例如，来自图 1的调谐电路104)的信息。基于电容(C组)和电阻(R组)调谐值的变化——所述变化出现在DPU随着装置300周围的介质的电导率变化而调整这些值以维持无线装置300的谐振频率和/或带宽时，电导率定义器312可区分例如空气和水的介质。
电导率定义器312接着命令VC/PS控制器310以减小或增大输入电压Um和/或Ue。以此方式，可根据介质的电导率改变磁(H)场与电(E)场之间的E/H比。
例如，随着介质的电导率增大，DPU减小C组值以维持装置300的谐振频率。电导率定义器312通过减小E/H比而作出响应，这是因为与电性(E)近场信号相比，磁性(H)近场信号会受电导率的增大的影响更小。
相反，随着介质的电导率减小，DPU增大C组值以维持装置300的谐振频率。电导率定义器312通过增大E/H比而作出响应，这是因为当介质的电导率较低时，电性(E)近场信号衰减较小。
以第二种方式，电导率定义器312耦合到电导率传感器314。电导率传感器314可以是耦合到模数转换器且被配置成与介质有直接电流或电容性接触的电流测量单元。基于此电流测量，可确定电导率。例如，越高的电导率值会产生越高的测得电流。在一些例子实施例中，使用浸没在介质中的两个电极来测量电流，由此形成其电容将根据介质的电导率而改变的电容器。
在一些例子实施例中，将来自通信中的多个近场无线装置的多个电导率传感器314的电导率读数进行组合以聚合近场无线装置中的任意两者之间的电导率读数，使得可基于聚合电导率设置理想E/H比。
现论述用于这些近场无线装置的一些例子模拟用例。
图4A是不存在人体情况下的相隔距离d1(30cm)的两个近场电感应(NFEI)装置402、404(仅E场)的例子俯视图。图4B是存在人体情况下的两个近场电感应(NFEI)装置402、404(仅E场)的例子俯视图。图4C是两个近场装置402、404的例子侧视图。
出于此模拟的目的，NFEI装置402、404的E场天线被认为由塑料以1mm的间隔围封。两个天线由放置在框中以模拟不同介质(空气、纯水、海水)的两个平行导电板构成。天线由50欧姆的电源驱动。
接下来的模拟示出了存在或不存在中间导电结构(例如，人体)情况下的各种介质(例如，空气、纯水、海水)中的E场。这些模拟中的液体是在25℃的模拟下电导率为5.5μS/m的去离子纯水。为了进行比较，空气具有10-15S/m到10-9S/m的电导率。在下文中将描述第一模式的模拟，其中流体的电导率相对于合理良好导电的(内部)主体较低。例如海水的液体具有大约1.6S/m的电导率。为了进行比较空气具有10-15S/m到10-9S/m的电导率。
图5A是两个近场装置402、404的例子空气中-非体上侧视图，包括垂直于天线板表面的平面中的E场的幅度
图5B是两个近场装置402、404的例子空气中-体上侧视图，包括垂直于天线板表面的平面中的E场的幅度
图5C是两个近场装置402、404的例子纯水中-非体上侧视图，包括垂直于天线板表面的平面中的E场的幅度
图5D是两个近场装置402、404的例子纯水中-体上侧视图，包括垂直于天线板表面的平面中的E场的幅度
图5E是两个近场装置402、404的例子海水中-非体上侧视图，包括垂直于天线板表面的平面中的E场的幅度
图5F是两个近场装置402、404的例子海水中-体上侧视图，包括垂直于天线板表面的平面中的E场的幅度
为清楚起见，402和404未在每个图中明确标记，但仍对应于例如图5A中所指示的框。
然后，使用3D EM(电磁)求解器的模拟结果用于具有调谐组件(例如，L＝3.7uH)的接收器电路中，以产生针对450KHz带宽的F＝10.6MHz的接收到的电压和应用的132dBuV的所发射电压。随后当装置从空气中移开以浸没在纯水中时，发现接收信号强度(RSS)降低。
当流体的电导率高时，E场将不会明显存在于高度导电的介质中。提供到近场电性(E)天线的导电板上的任何电压仅可在板之间和极为接近板时生成E场，前提是不存在流体，就像天线、电子器件、电路板等周围有外壳、产品内部有空气。
然后，在近场装置的外壳外部，介质是高度导电的，此时不会明显存在电场，并且当装置从空气中移开以浸没在海水中时，接收信号强度(RSS)降低29dB。
还示出了当装置402、404在人体存在情况下操作时E场的模拟。然后，来自3D EM求解器的模拟结果再次用于我们的应用的具有调谐组件(例如，L＝3.7uH)的接收器电路中，以产生针对450KHz带宽的F＝10.6MHz的接收到的电压和应用的132dBuV的所发射电压。
这些模拟示出了，当体上装置浸没在纯水中时，接收信号强度(RSS)降低20dB。人体限制由第1装置402发射的E场，使得在第2体上装置404处接收到E场。当体上装置浸没在纯水中时，接收信号强度(RSS)可降低20dB，并且这是当在流体中定向应用时可以在设计中考虑的容限。
模拟还示出了当体上装置从空气中移开以浸没在海水中时，接收信号强度(RSS)降低54dB。当流体的电导率较高时，无论是否有人体存在，E场将不会明显存在于高度导电的介质中。
图6A是附接到人体且浸没在水中的相隔距离d2的两个NFeMI装置的例子侧视图。在这些测量中，流体的电导率相对于合理良好导电的(内部)主体较低。具有0.0005S/m到0.05S/m的电导率的自来水用于此测试。所使用的近场装置是具有磁性H场天线和电性E场天线两者的近场电磁感应(NFeMI)装置。
图6B是在人体存在的情况下(即，两个NFeMI装置附接到用户的皮肤)的例子测得接收信号强度(RSS)链路。当水层仅几厘米时，E场的幅度的模拟已示出水层上方的空气中的
的值可能明显较高且可能是测得的接收到的电压的主要促成因素。接收信号强度(RSS)在装置浸没在水中之前最初为50dBuV，且在装置浸没在水中之后大约下降到48dBuV。
当两个装置在人体上时，RSS(即，50dBuV)较高，这是由于与当两个装置不在人体上时的RSS相比，空气与活体组织之间的电导率差较大，因此E场限制在身体内。
当体上NFeMI链路浸没在几cm的自来水中时，发现尽管水的电导率高于空气的电导率，但链路的品质并未严重降低。如上文所提及，在存在于水层上方几cm处的空气层中，模拟已示出E场的幅度
可明显高于水层中的所述幅度，且可能是测得的接收到的电压的主要促成因素。
图7是示出用于近场电性(E)天线的电容(C)和取决于近场装置所处的介质的对应调谐电容(C组)值的例子集合的图表。在此例子中，近场电性(E)天线的电容由1mm的塑料包围，间隔通过导电介质增大。如图所示，当近场电性(E)天线在海水中时，通过无线电IC基带电路发现的电容(C)将从2pF增大到9pF。
图8是包括近场天线和被配置成接收近场信号的支持电路的例子近场装置。天线包括具有损耗电阻(R3)和电感(L1)的磁性(H场)天线、具有由两个加载板形成的导电结构的电性(E场)天线，以及具有损耗电阻(R4)的两个馈电点。支持电路包括调谐电路、低噪声放大器(LNA)和连接到调谐电路系统的控制线。
两个天线与可变电容器C1和C2一起由控制器在例如10.6MHz的通信频率下进行谐振调谐。可变加载电阻器R1和R2针对例如400kHz的所需通信带宽进行调谐。
在接收模式下，电场和磁场在天线元件中感应出电压。电场在天线电容器中感应出电压Vca。于无线电IC的RF端口处发现的电压等于天线电容器中的感应电压部分乘以天线系统电路的品质因数。在天线电容与无线电IC的调谐电容之间共享谐振电流。
VRx,Ca＝Vca Q Ca/(Ca+Ctune,IC)
通过在导电介质中应用NFeMI装置，Ca将如图表所示增大且需要更少的Ctune、IC。这意味着，与空气中的应用相比，较大部分的谐振电流将通过Ca，且接收到更高的电压。在接收信号强度方面，这转换成通过浸没在海水中而增大12-14dB。
在另一近场天线中，单个线圈L1还可由充当阻抗下变频器(自耦变压器)的耦合线圈代替。在无线电IC的RF端口处，由于通过使用耦合线圈提供的电压增益，因此天线电容呈现为更大的电容。当在水中模拟此类NFeMI装置时，通过IC发现的电容将从5pF增大到20.5pF而不是从2pF增大到9pF。
通过设计具有智能电容调谐系统的天线系统来改善导电介质中的发射，在所述天线系统中，天线电容可以较大(2pF-10pF)且电容调谐组可以提供最小的Ctune、IC以提高LNA处的感应电压Vca与接收到的输入电压的放大系数。
刚刚论述的近场装置的应用包括：用于需要较小形状因数且需要在浸没在例如水的流体中时操作的无线体上网络的可穿戴物；以及监测在市民部门(施工基坑、隧道)、军事部门(扫雷)、服务部门(搜索和救援操作)等中操作的专业者的身体参数。
除非明确陈述特定次序，否则可以任何次序执行上文附图中论述的各种指令和/或操作步骤。并且，本领域的技术人员将认识到，虽然已论述了一些例子指令集/步骤，但本说明书中的材料可以多种方式组合以还产生其它例子，并且应在由此具体实施方式提供的上下文内来进行理解。
在一些例子实施例中，这些指令/步骤实施为功能指令和软件指令。在其它实施例中，指令可以使用逻辑门、专用芯片、固件以及其它硬件形式来实施。
当指令体现为非暂时性计算机可读或计算机可用介质中的可执行指令集时，这些指令在编程有所述可执行指令且受所述可执行指令控制的计算机或机器上实现。所述指令经过加载以在处理器(例如，一个或多个CPU)上执行。所述处理器包括微处理器、微控制器、处理器模块或子系统(包括一个或多个微处理器或微控制器)或其它控制或计算装置。处理器可以指单个组件或多个组件。所述计算机可读或计算机可用存储介质被视为物品(或制品)的一部分。物品或制品可以指任何制造的单个组件或多个组件。如本文所定义的非暂时性机器或计算机可用介质不包括信号，但此类介质能够接收并处理来自信号和/或其它暂时性介质的信息。
将容易理解，如本文中大体描述且在附图中示出的实施例的组件可以按各种不同的配置来布置和设计。因此，如附图所表示的各种实施例的具体实施方式并非旨在限制本公开的范围，而仅仅是表示各种实施例。尽管在图式中呈现了实施例的各种方面，但是除非具体指示，否则图式不一定按比例绘制。
在不脱离本发明的精神或基本特性的情况下，可以按其它具体形式体现本发明。所描述的实施例在所有方面均被视为仅是示意性的而非限制性的。因此，本发明的范围由所附权利要求书而不是由此具体实施方式指示。属于权利要求书等同含义和范围内的所有变化均涵盖在权利要求书的范围内。
本说明书通篇对特征、优点或类似语言的引用并不暗示可以通过本发明实现的所有特征和优点应在或在本发明的任何单一实施例中。相反地，提到特征和优点的语言应理解成意味着结合实施例所描述的特定特征、优点或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，本说明书通篇对特征和优点以及类似语言的论述可以但不一定指代同一实施例。
此外，本发明的所描述特征、优点和特性可以用任何合适的方式在一个或多个实施例中组合。本领域的技术人员将认识到，鉴于本文中的描述，本发明可以在无特定实施例的一个或多个具体特征或优点的情况下实践。在其它情况下，可以在某些实施例中识别出可能不存在于本发明的所有实施例中的额外特征和优点。
本说明书通篇对“一个实施例”、“实施例”或类似语言的引用意味着结合所指示的实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，本说明书通篇的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”和类似语言可以但不一定全部指代同一实施例。
Claims (10)
1.一种近场无线装置，其特征在于，包括：
控制器，所述控制器被配置成耦合到近场天线；
其中所述近场天线包括，
近场电性天线，所述近场电性天线被配置成发射和/或接收近场电性(E)信号；以及
近场磁性天线，所述近场磁性天线被配置成发射和/或接收近场磁性(H)信号；
电导率监测器，所述电导率监测器被配置成确定接近所述近场装置的介质的电导率；
其中所述控制器被配置成基于所述介质的所述电导率而对由所述近场电性(E)天线和所述近场磁性(H)天线生成的和/或从所述近场电性(E)天线和所述近场磁性(H)天线接收到的场的E/H比进行调制。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：
如果所述电导率低于阈值，则所述控制器被配置成维持或增大所述E/H比。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：
如果所述电导率高于所述阈值，则所述控制器被配置成减小所述E/H比。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：
所述E/H比被计算为：电场(E场)的能量、幅度和相位三者中的一个除以磁场(H场)能量。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：
另外包括被配置成设置所述近场无线装置的谐振频率和/或带宽的调谐值集合；
其中所述电导率监测器被配置成基于所述调谐值集合而确定所述介质的所述电导率；并且
其中所述控制器被配置成基于所述调谐值集合而对所述E/H比进行调制。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：
所述调谐值集合包括电容；并且
其中如果所述介质的所述电导率增大，则所述控制器被配置成减小所述电容，如果所述介质的所述电导率减小，则所述控制器被配置成增大所述电容。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：
所述电导率监测器被配置成根据以下至少之一来确定所述电导率：电耦合到所述介质的电极集合、从远程电导率传感器接收到的数据通信、预编程介质电导率集合、来自多个电导率传感器的电导率读数的聚合集合。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：
所述近场装置是第一近场装置，所述第一近场装置被配置成利用第二近场装置和第三近场装置发射和/或接收近场信号；
其中所述第一近场装置和所述第二近场装置周围的聚合介质的聚合电导率不同于所述第一近场装置和所述第三近场装置周围的聚合介质的聚合电导率；
其中所述控制器被配置成在利用所述第二近场装置发射和/或接收所述近场信号时将所述E/H比调整为第一E/H比；并且
其中所述控制器被配置成在利用所述第三近场装置发射和/或接收所述近场信号时将所述E/H比调整为第二E/H比。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：
所述近场装置被配置成利用第二近场装置发射和/或接收所述近场信号；并且
其中所述控制器被配置成响应于所述近场装置距所述第二近场装置的距离而进一步调整所述E/H比。
10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：
所述介质是液体。
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