[发明专利]近场电磁感应(NFEMI)天线的系统和方法

说明书

一个例子公开了一种第一近场电磁感应(NFEMI)装置，第一NFEMI装置包括：控制器，控制器被配置成耦合到NFEMI天线并且耦合到结构；其中NFEMI天线包括电(E)近场产生和/或接收部分和磁性(H)近场产生和/或接收部分；其中控制器被配置成调制发送到电部分和磁性部分和/或从电部分和磁性部分接收到的能量的比率；其中控制器被配置成接收对应于结构是否处于第一NFEMI装置与第二NFEMI装置之间的信号；并且其中控制器被配置成：如果结构处于第一NFEMI装置与第二NFEMI装置之间，那么相比于发送到磁性(H)部分和/或从磁性(H)部分接收到的能量降低发送到电(E)部分和/或从电(E)部分接收到的能量的比率。

技术领域

本说明书涉及用于近场电磁感应(NFEMI)天线的系统、方法、设备、装置、制品和指令。

背景技术

本文讨论了发射器和接收器通过磁(H)场和电(E)场二者耦合的基于近场电磁感应(NFEMI)的通信装置和其它无线联网装置。虽然RF无线通信通过使RF平面波传播通过自由空间来实现，但是NFEMI通信利用非传播准静态H场和E场。

H场天线(即，磁性天线)主要对磁场敏感和/或主要在被电流驱动时产生磁场。来自H场天线的任何E场分量显著降低(例如，从-20dB降低到-60dB，因子为0.1到0.0008(10％到0.08％)，这取决于天线设计)。

小环形天线是示例H场天线并且包括大小远小于使用波长的环形天线。小环形天线不会以NFEMI载波频率进行谐振，而是通过外部电抗调谐以进行谐振。在一些示例实施例中，小环形天线中的电流在环路的每个位置中的值相同。

E场天线(即，电天线)主要对电场敏感和/或主要在被电压驱动时产生电场。来自E场天线的任何H场分量显著降低(例如，从-20dB降低到-60dB，因子为0.1到0.0008(10％到0.08％)，这取决于天线设计)。

短负载偶极子天线是示例E场天线并且包括大小远小于NFEMI载波频率的短偶极子并且在一些示例实施例中在两端均具有额外的电容结构。

这些场的准静态特性是NFEMI天线大小与其载波频率组合的结果。大多数近场能量以磁场和电场的形式储存，而少量RF能量不可避免地在自由空间中传播。较小的天线几何结构使自由空间中的辐射波最小化。

一些如助听器和无线耳塞等可穿戴装置采用近场磁感应(NFMI)作为无线通信方法。在NFMI无线通信中，两个松散耦合的线圈实现信号传输。不会发生无线电波的辐射。在发射线圈中流动的电流产生H场，所述H场进而在接收线圈中感生电流。以此方式，无线通信完成。不幸的是，天线线圈较小的基于H场的NFMI系统的范围有限并且对线圈定向敏感。在助听器形状因子的情况下，基于H场感应的系统无法覆盖整个人体。然而，因为在助听器中两个线圈总是彼此对齐，所以它们不受人体移动的影响。

其它可穿戴装置采用近场电感应(NFEI)作为无线通信方法。NFEI允许导电结构(例如，人体)上和附近的电子装置通过E场耦合(例如，以21MHz)交换信息。NFEI有时也被称为身体耦合通信(Body Coupled Communication，BCC)。虽然基于E场的NFEI信号的范围可以比基于H场的NFMI信号的范围大，但是E场信号的强度可能因身体姿势而不同并且对身体移动敏感。身体甚至可能部分地阻塞电容性返回路径，由此增加E场信道损耗并且不可能实现可靠且鲁棒的无线通信。

期望提供鲁棒的近场全身或全结构通信。这包括更长距离的从头到脚通信和从前到后通信。现在讨论用于实现这个目标的NFEMI电路、结构和调谐方法。

发明内容