УЗЕЛ УСТРОЙСТВА РАЗВЯЗКИ С ЕМКОСТНОЙ СВЯЗЬЮ
CAPACITIVELY-COUPLED ISOLATOR ASSEMBLY

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0001] Описываемые и заявляемые здесь реализации могут решить вышеуказанную задачу посредством обеспечения узла устройства развязки, включающего в себя узел устройства развязки с емкостной связью. В некоторых реализациях узел устройства развязки с емкостной связью может обеспечивать развязку нескольких диапазонов за счет наличия электрически плавающего проводящего элемента связи, имеющего длину, которая составляет половину или четверть длины волны несущей. В других реализациях возможно применение нескольких элементов с емкостной связью для достижения развязки нескольких диапазонов.
[0002] Это описание сущности изобретения приводится для того, чтобы в упрощенной форме представить набор концепций, которые далее изложены в подробном описании. Это описание сущности изобретения не предназначено для выявления ключевых признаков или основных признаков заявляемого предмета изобретения, а также не предназначено для использования в качестве ограничения объема притязаний заявляемого предмета изобретения.
ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0004] На фиг.1 изображен примерный узел устройства развязки с емкостной связью, расположенный на электронном устройстве.
[0005] На фиг.2 изображен примерный узел устройства развязки с емкостной связью, расположенный между двумя антеннами на электронном устройстве.
[0006] На фиг.3 изображен примерный узел устройства развязки с емкостной связью, включающий в себя шунтирующий компонент и расположенный между двумя антеннами на электронном устройстве.
[0007] На фиг.4 изображен примерный узел устройства развязки с емкостной связью, включающий в себя несколько компонентов связи, расположенных между двумя антеннами на электронном устройстве.
[0008] На фиг.5 изображены графики рабочих характеристик развязки, достигаемых посредством примерного узла устройства развязки с емкостной связью.
[0009] На фиг.6 изображены примерные операции развязки антенн с помощью примерного узла устройства развязки с емкостной связью.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
[0010] В беспроводных системах четвертого поколения и их будущих преемниках возможно применение антенных систем с многими входами и многими выходами (MIMO). Посредством антенных систем с MIMO можно использовать многочисленные антенны для выполнения приема и передачи в диапазоне радиочастот для повышения рабочих характеристик связи. Помимо этого, антенные системы для вычислительных устройств создают проблемы, связанные с приемом и передачей радиоволн на многочисленных выбираемых частотах с помощью многочисленных антенн, например, когда вычислительные устройства включают в себя антенны, соответствующие разным спецификациям электросвязи. Если они не разнесены надлежащим образом, сигналы от разных антенн могут накладываться друг на друга за счет нежелательной, но сильной взаимной связи. Эта связь может понижать рабочие характеристики системы. А если так, то средства малой компьютерной электроники, включая - не в ограничительном смысле - компактные портативные компьютеры, планшетные компьютеры, мобильные телефоны и беспроводные носимые вычислительные системы, накладывают нетривиальные ограничения на разнесение антенн, тем самым ограничивая варианты выбора при проектировании.
[0011] Устройство развязки, находящееся между антеннами, может ослабить связь между антеннами и может допускать варианты проектирования, предусматривающие размещение двух или более антенн ближе друг к другу без ущерба для рабочих характеристик антенн. Устройства развязки могут дать конструкторам свободу в проектировании всего устройства в целом и могут допустить введение многочисленных антенн в состав меньших устройств.
[0012] На фиг.1 изображен примерный узел 102 устройства развязки с емкостной связью, расположенный на электронном устройстве 100. Электронное устройство 100 может быть - не в ограничительном смысле - планшетным компьютером, компактным портативным компьютером, мобильным телефоном, персональным цифровым секретарем, сотовым телефоном, смартфоном, плейером формата Blu-Ray, игровой системой, носимым компьютером или любым другим устройством, включающим в себя схемы беспроводной связи.
[0013] Электронное устройство 100 включает в себя некоторое количество антенн (например, радиочастотных (РЧ) антенн), расположенных с обеих сторон узла 102 устройства развязки. В частности, узел 102 устройства развязки расположен между первой внешней антенной 104 и второй внешней антенной 106, а также между первой внутренней антенной 108 и второй внутренней антенной 110. По меньшей мере одна антенна из показанных антенн работает в диапазоне частот, отличающемся от тех, в которых работают другие. Например, первая внутренняя антенна 108 может работать в диапазоне частот, отличающемся от тех, в которых работают вторая внутренняя антенна 110, первая внешняя антенна 104 и вторая внешняя антенна 106. В альтернативном варианте электронное устройство 100 может включать в себя две или более «пар» идентичных антенн, а узел 102 устройства развязки при этом располагается между антеннами каждой пары. Эту конфигурацию можно использовать, например, в системах электросвязи с многими входами и многими выходами. Здесь описываются и другие реализации, предусматривающие иные компоновки.
[0014] В одной реализации, первая внутренняя антенна 108 и вторая внутренняя антенна 110, по существу, идентичны и работают в первом диапазоне частот, а первая внешняя антенна 104 и вторая внешняя антенна 106, по существу, идентичны и работают во втором диапазоне частот. Например, первая внутренняя антенна 108 и вторая внутренняя антенна 110 могут принимать и посылать радиосигналы через беспроводную локальную сеть. Эта беспроводная локальная сеть может быть реализована на основе спецификации IEEE 801.11 Института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике, или спецификации другого промышленного стандарта. Стандарт IEEE 801.11 (т.е., «WiFi») допускает работу в двух диапазонах частот - первом (от 2400 до 2500 МГц) и втором (от 5725 до 5875 МГц). В той же самой или еще одной реализации, первая внутренняя антенна 108 и вторая внутренняя антенна 110 принимают и посылают радиосигналы в диапазоне частот, выделенном для сотовой связи, или приблизительно от 0,7 до 2,7 ГГц. Эти диапазоны частот могут соответствовать стандартам связи, в число которых входят, например, LTE, WiMax, 4G, 3G, 2G, Bluetooth, IEEE 802.11, стандарт связи малого радиуса действия (NFC), RFID и другие.
[0015] Узел 102 устройства развязки показан расположенным вдоль краевой области поверхности 112, которая может быть либо внутренней, либо внешней поверхностью электронного устройства 100. Поверхность 112 может быть участком передней, задней или боковой грани электронного устройства 100. В некоторых реализациях узел 102 устройства развязки расположен в области, не являющейся краевой областью поверхности 112.
[0016] Когда антенна используется на поверхности 112 и активно принимает или передает сигнал, на поверхности 112 возможно генерирование поверхностного тока. Без эффективной развязки, поверхностный ток может вызывать возникновение «связи» между сигналами, испускаемыми двумя или более антеннами, либо принимаемыми этими антеннами, которые работают в одном и том же диапазоне частот или диапазоне перекрывающихся частот. Например, поверхностный ток, генерируемый посредством передачи, исходящей от первой внутренней антенны 108, может оказываться «связанным с» функциональными свойствами второй внутренней антенны 110 и поэтому накладываться на них. В результате этой связи возможно снижение скорости передачи по одному или нескольким каналам связи или иное негативное воздействие на рабочие характеристики системы.
[0017] Связь между антеннами можно предотвратить или ослабить за счет эффективной развязки антенн, работающих в перекрывающихся друг с другом диапазонах частот. Развязка может быть достигнута посредством стратегического размещения антенн вдоль поверхности 112 или посредством использования устройства развязки, такого, как узел 102 устройства развязки. Для развязки посредством стратегического размещения, в одной реализации две антенны, работающие в диапазоне перекрывающихся частот, разнесены друг от друга на определенную долю длины волны, соответствующей диапазону перекрывающихся частот, в зависимости от того каковы потребности РЧ системы в развязке. Например, расстояние разнесения может составлять четверть длины волны, связанной с диапазоном перекрывающихся частот. Вместе с тем, желаемые расстояния разнесения не всегда осуществимы в определенных промышленных конструкциях, в частности, в меньших электронных устройствах с ограниченной площадью поверхности. Трудности размещения особенно бросаются в глаза в случае антенн, работающих на более низких частотах, где длины волн больше.
[0018] Узел 102 устройства развязки обеспечивает развязку, которая делает возможным физическое разнесение двух антенн, работающих в первом диапазоне частот, друг от друга на поверхности 112 менее чем на четверть каждой из длин волн в соответствии с несколькими диапазонами частот. Примерный узел 102 устройства развязки, изображенный на фиг.1, включает в себя «L-образный» заземляющий элемент 114 и «С»-образный электрически плавающий элемент 116 связи, который проходит вокруг обеих сторон заземляющего элемента 114. В одной реализации «L-образный» заземляющий элемент имеет две длинные стороны на проводящей дорожке, проложенной параллельно концу плоскости 130 заземления. Заземляющий элемент 114 может быть электрически соединен непосредственно с плоскостью 130 заземления через шунтирующий компонент или другой взаимно соединяющий элемент. Элемент 116 связи не соединен с «землей», а имеет емкостную связь с заземляющим элементом 114. Длину элемента 116 связи можно задать так, что она будет соответствовать четной гармонике низкого порядка частоты развязанного РЧ сигнала (например, с разнесением на четверть или половину длины волны РЧ сигнала). Соответственно, ток сигнала вдоль поверхности 112 облучает элемент 116 связи, который имеет емкостную связь с заземляющим элементом 114. Таким образом, ток сигнала из внутренней антенны 108 развязан от внутренней антенны 110, и наоборот, за счет излучения элемента 116 связи. Хотя на фиг.1 изображен узел 102 устройства развязки который развязывает в двух диапазонах частот (например, на частотах, соответствующих длинам волн, в два раза и четыре раза превышающих длину элемента 116 связи), другие реализации могут обеспечивать развязку в более чем двух диапазонах частот.
[0019] На фиг.2 изображен примерный узел устройства развязки с емкостной связью, расположенный между двумя антеннами на электронном устройстве. Хотя это и не показано, поверхность 212 может включать в себя дополнительные антенные элементы, расположенные с одной или обеих сторон узла 202 устройства развязки. По меньшей мере одна антенна на поверхности 212 излучает радиосигнал в первом диапазоне F1 частот и, по меньшей мере одна антенна на поверхности 212 излучает радиосигнал во втором диапазоне F2 частот, не перекрывающемся с первым диапазоном частот. Например, антенны 204 и 206 могут работать в диапазоне частот WiFi, а другая пара антенн (не показаны), расположенных с противоположных сторон узла устройства развязки, может работать в диапазоне частот сотовой связи. Предусматриваются также другие реализации.
[0020] Узел 202 устройства развязки включает в себя заземляющий элемент 222 и элемент 216 связи, окруженный изолирующим (например, диэлектрическим) материалом 214. Заземляющий элемент 222 представляет собой заземленный проводящий элемент. Элемент 216 связи является электрически плавающим и возбуждается, переходя в состояние резонанса, поверхностным током, колеблющимся в одном из диапазонов F1 или F2 частот. Заземляющий элемент 222 показан как «L-образный»; вместе с тем предусматриваются также другие формы. Элемент 216 связи показан как «С-образный»; вместе с тем предусматриваются также другие формы, включая - но не в ограничительном смысле - «L-образные формы» и извилистые траектории. В одной реализации заземляющий элемент 222 и элемент 216 связи представляют собой печатные компоненты на диэлектрическом носителе 214 и установлены на поверхность 212.
[0021] Длина от конца до конца (показанная пунктирной линией 224) элемента 216 связи связана с длиной волны, присущей волне, имеющей частоту F1. В одной реализации элемент 216 связи имеет длину 224 от конца до конца, которая, по существу, равна четверти расстояния c/F1 и половине расстояния c/F2, где c - скорость света. За счет того, что элемент 216 связи проложен вдоль обеих сторон 226 и 228 заземляющего элемента 222, элемент 216 связи имеет емкостную связь с заземляющим элементом 222 вдоль своей длины 224 от конца до конца.
[0022] Во время работы узел 202 устройства развязки предотвращает прохождение поверхностных токов с частотой колебаний в диапазоне либо F1, либо F2, в результате резонанса элемента 216 связи на таких частотах. Когда одна или несколько антенн на поверхности 212 излучают радиосигналы в диапазонах F1 или F2 частот, поверхностный ток, проходящий между антеннами 204 и 206, эффективно прекращается в узле 202 развязки. В одной примерной реализации, F1 - это частота, используемая для диапазона WiFi 2,4 ГГц, а F2 - это частота, используемая для диапазона WiFi 5 ГГц (также известного как для диапазон WiFi 5,8 ГГц), хотя таким образом можно развязывать и другие диапазоны частот.
[0023] На фиг.3 изображен примерный узел 302 устройства развязки с емкостной связью, включающий в себя шунтирующий элемент 318, который расположен между двумя антеннами 304 и 306 на электронном устройстве. Хотя это и не показано, поверхность 312 может включать в себя дополнительные антенные элементы, расположенные с одной или обеих сторон узла 302 устройства развязки. По меньшей мере одна антенна на поверхности 312 излучает радиосигнал в первом диапазоне F1 частот и, по меньшей мере одна антенна на поверхности 312 излучает радиосигнал во втором диапазоне F2 частот, не перекрывающемся с первым диапазоном частот. Например, антенны 304 и 306 могут работать в диапазоне частот WiFi, а другая пара антенн (не показаны), расположенных с противоположных сторон узла устройства развязки, работают в диапазоне частот сотовой связи. Предусматриваются также другие реализации.
[0024] Узел 302 устройства развязки включает в себя заземляющий элемент 322 и элемент 316 связи, окруженный изолирующим (например, диэлектрическим) материалом 314. Заземляющий элемент 322 представляет собой заземленный проводящий элемент. Элемент 316 связи является электрически плавающим и возбуждается, переходя в состояние резонанса, поверхностным током, колеблющимся в одном из диапазонов F1 или F2 частот. Заземляющий элемент 322 показан как «L-образный»; вместе с тем, предусматриваются также другие формы. Элемент 316 связи показан как «С-образный»; вместе с тем, предусматриваются также другие формы, включая - но не в ограничительном смысле - «L-образные формы» и извилистые траектории. В одной реализации заземляющий элемент 322 и элемент 316 связи представляют собой печатные компоненты на диэлектрическом носителе 314 и установлены на поверхности 212.
[0025] Длина от конца до конца (показанная пунктирной линией 324) элемента 316 связи связана с длиной волны, присущей волне, имеющей частоту F1. В одной реализации элемент 316 связи имеет длину 324 от конца до конца, которая, по существу, равна четверти расстояния c/F1 и половине расстояния c/F2, где c - скорость света. За счет того, что элемент 316 связи проложен вдоль обеих сторон 326 и 328 заземляющего элемента 322, элемент 316 связи имеет емкостную связь с заземляющим элементом 322 вдоль своей длины 324 от конца до конца.
[0026] Во время работы узел 302 устройства развязки предотвращает прохождение поверхностных токов с частотой колебаний в диапазоне либо F1, либо или F2, в результате резонанса элемента 316 связи на таких частотах. Когда одна или несколько антенн на поверхности 312 излучают радиосигналы в диапазонах F1 или F2 частот, поверхностный ток, проходящий между антеннами 304 и 306, эффективно прекращается в узле 302 развязки. В одной примерной реализации, F1 - это частота, используемая для диапазона WiFi 2,4 ГГц, а F2 - это частота, используемая для диапазона WiFi 5 ГГц, хотя таким образом можно развязывать и другие диапазоны частот.
[0027] Узел 302 устройства развязки также включает в себя шунтирующий контур 318, который может дополнительно настраивать частоты развязки узла 302 устройства развязки. В одной реализации шунтирующий элемент 318 включает в себя элемент 329 переменной емкости (например, управляемый напряжением емкостной элемент) и индуктор 331 (как дополнительно изображено подробнее на покомпонентном виде 330). Регулируя емкость элемента 329 переменной емкости, можно дополнительно уточнить частоты развязки. Шунтирующий компонент 318 работает как часть резонансного контура с заземляющим элементом 322 для регулирования электрической длины элемента 322 связи. Таким образом, узел 302 устройства развязки можно изменять, чтобы обеспечить развязку на разных частотах.
[0028] На фиг.4 изображен примерный узел 402 устройства развязки с емкостной связью, включающий в себя несколько компонентов - 415 и 416 - связи, расположенных между двумя антеннами 404 и 406 на электронном устройстве. Хотя это и не показано, поверхность 412 может включать в себя дополнительные антенные элементы, расположенные с одной или обеих сторон узла 402 устройства развязки. По меньшей мере одна антенна на поверхности 412 излучает радиосигнал в первом диапазоне F1 частот и, по меньшей мере одна антенна на поверхности 412 излучает радиосигнал во втором диапазоне F2 частот, не перекрывающемся с первым диапазоном частот. Например, антенны 404 и 406 могут работать в диапазоне частот WiFi, а другая пара антенн (не показаны), расположенных с противоположных сторон узла устройства развязки, работают в диапазоне частот сотовой связи. Те же самые антенны или другие антенны на электронном устройстве могут излучать радиосигналы в диапазонах частот F3 и F4. Предусматриваются также другие реализации.
[0029] Узел 402 устройства развязки включает в себя заземляющий элемент 422, первый элемент 416 связи, и второй элемент 415 связи окруженный изолирующим (например, диэлектрическим) материалом 414. Заземляющий элемент 422 представляет собой заземленный проводящий элемент. Элементы 416 и 415 связи являются электрически плавающими. Элемент 416 связи возбуждается, переходя в состояние резонанса, поверхностным током, колеблющимся в одном из диапазонов F1 или F2 частот, а элемент 415 связи возбуждается, переходя в состояние резонанса, поверхностным током, колеблющимся в одном из диапазонов F3 или F4 частот. Заземляющий элемент 422 показан как «L-образный»; вместе с тем, предусматриваются также другие формы. Элементы 416 и 415 связи показаны как «С-образные»; вместе с тем, предусматриваются также другие формы, включая - но не в ограничительном смысле - «L-образные формы» и извилистые траектории. В одной реализации заземляющий элемент 422 и элементы 416 и 415 связи представляют собой печатные компоненты на диэлектрическом носителе 414 и установлены на поверхности 412.
[0030] Длина от конца до конца (показанная пунктирной линией 424) элемента 416 связи связана с длиной волны, присущей волне, имеющей частоту F1. В одной реализации элемент 416 связи имеет длину 424 от конца до конца, которая, по существу, равна четверти расстояния c/F1 и половине расстояния c/F2, где c - скорость света. За счет того, что элемент 416 связи проложен вдоль обеих сторон 426 и 428 заземляющего элемента 422, элемент 416 связи имеет емкостную связь с заземляющим элементом 422 вдоль своей длины 424 от конца до конца.
[0031] Длина от конца до конца (показанная пунктирной линией 423) элемента 415 связи связана с длиной волны, присущей волне, имеющей частоту F1, и волне, имеющей частоту F2. В одной реализации элемент 415 связи имеет длину 423 от конца до конца, которая, по существу, равна четверти расстояния c/F1 и половине расстояния c/F2, где c - скорость света. За счет того, что элемент 415 связи проложен вдоль обеих сторон 426 и 428 заземляющего элемента 422, элемент 415 связи имеет емкостную связь с заземляющим элементом 422 вдоль своей длины 423 от конца до конца.
[0032] Во время работы, узел 402 устройства развязки предотвращает прохождение поверхностных токов с частотой колебаний в диапазоне либо F1, либо F2, в результате резонанса элемента 416 связи на таких частотах, а также в диапазоне либо F3, либо F4, в результате резонанса элемента 415 связи на таких частотах. Когда одна или несколько антенн на поверхности 412 излучают радиосигналы в диапазонах F1 или F2 частот или в диапазонах F3 или F4 частот, поверхностный ток, проходящий между антеннами 404 и 406, эффективно прекращается в узле 402 развязки. В одной примерной реализации F1 - это частота, используемая для диапазона WiFi 2,4 ГГц, F2 - это частота, используемая для диапазона WiFi 5 ГГц, а F3 и F4 - это частоты, используемые в реализациях, касающихся электросвязи с подвижными объектами (например, LTE, 4G, и т.д.), хотя таким образом можно развязывать и другие диапазоны частот.
[0033] На фиг.5 изображены графики 500 рабочей характеристики 502 изоляции, достигаемой с помощью примерного узла устройства развязки с емкостной связью, в сравнении с обратными потерями 504 и 506 антенн для антенны 1 и антенны 2, между которыми расположен узел устройства развязки. Как показано, примерный узел устройства развязки с емкостной связью включает в себя элемент связи, реализующий емкостную связь и имеющий длину, приближающуюся к параметрам c/2,4 ГГц и c/5 ГГц, где c - скорость света, и дающий сильную развязку в области 2,4 ГГц и 5 ГГц.
[0034] На фиг.6 изображены примерные операции 600 развязки, предназначенные для развязки антенн с помощью примерного узла устройства развязки с емкостной связью. На операции 602 формирования формируют узел устройства развязки на электронном устройстве между двумя или более антеннами. Конфигурация узла устройства развязки обеспечивает резонанс в первом диапазоне частот и втором диапазоне частот и включает в себя, по меньшей мере один проводящий заземляющий элемент. В одной реализации узел устройства развязки также включает в себя единственный электрически плавающий проводящий элемент связи, реализующий емкостную связь, который резонирует в двух или более диапазонах частот на основе его длины, приближающейся к половине и четверти длин волн согласно таким диапазонам частот. В еще одной реализации узел устройства развязки включает в себя несколько электрически плавающих проводящих элементов связи, реализующих емкостную связь.
[0035] На операции 604 приема осуществляют прием - на одной или нескольких антеннах - волны несущей, обуславливающей колебания в первом диапазоне частот. В результате операции 604 приема, на электронном устройстве генерируется поверхностный ток с частотой колебаний в первом диапазоне частот.
[0036] На операции 606 развязки осуществляют развязку антенны, которая приняла несущую волну от любых антенн, расположенных с противоположной стороны узла устройства развязки. В частности, операцию 606 развязки осуществляют посредством электрически плавающего проводящего элемента с емкостной связью, который резонирует в первом диапазоне частот. Такой же процесс можно проводить для одного или нескольких дополнительных диапазонов частот, как описано выше. Предусматриваются также другие реализации.
[0037] Реализации, описанные здесь, реализуются как логические этапы в одной или нескольких компьютерных системах. Логические операции согласно данному изобретению реализуются (1) как последовательность исполняемых процессором этапов, проводимых в одной или нескольких компьютерных системах, и (2) как взаимосвязанные модули машины или схемы в пределах одной или нескольких компьютерных систем. Реализация - это вопрос выбора в зависимости от требований к рабочим характеристикам системы, реализующей изобретение. Соответственно, логические операции, составляющие описанные здесь варианты осуществления изобретения, упоминаются под разными названиями как операции, этапы или модули. Помимо этого, следует понять, что логические операции можно проводить в любом порядке, добавляя или исключая их, когда это желательно, если явно не указано иное, или в некотором конкретном порядке, к которому обязывают формулировки пунктов формулы изобретения.
[0038] Вышеизложенное описание, примеры и данные обеспечивают полную характеристику структуры примерных реализаций. Поскольку в рамках существа и объема притязаний заявляемого изобретения возможны многие реализации, это изобретение характеризуется нижеследующей формулой изобретения. Помимо этого, структурные признаки согласно разным примерам можно объединять в еще одной реализации в рамках объема притязаний нижеследующей формулы изобретения.