МНОГОРАМОЧНАЯ МАГНИТНАЯ АНТЕННА С ОДНИМ ИСТОЧНИКОМ ПИТАНИЯ ДЛЯ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ РАМОК
MULTI-FRAME MAGNETIC ANTENNA WITH ONE POWER SUPPLY FOR PARALLEL FRAMES

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение в общем относится к антенне, а в частности, к многорамочной магнитной антенне с одним источником питания для нескольких рамок, имеющих параллельное электрическое соединение.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Портативное беспроводное устройство, например сотовый телефон, наручные часы и т.д., со встроенными средствами радиосвязи содержит антенну, которая используется для беспроводной связи (передачи и приема). В некоторых областях применения необходимо более одной антенны. Например, операторами беспроводной связи предлагались несколько поколений коммуникационных стандартов и различные частотные диапазоны. В таком случае для обеспечения покрытия на средних и дальних расстояниях требовалось иметь хотя бы две антенны, настроенные по меньшей мере на два разных частотных диапазона. Изменяющаяся диэлектрическая среда вызывает расстройку частоты и полного сопротивления антенны. По этой причине антенны, основанные на использовании электрического поля, не очень подходят для таких областей применения. Однако магнитные рамочные антенны обладают низкой чувствительностью к таким изменениям диэлектрической среды.
На Фиг. 1, 2, 3 и 4 показаны различные конфигурации, в которых один источник питания приводит в действие две независимые магнитные рамочные антенны. На Фиг. 1 показан один источник 100 питания, питающий отдельные отличающиеся магнитные рамочные антенны 102 и 104 через отдельные индуктивные рамки 106 и 108, соединенные параллельно. На Фиг. 2 показан один источник 100 питания, питающий магнитные рамочные антенны 102 и 104 через отдельные индуктивные рамки 106 и 108, соединенные последовательно. На Фиг. 3 показан один источник 100 питания, питающий магнитные рамочные антенны 102 и 104 через отдельные электропроводящие дорожки 302 и 304, соединенные параллельно. На Фиг. 4 показан один источник 100 питания, питающий магнитные рамочные антенны 102 и 104 через электропроводящую дорожку 402.
Небольшие портативные беспроводные устройства, такие как наручные часы, имеют ограниченный объем пространства для размещения в нем таких элементов, как антенна. Недостаток конфигураций с двойной антенной, показанных на Фиг. 1-4, по сравнению с конфигурацией с одной антенной заключается в том, что они занимают больше пространства из-за наличия дополнительных антенны и линии питания. Кроме того, дополнительные антенна и линия питания увеличивают общую стоимость и сложность устройства.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Аспекты настоящего изобретения, описанные в настоящей заявке, направлены на решение вышеперечисленных и других проблем.
В одном из аспектов настоящего изобретения предложено устройство, содержащее многорамочную антенну по меньшей мере с двумя магнитными рамочными антеннами, имеющими параллельное электрическое соединение. Каждая из по меньшей мере двух магнитных рамочных антенн выполнена с возможностью передачи и приема сигналов в заданных частотных диапазонах. Устройство также содержит одну линию питания, выполненную с возможностью приведения в действие обеих из указанных по меньшей мере двух магнитных рамочных антенн, и элемент беспроводной связи, выполненный с возможностью приведения в действие указанной одной линии питания.
Еще в одном аспекте настоящего изобретения предложено устройство, выполненное с возможностью переноски или ношения пользователем и содержащее беспроводное мобильное устройство. Беспроводное мобильное устройство содержит многорамочную антенну по меньшей мере с двумя магнитными рамочными антеннами, имеющими параллельное электрическое соединение. Каждая из по меньшей мере двух магнитных рамочных антенн выполнена с возможностью передачи и приема сигналов в заданных частотных диапазонах. Устройство также содержит одну линию питания, выполненную с возможностью приведения в действие обеими из указанных по меньшей мере двух магнитных рамочных антенн, и элемент беспроводной связи, выполненный с возможностью приведения в действие указанной одной линии питания.
Еще в одном аспекте настоящего изобретения предложен способ, включающий:
прием первого сигнала возбуждения для первой магнитной рамочной антенны по меньшей мере из двух магнитных рамочных антенн, имеющих параллельное электрическое соединение;
подачу питания на первую магнитную рамочную антенну с помощью линии питания;
прием второго сигнала возбуждения для второй магнитной рамочной антенны из указанных по меньшей мере двух магнитных рамочных антенн, имеющих параллельное электрическое соединение; и
подачу питания на вторую магнитную рамочную антенну с помощью той же самой линии питания.
Изобретение может содержать различные компоненты и схемы размещения компонентов, а также предусматривать различные этапы и порядок их выполнения. Чертежи предназначены исключительно для иллюстрации предпочтительных вариантов осуществления изобретения и не должны рассматриваться как ограничивающие изобретение.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На Фиг. 1-4 схематично показана конструкция предшествующего уровня техники, состоящая из двух отдельных магнитных рамочных антенн, приводимых в действие параллельно или последовательно посредством индуктивных или электрических соединений.
На Фиг. 5 схематично показан пример мобильного устройства с многорамочной антенной, содержащей по меньшей мере две магнитные рамки, имеющих параллельное электрическое соединение с одним общим источником питания.
На Фиг. 6 и 7 схематично показан пример многорамочной антенны и одного общего источника питания.
На Фиг. 8-14 схематично показаны другие примеры многорамочной антенны и одного общего источника питания.
На Фиг. 15-18 схематично показаны примеры многорамочной антенны и одного общего источника питания, выполненных в металлическом листе.
На Фиг. 19 схематично показан пример способа в соответствии по меньшей мере с одним вариантом осуществления изобретения, рассмотренным в настоящей заявке.
На Фиг. 20 и 21 схематично показано мобильное устройство, являющееся частью подвески.
На Фиг. 22 и 23 схематично показаны примеры многорамочной антенны, содержащей более двух рамок.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Далее описана многорамочная антенна, содержащая по меньшей мере две магнитные рамки, имеющие параллельное электрическое соединение с одним общим источником питания. Такая конструкция позволяет сократить количество используемых элементов, уменьшить сложность, затраты и/или требуемое пространство по сравнению с конструкцией, содержащей несколько отдельных магнитных рамок с отдельными линиями питания, как те конструкции, которые показаны на Фиг. 1-4.
Как показано на Фиг. 5, система 500 содержит мобильное устройство 502 и по меньшей мере еще одно устройство или устройства 504. В показанном примере мобильное устройство 502 и по меньшей мере еще одно устройство или устройства 504 взаимодействуют посредством беспроводной передающей среды, например, радиочастотной (RF) среды. Следует понимать, что устройство 502 также может быть выполнено с возможностью беспроводного взаимодействия через другие среды, такие как свет, магнитное поле, электрическое поле, звук и т. д. В качестве указанных еще одного устройства или устройств 504 могут использоваться вышка сотовой связи, маршрутизатор, другое мобильное устройство, спутник и/или другое устройство, выполненное с возможностью беспроводного взаимодействия.
Мобильное устройство 502 содержит некратковременный физический носитель (или устройство памяти) 506, выполненный с возможностью хранение данных и инструкций, считываемых компьютером, и т. д. Некратковременный физический носитель не допускает использования кратковременного носителя. По меньшей мере часть хранящейся информации может быть передана беспроводным образом с мобильного устройства 502 и/или заранее получена мобильным устройством 502 беспроводным образом. Мобильное устройство 502 также содержит пользовательский интерфейс 508, который может иметь элемент управления (например, включения/отключения, настройки и т. д.) и/или устройство вывода (например, дисплей, динамик и т. д.) для взаимодействия с мобильным устройством 502 и/или управления им.
Мобильное устройство 502 также содержит элемент 510 беспроводной связи и многорамочную антенну 516. Элемент 510 беспроводной связи содержит переключатель 518, схему 520 передатчика (передатчик) и схему 522 приемника (приемник). Переключатель 518 производит переключение между схемами передатчика 520 и приемника 522 для выполнения операций передачи и приема, соответственно. Передатчик 520 управляет передачей информации, а приемник 522 управляет приемом информации. Элемент 510 беспроводной связи приводит в действие линию 524 питания, которая в свою очередь приводит в действие многорамочную антенну 516. Как более подробно раскрыто ниже, многорамочная антенна 516 содержит по меньшей мере две магнитных рамки, имеющих параллельное электрическое соединение с одним источником питания для обеспечения передачи и приема для всех рамок. Как уже было рассмотрено здесь, магнитные рамочные антенны относительно нечувствительны к расстройке в условиях переменной диэлектрической среды и, таким образом, хорошо подходят для применения со средствами мобильной связи. Кроме того, описанные здесь параллельные схемы имеют высокую эффективность (по соотношению излучаемой мощности к входной мощности). Магнитные рамочные антенны настраивают на заданные частоты, которые могут быть одинаковыми или разными.
Мобильное устройство 502 также имеет контроллер 514. Контроллер 514 управляет элементами мобильного устройства 502, такими как элемент 510 беспроводной связи. Мобильное устройство 502 также имеет источник 526 питания. Источник 526 питания подает питание к одному или более элементам мобильного устройства 502, таким как элемент 510 беспроводной связи. Примерами подходящих источников питания могут служить батарея (аккумуляторная и/или неперезаряжаемая), конденсатор большой емкости и т. д.
В одном из вариантов мобильное устройство 502 также содержит элемент проводной связи и электромеханический порт. В одном случае порт представляет собой гнездо, выполненное с возможностью према дополнительного штекера, расположенного на одном конце кабеля. Элемент проводной связи управляет процессом передачи информации через порт. Примерами подходящих коммуникационных технологий являются Ethernet, универсальная последовательная шина (USB), FireWire и т. д. Подходящая беспроводная и/или проводная связь предполагает использование GPS, сотовой связи, обмен данными и сообщениями и т.д.
В одном случае мобильное устройство 502 является частью устройства, выполненного как переносное (например, сотового телефона) и/или с возможностью ношения человеком (например, на запястье). Например, мобильное устройство 502 может быть частью подвески 2002 на шнурке (Фиг. 20 и 21). В этом случае мобильное устройство 502 может быть выполнено с возможностью передачи информации, относящейся к пространственной ориентации человека, который носит подвеску на шнурке и/или звонит по сотовому телефону. Например, информация, передаваемая с мобильного устройства 502, может использоваться для определения местоположения человека, находится ли человек в вертикальном положении (стоит), сидит или лежит, неподвижен ли он, идет или бежит и т. д. Также может быть передана другая информация, например, о личности человека, сигнал бедствия и т. д. Такая информация может быть полезна для фитнес-приложений, обнаружения падения, телефонных звонков и т. д. В общем случае мобильное устройство 502 может быть любым устройством, которое работает по меньшей мере на двух разных частотах.
На Фиг. 6 схематично показан пример варианта исполнения элемента 510 беспроводной связи, многорамочной антенны 516 и линии 524 питания с электрическим соединением, подающим питание на многорамочную антенну 516. Линия 524 питания может быть частью коаксиального кабеля, микрополосковой линии передачи или т.п.
Многорамочная антенна 516 содержит первую магнитную рамку 602 и вторую магнитную рамку 604. Рамки 602 и 604 могут быть небольшими по сравнению с длинами волн излучения (например, порядка одной десятой или еще меньше в ширину и длину). В качестве примера, размеры рамки могут составлять тридцать на десять миллиметров (30x10 мм) или меньше для рабочей длины волны тридцать сантиметров (30 см). Первая и вторая рамки 602 и 604 имеют параллельное электрическое соединение. Общая ветвь 606 используется совместно первой и второй рамками 602 и 604, причем общая ветвь 606 является подучастком ветви 608 первой рамки 602 и полной ветвью второй рамки 604. Общая ветвь 606, первая рамка 602 и вторая рамка 604 пересекаются в узлах 610 и 612. В этой параллельной схеме ни одна из рамок 602 или 604 не будет закорачивать другую рамку 604 или 602. Иными словами, активная рамка не будет короче по сравнению с неактивной рамкой, поскольку неактивная рамка будет пропускать весь электрический ток.
Первый конденсатор 614 подключен последовательно с первой ветвью 616 первой рамки 602, а второй конденсатор 618 подключен последовательно со второй ветвью 620 второй рамки 604. Конденсаторы 614 и 618 могут содержать дискретные и/или аналоговые элементы. Первая рамка 602 с первым конденсатором 614 представляет собой первую резонансную индуктивно-емкостную (LC) цепь, а вторая рамка 604 со вторым конденсатором 618 – вторую резонансную LC-цепь. Индуктивность задается один раз при изготовлении на основе геометрии рамок 602 и 604. Емкость может быть настроена один раз, например при изготовлении, или может быть изменена со временем при использовании конденсаторов переменной емкости. В последнем случае емкость определяет резонансную частоту, например, для настройки первой и второй LC-цепи на определенные частотные диапазоны. Частоты могут быть настроены отдельно и независимо одну от другой.
Первая и вторая LC-цепи резонируют как функция 1/. В приведенном примере ветвь 608 первой рамки 602 длиннее общей ветви 606 и, следовательно, соответствующей ветви второй рамки 604. В результате, первая LC-цепь резонирует на первой резонансной частоте и обеспечивает первый частотный диапазон для первой антенны, а вторая LC-цепь резонирует на второй резонансной частоте и обеспечивает второй частотный диапазон для второй антенны, отличающийся от первого. LC-цепи настроены на ток высокой радиочастоты при резонансной частоте. Ток радиочастоты генерирует сильное магнитное поле, причем на определенном расстоянии магнитная волна переходит в электромагнитную волну.
В показанном примере линия 524 питания подает питание на многорамочную антенну 516 электрически посредством электрического соединения. Электрическое соединение включает в себя первый электрический проводник 624, подключенный к первому узлу 610. Также электрическое соединение включает в себя второй электрический проводник 622, подключенный к общей ветви 606 в узле 626 между первым и вторым узлами 610 и 612. Полное сопротивление задают с помощью выбора местоположения узла 626 между первым и вторым узлами 610 и 612. Полное сопротивление может быть одинаковым или отличаться для двух рамок 602 и 604, настроенных на одинаковые или разные частоты.
На Фиг. 7 схематично показан вид в аксонометрии элемента 510 беспроводной связи, многорамочной антенны 516 и линии 524 питания, представленных на Фиг. 6. В этом примере элемент 510 беспроводной связи представлен как источник 702 переменного тока. Первая и вторая рамки 602 и 604 находятся в одной и той же плоскости, а второй электрический проводник 622 приподнят в плоскости (например, перпендикулярной, как показано на чертеже, или наклонной) относительно общей ветви 606.
На Фиг. 8 показан вариант многорамочной антенны 516, изображенной на Фиг. 6. В этом варианте геометрия второй рамки 604 отличается таким образом, что общая ветвь 606 полностью является ветвью как первой рамки 602, так и второй рамки 604. Эта схема обеспечивает согласование полного сопротивления при двух одинаковых частотах.
На Фиг. 9 показан другой вариант многорамочной антенны 516, изображенной на Фиг. 6. В этом варианте геометрия и положение второй рамки 604 изменены таким образом, что ветвь 608 первой рамки 602 включает общую ветвь 606, а также первый и второй участки 902 и 904, расположенные с противоположных концов общей ветви 606.
На Фиг. 10 схематично показан пример варианта исполнения элемента 510 беспроводной связи, многорамочной антенны 516 и линии 524 питания с индуктивным соединением 1000, питающим многорамочную антенну 516. На Фиг. 11 схематично показан вид в аксонометрии элемента 510 беспроводной связи, многорамочной антенны 516 и линии 524 питания, представленных на Фиг. 10. Как уже было рассмотрено здесь, первая и вторая рамки 602 и 604 имеют параллельное электрическое соединение.
Индуктивное соединение 1000 включает первое индуктивное соединение 1002 для первой рамки 602 и второе индуктивное соединение 1004 для второй рамки 604. Концы 1006 и 1008 первого и второго соединений 1002 и 1004 и второй проводник 622 электрически соединены в узле 1010. Противоположные концы 1012 и 1014 первого и второго соединений 1002 и 1004 электрически соединены соответственно с ветвями 1016 и 1018 в узлах 1020 и 1022. Согласование полного сопротивления достигается за счет соотношения размеров первого соединения 1002 и второго соединения 1004.
На Фиг. 12 схематично показан вариант реализации элемента 510 беспроводной связи, многорамочной антенны 516 и линии 524 питания, изображенных на Фиг. 10. В этом примере противоположные концы 1012 и 1014 первого и второго соединений 1002 и 1004 электрически соединены соответственно с общей ветвью 606 в узлах 1102 и 1104.
На Фиг. 13 схематично показан вариант реализации элемента 510 беспроводной связи, многорамочной антенны 516 и линии 524 питания, изображенных на Фиг. 12. В этом примере узлы 1102 и 1104 являются одним и тем же узлом. Кроме того, конденсаторы 614 и 618 расположены в ветвях 1302 и 1304, а не в ветвях 616 и 620. В общем случае конденсаторы 614 и 618 могут располагаться в любых ветвях первой и второй рамок 602 и 604.
На Фиг. 14 схематично показан вариант реализации элемента 510 беспроводной связи, многорамочной антенны 516 и линии 524 питания, изображенных на Фиг. 12. В этом примере противоположные концы 1012 и 1014 первого и второго соединений 1002 и 1004 электрически соединены соответственно с ветвями 616 и 620 в узлах 1402 и 1404.
На Фиг. 15, 16 и 17 показаны схемы, изображенные на Фиг. 8, 9 и 12, соответственно, реализованные с помощью металлических листов 1502, 1602 и 1702. На Фиг. 15, 16 и 17 металлические листы 1502, 1602 и 1702 имеют длинные оси 1504, 1604 и 1704 и короткие оси 1506, 1606 и 1706. Рамки 602 и 604 расположены рядом друг с другом вдоль коротких осей 1506, 1606 и 1706, при этом общая ветвь 606 проходит параллельно длинным осям 1504, 1604 и 1704. На Фиг. 15 и 16 показан источник переменного тока 702, а на Фиг. 17 показан элемент 514 беспроводной связи в виде чипа, смонтированного на металлическом листе 1702. Металлические листы 1502, 1602 и 1702 могут быть частью печатных плат, монтажной платы или т.п.
На Фиг. 18 схематично показан другой пример, реализованный в виде металлического листа 1802. Однако в отличие от варианта осуществления изобретения, раскрытого со ссылкой на Фиг. 15, 16 и 17, в варианте осуществления изобретения, представленном на Фиг. 18, рамки 602 и 604 расположены рядом друг с другом вдоль длинной оси 1804 с общей ветвью 606, идущей параллельно короткой оси 1806.
На Фиг. 6-18 представлена конструкция двойной антенны. Однако следует понимать, что в другом варианте исполнения многорамочная антенна 516 содержит три или более рамок (три или более антенн). В такой конструкции одна или более рамок могут быть расположены под прямым углом или под наклоном по отношению к другой рамке. На Фиг. 22 и 23 схематично показаны примеры многорамочной антенны 516 с рамками 2202, 2204, 2206 и 2208.
На Фиг. 19 показан пример способа в соответствии по меньшей мере с одним вариантом осуществления изобретения, рассмотренным в настоящей патентной заявке.
Следует понимать, что порядок действий не ограничивается. По существу, в настоящей патентной заявке рассматриваются и другие варианты последовательности действий. Кроме того, могут быть пропущены одно или более действий и/или соединены одно или несколько дополнительных действий.
На этапе 1902 принимают первый сигнал возбуждения для первой магнитной рамочной антенны из по меньшей мере двух магнитных рамочных антенн, имеющих параллельное электрическое соединение.
На этапе 1904 с помощью линии питания возбуждают первую магнитную рамочную антенну.
На этапе 1906 принимают второй сигнал возбуждения для второй магнитной рамочной антенны из по меньшей мере двух магнитных рамочных антенн, имеющих параллельное электрическое соединение.
На этапе 1908 с помощью той же самой линии питания приводят в действие вторую магнитную рамочную антенну.
Настоящее изобретение было раскрыто со ссылкой на предпочтительные варианты осуществления. После прочтения и понимания приведенного подробного описания могут стать очевидными возможные модификации и изменения. Предполагается, что изобретение включает в себя все подобные модификации и изменения в той мере, в какой они входят в объем формулы изобретения или эквивалентов изобретения.