[发明专利]在近场传播模式下通过磁感应进行信号传输的、具有链路预算优化的天线调谐的系统

说明书

技术领域

本发明涉及用于在近场传播模式下通过磁感应进行信号传输的系统。

这里，“信号传输系统”表示包括发射机和远距离接收机在内的系统，所述发射机具有电路驱动器，所述电路驱动器意欲被馈送以具有选定载波频率的信号，并且馈给第一发送天线线圈，所述远距离接收机具有耦合至电路前端的第二接收天线线圈，所述第一线圈被布置为：在近场传播模式下通过磁感应将能量传递到第二线圈。

背景技术

本领域技术人员已知，磁感应是用于在作为例如无线通信设备的一部分的发射机与接收机之间发送信号的一种技术。

磁感应基于由发射机的第一线圈来生成准静态磁场分量，表示待发送的信息的可变(正弦)电流流过所述发射机的第一线圈。当远距离接收机的第二线圈截取所生成的磁场时，表示已发送的信号的已调电流被感应到其绕组内。

可以将电流环路(或环路天线)所生成的磁场划分为三个基本项：一个辐射项与r^-1成比例(其中，r是距电流环路的距离)，表示离开线圈的能流，一个项与r^-2成比例，而最后一个准固定项与r^-3成比例。

当发射机与接收机之间的距离很小时，即当其小于λ/2π(其中，λ是与信号频率相对应的波长)时，场传播被称为“近场模式”。在这种模式下，准固定项(1/r³)占主导地位，并且是主要影响因素。这个1/r³项与频率无关，这暗指对于给定的线圈和电流，可以在近场模式下以任意频率采用该项，从而以接收机的电平生成指定的磁场。因此，在近场模式下，实质上由第一线圈特性来确定磁场特性，并且电场比磁场弱得多。

在近场模式下，一旦选择了系统操作载波频率和带宽，就可以通过接收机自身的功耗、大小以及其它设计考虑的约束来独立地优化发射机和接收机天线设计。

在现有技术的大多数信号传输系统中，第一(发送)线圈被放置为与电容器谐振，通过该谐振，其形成LC储能电路(也称为“发送(TX)LC电路”)。这减小了驱动天线的电流(驱动器电流)，并且达到了所需的线圈电流。在接收模式下，电路前端是电压检测器，所感应的电压必须被最大化。这可以通过将第二(接收)线圈放置为与电容器谐振来完成，通过该谐振，其形成另一LC储能电路(也称为“接收(RX)LC电路”)。

TX LC电路和RX LC电路两者都被调谐到操作载波频率，并且两者都具有低品质因数(Q)，以使得大部分信号通过它们。

可见，就发射机的功耗而言，这种天线调谐不是最佳的。

发明内容

因此，本发明的目的在于改进现有技术，并且更精确地提供一种具有能够进行链路预算优化的新型天线的信号传输系统。

为此，提供一种信号传输系统，其经典地包括发射机和接收机，所述发射机具有第一(TX)LC电路，其包括第一线圈，所述接收机具有第二(RX)LC电路，其包括第二线圈，并且耦合到电路前端，所述第一线圈被布置为：在近场传播模式下通过磁感应将能量传递到所述第二线圈。

所述信号传输系统的特征在于：其第一LC电路具有增大的品质因数，并且被调谐到第一频率，所述第一频率在第一方向上与所述载波频率偏移第一值，其所述第二LC电路也具有增大的品质因数，并且被调谐到第二频率，所述第二频率在与所述第一方向相反的第二方向上与所述载波频率偏移第二值。

与现有技术通常所使用的较低的值相比，必须考虑品质因数值的增大。

根据本发明的信号传输系统可以包括分离地或组合地考虑的附加特征，具体是：

- 所述第一值可以等于所述第二值；

- 所述第一方向可以要么与载波频率的增大方向相对应，要么与其减小方向相对应；

- 例如，所述第一值和所述第二值可以被包含在10kHz到200kHz之间，并且优选地在140kHz到180kHz之间(事实上，这些值取决于所考虑的Q因数和所使用的信号调制方式)；

- 所述第一LC电路和所述第二LC电路的品质因数可以近似地是两倍；

- 所述第一线圈和/或所述第二线圈可以绕着铁氧体磁芯缠绕；

- 所述发射机可以包括调制器，其被布置为：向所述第一(TX)LC电路馈送已调信号。在这种情况下，所述接收机包括：解调器，其被布置为：对由所述第二(RX)LC电路所捕获的信号进行解调；例如，所述调制器可以被布置为输出以FSK调制或MSK调制的信号；