[发明专利]磁感应波导

说明书

技术领域

本发明涉及磁感应波导。尤其是本发明涉及具有导电地通信的谐振元件的磁感应波导。

背景技术

电子设备之间的功率和数据连接通常通过电缆完成，并且数据连接可以通过无线射频通信设备完成。计算设备通常通过通用串行总线（USB）或类似的电缆接口与相关的配件和外围设备例如打印机、数码相机、外部硬盘驱动器和闪存驱动器连接。微处理器通常通过多导体总线连接到相关的组件，所述多导体总线被定义为在印刷电路板（PCB）或相似物上的轨迹。

与电缆连接相关的问题是，它们呈现跳闸危险以及潜在的触电危险。因此，电缆管理系统通常是需要的。这样的系统在必须遵守健康和安全立法的工作场所和公共访问地区中是特别重要的。电缆连接也可能是笨拙的并且需要手动操作安装到电缆的连接器，以便实现连接。这对于身体残障的个人可能是一个问题。由于磨损，重复的连接和断开限制了连接器的寿命。

在大多数情况下，无线连接不适合于向设备提供功率。

发明内容

本发明的一个方面提供了磁感应波导，其包括多个谐振元件，多个谐振元件包括第一谐振元件和第二谐振元件，第一谐振元件包括被至少一个电容间隙中断的导电回路，第二谐振元件包括被至少一个电容间隙中断的导电回路，第二谐振元件与第一谐振元件磁感应地耦合；其中第一谐振元件和第二谐振元件导电地耦合，并且第一谐振元件具有约为或小于自由空间电磁波的波长的1/20倍的尺寸，所述自由空间电磁波具有等于所述第一谐振元件的谐振频率的频率。

第一和第二谐振元件的相应的导电回路具有公共的部分，由此，第一和第二谐振元件导电地耦合。

第一和第二谐振元件的相应的导电回路具有公共的电容间隙。

磁感应波导可布置成使得在波导和自由空间辐射之间本质上没有耦合。

第一谐振元件可具有约为或小于自由空间电磁波的波长的1/30倍的尺寸，所述自由空间电磁波具有等于第一谐振元件的谐振频率的频率。

第一谐振元件可具有约为或小于自由空间电磁波的波长的1/100倍的尺寸，所述自由空间电磁波具有等于第一谐振元件的谐振频率的频率。

第一谐振元件可具有约为或小于自由空间电磁波的波长的1/150倍的尺寸，所述自由空间电磁波具有等于第一谐振元件的谐振频率的频率。

根据一些实施方式，第一和第二谐振元件都不与地平面耦合。

磁感应波导可包括沿网格的线布置的导体，导体定义多个谐振元件，其中导体在网格的线交叉的节点处相遇，并且电容间隙在相邻节点对之间的导体中形成，使得所述相邻节点不通过导电路径连接。

导体可将谐振元件的形状定义为正方形、长方形或三角形中的一个。

多个谐振元件可布置为通过磁感应波传播功率或数据中的至少一个。

磁感应波导可以具有由下式给出的色散关系：

cosh(γd)=2Z/(Z-jωM)

其中γ是传播常数，d是所述多个谐振元件的周期，Z是每个谐振元件的阻抗，ω是磁感应波的角频率，M是谐振元件之间的互感，且j=√-1。

多个谐振元件可被布置为与外部设备的谐振元件磁感应地耦合，使得功率或数据中的至少一个在磁感应波导和外部设备之间传送。

本发明的实施方式有下列优势：输入和输出设备可以在设备的实质上任何位置处通过波导相互耦合。此外，两个以上的设备可以耦合到设备而无需提供连接器和相关的开关电子设备。

一些实施方式包括通过电场而不是磁场耦合的谐振电路的一个或多个阵列。

磁性耦合的谐振器的阵列能够支持传播电磁波，其主要分量是在每个电路中循环的电流和它们的共享磁通量。这样的波被称为磁感应（MI）波（见例如E.Shamonina、V.E.Kalinin、K.H.Ringhofer和L.Solymar的“Magneto-inductivewaveguide”（Electron.Letters38，371-3（2002）））。

MI波只在存在谐振电路的区域中传播。因此在二维结构中波在功率上衰减为1/r，而不是在三维结构的情况中的1/r²。

本发明利用下列事实：MI波的局部磁通量可以耦合到放置为接近支持MI波的结构但只在近场中靠近结构的外部设备。

假定阵列的谐振器的半径r与自由空间波长λ相比一般比较小，辐射损耗R_rad并不明显：