用于节能的电磁耦合装置及包括其的无线通信系统

技术领域

以下实施例涉及一种用于节能的电磁耦合装置及包括其的无线通信系统。

背景技术

当一般通信天线布置在铁等金属表面上或与金属表面接触时，其共振特性和电磁耦合特性会容易恶化。例如，在由金属屏蔽的环境(例如，集装箱或大型船舶)中，在布置在内部的天线与布置在外部的天线之间建立通信存在技术困难。

因此，需要对克服金属屏蔽环境、自由传播电磁波和执行数据通信的装置及方法进行全新的研究。

先行技术文献

专利文献

韩国授权专利第10-1475476号(授权日期：2014年12月16日)公开了一种船舶中的通信方法及系统。该专利涉及一种通过组合使用有线终端及无线终端来在船舶上进行通信的方法。

发明内容

解决问题的技术方法

根据一侧的电磁耦合装置，包括：天线部，其具有电感分量；以及附着部，其被配置为将所述电磁耦合装置附着至导体，使得在所述天线部与所述导体之间形成一定间隔，并在所述天线部与所述导体之间形成电容。

可以使附着至所述导体的基于频率的天线部的阻抗Z形成在天线部的内部或外部，由此在所述天线部及所述导体中形成共振。在此，Z＝R+jX。

当发生所述共振时，所述导体与天线部可以彼此电磁耦合，并且所述导体可以执行作为天线的一部分的功能。

所述天线部可以包括：第一层，其由导电材料构成，并可包括面向所述导体的至少一个开口部；第二层，其由导电材料构成，并与所述第一层相邻；以及第三层，其由介电材料构成，并设置在所述第一层与所述第二层之间。

所述电磁耦合装置还可以包括阻抗匹配电路，其允许在所述天线部与所述导体之间发生共振，以便调整基于所述天线部与所述导体之间的环境变化的阻抗。

根据一侧的无线通信系统包括：通信装置，其基于输入信息来生成发送信息或处理所接收的信息；以及电磁耦合装置，其连接到所述通信装置。

所述电磁耦合装置包括：天线部，其具有电感分量；以及附着部，其被配置为将所述电磁耦合装置附着至导体，使得在所述天线部与所述导体之间形成一定间隔，并在所述天线部与所述导体之间形成电容。

可以在所述天线部及所述导体中发生共振。

当发生所述共振时，所述导体与天线部可以彼此电磁耦合，并且所述导体可以执行作为天线的一部分的功能。

所述天线部可以包括：第一层，其由导电材料构成，并可包括面向所述导体的至少一个开口部；第二层，其由导电材料构成，并与所述第一层相邻；以及第三层，其由介电材料构成，并设置在所述第一层与所述第二层之间。

所述电磁耦合装置还可以包括阻抗匹配电路，其允许在所述天线部与所述导体之间发生共振，以便调整基于所述天线部与所述导体之间的环境变化的阻抗。

发明效果

根据实施例，可以使用金属面作为天线的一部分来克服金属面的衰减问题，并且，可以通过所使用的金属面的尺寸来减小天线的尺寸，并即使在复杂的金属结构物(例如，船舶)中也能够实现稳定的无线通信。

另外，根据实施例，通过在复杂的金属结构物中实现无线通信，可以降低用于现有通信电缆的成本和减少其安装时间，从而减少所需额外设施和原材料的生产能量，减少达到几吨的通信电缆的重量，并减少船舶运行所需的燃料用量。由此，可以为大约20年的船舶运行期间显著地节能并减少空气污染，从而实现环境友好。

附图说明

图1及图2为显示根据一实施例的电磁耦合装置的附图。

图3至图5为显示根据一实施例的电磁耦合装置中的天线部的附图。

图6为显示根据一实施例的无线通信系统的附图。

图7为显示根据一实施例的应用无线通信系统的示例的附图。

具体实施方式

以下，将参照附图对实施例进行详细说明。

能够对实施例进行多种变更，本发明的权利范围并非受到实施例的限制或限定。对于实施例的全部应变、等同物或替代物均包括在权利范围内。

实施例中使用的术语仅用于说明特定实施例，并非用于限定实施例。在内容中没有特别说明的情况下，单数表达包括复数含义。在本说明书中，“包括”或者“具有”等术语用于表达存在说明书中所记载的特征、数字、步骤、操作、构成要素、配件或其组合，并不排除还具有一个或以上的其他特征、数字、步骤、操作、构成要素、配件或其组合，或者附加功能。

在没有其他定义的情况下，包括技术或者科学术语在内的在此使用的全部术语，都具有本领域普通技术人员所理解的通常的含义。通常使用的与词典定义相同的术语，应理解为与相关技术的通常的内容相一致的含义，在本申请中没有明确言及的情况下，不能过度理想化或解释为形式上的含义。

并且，在参照附图进行说明的过程中，与附图标记无关，相同的构成要素赋予相同的附图标记，并省略对此的重复的说明。在说明实施例的过程中，当判断对于相关公知技术的具体说明会不必要地混淆实施例时，省略对其详细说明。

图1及图2为显示根据一实施例的电磁耦合装置的附图。

参照图1，根据一实施例的电磁耦合装置110包括天线部111及附着部112。

天线部111具有阻抗分量。例如，阻抗分量可以包括少量的电阻(resistance)分量、电感(inductance)分量和/或电容(capacitance)分量。

附着部112将电磁耦合装置110附着至导体。例如，附着部112可以包括磁体，并可以通过磁体将电磁耦合装置110附着至导体的表面。

附着部112可以将电磁耦合装置110附着至导体，使得在天线部111与导体之间形成一定间隔。例如，电磁耦合装置110可以以天线部111与导体之间的间隔附着至导体，使得天线部111及导体(或导体的表面)通过适当的电容分量彼此耦合。由此，可以在天线部111及导体中形成共振。即，可以在基于与附着至导体的电磁耦合装置110相关联的频率的天线部111的内部或外部形成天线部111的阻抗Z，由此在天线部111及导体中形成共振。在此，Z＝R+jX，其中，R表示电阻分量，X表示电抗分量。

与天线部111一起形成共振的导体可以执行作为天线的一部分的功能。

根据一实施例，可以使用金属面作为天线的一部分来克服现有技术的天线具有的金属面衰减的问题，并且，可以通过所使用的金属面的尺寸来减小天线的尺寸，并即使在复杂的金属结构物(例如，船舶)中也能够实现稳定的无线通信。另外，根据一实施例，通过在复杂的金属结构物中实现无线通信，可以降低用于现有通信电缆的成本和减少其安装时间，从而减少所需额外设施和原材料的生产能量，减少达到几吨的通信电缆的重量，并减少船舶运行所需的燃料用量。由此，可以为大约20年的船舶运行期间显著地节能并减少空气污染，从而实现环境友好。

图2示出有关天线部111及导体的等效电路图。

参照图2，天线部111与导体的表面以一定间隔分离。然而，电磁耦合装置110可以处于附着至导体的表面的状态。

天线部111或电磁耦合装置110可以被小型化，直到在电磁耦合装置110附着至导体的状态下，在期望设计的频率(或工作频率)具有电容分量为止。换言之，可以减小天线部111(或电磁耦合装置110)的尺寸，直到在以一定间隔附着至金属面的状态下显示电容分量为止。换言之，天线部111(或电磁耦合装置110)可以被小型化，直到在天线部111与金属表面之间具有电容分量为止。

当电磁耦合装置110附着至金属面时，与被小型化的电容分量共振的电感分量可以被设计或包括在天线部111中。由于天线部111具有电感分量，因此其可以与金属面电磁耦合，并由此可以在天线部111及金属中形成共振。换言之，可以将电感分量添加到天线部111，使得被小型化的天线部111与金属面共振耦合。

根据实施例，电磁耦合装置110可以包括阻抗匹配电路。

阻抗匹配电路可以调整基于天线部111与金属之间的环境变化的电容分量。例如，阻抗匹配电路可以通过天线部111与金属之间的距离及油漆的电特性来调整阻抗的变化。

此外，阻抗匹配电路可以自动调整由各种材料的金属或在各种条件下由金属面改变的阻抗的。

图3至图5为显示根据一实施例的电磁耦合装置中的天线部的附图。

参照图3，天线部111可以包括多个层。例如，天线部111可以包括：第一层，其包括开口面，并由待面向金属介质的导电材料构成；第二层，其设置在第一层的相对面，并由导电材料构成；以及第三层，其包括在所述第一层与所述第二层之间，并由介电材料构成。

一起参照图4。图4为显示根据一实施例的天线部111的平面图。对于非限制性示例，所述第一层和/或第二层可以包括以3x3的形式布置的9个开口部410。然而，可以基于应用或通信环境不同地确定开口面的数目。因此，第一层和第二层可以具有单个开口面或多个开口面，但根据需要也可以不具有开口面。开口面的形状可以是圆形或多边形，并且其大小可以被确定为使得在金属介质中形成以磁场为主的电磁场，由此传递足够的能量。

对于第一层或第二层，可以在与第三层相反的方向上添加具有不同电特性的另一层。例如，可以在第一层上添加不同的介电层以诱导形成强电磁场。又例如，可以在第一层上添加非导体以防止与金属介质的电连接。

作为第一层与第二层之间的中间层的第三层可以由介电材料或非导体形成。作为非限制性示例，第三层可以包括碳纤维、丙烯酸及聚碳酸酯中的至少一种材料。第三层也可以包括其他材料，如油漆、纸、聚合物膜等。另外，第三层也可以包括具有不同特性的多个层，例如，多个介电材料或非导体。图5示出了具有两个以上的介电层的示例。图5为显示根据另一实施例的天线部111的侧视图。在图5示出的实施例中，介电层520、540可以布置在如铜等导电层510、530、550之间。

返回参照图3，发送/接收电路部310是一种将从天线部111发送或由天线部111接收的信号转换为有效信号的电路装置。发送/接收电路部310可以分为发送电路和接收电路。发送/接收电路部310可以包括用于向天线部111提供足够功率的电源供给电路及其电池。尽管发送/接收电路部310的结构与用于无线通信的一般发送系统的结构类似，但在某些情况下，其可能另外需要用于天线部111的电磁耦合的足够功率的电路。例如，发送/接收电路部310可以包括功率放大器(Power amp.)、自动增益控制器(AGC，automatic gaincontroller)等。

发送/接收电路部310可以在下文描述的通信装置中实现，但并不限于此。

图6为显示根据一实施例的无线通信系统的附图。

参照图6，无线通信系统610包括通信装置611及电磁耦合装置110。

通信装置611可以基于输入信息来生成发送信息或处理所接收的信息。通信装置611可以具有移动性。例如，通信装置611可以是无线电或移动对讲机，但并不限于此。根据实现方式，通信装置611可以是固定类型。

电磁耦合装置110可以连接到通信装置611。因此，由通信装置611生成的发送信息可以被传输到电磁耦合装置110，并且电磁耦合装置110可以通过导体将该发送信息传输到另一电磁耦合装置或另一无线通信系统。另外，可以将电磁耦合装置110接收到的接收信息发送到通信装置611，并且通信装置611可以处理接收信息并输出处理结果。例如，通信装置611可以输出语音信号。

电磁耦合装置110中的天线部111可以与导体形成共振，并且，该导体可以执行作为天线的一部分的功能。

图7为显示根据一实施例的应用无线通信系统的示例的附图。

参照图7，根据一实施例的无线通信系统610可以应用于船舶700。

参照图7，多个电磁耦合装置711、712、713、721可以附着至多个层中的多个空间，并且，第一通信装置710可以连接到电磁耦合装置711，第二通信装置720可以连接到电磁耦合装置721。

在一实施例中，在使用通信装置710、720的情况下，即使电磁耦合装置711到电磁耦合装置721通过金属连接或并不连接，也可以进行通信。电磁耦合装置711到电磁耦合装置721通过铁壁连接，因此可以在没有额外有线连接的情况下进行通信。即，通信装置710与通信装置720之间可以进行通信。

当然，位于不同位置的电磁耦合装置712、713可以通过铁壁连接到位于不同位置的电磁耦合装置721，并且可以在没有额外有线连接的情况下进行通信，因此，即使在通信装置710移动到的位置，也可以与通信装置720进行通信。在图7所示的示例中，即使通信装置710连接到电磁耦合装置712或电磁耦合装置713，也可以与连接到电磁耦合装置721的通信装置720进行通信。

在上述示例中，尽管电磁耦合装置附着至某些位置，但这些位置并不限于此，并且，即使金属体被连接或没有金属连接，附着至船舶700的通信装置710、720之间也可以进行无线通信。因此，因此，其不是固定在特定位置，而是可以在必要时通过将其附着至电磁耦合装置来携带和使用诸如无线电之类的无线通信装置。例如，铁壁内的工人(或用户)的无线电可以向电磁耦合装置110发送信号。当电磁耦合装置110接收到该信号时，与电磁耦合装置110中的天线部111形成共振的铁壁可以执行作为发送天线的一部分的功能，由此，可以将无线电的信号通过铁壁传输到另一个无线通信系统。另外，铁壁还可以执行作为接收天线的一部分的功能，以接收来自另一个无线通信系统的信号，并且，电磁耦合装置110可以将该信号发送到铁壁内的无线电。

以上说明的实施例能够通过硬件构成要素、软件构成要素，和/或硬件构成要素及软件构成要素的组合实现。例如，实施例中说明的装置及构成要素，能够利用例如处理器、控制器、算术逻辑单元(arithmetic logic unit，ALU)、数字信号处理器(digital signalprocessor)、微型计算机、现场可编程阵列(field programmable array，FPA)、可编程逻辑单元(programmable logic unit，PLU)、微处理器、或能够执行与应答指令(instruction)的任何其他装置，能够利用一个以上的通用计算机或特殊目的计算机进行体现。处理装置能够执行操作系统(OS)及在所述操作系统中执行的一个以上的应用软件。并且，处理装置应答软件的执行，从而访问、存储、操作、处理及生成数据。为方便理解，说明为仅具有一个处理装置的方式，但本领域普通技术人员应理解处理装置能够包括多个处理元件(processing element)和/或多个类型的处理要素。例如，处理装置能够包括多个处理器或一个处理器及一个控制器。并且，也能够包括类似于并行处理器(parallel processor)的其他处理配置(processing configuration)。

软件能够包括计算机程序(computer program)、代码(code)、指令(instruction)，或其中的一个以上的组合，能够使加工装置按照所期待的方式操作，或者，单独或共同(collectively)命令加工装置。为通过加工装置进行解释或者向加工装置提供命令或数据，软件和/或数据能够永久或临时体现于(embody)任何类型的设备、构成要素(component)、物理装置、虚拟装置(virtual equipment)、计算机存储介质或装置，或者传送的信号波(signal wave)。软件分布于通过网络连接的计算机系统上，能够以分布式存储或执行。软件及数据能够存储于一个以上的计算机读写存储介质中。

根据实施例的方法以能够通过多种计算机手段执行的程序命令的形式体现，并记录在计算机读写介质中。所述计算机读写介质能够以单独或者组合的形式包括程序命令、数据文件、数据结构等。记录在所述介质的程序指令能够是为实现实施例而特别设计与构成的指令，或者是计算机软件领域普通技术人员能够基于公知使用的指令。计算机读写记录介质能够包括硬盘、软盘以及磁带等磁性媒介(magnetic media)；与CD-ROM、DVD等类似的光学媒介(optical media)；与光磁软盘(floptical disk)类似的磁光媒介(magneto-optical media)，以及与只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、闪存等类似的为存储并执行程序命令而特别构成的硬件装置。程序指令的例子不仅包括通过编译器生成的机器语言代码，还包括通过使用解释器等能够由计算机执行的高级语言代码。为执行实施例的操作，所述硬件装置能够构成为以一个以上的软件模块实现操作的方式，反之亦然。

综上，通过有限的附图对实施例进行了说明，本领域普通技术人员能够基于所述记载进行多种更改与应变。例如，所说明的技术按照与说明的方法不同的顺序执行，和/或所说明的系统、结构、装置、电路等构成要素按照与说明的方法不同的形态进行结合或组合，或者由其他构成要素或者等同物置换或代替，也能得到适当的结果。

由此，其他体现，其他实施例以及权利要求范围的等同物，均属于本发明的权利要求范围。