專利名稱：通信的激勵器－激勵系統和方法
技術領域：
本發明一般涉及通信，具體涉及有金屬結構的車輛內和車輛鄰近通信的系統。本發明特別適用于從0.1MHz至100MHz范圍內的無線電頻率，本發明的一些改進型能夠工作在500MHz以上的范圍。
背景技術：
我們需要在車輛內和車輛周圍的各個位置之間傳輸信息，它包括但不限于，汽車，卡車和牽引車掛車，火車，船只和飛機。傳統上，這是通過在各個點之間安裝導線實現的。最近以來，采用光纜可以類似地起到這種作用。還利用2.4和5GHz頻帶的傳統無線技術。
遺憾的是，所有這些現有技術系統都有缺點。有線和光纜消耗大量的材料，并要求在各個位置之間利用信息進行路由，往往導致增大設計的復雜性。常規的無線技術也往往伴隨設計的復雜性，二者需要保證維持信息的完整性，防止來自車輛外部的有害影響以及保證用于傳輸信息的能量沒有變成對其他系統的不利因素。
這些擔心在車輛的環境下變得更加嚴重。首先，車輛有特殊的結構。它有多個隔間，即，空間或空腔。這些大的隔間此處稱之為“主隔間”。例如，在普通的汽車中，主隔間是機器隔間或機罩下隔間，乘客隔間，和行李箱。在普通貨物運輸卡車中，主隔間是機器隔間，駕駛員/乘客隔間，和貨物區。在普通的車輛中，工具箱或其他內部儲存區不是主隔間。概括地說，實際進入車輛的主隔間通常是可能的。與此相反，實際進入車輛的其他隔間往往是有問題的。
其次，車輛的本性是可移動的。所以，它的系統能夠受到快速變化和很難預測的不利影響或變成不利影響之源。例如，考慮2.4或5GH頻帶的傳統無線技術，若采用這些頻帶的車輛接近于靈敏的電子設備，則它可以使該設備發生故障。相反地。若該車輛接近于高功率電子設備，則它本身也會受到嚴重的影響。這些問題使車輛內(包括粘附到車輛外部)和車輛鄰近的信息通信變得復雜化。
因此，我們需要一種用于車輛內和車輛鄰近通信的優化系統。最好是，這種系統應當有能力使單次傳輸到達所有的車輛隔間以及車輛外部的鄰近，而不需要利用中繼器或多個物理接入點。

發明內容
因此，本發明的目的是提供一種激勵器系統以及用于車輛內和車輛鄰近通信的激勵方法。
簡要地說，本發明的一個優選實施例是一種用于車輛內第一位置與該車輛內或車輛鄰近第二位置之間傳輸信息的系統。該車輛有限定一個或多個主隔間的導電金屬結構。提供一種包含第一通信設備和激勵器裝置的激勵器單元，它導電連接到車輛的金屬結構。還提供一種包含有探測器的第二通信設備的遠程單元，它非導電連接到車輛的金屬結構。第一通信設備可以接收第一位置的信息，并利用該信息調制信號。該信號的載波頻率是車輛主隔間最小尺寸所限定1/2波長的截止頻率。低于截止頻率的運行產生倏逝電磁場。高于截止頻率的運行產生普通的傳播電磁場。于是，激勵器裝置可以從第一通信設備接收信號，和導電注入該信號電流到車輛的金屬結構，從而產生電磁場。于是，第二通信設備能夠從車輛的金屬結構經探測器耦合地接收電磁場，從該電磁場解調信息，和提供第二位置的信息。第二通信設備還可以接收第二位置的信息，利用該信息調制電磁場，和耦合地發射電磁場經探測器到車輛的金屬結構，從而在其中產生電流。于是，激勵器裝置可以從車輛的金屬結構導電地提取信號電流，并把它提供給第一通信設備。于是，第一通信設備能夠從該信號解調信息，并提供該信息給第一位置。因此，它能夠按照無線方式在第一位置與第二位置之間傳輸信息。
簡要地說，本發明的另一個優選實施例是一種用于車輛內至少兩個位置之間傳輸信息的系統。該車輛有限定一個或多個主隔間的導電金屬結構。提供與位置數目相同的多個激勵器單元，每個激勵器單元包含通信設備和激勵器裝置，它導電連接到車輛的金屬結構。每個通信設備可以接收它各自位置的信息，并利用該信息調制信號，其中信號是以無線電頻率交替地變化。于是，激勵器裝置可以從它們各自的通信設備接收信號，和導電注入該信號電流到車輛的金屬結構。每個激勵器裝置還可以從車輛的金屬結構提取電流，從該電流得到信號，和提供該信號給其各自的通信設備。于是，通信設備可以從該信號解調信息，并把它提供給各自的位置。因此，它能夠按照有線等效方式在各個位置之間傳輸信息。
本發明無線車輛通信的一個優點是，車輛的尺寸，具體是車輛內主隔間的尺寸，它相對于建議運行的無線電頻率(RF)波長通常是小的。這導致減小的傳輸路徑損耗，從而減小所需的通信發射器功率。相對于工作波長的車輛內部小尺寸的另一個特征是，車輛內的主要電磁場是激勵器在車輛金屬結構中注入RF電流產生的倏逝場。倏逝場不傳播，因此它在車輛內不引入阻塞或多徑效應，多徑效應是常規傳播系統共有的效應。
本發明無線車輛通信的另一個優點是，在截止頻率以上，其中截止頻率發生在波長等于車輛中主隔間最小尺寸的1/2，本發明在金屬結構中連續地注入電流，而且還支持可用于無線通信的常規電磁波場。
本發明無線車輛通信的另一個優點是，RF電流流入到車輛中所有的互連金屬結構。于是，這些電流在車輛的所有隔間中產生電磁場，特別是包括主隔間，從而能夠在激勵器與這些隔間內的遠程裝置和探測器之間進行無線通信。
本發明無線車輛通信的另一個優點是，電磁場泄漏到車輛外表面的鄰近，它能夠在激勵器與車輛外表面鄰近的遠程裝置和探測器之間進行無線通信。
本發明無線車輛通信的另一個優點是，激勵器有足夠可用和可控的帶寬，它可用于建立多條通信鏈路，數據總線或網絡應用，而沒有在各種通信應用之間產生干擾。
本發明無線車輛通信的另一個優點是，它可以在寬范圍內提供鄰接的帶寬。這可以包括0.1MHz至倏逝場的截止頻率以及從截止頻率至傳播波100MHz和以上的附加鄰接帶寬。
本發明無線車輛通信的另一個優點是，它利用車輛結構的尺寸以避免需要非常大的天線。
本發明無線車輛通信的另一個優點是，低功率遠程單元“探測器”可用于耦合車輛的導電框架，為的是發射信號回到激勵器，其中激勵器系統與允許接收這種微弱信號的導電框架之間有唯一關系。
本發明有線等效車輛通信的一個優點是，車輛的尺寸通常小于建議運行的RF波長。這導致減小的傳輸路徑損耗，從而減小所需的通信發射器功率。
本發明有線等效車輛通信的另一個優點是，RF電流流入到車輛的所有互連金屬結構。于是，可以在車輛金屬結構內或金屬結構上任何一點接收這些電流，從而能夠在車輛金屬結構內外任何點的激勵器之間進行通信。
本發明有線等效車輛通信的另一個優點是，利用車輛的金屬結構，該車輛內或車輛上的激勵器之間進行通信可以減小來自外干擾源或車輛內干擾源的干擾電平，例如，點火，電動窗的工作或其他的電干擾源。這是可以實現的，因為在有線等效通信應用中不需要所有天線狀元件和導線，而本發明只需要工作在金屬結構非常低阻抗的很小回地電流環境中。
本發明有線等效車輛通信的另一個優點是，它可以提供從0.1MHz至高于100MHz的鄰接帶寬。此外，直接連接激勵器可以注入高達500MHz的電流到車輛的金屬結構，從而在車輛外部建立傳播電磁場。這種特征允許與車輛之間的通信鏈路是在當前對具體應用所規定的分配頻段中。例如，315和433MHz波段用于車輛的遠程無鑰匙進入和車庫門開門裝置。
本發明無線車輛通信和有線等效車輛通信的一個優點是，激勵器有足夠使用和可控的帶寬，因此，它可用于建立多條通信鏈路，數據總線或網絡應用，而在各種通信應用之間不發生干擾。
本發明無線車輛通信和有線等效車輛通信的另一個優點是，激勵器元件可以有多種功能，從而可以避免需要單獨的天線狀元件。
本發明無線車輛通信和有線等效車輛通信的另一個優點是，激勵器元件的結構非常緊湊，因此，可以快速地安裝和投入運行。
鑒于對當前本發明最佳實施模式的描述以及此處和以下附圖中所描述優選實施例的工業應用，本領域專業人員清楚地知道本發明的這些和其他的目的和優點。


根據以下結合附圖的詳細描述，本發明的目的和優點是顯而易見的，其中圖1是按照本發明用于無線通信的激勵器系統方框示意圖；圖2是圖1所示本發明實施例中使用的一種可能頻譜分配圖；圖3A-3B是代表利用圖1所示實施例中一種可能的單向通信方案方框圖，其中圖3A表示圖1實施例中從激勵器到配置探測器部分的通信，而圖3B表示圖1實施例中從探測器到配置激勵器部分的通信。
圖4是圖1實施例中配置激勵器與配置探測器部分之間雙向通信的方框圖；圖5是圖1實施例中激勵器與多個配置探測器部分之間網絡通信的方框圖；圖6是按照本發明用于有線等效通信的激勵器系統方框示意圖；圖7A-7B是代表利用圖6所示實施例中一種可能的單向通信方案方框圖，其中圖7A表示從第一激勵器到第二激勵器的通信，而圖7B表示從第二激勵器到第一激勵器的通信。
圖8是圖6實施例中兩個配置激勵器部分之間雙向通信的方框圖；圖9是圖6實施例中多個配置激勵器部分之間網絡通信的方框圖；圖10是可用于圖1所示本發明實施例的圓盤錐形激勵器的側視剖面圖；
圖11是車輛中安裝的圖10所示圓盤錐形激勵器的部分視圖和側視剖面圖；圖12是車輛中安裝圓盤錐形激勵器和按照無線通信模式運行得到的測量結果曲線圖，它可用于圖1所示的本發明實施例；圖13是車輛中安裝圓盤錐形激勵器和按照有線等效通信模式運行得到的測量結果曲線圖，它可用于圖6所示的本發明實施例；圖14是通用直接連接型激勵器的方框圖，它可用于圖6所示的本發明實施例；圖15是圖14所示直接連接型激勵器的一個可能實施例的方框示意圖；圖16是車輛中安裝的圖14所示直接連接型激勵器的頂視平面圖和部分側視剖面圖；圖17是車輛中安裝圖14所示直接連接型激勵器和按照無線通信模式運行得到的測量結果曲線圖；和圖18是車輛中安裝圖14所示直接連接型激勵器和按照有線等效通信模式運行得到的測量結果曲線圖。
在各個附圖中，相同的參考數字用于表示相同或類似的元件或步驟。
具體實施例方式
本發明的優選實施例是一種用于車輛內或車輛鄰近通信的激勵器系統和激勵方法。如其中各個附圖所示，具體是在圖1和圖6所示附圖中，利用參考字符1和2描述本發明的優選實施例。
本發明是2001年7月19日申請的U.S.Application No.09/909,247；2001年7月19日申請的U.S.Application No.09/909,246；2000年11月27日申請的U.S.Application No.09/724,544；和1999年6月25日申請的U.S.Application No.09/340,218中敘述內容的延伸，所有這些申請都屬于本發明者，和全文合并在此供參考。
這些當前優選的實施例在總體系統中利用激勵器裝置以促進和優化車輛內和車輛周圍的無線通信和有線等效通信，它包括但不限于，汽車，卡車，牽引車掛車，火車，船只和飛機。簡要地說，本發明的運行是通過注入電流到車輛的金屬結構中，其中在車輛的隔間內以及車輛外表面鄰近建立電磁場。本發明可以按照兩種方式應用于車輛以完成無線通信和有線等效通信。
術語“有線等效通信”是本發明者創新的術語，用于表示這樣一種方法，其中車輛結構上一個點到該車輛結構上另一個點或多個點的通信是通過車輛結構內電流發生的，而該電流是由每端的激勵器產生。這些通信有有線通信的全部帶寬和連接能力，但利用車輛的金屬結構代替導線，因此稱它為有線等效通信。
本發明利用兩種形式的激勵器。本發明者稱其中一種形式為“優化激勵器”，它是在車輛結構中注入和/或接收電流，能夠在本發明的工作頻帶內實現從最低頻率到最高頻率的寬帶和有效無線通信性能。第二種形式是直接連接激勵器，它十分簡單，且在低頻下性能較差。圖1表示包括典型車輛中優化激勵器系統1的無線通信整體運行。圖6表示包括典型車輛中直接連接激勵器系統2的有線等效通信整體運行。
利用任何類型的激勵器與有探測器的一個或多個遠程單元和通信設備的結合，例如，調制解調器，發射器，接收器和濾波器，可以在車輛內建立無線通信鏈路或網絡。在整個車輛內可以提供單向，雙向或聯網的無線或有線等效通信，而沒有當今車輛內共有的傳統線束。
圖1表示本發明利用激勵器的無線通信，激勵器注入電流到車輛的金屬結構和在車輛內和車輛鄰近建立電磁場，因此，配置探測器的一個或多個遠程通信裝置可以接收通信。通過從遠程裝置探測器發射的能量耦合到金屬結構，可以從遠程裝置發送通信信號到激勵器，從而在車輛金屬結構內建立可以被激勵器接收的RF(射頻)電流。
激勵系統1，2適合于工作在閉合空間28(或部分的閉合空間)，它可以是小的空間，例如，乘客隔間，或者是較大的空間，例如，商用車輛堆貨場。任何類型的閉合空間28必須包含各種導電結構或框架22，它可以導電地“傳遞”導電框架22中放置的能量到整個閉合空間28，從而在整個閉合空間28建立低于截止頻率的準靜態電磁場26(即，倏逝場)。截止頻率是閉合空間或空腔的最小尺寸等于1/2波長的頻率。在截止頻率以上，空間中的電磁場轉換成普通的傳播波。如上所述，此處所用的術語“主隔間”還可以指合適的閉合空間。
導電框架22可以是單條路徑，回旋路徑，或各種導電元件，它們的作用是形成電磁虛擬體積，類似于“法拉第籠”，本發明者稱它為“磁泡”或此處的磁泡30。典型的是，導電框架22是由車輛金屬框架，接地電線和這些元件的組合構成。
磁泡30的性質大致類似于約束電磁場的籠子或網格，它很像籠子約束太大而不能放入在兩個棒之間的物理結構。在這種情況下，導電框架22形成具有間隙的電磁場的虛擬棒，間隙出現在沒有框架22元件的位置。只要導電框架22中的間隙小于工作頻率的1/2波長，電磁場26就“陷入”到磁泡30中，從而對磁泡區外部沒有影響。這對于諸敏感通信以及順應各種政府規定是特別重要的，例如，FCC限制。實際上，磁泡30可以包括幾個半獨立的較小閉合空間28(例如，汽車行李箱，機械隔間；即主隔間)，每個空間的功能在某種程度上類似于單獨的“籠子”，但是它們是由延伸通過車輛的互連導電框架22相關。
使導電框架22按照這種方式被激勵的元件是激勵器14，16，它們用于建立磁泡30并提供無線通信或有線等效通信的基礎。特定閉合空間28中的激勵器14，16具有幾種功能。一種主要功能，如該元件的名稱所指，是誘發RF電流24進入金屬結構或框架22壁的功能。上述類型的優化激勵器14和直接連接激勵器16在本發明者相關的專利申請中描述為匹配部分。
實際車輛裝置中得到的結果是顯然的，且系統1，2在多種環境下可以有效地工作。在以下的說明中，激勵器14，16和激勵器系統1，2描述為用于激勵車輛，因此，在從任何所需頻率到高達截止頻率的頻率范圍內建立非傳播的準靜態電磁場，其中非傳播場的作用是提供發生通信的“載波”。在截止頻率以上，非傳播電磁場變成傳統的傳播波。
此外，正確安裝在車輛內激勵器14，16的性質與車輛的導電框架22建立特殊的耦合，因此，車輛內遠程位置處導電框架22中誘發的信號以足夠的強度被接收，只要該信號也是在頻率范圍內，這對于激勵器元件是有用的。按照這種方式，相同激勵器元件的功能可以是“激勵器”和“收聽器”(接收器)。
每個激勵器14，16是相同的種類，但用于特定的目的，它們的尺寸，材料和包裝有各種變形。相同優選實施例中兩個具體例子是在附圖中展示和描述，但它們的配置可以有很大的不同，取決于實際的應用。圓盤錐形激勵器32是優化激勵器14的例子，具體表示在圖10和11中，而直接連接激勵器16具體地表示在圖14，15和16中。圓盤錐形激勵器32在有效的應用方面是優選的，而較小的直接連接激勵器16有較低的效率，但是它更適合于窄帶的應用。優化激勵器例子，圓盤錐形激勵器32，有較大的尺寸和表面積，為的是提供更有效的連接，這在合適頻率下傳遞足夠的能量是必需的，而體積較小的直接連接激勵器16的效率較低，但它足以工作在窄帶的應用中。
建立通信所需的功率是與所要求的信號質量有關，它正比于車輛的總體積，而產生倏逝場(準靜態電磁場)的最重要尺寸是車輛中相對導電表面之間的最小軸向距離。局部尺寸確定車輛(和內部隔間)中相關的截止頻率，而在實現激勵器功能時，它確定該隔間中是否可以建立倏逝場。在截止頻率以上，激勵器建立傳播波。
在有線等效通信中，激勵器注入電流到金屬結構中，而這些電流流過車輛的整個金屬結構。激勵器還有接收車輛中或車輛上其他激勵器形成結構中電流的性質。所以，在金屬結構中注入RF電流或從金屬結構接收RF電流，兩個或多個激勵器系統可以在車輛的各點之間互相通信。
利用車輛的金屬結構，本發明在車輛內或車輛上提供等效的有線通信媒體。這種有線等效通信是這樣的，類似的通信帶寬，信息速率和連接性可以提供給車輛金屬結構上或結構內的任何點，如同在這些點之間安裝導線所得到的結果。然而，本發明利用車輛的金屬結構，從而避免需要各個通信點之間的導線。
可以利用任何類型的激勵器與通信設備的結合，例如，調制解調器，發射器，接收器和濾波器，從而在車輛內建立等效的有線通信鏈路或網絡，而不需要利用傳統的導線和傳輸線。特別是，激勵器可以與通信設備結合使用，它在整個車輛中提供單向通信，雙向通信或聯網通信，而不需要當今車輛內共有的傳統線束。
圖10和11表示圓盤錐形激勵器32的結構，其中圖11說明安裝在車輛行李箱中的圓盤錐形激勵器32。圓盤錐形激勵器32是由圓盤錐形34構成。圓盤錐形34是由模擬圓盤錐34表面的四條導線制成。輸入同軸電纜36穿過這個結構的中心，其中心導體38粘附到平坦圓盤40。平坦圓盤40的表面是螺旋形諧振器42的底座。圓盤錐形激勵器的尺寸有很大的不同，較高的頻率需要較大的尺寸。車輛行李箱中安裝的典型圓盤錐形激勵器32的圓盤錐形高度是在2-3英寸的范圍內。圓盤錐形34和平坦圓盤40的底座半徑是在3-4英寸的范圍內。頂部裝載的螺旋形諧振器42的直徑通常為12英寸。
為了“激勵”車輛(導電框架22)，給圓盤錐形激勵器32提供的能量是通過有中心導體38和屏蔽44的同軸電纜36。中心導體38粘附到圓盤錐形激勵器32和導電框架22。如圖10所示，屏蔽44是直接地電連接到車輛的導電框架22。中心導體38傳遞的能量沒有按照正常方式進行輻射。圓盤錐形的12英寸直徑螺旋形諧振器42因太小不能輻射100MHz以下的頻率。然而，圓盤錐形激勵器32的結構在這個頻率范圍有很大的不連續性。耦合到中心導體38的能量幾乎完全地被反射，但處在屏蔽44中的能量現在連接到構成倏逝場基礎的導電框架22。由于注入到中心導體38的能量返回到輻射源，反射波具有50％的輸入功率。然而，這種反射損耗基本上不隨頻率而變化，因為剩余的能量幾乎完全地從屏蔽44外轉移到導電框架22的結構。在截止頻率以上，激勵器改變它的主要工作模式，從非傳播倏逝場改變成傳播電磁波。
圖12和13表示乘客車輛中得到的測量結果例子，該車輛中安裝有給定尺寸的圓盤錐形激勵器。圖12表示可應用于無線通信模式的測量結果，其中25dBm信號源連接到激勵器，并利用探測器測量乘客隔間中的無線信號。圖13表示可應用于有線等效通信模式的測量結果，其中25dBm信號源連接到激勵器，并通過第二直接連接激勵器連接到車輛的乘客隔間內金屬結構，測量乘客隔間中的信號。
直接連接激勵器是優化激勵器原理的延伸，其中簡化的實施裝置伴隨著相應地降低效率。圖14表示通用的直接連接激勵器16。在這個實施方案中，同軸電纜36連接到激勵器系統中通信設備20。這個同軸電纜的中心導體38連接到RF匹配網絡46和直流(DC)阻塞電容器48，而DC阻塞電容器48連接到車輛的金屬框架22。
直接連接激勵器16的工作方式與優化激勵器14大致相同，都是注入和接收金屬框架22中的電流。然而，與優化激勵器14能夠得到的效率比較，直接連接激勵器的簡單性和小尺寸減小了可獲得的效率。RF匹配網絡46的設計是為了在各種頻率運行下通信設備20與金屬框架22之間提供盡可能有效的能量轉移。這個通用實施方案中DC阻塞電容器48的功能是使激勵器16與通信設備20中發射器和接收器的DC電路隔離。
圖15表示直接連接激勵器的一個實施例。在這個實施例中，同軸連接器50安裝到具有三個包銅部分54，60，62的小型電路板52上。同軸連接器50安裝和連接到第一包銅部分54。同軸電纜36是從同軸連接器50延伸出去，因此，中心導體38連接到由串聯電感器56構成的匹配網絡46，它給第二包銅部分60上的分路電容器58供電，并接地到第一包銅部分54。屏蔽44連接到同軸連接器50的一端，而在另一端上是浮接的，因此，它作為中心導體38的RF屏蔽，中心導體38連接到第二包銅部分60。
匹配網絡46中的串聯電感器56連接到第三包銅部分62上的DC阻塞電容器48。DC阻塞電容器48連接到接線柱64。在接線柱64與金屬結構22之間連接導線66，可以完成從直接連接激勵器16到金屬結構22的連接。
圖16表示車輛中安裝的圖15所示直接連接激勵器。圖17表示乘客車輛中無線鏈路的測量數據，其中圖15所示直接連接激勵器16安裝在汽車行李箱中，而無線遠程單元12位于乘客隔間內。利用輸入到直接連接激勵器16的25dBm信號進行這些測量。在無線應用中，當直接連接激勵器16與圖12所示圓盤錐形激勵器32性能比較時，簡單性換取性能下降是顯而易見的。
圖18表示乘客車輛中有線等效通信鏈路的測量數據，其中圖15所示直接連接激勵器16安裝在汽車行李箱中，而第二直接連接激勵器16位于乘客隔間內金屬結構上。利用輸入到直接連接激勵器16的25dBm信號進行這些測量。這些測量指出直接連接激勵器工作在有線等效通信模式下的優良性能。
本實施例僅僅是許多其他形式直接連接激勵器方案中一種可能的方案。還可以實施包括變壓器匹配電路的其他匹配網絡46概念。匹配網絡46與金屬結構22之間的連接可以類似地采用許多其他的形式，最簡單的形式是利用線夾代替接線柱64，其中線夾把直接連接激勵器16固定到金屬框架22，并且還在匹配網絡46與金屬框架22之間形成RF電流24的通路。
在圖1所示的無線通信模式下，通信設備20內發射器提供所需頻率范圍內的能量以啟動激勵器。激勵器14，16按照以上的描述激勵導電框架22，因此，可以發射通信設備20產生的調制信號。金屬結構中的電流24在車輛的隔間中和表面鄰近建立電磁場26。于是，這些電磁場26被若干個無線遠程單元12中的任何一個單元接收，無線遠程單元12是由車輛內或車輛鄰近的通信設備20和探測器18構成。此外，在雙向或聯網通信應用中，激勵器14，16的作用是接收和傳輸無線遠程單元12產生的信號到激勵器14，16的通信設備20中接收系統。傳輸和接收可以在激勵器單元10與無線遠程單元12之間同時發生。
圖3A和3B表示車輛內或車輛鄰近的激勵單元10與無線遠程單元12之間的單向無線通信。類似地，圖4和圖5分別表示車輛內或車輛鄰近的激勵單元10與無線遠程單元12之間的雙向和聯網無線通信。激勵單元10中通信設備20產生和通過激勵器14，16發射的信號與無線遠程單元12產生和返回通過導電框架22到激勵器14，16并到達激勵器通信設備20的信號可以有不同的頻率。另一個實施例是借助于分時傳輸使通信設備20，激勵器14，16和無線遠程單元12產生的信號工作在相同的頻率。
在圖6所示的有線等效通信模式下，通信設備20內發射器提供所需頻率范圍內的能量以啟動激勵器。于是，激勵器14，16在導電框架22中建立電流24，因此可以發射通信設備20產生的調制信號。在有一個或多個激勵器單元10的車輛金屬結構上任何一點，可以接收金屬結構中的電流24。傳輸和發射可以在多個激勵器單元10之間同時發生。
圖7A和7B表示車輛金屬表面上任何點的激勵器單元10之間的單向有線等效通信。類似地，圖8和圖9分別表示車輛的金屬表面上各點之間雙向和聯網的有線等效通信。通信設備20產生和發射通過激勵器14，16的信號與遠程位置中其他激勵器14，16產生的信號可以有不同的頻率，從而允許在各個激勵器之間同時進行有線等效通信。另一個實施例是借助于分時傳輸使通信設備20和激勵器14，16產生的信號工作在相同的頻率上。
車輛的特征各不相同，因此，每個車輛包含的空間需要作一些經驗調整，為的是正確地定位和安裝激勵器。然而，在大多數車輛中，以上描述的激勵器實施例在激勵能量和建立磁泡效應方面是有功效的。本發明的實施方案成功地展示，在11Mbps的數據鏈路上無線運行網絡發射流式的視頻圖像以及在車輛中有線等效控制燈光和傳感器的讀出。
在以上設置的參數內，可以改變激勵器的精確實際形狀和尺寸，以及在保持各種功能運行的同時，可以利用不同的材料。激勵器元件與導電框架的間隔在可接受的范圍內可以變化，能量傳遞給激勵器的方式也可以變化。在沒有不恰當實驗的條件下，專業人員無疑能夠開發出相關的結構和利用。
雖然以上描述了各種實施例，但是應當明白，這些實施例是作為例子給出，而不是限制性的。因此，本發明的深度和范圍不應當受上述典型實施例的限制，而應當根據以下的權利要求書和相當內容限定本發明的范圍。
工業應用本發明激勵器系統1，2非常適用于車輛內和車輛鄰近的通信。本發明可以提供無線或有線等效通信，具體地是在0.1MHz至100MHz的范圍內，一些改進型能夠工作在500MHz以上的范圍。
在無線通信中，本發明利用注入電流到車輛金屬結構中的激勵器和在車輛內和車輛鄰近建立電磁場，因此，它可以與有探測器的一個或多個遠程通信裝置進行通信。通過從遠程裝置探測器耦合地發射能量到金屬結構，還可以從遠程裝置傳輸信息到激勵器，從而在車輛的金屬結構中建立可以被激勵器接收的RF電流。倏逝場和電磁場都可用于無線通信。工作頻率可選取為低于截止頻率，從而利用倏逝場。或工作頻率可選取為高于截止頻率，從而可以利用電磁場。
在有線等效通信中，本發明利用基本激勵器運行以注入電流到金屬結構中，而這些電流流過車輛的整個金屬結構。激勵器還有接收車輛中或車輛上其他激勵器形成結構中電流的性質。所以，通過注入或接收金屬結構中的RF電流，兩個或多個激勵器系統可以與車輛上的其他點進行通信。
現在，我們可以理解，本發明的共同特征是注入電流到車輛的金屬結構。這些電流固有地產生電磁場。在本發明的無線實施例中利用電磁場，其使用方式取決于工作頻率的選擇。在本發明的有線等效實施例中，可以直接利用注入的電流。
本發明激勵器可以有多種形式，此處具體描述的兩種形式是優化激勵器14和直接連接激勵器16。優化激勵器14注入電流到車輛結構和/或從車輛結構接收電流，它能夠在最低頻率到最高頻率的本發明工作頻帶內實現寬帶和有效的無線通信性能。直接連接激勵器16是十分簡單，但在本發明的低頻率下性能較差。
激勵器14，16可用于建立無線通信或有線等效通信。與常規通信設備的結合，例如，調制解調器，發射器，接收器和濾波器，激勵器與有探測器的一個或多個遠程單元一起可以提供無線車輛通信。類似地，與這些通信設備的結合，兩個或多個激勵器可以提供有線等效車輛通信。可以在整個車輛內提供單向，雙向，或聯網的無線通信或有線等效通信，而沒有當今車輛內共有的傳統線束。
這些無線通信和有線等效通信有這樣的能力，在車輛內或車輛上任何點之間安裝導線，或利用2.4和5GHz頻帶中的傳統無線技術進行通信，可以給這些點提供相同的通信帶寬，信息速率和連接性。然而，本發明利用車輛的金屬結構，從而使電流分布到整個車輛和在所有的車輛隔間中建立電磁場。這導致在有線等效應用的情況下可以避免車輛信號布線的需要，以及能夠使單次無線傳輸到達所有的車輛隔間和車輛外部的鄰近，而不需要利用中繼器或接入點。
由于上述的原因，我們可以預期，本發明的激勵器系統1，2可以有廣泛的工業應用。所以，我們預期本發明的商業用途是廣泛和持久的。
權利要求
1.一種用于車輛內第一位置與該車輛內或車輛鄰近第二位置之間傳輸信息的系統，其中車輛有限定一個或多個主隔間的導電金屬結構，該系統包括包含第一通信設備和激勵器裝置的激勵器單元，它導電連接到車輛的金屬結構；包含有探測器的第二通信設備的遠程單元，它非導電連接到車輛的金屬結構；所述第一通信設備適合于接收第一位置的信息和利用該信息調制信號，其中所述信號的載波頻率選取為低于倏逝電磁場的截止頻率或高于傳播電磁場的截止頻率；所述激勵器裝置適合于從所述第一通信設備接收所述信號和導電注入所述信號電流到車輛的金屬結構，從而產生電磁場；所述第二通信設備適合于從車輛的金屬結構經所述探測器耦合地接收所述電磁場，從所述電磁場解調信息，和提供第二位置的信息；所述第二通信設備還適合于接收第二位置的信息，利用該信息調制所述電磁場，和耦合地發射所述電磁場經所述探測器進入車輛的金屬結構，從而在其中產生所述電流；所述激勵器裝置還適合于從車輛的金屬結構導電地提取所述信號電流，和提供所述信號給所述第一通信設備；和所述第一通信設備還適合于從所述信號解調信息，和提供第一位置的信息，從而能夠按照無線方式在第一位置與第二位置之間傳輸信息。
2.按照權利要求1的系統，其中所述激勵器裝置包括由多個導線排列形成錐面仿真；由導電連接到車輛金屬結構的第一導電板形成的錐底；導電螺旋形諧振器，它有第二導電板形成的中心位置諧振器底，其中所述諧振器底的中心位置導電連接到所述錐面的頂點；和適合于傳遞所述電流到所述錐面頂點的導體。
3.按照權利要求2的系統，其中所述多個導線包括四個所述導線；所述第一導電板和所述第二導電板是平坦圓盤，其直徑是在3-4英寸的范圍內；所述螺旋形諧振器是平面型，其標稱直徑為12英寸；和所述激勵器單元的高度是在2-3英寸的范圍內。
4.按照權利要求1的系統，其中所述激勵器裝置包括匹配網絡，有效地允許所述電流的所需交流分量傳輸通過車輛的金屬結構；和阻塞電容，防止所述電流的直流分量傳輸通過車輛的金屬結構。
5.按照權利要求4的系統，其中所述匹配網絡包含串聯電感和并聯分路電容。
6.按照權利要求1的系統，其中車輛包含多個第二位置和相同多個所述遠程單元，從而形成能夠在所述第一位置與任何所述多個第二位置之間傳輸信息的網絡。
7.一種用于從車輛內第一位置傳輸信息到該車輛內或車輛鄰近第二位置的系統，其中車輛有限定一個或多個主隔間的導電金屬結構，該系統包括包含第一通信設備和激勵器裝置的激勵器單元，它導電連接到車輛的金屬結構；包含有探測器的第二通信設備的遠程單元，它非導電連接到車輛的金屬結構；所述第一通信設備適合于接收第一位置的信息并利用該信息調制信號，其中所述信號的載波頻率選取為低于倏逝電磁場的截止頻率或高于傳播電磁場的截止頻率；所述激勵器裝置適合于從所述第一通信設備接收所述信號，和導電注入所述信號電流到車輛的金屬結構，從而產生電磁場；和所述第二通信設備適合于從車輛的金屬結構經所述探測器耦合地接收所述電磁場，從所述電磁場解調信息，和提供第二位置的信息，從而能夠按照無線方式從所述第一位置傳輸信息到所述第二位置。
8.一種用于從車輛內或車輛鄰近的第一位置傳輸信息到該車輛內第二位置的系統，其中車輛有限定一個或多個主隔間的導電金屬結構，該系統包括包含有探測器的第一通信設備的遠程單元，它非導電連接到車輛的金屬結構；包含第二通信設備和激勵器裝置的激勵器單元，它導電連接到車輛的金屬結構；所述第一通信設備適合于接收第一位置的信息，利用該信息調制電磁場，和耦合地發射所述電磁場經所述探測器進入車輛的金屬結構，從而在其中產生電流，其中所述電磁場載波頻率選取為低于倏逝電磁場的截止頻率或高于傳播電磁場的截止頻率；所述激勵器裝置適合于從車輛的金屬結構導電地提取所述電流，和從所述電流得到信號；和所述第二通信設備適合于從所述激勵器裝置接收所述信號，從所述信號中解調信息，和提供第二位置的信息，從而能夠按照無線方式從所述第一位置傳輸信息到所述第二位置。
9.一種用于車輛內至少兩個位置之間傳輸信息的系統，其中車輛有限定一個或多個主隔間的導電金屬結構，該系統包括與位置數目相等的多個激勵器單元，每個激勵器單元包含通信設備和激勵器裝置，它導電連接到車輛的金屬結構；所述通信設備中的每個設備適合于接收其各自位置的信息，并利用該信息調制信號，其中所述信號以無線電頻率交替地變化；所述激勵器裝置中的每個裝置適合于從其各自的所述通信設備接收所述信號，和導電注入所述信號電流到車輛的金屬結構；所述激勵器裝置中的每個裝置適合于從車輛的金屬結構提取所述電流，從所述電流得到所述信號，和提供所述信號給其各自的所述通信設備；和所述通信設備中的每個設備還適合于從所述信號解調信息，和提供其各自位置的信息，從而能夠按照有線等效方式在所述位置之間傳輸信息。
10.按照權利要求9的系統，其中所述激勵器裝置包括由多個導線排列形成錐面仿真；由導電連接到車輛金屬結構的第一導電板形成的錐底；導電螺旋形諧振器，它有第二導電板形成的中心位置諧振器底，其中所述諧振器底的中心位置導電連接到所述錐面的頂點；和適合于傳遞所述電流到所述錐面頂點的導體。
11.按照權利要求10的系統，其中所述多個導線包括4個所述導線；所述第一導電板和所述第二導電板是平坦圓盤，其直徑是在3-4英寸的范圍內；所述螺旋形諧振器是平面型，其標稱直徑為12英寸；和所述激勵器單元的高度是在2-3英寸的范圍內。
12.按照權利要求9的系統，其中所述激勵器裝置包括匹配網絡，有效地允許所述電流的所需交流分量傳輸通過車輛的金屬結構；和阻塞電容，防止所述電流的直流分量傳輸通過車輛的金屬結構。
13.按照權利要求12的系統，其中所述匹配網絡包含串聯電感和并聯分路電容。
14.按照權利要求9的系統，其中車輛包含數目大于2的多個位置和相同數目的所述多個激勵器單元，從而形成能夠在所述多個位置之間傳輸信息的網絡。
15.一種用于從車輛內第一位置傳輸信息到第二位置的系統，其中車輛有限定一個或多個主隔間的導電金屬結構，該系統包括第一位置的第一激勵器單元，并包含第一通信設備和第一激勵器裝置，它導電連接到車輛的金屬結構；第二位置的第二激勵器單元，并包含第二通信設備和第二激勵器裝置，它導電連接到車輛的金屬結構；所述第一通信設備適合于接收信息，并利用該信息調制信號，其中所述信號以無線電頻率交替地變化；所述第一激勵器裝置適合于從所述第一通信設備接收所述信號，和注入所述信號電流到車輛的金屬結構；所述第二激勵器裝置適合于從車輛的金屬結構提取所述電流，和從所述電流得到所述信號；和所述第二通信設備適合于從所述第二激勵器裝置接收所述信號，從所述信號解調信息，和提供第二位置的信息，從而能夠按照有線等效方式在所述第一位置與所述第二位置之間傳輸信息。
16.一種用于從車輛內第一位置傳輸信息到該車輛內或車輛鄰近第二位置的方法，其中車輛有限定一個或多個主隔間的導電金屬結構，該方法包括以下步驟(a)接收第一位置的信息；(b)利用該信息調制信號，其中所述信號的載波頻率選取為低于倏逝電磁場的截止頻率或高于傳播電磁場的截止頻率；(c)導電注入所述信號電流到車輛的金屬結構，從而產生電磁場；(d)從車輛的金屬結構耦合地接收所述電磁場；(e)從所述電磁場解調信息；和(f)提供第二位置的信息，從而能夠按照無線方式從所述第一位置傳輸信息到所述第二位置。
17.按照權利要求16的方法，其中存在多個第二位置，且其中所述步驟(f)包括提供信息到所述多個第二位置中指定的一個位置，從而能夠在第一位置和所述多個第二位置的網絡內傳輸信息。
18.一種用于從車輛內第一位置傳輸信息到該車輛內或車輛鄰近第二位置的方法，其中車輛有限定一個或多個主隔間的導電金屬結構，該方法包括以下步驟(a)接收第一位置的信息；(b)利用該信息調制電磁場，其中所述電磁場的載波頻率選取為低于倏逝電磁場的截止頻率或高于傳播電磁場的截止頻率；(c)耦合地發射所述電磁場到車輛的金屬結構，從而在其中產生電流；(d)從車輛的金屬結構導電提取所述電流，和從所述電流得到信號；(e)從所述信號解調信息；和(f)提供第二位置的信息，從而能夠按照無線方式從所述第一位置傳輸信息到所述第二位置。
19.一種用于從車輛內第一位置傳輸信息到第二位置的方法，其中車輛有限定一個或多個主隔間的導電金屬結構，該方法包括以下步驟(a)接收第一位置的信息；(b)利用該信息調制信號，其中所述信號的載波頻率選取為低于倏逝電磁場的截止頻率或高于傳播電磁場的截止頻率；(c)導電注入所述信號電流到車輛的金屬結構；(d)從車輛的金屬結構導電提取所述電流，和從所述電流得到所述信號；(e)從所述信號解調信息；和(f)提供第二位置的信息，從而能夠按照有線等效方式從所述第一位置傳輸信息到所述第二位置。
20.按照權利要求19的方法，其中存在多個第二位置，且其中所述步驟(f)包括提供信息到所述多個第二位置中指定的一個位置，從而能夠在第一位置和所述多個第二位置的網絡內傳輸信息。
全文摘要
一種激勵器系統(1，2)，它能夠在激勵器單元(10)與一個或多個遠程單元(12)之間或多個激勵器單元(10)之間傳輸信息。激勵器單元(10)可以包括無線型激勵器裝置，例如，優化激勵器(14)，或它們可以包括有線等效型激勵器裝置，例如，直接連接激勵器(16)。激勵器裝置(14，16)注入或提取車輛金屬框架(22)中的RF電流(24)。遠程單元(12)與車輛金屬框架(22)之間耦合電磁場(26)。通信設備(20)與激勵器裝置(14，16)之間交換信息，它利用該信息調制或解調RF電流(24)和/或電磁場(26)。當RF電流(24)和/或電磁場(26)到達車輛內，車輛上和車輛鄰近的每個地方時，就在該處傳輸信息。
文檔編號H04L12/28GK1656717SQ03812533
公開日2005年8月17日 申請日期2003年5月30日 優先權日2002年5月30日
發明者喬治·G.·柴德維克, 羅伯特·W.·海特, 愛德華·庫林斯·艾維 申請人:株式會社科科莫Mb通訊