射频波透明电容式传感器垫的利记博彩app
【专利摘要】电容式传感器垫与RF发射机位于同处(例如，重叠)，而不导致天线性能的显著降级。在一个实现中，调整电容式传感器垫中的每平方电阻可提供高效传感器垫范围和性能，同时提供使得电容式传感器垫对于射频波足够透明以提供极好的天线效率，即使电容式传感器垫和天线位于同处。
【专利说明】射频波透明电容式传感器垫
[0001 ] 背景
[0002]现代电子设备通常采用高频无线电通信，特别是移动设备。由于人类组织可在该组织被置于接近发射天线时被强无线电波负面地影响(例如，加热)，各政府机构和工业实体已经建立标准来限制被发射到人类组织中的射频(RF)功率。例如，专用吸收比率(SAR)测试测量发射到位于邻近RF发射机的人类组织中的RF功率。满足这样的SAR标准的一种方法包括当主体(例如，人体部位)被检测到邻近RF发射机时降低RF传输功率。然而，将邻近度传感器和电路系统与移动设备的受限操作区域(real estate)内的无线电通信组件和计算组件集成随着移动设备持续发展(例如，缩小，添加功能性等)而越来越受到挑战。
[0003]概述
[0004]此处所描述和请求保护的各实现通过提供可与RF发射机位于同处(例如，重叠)的电容式传感器垫来解决前述的问题，而不导致天线性能的显著降级。在一个实现中，调整电容式传感器垫的每平方电阻可提供高效传感器垫范围和性能，同时提供使得电容式传感器垫对于射频波足够透明以提供极好的天线效率，即使电容式传感器垫和天线位于同处。
[0005]提供本概述以便以简化的形式介绍以下在详细描述中进一步描述的一些概念。本
【发明内容】
并不旨在标识所要求保护主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护主题的范围。
[0006]此处还描述和列举了其他实现。
【附图说明】
[0007]图1示出了响应于检测到主体或对象邻近与发射机位于同处的电容式传感器而提供对所发射的载波的动态功率调节的示例电子设备。
[0008]图2示出了具有与RF发射天线位于同处的电容式传感器垫的示例无线传输系统。
[0009]图3示出了具有与RF发射天线位于同处的电容式传感器的天线体。
[0010]图4示出了具有与RF发射天线位于同处的电容式传感器垫以及被分割的共振导体迹线的天线体。
[0011]图5示出了具有与RF发射天线位于同处的电容式传感器以及与RF发射天线重叠的被分割的共振导体的天线体。
[0012]图6示出了具有与RF发射天线位于同处的电容式传感器以及与RF发射天线重叠的被分割的共振导体和阻噪片式电阻的天线体。
[0013]图7示出了电容式传感器垫范围/区域和传感器电阻之间的示例关系。
[0014]图8示出了传感器和天线效率相对于传感器电阻的示例关系。
[0015]图9示出了使用与RF发射天线位于同处的电容式传感器垫来对所发射的载波进行动态功率调节的示例操作。
[0016]图10示出了检测发射天线的邻近度的3传感器垫实现。
[0017]详细描述
[0018]在某些管辖区域中，专用吸收比率(SAR)标准对电子设备制造商施加最大能量吸收限制。这些标准对可在处于发射射频(RF)天线的给定距离内的任何特定点处发射的电磁辐射的量施加限制。对在距设备几厘米内的距离(例如，O — 3厘米，用户可能将人体部分置于靠近发射天线)处的辐射限制给予了特别关注。这样的限制可通过在主体(例如，人体部位)被检测到邻近发射机时降低所发射的载波信号强度来满足。
[0019]所揭示的技术的各实现提供一种电子设备，该电子设备响应于在与RF发射机位于同处的电容式传感器垫处所检测到的AC电压波形的改变而动态地改变所发射的载波的功率。在电容式传感器垫处所检测到的AC电压波形的改变指示主体(例如，人体部位)到该电容式传感器垫的邻近度。以此方式，所检测的主体的邻近度可被用来动态地调整RF传输功率以实现遵循SAR标准，而不显著地危害电子设备的通信性能。
[0020]图1示出了响应于检测到主体或对象(在此统称“主体”)邻近与发射机位于同处的电容传感器而提供对所发射的载波的动态功率调节的示例电子设备100。电子设备100可以是，平板计算机、膝上计算机、移动电话、个人数字助理、蜂窝电话、智能电话、蓝光播放器、游戏系统、或包括用于RF载波的发射的无线通信电路任何其它设备，而无限制。在所示实现中，区域101表示显示面板。电子设备100包括发射载波的RF发射器102(包括发射天线)。在一个实施例中，载波具有移动电话RF传输的范围中的频率(例如，几百兆赫(MHz))。还构想了其他实现。在所示的实现中，电子设备100表示具有移动电话RF能力的平板计算机。
[0021]电子设备100还包括与RF发射机102位于同处的电容式传感器垫104，其能够检测电子设备100外部的主体(例如，人体部位108)的邻近度。由于电容式邻近度检测可基于介电材料在检测器的范围内的存在，电容式传感器垫104有利地检测具有中等传导性的主体(诸如例如，人手)的邻近度。位于同处指电容式传感器垫104和RF发射机102之间的重叠放置，而不管它们直接接触还是它们之间具有薄绝缘或非绝缘屏障。提供了各种附图来指示而不是限制位于同处的组件的示例。
[0022]电容式传感器垫104在与典型的电容式传感器垫相比时具有增加的每平方电阻，这可提供有效的传感器垫范围和性能，同时提供使得电容式传感器垫对射频波足够透明以提供极好的天线效率，尽管电容式传感器垫和天线位于同处。在一个实现中，40 — 120k欧姆/每平方的范围是有效的。
[0023]在一个实现中，电容式传感器垫104被馈送AC电压波形，诸如方形波形。电容是两个导电表面之间存在的属性，并且电容随着两个表面之间距离减少而增加。在一个配置中，电容式传感器垫104用作第一导电表面而处在距离电容式传感器垫104电容式耦合距离110内的人体部位用作第二导电表面。两个导电表面之间的距离改变改变电容，导致在电容式传感器垫104处的可察觉的AC电压波形改变并指示电容式传感器垫104和人体部位之间的邻近度的改变。例如，归因于人体部位和电容式传感器垫104之间的空隙的闭合的电容的增加可引入输入振荡波形的上升沿和下降沿的延迟，其可被测量作为对主体的邻近度的指不O
[0024]通过设定在自由空间中测量的基线电容(例如，基于缺乏邻近电容式传感器垫104的人体部位)，并将该基线电容与基线波形(其可接近于方波)相关联，在电容式传感器垫104处的波形的改变(例如，更慢的上升或下降时间)可被检测。这些改变指示在电容式传感器垫104处的“电容增量”。电容式传感器垫104被连接到传输功率控制器106，传输功率控制器106提供电容式传感器垫104和RF发射机102之间的电子反馈路径。如果电容增量超过预定的阈值，则传输功率控制器106可确定主体(诸如人手)邻近电容式传感器垫104并因此邻近位于同处的RF发射机102。此外，传输功率控制器106包括控制电路以响应于由电容式传感器垫104检测到的电容增量，来改变RF发射器102的行为(例如，输出功率级别，输出波频率等)。因此，如果传输功率控制器106确定主体邻近RF发射机102，则传输功率控制器器106可发信号给RF发射机102以减少其传输功率以致力于符合SAR标准。
[0025]在改变RF发射机102的行为之后，传输功率控制器106继续监视电容式传感器垫104接收到的波形。如果主体开始移离电容式传感器垫104，则耦合在电容式传感器垫104和主体之间的电容朝着基线电容改变，如在电容式传感器垫104处的波形所指示的。
[0026]不同类型的波形和概念可结合电容式传感器垫104来被使用。例如，如上面所描述的，波形可以是具有可变上升和下降时间的方波，这些可变上升和下降时间随着有效电容并因此随着邻近主体的邻近度而变化。替换地，正弦波可被施加到电容式传感器垫104。正弦波的频率可取决于有效电容并因此取决于邻近主体的邻近度而变化。锁相环或其它时序电路可被用来测量正弦波的频率，来进而确定主体或对象的邻近度。任何类型的波形可被使用，包括正弦波、方波、锯齿形波、或正弦波的组合的波。
[0027]图2示出了具有与RF发射天线204位于同处的电容式传感器垫212的示例无线传输系统200。无线传输系统200包括生成载波(诸如移动电话RF信号)的RF发射机202 AF发射机202被耦合到无线地发射载波的RF发射天线204。发射天线204可被嵌入在电子设备的表面内、置于电子设备的表面之下、或位于电子设备的表面上。还可以采用其他实现。
[0028]无线传输系统200包括耦合到传输功率控制器206的电容式传感器垫212。向电容式传感器垫212供给来自AC电压源211的AC信号波形以检测主体的邻近度。(AC电压源211和传输功率控制器206可以是集成组件，其具有到电容式传感器垫212的集成连接。)人体的组织包括导电的电解液和水分子，其展示非零导电性。AC信号波形在电容式传感器垫212处创建电场。随着主体208(诸如人手指)接近电容式传感器垫212，主体208与电场交互。电容式传感器垫212和主体208之间的空隙X减少，从而增加在电容式传感器垫212处的电容增量。如果电容增量由AC信号波形中的改变(例如，AC信号波形的幅度、频率、或上升/下降时间)来表示。改变后的AC信号波形被提供到传输功率控制器206，其针对将指示主体的邻近度的电容增量评估AC信号波形。如果这样的邻近度被检测到，则传输功率控制器206提供到RF发射机202的电子反馈路径，从而允许动态地改变RF发射机202的行为(例如，传输功率)以减少由载波信号强度引起的人类健康风险。RF发射机202的这个行为改变可以通过多种方式来实现，诸如通过数字逻辑控制线或通过数字通信接口总线的通信信号。
[0029]当主体开始移离发射天线204时，耦合在电容式传感器垫212和主体之间的电容减少。在电容式传感器垫212处的电容减少，且AC信号波形开始返回到基线。如果在电容式传感器垫212处的电容增量回落到低于阈值功率改变条件，则传输功率控制器206将RF发射机202的传输功率增加到初始传输功率水平。
[0030]该传输功率控制器206可存储多个或某范围的不同阈值功率改变条件或对其具有访问权。取决于特定阈值功率改变条件被满足，传输功率控制器206可不同地修改RF发射机202的行为。例如，取决于在电容式传感器垫212处的电容增量，传输功率控制器206可能能够将RF发射机202的传输功率增加或减小各种不同量级。
[0031]电容式传感器垫212与发射天线204位于同处，相隔距离y，该距离y可以是零或非零(例如，O — 3毫米)O例如，电容式传感器垫212可被直接放置在发射天线204上。替换地，非导电层可被置于电容式传感器垫212和发射天线204之间。
[0032]图3示出了具有与RF发射天线304位于同处的电容式传感器垫302的天线体300。电容式传感器垫302覆盖RF发射天线304并在RF发射天线304的表面尺寸(areal dimens1n)内。在天线体300内，导电迹线306从电容式传感器垫302延伸到SAR电路(例如，传输功率控制器)以监视在电容式传感器垫302处的电容改变。在一个实现中，RF发射天线304被固定在非导电支撑结构(例如，由塑料制成)中。在另一实现中，电容式传感器垫302和RF发射天线304可被构造成多层可弯曲印刷电路(FPC)，其中电容式传感器垫302在FPC的一侧上，面对天线体300所属的电子设备的外部，而RF发射天线304是位于比电容式传感器垫302更内部的各层中的一个层。在又一个实现中，RF发射天线304可以(例如，使用激光直接成型(LDS)过程)被印刷在前者上，其中电容式传感器垫302与RF发射天线304位于同处，朝向电子设备的外部。可采用其它实现。
[0033]在一个实现中，电容式传感器垫302是微波透明的，由带有嵌入的安排在10到40微米厚的片上的碳的丝印(screened-on)聚脂材料制成，尽管可以采用其它材料和直径。40k欧姆到500k欧姆/每平方电阻率的范围可在特定实现中被采用，尽管特定范围可被用于特定配置。电容式传感器垫302的材料可作为导电膜、导电黏合剂、以及被喷涂、溅射、或以其它方式应用的材料来应用。
[0034]图4示出了具有与RF发射天线404位于同处的电容式传感器垫402以及被分割的共振导体迹线406的天线体400。在天线体400内，被分割的共振导电迹线406从电容式传感器垫402延伸到SAR电路(例如，传输功率控制器)以监视在电容式传感器垫402处的电容改变。没有分割，被分割的共振导电迹线406可形成RF共振器，其将共振引入RF发射天线404的工作频带并有损天线性能。因此，通过(例如，通过一个或多个电阻器408的引入)分割被分割的共振导电迹线406，导电迹线引起的共振可被移出RF发射天线404的工作频带。示例分割电阻值可包括1K欧姆片式电阻，尽管其它电阻类型和值可被采用。
[0035]分割导电迹线406在高值电阻孤立出的迹线中创建更短的导电共振器。每个更短的金属段被设计来以与RF发射天线404的工作频带不同(例如，更高)频率共振。多个这样的电阻可被采用来创建两个以上的迹线段。
[0036]图5示出了具有与RF发射天线504位于同处的电容式传感器垫502以及与RF发射天线504重叠的被分割的共振导体506的天线体500。在天线体500内，被分割的共振导电迹线506从电容式传感器垫502延伸到SAR电路(例如，传输功率控制器)以监视在电容式传感器垫502处的电容改变。这样的配置可引入导电迹线506和RF发射天线504之间严重的耦合。
[0037]没有分割，被分割的共振导电迹线506可形成RF共振器，其将共振引入RF发射天线504的工作频带并有损天线性能。此外，与关于图4讨论的配置相反，RF发射天线504向右延伸更远，进一步加剧了有关RF发射天线504的工作频带中的RF共振(例如，由覆盖在RF发射天线504上的被分割的共振导体506引起)的潜在问题。因此，通过(例如，通过一个或多个电阻器508的引入)分割被分割的共振导电迹线506，导电迹线引起的共振可被移出RF发射天线504的工作频带。
[0038]图6示出了具有与RF发射天线604位于同处的电容式传感器垫602以及与RF发射天线604重叠的被分割的共振导体606和阻噪片式电阻610的天线体600。在天线体600内，被分割的共振导电迹线606从电容式传感器垫602延伸到SAR电路(例如，传输功率控制器)以监视在电容式传感器垫602处的电容改变。
[0039 ]没有分割，被分割的共振导电迹线606可形成RF共振器，其将共振引入RF发射天线604的工作频带并有损天线性能。此外，与关于图4讨论的配置相反，RF发射天线604向右延伸更远，进一步加剧了有关RF发射天线604的工作频带中的RF共振(例如，由覆盖在RF发射天线606上的被分割的共振导体604引起)的潜在问题。因此，通过(例如，通过一个或多个电阻器608的引入)分割被分割的共振导电迹线606，导电迹线引起的共振可被移出RF发射天线604的工作频带。
[0040]此外，来自SAR电路的被分割的导电迹线606可能是吵杂的。结果，图6在天线体外引入阻噪片式电阻610来阻挡来自SAR电路和导电迹线的噪声。示例阻噪片式电阻610可包括0201或0402尺寸的1k欧姆片上电阻，尽管其它电阻性元件可被采用。阻噪片式电阻610阻挡导电迹线606上的噪声使其不能到达RF发射天线604。
[0041]图7示出了电容式传感器垫范围/区域(Y轴)和传感器电阻(X轴)之间的示例关系700。标绘712指示电容式传感器垫与其电阻率有关的性能。虚线区域702—般表示具有将材料分类为好“导体”的电阻的材料的范围。虚线区域704—般表示具有将材料分类为好“绝缘体”的电阻的材料的范围。虚线框706表示被发现对在电容式传感器垫中的电容性邻近度传感工作良好的电阻的范围。虚线框708表示被发现为相对RF透明的电阻的范围。因此，来自框706到708的重叠区域指示虚线区域710(通常表示具有将材料分类为对传感邻近度足够有效而保持对射频波透明的电阻的材料的范围)。
[0042]图8示出了传感器和天线效率相对于传感器电阻的示例关系800。区域802指示电阻率范围，其中传感器效率和天线效率在该相同电阻率范围内(例如，40k欧姆/平方到120k欧姆/平方)一般地处在接近它们的最大值处，但是在这个范围之外可实现可接受的操作结果，如由高于120k欧姆/平方时传感器效率相对较缓的下降所示。
[0043]图9示出了使用与RF发射天线位于同处的电容式传感器垫来对所发射的载波进行动态功率调节的示例操作900。构造操作902将电子设备中的电阻式电容式传感器垫与RF发射天线置于同处。传输操作902通过电阻式电容式传感器垫发射RF载波，诸如移动电话RF信号。检测操作904基于由电阻式电容式垫感测到的电容的改变来检测主体的邻近度。
[0044]确定操作908确定在电容式传感器垫处所检测到的电容的改变是否满足至少一个阈值功率改变条件。阈值功率改变条件可被存储在可由无线传输系统的RF功率检测器访问的存储器位置中。
[0045]如果在电容式传感器垫处所检测到的电容的改变满足阈值功率改变条件，则附加的分析可被执行以确定合适的响应行动。基于这个分析，响应行动可被标识并实现。
[0046]如果确定操作908确定在电容式传感器垫处的电容的改变满足至少一个阈值功率改变条件，则调节操作910调节所发射的RF载波的功率。功率调节的程度可取决于所检测到的电容式传感器垫处的电容改变的幅度。在调节操作910调节了所发射的RF载波功率之后，等待操作912被采取，直至在电容式传感器垫处的电容的另一个改变被检测操作906检测到。
[0047]如果确定操作908确定在电容式传感器垫处的电容的改变不满足阈值功率改变条件，则调节操作910不被执行。相反，等待操作912被采取，直到在电容式传感器垫处的电容的另一改变被检测操作906检测到。
[0048]图10示出了检测到发射天线1002的邻近度的3传感器垫实现1000。电容式传感器垫1004、1006、和1008—般相互垂直，并且覆盖/围绕发射天线1002的尺寸(例如，将三个传感器垫1004、1006、和1008与发射天线置于同处)。(尽管传感器垫1004、1006、和1008未被示为完全垂直，以适配在具有不完全垂直的各侧面的计算设备盒的轮廓内，但是它们足够垂直以辨识来自多个轴例如X、Y和Z的邻近度信号)。传感器垫1004、1006、和1008通过迹线1010、1012和1014连接到传输功率控制器(未示出)。由于传感器垫监视三个不同的轴，传输功率控制器可推断邻近的外部对象的方向。此外，由温度和湿度增量引起的电容测量驱动在多个传感器垫1004、1006、和1008全部一起漂移时更容易从邻近度信号中分开。
[0049]电容式传感器垫1004、1006、和1008是高电阻性的，如先前关于在此描述的其它电容式传感器垫所讨论的。迹线1010、1012和1014可包括分割电阻和阻噪电阻，如关于先前描述的实现所讨论的。
[0050]在此所述的本发明的各实现方式可以被实现为一个或多个计算机系统中的逻辑步骤。本发明的逻辑操作可被实现为:(I)在一个或多个计算机系统中执行的处理器实现的步骤的序列；以及(2)—个或多个计算机系统内的互连机器或电路模块。该实现是取决于实现本发明的计算机系统的性能要求的选择问题。因此，构成此处所描述的本发明的实施例的逻辑操作被不同地称为操作、步骤、对象或模块。此外，应该理解，逻辑操作可以以任何顺序执行、按需添加或忽略，除非明确地声明，或者按由权利要求语言固有地要求特定的顺序。
[0051]上面的说明、示例和数据提供了对本发明的示例性实施例的结构和使用的完整的描述。因为可以在不背离本发明的精神和范围的情况下做出本发明的许多实现方式，所以本发明落在所附权利要求的范围内。此外，不同实施例的结构特征可以与另一实现方式相组合而不偏离所记载的权利要求书。
【主权项】
1.一种电子设备包括: 配置用于检测所述设备外的主体的邻近度的电容式传感器垫；以及 与所述电容式传感器垫置于同处并被配置来通过所述电容式传感器垫发射射频的射频天线。2.如权利要求1所述的电子设备，其特征在于，还包括: 从所述电容式传感器垫延伸到天线体之外的导电迹线；以及 所述导电迹线中的一个或多个分割电阻，所述分割电阻被配置来将所述导电迹线内的信号共振移到所述射频天线的工作频带之外。3.如权利要求1所述的电子设备，其特征在于，还包括: 从所述电容式传感器垫延伸到天线体之外并覆盖所述射频天线的一部分的导电迹线；以及 在所述天线体内的所述导电迹线中一个或多个分割电阻，所述分割电阻被配置来将所述导电迹线内的信号共振移到所述射频天线的工作频带之外。4.如权利要求1所述的电子设备，其特征在于，还包括: 从所述电容式传感器垫延伸到天线体之外并覆盖所述射频天线的一部分的导电迹线；以及 在所述天线体外的所述导电迹线内的阻噪电阻。5.如权利要求1所述的电子设备，其特征在于，还包括: 耦合到所述射频天线的射频发射机；以及 耦合到所述电容式传感器垫和所述射频发射机并被配置成在所述电容式传感器垫展示电容的改变时调节所述射频发射机的传输功率的传输功率控制器。6.如权利要求1所述的电子设备，其特征在于，还包括: 耦合到所述射频天线的射频发射机；以及 耦合到所述电容式传感器垫和所述射频发射机并被配置成在所述电容式传感器垫展示不再满足阈值功率改变条件的电容的改变时增加所述射频发射机的传输功率的传输功率控制器。7.如权利要求1所述的电子设备，其特征在于，还包括: 耦合到所述射频天线的射频发射机；以及 传输功率控制器，所述传输功率控制器耦合到所述电容式传感器垫和所述射频发射机并被配置来在所述电容式传感器垫展示满足阈值功率改变条件的电容的改变时降低所述射频发射机的传输功率。8.如权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述电容式传感器垫具有超过40000欧姆/平方米的电阻率。9.如权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述电容式传感器垫具有基本上在40000欧姆/平方米到120000欧姆/平方米的范围内的电阻率。10.如权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述电容式传感器垫被直接固定到所述射频天线。11.如权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述电容式传感器垫覆盖所述射频天线并与所述射频天线隔开不超过3mm。12.如权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述电容式传感器垫覆盖所述射频天线并在所述射频天线的表面尺寸内。13.一种方法，包括: 构建电容式传感器垫，所述电容式传感器垫与射频天线位于同处，其中所述射频天线被定位成通过所述电容式传感器垫发射射频波，且所述电容式传感器垫被配置来检测导电体的邻近度。14.一种电子设备包括: 配置用于检测所述电子设备外的主体的邻近度的传感器垫； 邻近所述传感器垫的电介质的第一表面；以及 邻近平面天线的电介质的第二表面，所述平面天线与所述电容式传感器垫位于同处并被配置来通过所述电容式传感器垫发射射频信号。15.如权利要求14所述的电子设备，其特征在于，所述传感器垫是第一传感器垫，所述电子设备还包括: 放置成基本上垂直于所述第一传感器垫的第二传感器垫。
【文档编号】G01D5/24GK105917521SQ201480072893
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2014年12月26日
【发明人】W·H·斯坦丁, M·哈珀, S·R·莫瑟, D·沃斯
【申请人】微软技术许可有限责任公司