CN102664686B - 电场通信收发器 - Google Patents

Abstract

发送器包括：用于发送调制后的调制信号的发送单元(3)；用于在电场传播介质(20)中感生基于调制信号的电场的收发电极(8)；设置在发送单元(3)的输出与收发电极(8)之间的第一电抗单元(2)，其用于与在发送单元(3)的接地(6)与大地接地(14)之间产生的寄生电容、在电场传播介质(20)与发送单元(3)的接地(6)之间产生的寄生电容、在电场传播介质(20)与大地接地(14)之间产生的寄生电容进行谐振；为了与各寄生电容谐振，在发送单元(3)的输出与发送单元(3)的接地(6)之间、或者收发电极(8)与发送单元(3)的接地(6)之间的某一个中所设置的第二电抗单元(1)。

Description

电场通信收发器

本申请为2005年12月1日递交的、申请号为2005800100742、发明名称为“发送器、电场通信收发器以及电场通信系统”的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及在电场传播介质中感生电场并使用该感生的电场来进行信息收发的通信中所使用的发送器、电场通信收发器以及电场通信系统。

背景技术

由于便携终端的小型化以及高性能化，可安装于生物体的可穿戴计算机日益受人瞩目。目前提出了如下方法：即作为这样的可穿戴计算机间的信息通信，将电场通信收发器连接到计算机上构成一体，将该电场通信收发器感生的电场传播到作为电场传播介质的生物体内部，由此，来进行信息的收发(例如特开2004－153708号公报、美国专利申请公开第2004/009226号说明书)。

这里，如图1所示的是基于现有技术的收发器和发送器(发送部)以及生物体的电路模型。发送电路105，在调制电路115中以规定频率对从I/O电路102输出的应发送信息(数据)进行调制并输出。这里，发送电路105离开大地接地116，在发送电路的接地108与大地接地116之间，产生寄生电容109。此外，R_s113是发送电路105的输出电阻。

此外，在发送电路105的接地116与生物体104之间产生寄生电容107，在生物体104与大地接地116之间产生寄生电容110。生物体104与便携终端100经发送电极111和绝缘体112相连接。为了和这些寄生电容引起谐振现象并增大被施加到生物体中的电压，在发送电路和发送电极之间插入电抗部106。另外，在由大地接地产生的杂散的电场通信用的电场通信收发器中，已知的是：由于即使寄生电容变动也可以高效地在人体中感生电场，所以在收发电极和发送电路之间插入可变电抗，通过振幅监视部和控制信号发生部来调整可变电抗的电抗值(参考上述专利文献)。

在使用如参考图1那样的电路时，在其谐振时向生物体施加的电压的振幅︱V_b︱可以用下式来表示。

公式1

$\left|V_b\right|=\frac{1}{2\mathrm{\πRs}\{C_b+C_{\mathrm{sb}}(1+C_b/C_g)\}}\left|V_s\right|---\left(14\right)$

这里R_s表示发送电路的输出电阻、V_s表示发送电路的输出信号的振幅。此外，设寄生电容107、109、110的值分别为C_sb、C_g、C_b。

为了便携终端100的小型化在使收发器101或者发送器变薄时，C_sb增加，根据(14)式能够向生物体施加的电压的振幅︱V_b︱变小。因此，在小型收发器或者发送器中，如果不能取足够的电压振幅，则通信变得困难。

图2是使用了可变电抗时的结构图。在图2中，示出了与人体等生物体131接触的绝缘体133、由该绝缘体133所绝缘的收发电极132、在与外部的未图示的信息处理装置之间进行数据交换用的I/O电路130。

另外，在图2中作为用于进行数据收发的结构，示出了发送电路134、开关135、可变电抗部136、电场检测光学部137、信号处理部138、开关139、解调电路140、波形整形部141、振幅监视部142、控制信号发生部143。

图3中作为可变电抗的一个例子，示出了可变电抗的结构。

在图3中，可变电容电抗部601，具有：交流信号端子609、610；电感器(inductor)687、缓冲放大器686、可变电容二极管671、电容685、690、电阻688、691。通过可变电容二极管671和电感器687形成谐振电路，可变电容二极管671的静电容量，根据从控制信号输入610输入的控制信号而变化，并且，谐振频率是可调整的。此外，可变电容二极管671，对可施加的电压(耐电压)有限制，所以必须在不施加超过该耐电压的电压范围内使用。

进而，在使用可变电抗的电场通信收发器中，如果不使用振幅监视部、控制信号发生部，则将电路值调整到最佳值或者接近最佳的值是比较困难的。在伴随有振幅监视部活控制信号发生部时，电场通信收发器的电路规模变大，不适于与可穿戴计算机的一体化。另外，还会导致消耗功率上升等不良情况。

关于消耗功率容易产生以下问题。例如，电场通信收发器，有时被应用于对特定的建筑物或房屋的进出的管理。此时，在用电池使便携终端工作时，在进入房屋后切断了电池等情况下就不能从房屋退出所以不方便、安全性较低。

为了防止这一情况，在规定场所中需要这样的机构，即向便携终端(电场通信收发器)提供电力，由此起动便携终端来发送数据的机构。用电场通信如果使其成为可能，则不必从口袋拿出ID卡等便携终端而只要接触门的一部分就可以打开门，增加了便利性。

图5表示了提供电力并在设置终端侧收发器中使用了图4的收发器时的系统。在图4的收发器701中，与用规定频率对应发送信息(数据)进行调制并输出的发送电路703间的接地711与大地接地702相隔离，在其间产生寄生电容C_g704。

此外，在发送电路703的接地711与生物体700之间产生寄生电容C_g704，在生物体700与大地接地702之间产生寄生电容C_b705。为了和这些寄生电容引起谐振现象并增大向生物体施加的电压，在发送电路703和收发电极713之间插入电抗部710。

图5是可以对使用了图4的收发器701的可送电力的系统概略图。在图5中，设在收发电极727与大地接地730之间的寄生电容为C_sg716、生物体与大地接地之间的寄生电容为C_b723、在便携终端侧收发器716的接地725与大地接地730之间的寄生电容为C_g722、便携终端侧收发器716的阻抗为Z_L718(Z_L＝R_L+X_L)。

在C_sg724和C_b723小的可以忽略的情况下，通过以电抗X_v719和C_g722以及Z_L718引起串联谐振，可以对应提供电力的Z_L718的电阻成分R_e[Z_L]＝R_L施加较大的电压。但是实际上由于C_sg726和C_b723较大不能够忽视，所以对R_L施加较大的电压比较困难。

本发明是鉴于以上问题形成的，其目的在于，提供一种发送器和收发器，其可以防止伴随收发器或者发送器的小型化的收发电极和生物体间的寄生电容增加所引起的发送电压的振幅降低，还可以防止向电场传播介质施加的电压的减少，并能够提高电场通信的品质。

此外，本发明还提供一种电场通信收发器，其可以改善可变电容二极管的耐电压特性，并可以防止可变电容二极管的电器特性引起的谐振的抑制，可以提供足够强度的电场通信。

此外，本发明的目的还在于，实现省略电抗值的补正电路而可以自我补正的可变电抗单元，并且提供电路规模小消耗功率低且通信良好的电场通信收发器。

本发明的目的还在于，提供一种电场通信收发器以及电场通信系统，其可以从设置终端侧收发器向便携终端侧收发器施加较大的电压、并且向便携终端侧收发器提供电力。

发明内容

为了解决上述课题，本发明的第一方式，提供一种发送器，用于在电场传播介质中感生基于应发送信息的电场、经该感生的电场发送应发送的信息，具有：发送单元，用于发送通过具有规定频率的交流信号对应发送信息进行调制后的调制信号；收发电极，用于在电场传播介质中感生基于调制信号的电场；设置在发送单元的输出与收发电极之间的第一电抗单元，用于与在发送单元的接地与大地接地之间产生的寄生电容、在电场传播介质与发送单元的接地之间产生的寄生电容、在电场传播介质与大地接地之间产生的寄生电容中的的各个谐振；以及为了与各个寄生电容谐振，在发送单元的输出与发送单元的接地之间、或者收发电极与发送单元的接地之间的某一个中所设置的第二电抗单元。

此外，本发明的第二方式，提供一种基于第一方式的发送器，其中，第一电抗单元和第二电抗单元中的某一方为自身电抗值可以改变的可变电抗单元，还具有电抗控制单元，用于将可变电抗单元的电抗值控制成由发送单元向电场传播介质施加的发送电压为最大。

此外，本发明的第三方式提供一种基于第一方式的发送器，其中，第一电抗单元和第二电抗单元中的两者为自身电抗值可以改变的可变电抗单元，还具有电抗控制单元，用于将第一电抗单元和第二电抗单元各自的电抗值控制成由发送单元向电场传播介质施加的发送电压为最大。

此外，本发明的第四方式提供一种基于第三方式的发送器，其中，电抗控制单元，具有：调整用信号发生单元，用于发生在电抗值的调整中使用的调整用信号；振幅检测单元，用于使用从调整用信号发生单元输出的调整用信号对发送电压的振幅进行检测；第一控制信号发生单元，用于根据通过振幅检测单元所检测出的振幅，输出控制第一可变电抗单元的电抗值的控制信号；第二控制信号发生单元，用于根据通过振幅检测单元所检测出的振幅输出控制第二可变电抗单元的电抗值的控制信号；以及连接单元，用于在第一可变电抗单元的电抗值的控制中、连接振幅检测单元和第一控制信号发生单元，而在第二可变电抗单元的电抗值的控制中、连接振幅检测单元和第二控制信号发生单元。

此外，本发明的第五方式，提供一种基于第三方式的发送器，其中，第二可变电抗单元设置在收发电极与发送单元的接地之间，电抗控制单元对第一可变电抗单元以及第二可变电抗单元各自的电抗值进行控制调整，使得向电场传播介质施加的发送电压为最大，在第二可变电抗单元的电抗值的调整后，使该第二可变电抗单元的电抗值微小地变化，发送器具有：在调整第二可变电抗单元的电抗值时，串联连接发送单元和电阻器；以及连接单元，用于进行在调整第二可变电抗单元的电抗值时电阻器和发送单元的连接、在调整第一可变电抗单元的电抗值时发送单元和第一可变电抗单元的连接、电阻器和发送单元的接地的连接。

此外，本发明的第六方式提供一种基于第三方式的发送器，其中，第二可变电抗单元设置在发送单元与该发送单元的接地之间，电抗控制单元对第一可变电抗单元以及第二可变电抗单元各自的电抗值进行控制调整，使得向电场传播介质施加的发送电压为最大，在第一可变电抗单元的电抗值的调整后，使该第一可变电抗单元的电抗值微小地变化，发送器具有：连接单元，用于在调整第一可变电抗单元的电抗值时，切断第二可变电抗单元和发送单元的接地，在调整第二可变电抗单元的电抗值时，连接第二可变电抗单元和发送单元的接地。

此外，本发明的第七方式提供一种基于第三方式的发送器，其中，在第一可变电抗单元或者第二可变电抗单元的某一个中，具备：自调整可变电抗单元，其具有：备有电感器、以及根据施加的电压改变静电容量的可变电容二极管的、用于与寄生电容谐振的谐振电路；和用于在可变电容二极管的阳极与阴极之间施加与用可变电容二极管整流被输入到谐振电路的发送信号所得到的直流电流相对应的电位差的电阻器。在该发送器中，通过电抗控制单元，控制自调整可变电抗单元以外的第一可变电抗单元或者第二可变电抗单元中某一个的电抗值，使得施加到电场传播介质的发送电压为最大。

此外，本发明的第八方式提供一种电场通信收发器，用于在电场传播介质中感生基于应发送信息的电场，经该感生的电场发送应发送信息，经在电场传播介质中感生的基于应接收信息的电场，进行应接收信息的接收，具有：发送单元，用于发送通过具有规定频率的交流信号对应发送信息进行调制后的调制信号；收发电极，用于在电场传播介质中感生基于调制信号的电场，以及接收基于应接收信息的电场；设置在发送单元的输出与收发电极之间的第一电抗单元，用于与在发送单元的接地与大地接地之间产生的寄生电容、在电场传播介质与发送单元的接地之间产生的寄生电容、在电场传播介质与大地接地之间产生的寄生电容中的各个进行谐振；为了与各个寄生电容谐振，在发送单元的输出与发送单元的接地之间、或者收发电极与发送单元的接地之间的某一个中，所设置的第二电抗单元；接收单元，用于对基于应接收信息的电场进行检测并变换成电信号解调后接收；第一连接单元，用于在通过所述接收单元接收时为了防止接收信号向发送单元泄漏而选择连接从接收单元到第一电抗单元的信号路径，另一方面，在发送时为了向收发电极输出发送信号而连接从发送单元的输出到收发电极的信号路径；以及第二连接单元，用于在通过接收单元接收时为了防止接收信号向发送单元的接地泄漏而切断第二电抗单元与发送单元的接地，另一方面，在发送时为了第二电抗单元谐振而连接第二电抗单元与发送单元的接地。

此外，本发明的第九方式提供一种基于第八方式的电场信息收发器，其中，第一电抗单元和第二电抗单元中的某一方是自身的电抗值可改变的可变电抗单元，电场通信收发器还具有电抗控制单元，用于对可变电抗单元的电抗值进行控制，使得通过发送单元向电场传播介质施加的发送电压为最大。

此外，本发明的第十方式提供一种基于第八方式的电场信息收发器，其中，第一电抗单元和第二电抗单元两者是自身的电抗值可改变的可变电抗单元，电场通信收发器还具有电抗控制单元，用于对第一可变电抗单元和第二电抗单元各自的电抗值进行控制，使得通过发送单元向电场传播介质施加的发送电压为最大。

此外，本发明的第十一方式提供一种基于第十方式的电场信息收发器，其中，电抗控制单元，具有：调整用信号发生单元，用于发生在电抗值的调整中使用的调整用信号；振幅检测单元，用于使用从调整用信号发生单元输出的调整用信号对发送电压的振幅进行检测；第一控制信号发生单元，用于根据通过振幅检测单元所检测出的振幅，输出控制第一可变电抗单元的电抗值的控制信号；第二控制信号发生单元，用于根据通过振幅检测单元所检测出的振幅，输出控制第二可变电抗单元的电抗值的控制信号；以及连接单元，用于在第一可变电抗单元的电抗值的控制中，连接振幅检测单元和第一控制信号发生单元，在第二可变电抗单元的电抗值的控制中，连接振幅检测单元和第二控制信号发生单元。

此外，本发明的第十二方式提供一种基于第十方式的电场信息收发器，其中，第二可变电抗单元，设置在收发电极与发送单元的接地之间，电抗控制单元对第一可变电抗单元以及第二可变电抗单元各自的电抗值进行控制调整，使得向电场传播介质施加的发送电压为最大，在第二可变电抗单元的电抗值的调整后，使该第二可变电抗单元的电抗值微小地变化，该电场通信收发器，具有：在调整第二可变电抗单元的电抗值时，串联连接第二可变电抗单元和发送单元的电阻器；以及连接单元，用于进行在调整第二可变电抗单元的电抗值时电阻器和发送单元的连接、在调整第一可变电抗单元的电抗值时发送单元和第一可变电抗单元的连接、电阻器和发送单元的接地连接。

此外，本发明的第十三方式提供一种基于第十方式的电场信息收发器，其中，第二可变电抗单元，设置在发送单元与该发送单元的接地之间，电抗控制单元对第一可变电抗单元以及第二可变电抗单元各自的电抗值进行控制调整，使得向电场传播介质施加的发送电压为最大，在第一可变电抗单元的电抗值的调整后，使该第一可变电抗单元的电抗值微小地变化，该第二连接单元，用于在调整第一可变电抗单元的电抗值时，切断第二可变电抗单元和发送单元的接地，在调整第二可变电抗单元的电抗值时，连接第二可变电抗单元和发送单元的接地。

此外，本发明的第十四方式提供一种基于第十方式的电场信息收发器，其中，在第一可变电抗单元或者第二可变电抗单元的某一个中，具备自调整可变电抗单元，其具有：备有电感器、以及根据施加的电压改变静电容量的可变电容二极管的、用于与寄生电容谐振的谐振电路；和用于在可变电容二极管的阳极与阴极之间施加与用可变电容二极管整流被输入到谐振电路的发送信号所得到的直流电流相对应的电位差的电阻器。在该电场通信收发器中，通过电抗控制单元控制自调整可变电抗单元以外的第一可变电抗单元或者第二可变电抗单元中某一个的电抗值，使得施加到电场传播介质的发送电压为最大。

此外，本发明的第十五方式提供一种基于第十方式的电场信息收发器，其中，第二可变电抗单元设置在收发电极与该发送单元的接地之间，电抗控制单元对第一可变电抗单元以及第二可变电抗单元各自的电抗值进行控制调整，使得向电场传播介质施加的发送电压为最大，在第二可变电抗单元的电抗值调整后，使该第二可变电抗单元的电抗值微小地变化，电场通信收发器还包括电阻器，第一连接单元，在调整第二可变电抗单元的电抗值时，连接电阻器和发送单元；在调整第一可变电抗单元的电抗值时，连接发送单元和第一可变电抗单元、以及连接电阻器和发送单元的接地，另一方面，在接收时切断第一可变电抗单元和发送单元。

此外，本发明的第十六方式提供一种基于第十方式的电场信息收发器，其中，第二可变电抗单元设置在发送单元的输出与发送单元的接地之间，在电抗控制单元中，对第一可变电抗单元以及第二可变电抗单元各自的电抗值进行控制调整，使得向电场传播介质施加的发送电压为最大，在第一可变电抗单元的电抗值调整后，使该第一可变电抗单元的电抗值微小地变化，第二连接单元，在调整第一可变电抗单元的电抗值时切断第二可变电抗单元和发送单元的接地，另一方面，在调整第二可变电抗单元的电抗值时连接第二可变电抗单元和发送单元的接地。

此外，本发明的第十七方式提供一种基于第八～第十六中任意一种方式的电场信息收发器，其中，向接收单元的输入被连接到第一连接单元，第一连接单元，在发送时切断收发电极与接收单元的输入之间的信号路径，另一方面，在接收时连接收发电极与接收单元的输入之间的信号路径。

根据第一至第十七方式，可以提供这样的发送器以及收发器，即防止伴随收发器或者发送器的小型化收发电极和生物体间的寄生电容增加所引起的发送电压的振幅降低，还可以防止减少向电场传播介质施加的电压，并能够提高电场通信的品质。

此外，本发明的第十八方式提供一种电场通信收发器，用于经在电场传播介质中感生的电场来进行信息通信，其中，具有：谐振电路，其具备用于与通信用的发送信号谐振的电感器、根据所施加的电压改变静电容量的可变电容二极管；以及电阻器，根据用可变电容二极管对输入到谐振电路的发送信号进行整流而得到的直流电流产生电位差，并向可变电容二极管的阳极和阴极间施加该电位差。

此外，本发明的第十九方式提供基于第十八方式的电场通信收发器，其中，谐振电路，在与电场通信收发器的接地和大地接地间的寄生电容、以及电场传播介质和大地接地间的寄生电容之间谐振。

此外，本发明的第二十方式提供基于第十八或第十九方式的电场通信收发器，其中，谐振电路并联连接有电感器、可变电容二极管、电阻器。

此外，本发明的第二十一方式提供基于第十八或第十九方式的电场通信收发器，其中，谐振电路，是将电感器与可变电容二极管和电阻器并联连接的电路串联连接。

此外，本发明的第二十二方式提供基于第十八～第二十一方式的电场通信收发器，其中，电感器在端子一方或两方配有用于阻止直流电流输入的电容器

根据本发明的第十八方式至第二十二方式，可以提供一种电场通信收发器，它能够省略电抗值的修正电路来实现可自我修正的可变电抗单元，并且可以使电路规模小、低消耗功率且可进行良好的通信。

此外，本发明的第二十三方式提供一种电场通信收发器，通过在电场传播介质中感生基于应发送信息的电场，使用该感生的电场进行信息发送，另一方面接收在电场传播介质中所感生的基于应接收信息的电场，由此来进行信息接收，其中，具有：可变电抗单元，用于改变电抗值使得向电场传播介质施加的发送电压为最大，并控制发送的发送器的接地与大地接地间的寄生电容、和电场传播介质与大地接地间的寄生电容的谐振状态；为了得到谐振状态而在可变电抗单元中形成并联谐振电路的电感器；与电感器并联连起来、为了控制并联谐振电路中的谐振状态而串联连接的多个可变电容的可变电容单元。

此外，本发明的第二十四方式提供基于第二十三方式的电场通信收发器，其中，可变电容单元，是具有阳极和阴极两极的两个可变电容二极管，一方的可变电容二极管的阳极、与另一可变电容二极管的阴极，经电容器串联连接，对于信息的发送的有关的高频信号电容器进行短路，作为由电感器和可变电容二极管构成的并联谐振电路而进行动作，对于控制有关的低频信号可变电容二极管通过电容器被绝缘，对于低频信号的信号源成为并联连接，对可变电容二极管的电容进行可变控制。

此外，本发明的第二十五方式提供基于第二十四方式的电场通信收发器，其中，可变电容单元，对于具有相同结构的其他可变电容单元，在彼此的阳极之间不经电容器地被串联连接。

此外，本发明的第二十六方式提供基于第二十四或第二十五方式的电场通信收发器，其中，可变电容二极管至少被串联连接3个以上。

根据本发明的第二十三～第二十六方式，提供一种电场通信收发器，其可以改善可变电容二极管的耐电压特性，并可以防止可变电容二极管的电器特性引起的谐振的抑制，可以提供足够强度的电场通信。

此外，本发明的第二十七方式提供一种电场通信收发器，通过在电场传播介质中感生基于应发送信息的电场，使用该感生的电场进行信息发送，另一方面经在电场传播介质中所感生的基于应接收信息的电场，进行信息接收，其中，具有：交流信号输出单元，用于输出具有第一频率的交流信号；收发电极，用于感生基于应发送信息的电场以便发送信息，以及检测基于应接收信息的电场来接收信息；设置在交流信号输出单元的输出与收发电极之间的第一电抗单元，用于与收发电极和大地接地间的寄生电容、以及与收发电极邻近的电场传播介质在与大地接地之间具有的阻抗谐振；在交流信号输出单元的输出与大地接地之间或者收发电极与大地接地之间设置的第二电抗单元，用于与收发电极和大地接地间的寄生电容、以及与收发电极邻近的电场传播介质在与大地接地之间具有的阻抗谐振；接收单元，用于检测具有与第一频率不同的第二频率的交流信号的电场，并变换成电信号后进行解调；第一滤波器单元，用于使具有第一频率的交流信号通过、而切断具有第二频率的交流信号；以及第二滤波器单元，用于使具有第二频率的交流信号通过、而切断具有第一频率的交流信号。

此外，本发明的第二十八方式提供基于第二十七方式的电场通信收发器，其中，第一电抗单元和第二电抗单元中的某一方为电抗值可变的可变电抗单元，该电场通信收发器，具备电抗控制单元，其用于控制可变电抗单元的电抗值使得施加到电场传播介质的发送电压为最大。

此外，本发明的第二十九方式提供基于第二十七方式的电场通信收发器，其中，第一电抗单元和第二电抗单元两者的电抗值都为可变，而分别作为第一可变电抗单元和第二可变电抗单元，电场通信收发器具备电抗控制单元，其用于控制第一可变电抗单元和第二可变电抗单元各自的电抗值使得施加到电场传播介质的发送电压为最大。

此外，本发明的第三十方式提供基于第二十八或第二十九方式的电场通信收发器，其中，电抗控制单元，具有：运算控制存储部，其按第一可变电抗单元和第二可变电抗单元各自的电抗值，存储施加到电场传播介质的发送电压的振幅，在提取了振幅的最大值后设定第一可变电抗单元以及第二可变电抗单元各自的电抗值；以及振幅检测单元，用于检测发送电压的振幅。

此外，本发明的第三十一方式提供基于第二十八或第二十九方式的电场通信收发器，其中，电抗控制单元具有：调整用信号发生单元，用于调整第一可变电抗单元以及第二可变电抗单元各自的电抗值；振幅检测单元，用于使用从调整用信号发生单元输出的调整用信号来检测发送电压的振幅；第一控制信号发生单元，用于根据用振幅检测单元检测到的振幅，输出控制第一可变电抗单元的电抗值的信号；第二控制信号发生单元，用于根据用振幅检测单元检测到的振幅，输出控制第二可变电抗单元的电抗值的信号；以及第三连接单元，用于在控制第一可变电抗单元的电抗值时至少连接振幅检测单元和第一控制信号发生单元，在控制第二可变电抗单元的电抗值时至少连接振幅检测单元和第二控制信号发生单元。

此外，本发明的第三十二方式提供基于第二十七方式的电场通信收发器，其中，在第一电抗单元或者第二电抗单元的某一方中，使用自调整可变电抗单元，电抗控制单元控制不是自调整电抗单元的那一方的可变电抗单元的电抗值以使施加到电场传播介质的发送电压为最大，该自调整可变电抗单元包括：用于与寄生电容谐振的谐振电路，该谐振电路具有电感器、根据所施加的电压改变静电容量的可变电容二极管；以及电阻器，其用于根据用可变电容二极管对输入到谐振电路的发送信号进行整流二得到的直流电流产生电位差，并向可变电容二极管的阳极和阴极间施加该电位差。

此外，本发明的第三十三方式提供基于第二十九～第三十一方式的电场通信收发器，其中，在第一电抗单元或者第二电抗单元两者，使用自调整可变电抗单元，电抗控制单元控制不是自调整电抗单元的那一方的可变电抗单元的电抗值以使施加到电场传播介质的发送电压为最大，该自调整可变电抗单元包括：用于与寄生电容谐振的谐振电路，该谐振电路具有电感器、根据所施加的电压改变静电容量的可变电容二极管；以及电阻器，其用于根据用可变电容二极管对输入到谐振电路的发送信号进行整流二得到的直流电流产生电位差，并向可变电容二极管的阳极和阴极间施加该电位差。

此外，本发明的第三十四方式提供一种电场通信系统，是将第二电场通信收发器组合到第二十七方式～第三十二方式中任意一项的电场通信收发器中而形成的电场通信系统，第二电场通信收发器，具有：收发电极，用于进行基于应发送信息的电场的感生、以及基于应接收信息的电场的接收；整流电力存储单元，用于对从电场通信收发器发送的第一频率的交流信号进行整流，生成直流电并存储输出；发送单元，用于通过与第一频率不同的第二频率的交流信号对应发送信息进行调制、生成调制信号并发送；控制信息存储单元，用于进行应发送信息的存储、应发送信息向发送单元的输出、电场通信收发器的控制；第一滤波器单元，用于使具有第一频率的交流信号通过、而切断具有第二频率的交流信号；以及第二滤波器单元，用于使具有第二频率的交流信号通过、而切断具有第一频率的交流信号。

此外，本发明的第三十五方式提供基于第三十四方式的电场通信系统，其中，电场通信收发器的交流信号输出单元，由发送单元构成，该发送单元用于通过第一频率的交流信号对应发送信息进行调制、生成调制信号并发送，第二电场通信收发器，具有接收单元，该接收单元根据应接收信息，检测具有第二频率的交流电场、变换成电信号并解调。

根据本发明的第二十七方式～第三十五方式，可以提供这样的电场通信收发器以及电场通信系统，即可以从设置终端侧收发器向便携终端侧收发器施加较大的电压，并且可以向便携终端侧收发器发送电力。

附图说明

图1是用于说明现有的收发器的结构的说明图。

图2是用于说明使用基于现有技术的可变电抗部的电场通信收发器的结构图。

图3是用于说明基于现有技术的可变电抗部的结构的说明图。

图4是表示现有的其他电场通信收发器的结构的说明图。

图5是表示使用了图4所示的电场通信收发器的电场通信系统的结构的说明图。

图6是用于说明基于本发明实施方式的电场通信收发器的发送部的第一基本结构的说明图。

图7是用于说明基于本发明实施方式的电场通信收发器的发送部的第二基本结构的说明图。

图8是用于说明本发明第一实施方式的电场通信收发器的方框图。

图9是本发明第一实施方式的电场通信收发器的电抗控制部的方框图。

图10是表示本发明第一实施方式的电场通信收发器的一个变形例的方框图。

图11是用于说明本发明第二实施方式的电场通信收发器的方框图。

图12是本发明第二实施方式的电场通信收发器的电抗控制部的方框图。

图13是在调整本发明第二实施方式的电场通信收发器的可变电抗X_p时的等价电路。

图14是本发明第二实施方式的电场通信电抗的可变电抗部调整可变电抗X_g时的等价电路。

图15是表示本发明第二实施方式的电场通信收发器的一个变形例的方框图。

图16是用于说明本发明第三实施方式的电场通信收发器的电场通信收发器的方框图。

图17是用于说明本发明第三实施方式的电场通信收发器的自调整可变电抗部的方框图。

图18是用于说明本发明第三实施方式的电场通信收发器的自调整可变电抗部的动作的曲线图(a)～(d)。

图19是本发明第三实施方式的电场通信收发器的电抗控制部的方框图。

图20是用于说明应用于本发明一个实施方式的电场通信收发器中的自调整可变电抗部的一个例子的结构图。

图21是用于说明应用于本发明一个实施方式的电场通信收发器中的自调整可变电抗中的发送状态的说明图。

图22是用于说明应用于本发明一个实施方式的电场通信收发器中的自调整可变电抗部的动作的曲线图(a)～(d)。

图23是用于说明应用于本发明一个实施方式的电场通信收发器中的自调整可变电抗部的其他例子的结构图。

图24是用于说明应用于本发明一个实施方式的电场通信收发器中的可变电抗部的结构图。

图25是作为本发明一个实施方式的电场通信收发器，包含可变电抗的电场通信收发器的结构图。

图26是相对于图24所示的可变电抗部的高频交流信号的等价电路。

图27是相对于图24所示的可变电抗部的低频交流信号的等价电路。

图28是用于说明应用于本发明一个实施方式的电场通信收发器中的可变电抗部的说明图。

图29是用于说明应用于本发明一个实施方式的电场通信收发器中的可变电抗部的说明图。

图30是用于说明应用于本发明一个实施方式的电场通信收发器中的可变电抗部的说明图。

图31是用于说明应用于本发明一个实施方式的电场通信收发器中的可变电抗部的说明图。

图32是用于说明本发明一个实施方式的电场通信收发器和电场通信系统的基本结构的说明图。

图33是用于说明本发明一个实施方式的电场通信收发器和电场通信系统的方框图。

图34是应用于本发明一个实施方式的电场通信收发器和电场通信系统中的电抗控制部的方框图。

图35是用于说明本发明一个实施方式的电场通信收发器和电场通信系统中电抗控制动作的曲线图。

图36是表示本发明其他实施方式的电场通信收发器和电场通信系统的方框图。

图37是应用于本发明一个实施方式的电场通信收发器和电场通信系统中的电抗控制部的第二结构的方框图。

图38是表示本发明的又一实施方式的电场通信收发器和电场通信系统的方框图。

图39是用于说明图38所示的电场通信收发器和电场通信系统的可变电抗部的方框图。

图40是用于说明图39所示的自调整可变电抗部的动作的曲线图(a)～(d)。

图41是应用于本发明一个实施方式的电场通信收发器和电场通信系统中的其他电抗控制部的方框图。

图42表示本发明第一实施方式的发送器的方框图。

图43表示本发明第二实施方式的发送器的方框图。

图44表示本发明第三实施方式的发送器的方框图。

图45表示本发明一个实施方式的电场通信系统的方框图。

具体实施方式

为了说明本发明的实施方式的基本结构，在图6中展示了发送部和生物体的电路模型。

在图6中展示了，便携终端10、收发器15、I/O电路40、可穿戴计算机30。便携终端10通过经绝缘体9的收发电极8与人体等生物体20连接。生物体20与地面、地表等大地接地14之间存在生物体与大地接地之间的寄生电容C_b13，还在收发器15与大地接地14之间存在收发器的接地与大地接地之间的寄生电容C_g12。

便携终端10中所具备的收发器15具有发送电路3、该发送电路3所具备的振荡器4、调制电路5，发送电路3的发送输出经收发电极8发送到生物体20。

发送电路3在其内部具有发送电阻R_s7。在发送电路3与收发电极8之间串联存在电抗X_g2，在收发电极8与收发器15的电路接地6之间存在电抗X_p1。还在电路6与生物体20之间存在收发电极与生物体间的寄生电容C_sb11。

本发明的第一实施方式中对利用使用了两个电抗的谐振现象(基于图6中的电抗X_g2与电抗X_p1的谐振现象)来对生物体20施加的电压V_b进行增大。

将图6中的电抗Xg2和电抗Xp1的电抗值分别设为Xg、Xp，相对于图6所示的虚线，左部分的导纳(Y)(admittance)用下式来表示。

Y＝(1/jX_p)+jωC_b+jω(C_b ^-1+C_g ^-1)^-1      式(1)

Vb使用该式子被表示为：

公式2

$\begin{array}{c}{V}_b=\frac{C_b}{C_g+C_b}\frac{Y^{-1}}{R_s+j{X}_g+Y^{-1}}{V}_s\\ =\frac{C_b}{C_g+C_b}\frac{1}{1+{(R_s+j{X}_g)}_Y}{V}_s\end{array}---\left(2\right)$

将公式(1)带入该式子整理后得到下面的式子。

V_b＝V_s/{1+(C_b/C_g)-X_g[ω[C_b+C_sb(1+C_b/C_g)]-(1+C_b/C_g)/X_p]+jR_s{ω[C_b+C_sb(1+C_b/C_g)]-(1+C_b/C_g)/X_p}}  (3)

在将Xg做为变量考虑时，

通过式子

X_g＝(1+C_b/C_g)/{ω[C_b+C_sb(C_b/C_g)]-(1+C_b/C_g)/X_p]    (4)

振幅︱Vb︱为最大，其值为

公式3

$\left|V_b\right|=\frac{1}{R_s\left\{\mathrm{\ω}\right[C_b+C_{\mathrm{sb}}(1+C_b/C_g)]-(1+C_b/C_g)/X_p\}}\left|V_s\right|---\left(5\right)$

在式子(5)中可以通过电抗X_p1可增加振幅。因此在使用本发明的结构时可以向生物体20施加更大的振幅信号。

图7是在发送电路3的发送输出与电路接地6之间连接了电抗X_p1时的电路模型。相对于图7虚线左侧的阻抗(Z)用下式来表示。

公式4

$Z={\mathrm{jX}}_g+\frac{1}{\mathrm{j\ω}\{C_{\mathrm{sb}}+{({C_b}^{-1}+{C_g}^{-1})}^{-1}\}}---\left(6\right)$

Vb使用该式子被表示为：

公式5

$\begin{array}{c}{V}_b=\frac{C_b}{C_g+C_b}\frac{\frac{1}{\mathrm{j\ω}\{C_{\mathrm{sb}}+{({C_b}^{-1}+{C_g}^{-1})}^{-1}\}}}{Z}\frac{\frac{j{X}_{p}Z}{Z+{\mathrm{jX}}_p}}{R_s+\frac{{\mathrm{jX}}_{p}Z}{Z+{\mathrm{jX}}_p}}{V}_s\\ =\frac{C_b}{C_g+C_b}\frac{1}{\mathrm{j\ω}\{C_{\mathrm{sb}}+{({C_b}^{-1}+{C_g}^{-1})}^{-1}\}}\frac{{\mathrm{jX}}_p}{R_s(Z+{\mathrm{jX}}_p)+{\mathrm{jX}}_{p}Z}{V}_s\end{array}---\left(7\right)$

将该式子带入式子(6)整理后得到下式，

V_b＝V_s/{1+(C_b/C_g)-ωX_g[C_b+C_sb(1+C_b/C_g]    (8)+jR_s{ω[C_b+C_sb(1+C_b/C_g)]-[(1+C_b/C_g)-ωX_g[C_b+C_g(1+C_b/C_g)]]/X_p}}

在将Xp做为变量考虑时，通过

公式6

$X_p=\frac{1+\mathrm{Cb}/\mathrm{Cg}}{\mathrm{\ω}\{C_b+C_{\mathrm{sb}}(1+C_b/C_g)\}}-X_g---\left(8\right)$

振幅︱Vb︱为最大，其值为

公式7

$\left|V_b\right|=\frac{1}{1+(C_b/C_g)-\mathrm{\ω}{X}_g[C_b+C_{\mathrm{sb}}(1+C_b/C_g)]}\left|\mathrm{Vs}\right|---\left(9\right)$

在式子(9)中可以通过电抗X_g2来增加振幅。因此使用本发明的结构也可以向生物体20施加较大振幅的信号。

[第一实施方式]

图8表示本发明第一实施方式的收发器15的方框图。

在该图8中展示了用虚线表示的收发器15、与该收发器连接的IO电路40、参照图6用于与图中未示的生物体20接触的绝缘体9、配置在该绝缘体9下的收发电极8。

此外，在收发器15中，具备有接收部23、发送部16、开关17、开关18、可变电抗部X_g19、可变电抗部X_p21、电抗控制部22。开关18的一端与电路接地29连接。

据有这样结构的收发器15，对应于半双工传送的通信，在开关17和开关18在发送状态时为导通，在接收状态下为断开。此外，为了对应于变动的寄生电容来保持谐振状态，还具有用于控制可变电抗X_g19、X_p21的电抗控制部22。

图9表示电抗控制部22的内部方框图。该图9所示的电抗控制部22在其内部具有：发生调整用信号的调整用信号发生部24、用于监视输入信号的振幅大小的高输入阻抗振幅监视部25、切换来自高输入阻抗振幅监视部25的输出的开关26、由调整用信号控制并向可变电抗部X_p21输出控制信号的控制信号发生部27、同样向可变电抗部X_g19输出控制信号的控制信号发生部28。

在本第一实施方式中，采用了使电抗X_g19和电抗X_p21交互地变化来进行调整的方法。首先使控制信号发生部27的控制信号一定并使电抗X_p21一定，连接开关26的a3与b3，调整电抗X_g19使得参照图6的大地接地14与生物体20的电位差的振幅︱V_b︱为最大。为了防止监视此时振幅的振幅监视部对谐振给予影响，提高高输入阻抗振幅监视部25的输入阻抗。此外，在高输入阻抗振幅监视部25中，向控制信号发生部27输出这样的信号，该信号是基于使调整的电抗微小地变化时的︱V_b︱的变化的，在控制信号发生部27中，根据该信号决定下一控制信号并输出。

此后将切换开关26切换至a3与c3的连接固定电抗X_g19，调整电抗X_p21使得︱V_b︱为最大。通过重复上述操作调整至最佳的电抗值。从调整用信号发生部24发生这样的信号，该信号用于对以上调整时的开关26的切换和控制信号发生部27的、28以及高输入阻抗振幅监视部25的动作进行控制。通过该结构可以实现如下收发器：即使收发器15小型化也可以有效地向生物体20施加电压，并且保持良好地通信状态。

此外，图8中将可变电抗部X_p连接到收发电极和电路接地之间，但是，如参照图7所说明的那样，即使将可变电抗部X_p连接到发送电路输出与电路接地之间也可以起到同样的效果。此外，在图8中将两方的电抗部(电抗X_g19与电抗X_p21)作为可变电抗部，但是也可以仅是其中一方。此外，与收发器15不同仅进行发送的发送器，如图42所示(发送器150)，具有从收发器15省略接收部23、开关17以及开关18的结构。

接下来，在图10中示出本发明第一实施方式的一个变形例。

在图10中所参考的结构中，为了防止发送信号经收发电极8泄漏至接收部23，可以用开关31隔离发送部16和接收部23。在发送时或者电抗控制时连接开关31的a1和b1。在接受时连接a1和c1。此外，在接收时为了减小可变电抗(电抗X_g19和电抗X_p21)的电抗值，将从电抗控制部22输出的控制信号分别输入至电抗X_g19和电抗X_p21。

根据这样的结构，即使在由于谐振使得发送信号比接收部23的输入级的电子电路的耐电压大时，也可以保护电子电路。因此，在该结构中在接收部23的输入级也可以使用耐电压较低的电场检测器。

[第二实施方式]

图11表示本发明的第二实施方式的收发器的方框图。在本收发器中通过按顺序一次一次地控制来调整各可变电抗。因此设有开关32、开关18、作为负载电阻的电阻器33。开始为了调整可变电抗部X_p21连接开关32的a1和b1以及a2和b2，使开关10导通。

图12表示用于说明电抗控制部22的内部结构的方框图。如图12所示的结构，与已经在图0所示的结构相同，但在从调整用信号发生部24输出状态切换信号这一点不同。

接下来，图13中所参照的是本发明第二实施方式的等价电路。在该等价电路中表示出了：信号源V_s35、电阻R_s36、电抗R_dv37、电抗X_p38、收发电极与大地接地之间的寄生电容C_sb39、收发电极44、生物体与大地接地之间的寄生电容C_b41、便携终端侧收发器的接地与大地接地间的寄生电容C_g42。

从图13所示的等价电路可知，通过电抗X_p38和寄生电容构成并联谐振电路，如果调整成收发电极的电位为最大，则电抗X_p38为用以下的式子来表示的值。

公式8

$X_p=\frac{1}{\mathrm{\ω}\{C_{\mathrm{sb}}+{({C_b}^{-1}+{C_g}^{-1})}^{-1}\}}---\left(10\right)$

接下来，进行可变电抗部X_g19的调整，但是可变电抗部X_p21仍用式子(6)根据式子(3)则Vb＝Vs/{1+(C/C_g)}，不会增加向生物体施加的信号。

为了防止这一情况使X_p微小地变化使电抗值为X_p+X₁。同时，在图14中示出了连接开关a1和c1以及a2和c2的等价电路。如果X_p>>X₁则︱V_b︱如下式。

V_b＝V_s/{1+(C_b/C_g)-X_g{ω[C_b+C_sb(1+C_b/C_g)]-(1+C_b/C_g)/(X_p+X₁)}+jR_s{ω[C_b+C_sb(1+C_b/C_g)]+(1+C_b/C_g)/(X_p+X₁)}}    (11)＝V_s/{1+(C_b/C_g)-X_g(1+C_b/C_g)}X₁/X_p ²+jR_s(1+C_b/C_g)X₁/X_p ²}

根据式子(11)最大振幅为

公式9

$\left|V_b\right|=\frac{1}{R_s(1+C_b/C_g)X_1/{X_p}^2}\left|V_s\right|---\left(12\right)$

可以得到较大的振幅。

这样在调整可变电抗部X_g19时通过使可变电抗部X_p21微小地变化可以向生物体施加较大的信号。可变电抗部X_g19的调整与可变电抗部X_p21的调整一样，一边监视施加的电压一边来进行。

在接收时使开关18为断开，切断开关32的a1和c1。通过以上的结构和调整法，可以使收发器小型化并且更高效地向生物体施加电压，能够实现可保持良好的通信状态的收发器。此外，仅进行发送的发送器，如图43所示(发送器151)，具有从图11所示的第二实施方式的收发器15省略接收部23和开关18的结构。

在图11中将可变登记表X_p21连接在收发电极8与电路接地29之间，但是将可变电抗部X_p21连接在发送部16的发送电路输出与电路接地29之间也可以得到同样的效果。

此时，如图15的方框图所示，不需要作为负载电阻的电阻器33。首先为了调整可变电抗部X_p19使开关17为导通使开关18为断开。在该状态下在将向收发电极8输出的电压调节为最大时，可变电抗部X_g19成为如下式所表示的值。

公式10

$X_g=\frac{1}{\mathrm{\ω}\{C_{\mathrm{sb}}+{({C_b}^{-1}+{C_g}^{-1})}^{-1}\}}---\left(13\right)$

接下来，使可变电抗部X_g19微小地变化使电抗值为X_g+X₁。然后使开关18导通，将可变电抗部X_p21调整成使向收发电极8施加的电压为最大，由此，与图11的情况相同可以得到较大的振幅。

根据以上的结构和调整法，可以使收发器小型化并且更高效地向生物体施加电压，能够实现可保持良好的通信状态的收发器。此外，在仅进行发送的发送器中为省略了接收部23和开关17的结构。

另外，在以上的实施方式中，也可以为如下结构：与参照图10的第一实施方式的变形例相同，将接收部23的输入连接到开关17，用开关17对发送部16和接收部232进行隔离。

[第三实施方式]

图16表示本发明的第三实施方式的收发器15的方框图。

再参照图16的收发器15中，代替第一和第二实施方式的可变电抗部X_p21，可以应用不需要控制部可进行电抗值的调整的自调整可变电抗部52。

图17表示自调整可变电抗部52的具体结构。由于电容53、55是为切断直流成分，所以对于交流信号可以看作是短路。在图18(a)中展示了向可变电容二极管56施加振幅|VAC|的交流电压时生成的电流的直流成分ID的关系。当在可变电容二极管56的两端产生逆偏置电压VDC时，该可变的二极管56为短路的期间变得较短所以对于同样的VAC ID变小。

图18(b)表示由流过电阻57而产生的电位差(等价于VDC)的图线、图18(c)表示可变电容二极管56的电容C_v的电压VDC依赖性。此外，图18(d)是V_b的振幅|V_b|的C_v依赖性。图线中的点表示从输入可变电抗交流信号开始的各电流电压的变化。电容Cv的初始值设为VDC＝0时的值C1。此外，|VAC|与|V_b|成比例。

交流信号被输入时用可变电容二极管56整流而产生直流电流ID(图18(a)的点1)。通过其流过电阻57而产生直流电压VDC，也可以向可变电容二极管施加与其相同的电位差。由此电容Cv减少(图18(c)的点1)，接近引起谐振的电容值|V_b|变大。

由于|VAC|和|Vb|成比例，所以|VAC|变大，但是由于|VDC|也变大，所以|VAC|与ID的关系向图18(a)的点2移动。此后同样C_v减小|VAC|变大，但是VDC也变大所以ID的变化量渐渐变小收敛于零。ID的变化量为零时|VAC|为恒定，与初始值相比接近谐振下的振幅。如果使用这样的自调整可变电抗52，则可将以用电抗控制部51控制的可变电抗部50做成1个，可以缓解电抗调整的复杂。

图19表示电抗控制部51的方框图。图19所示的结构是与在参照了图9所示的电抗控制部的结构在基本部分中共通的结构。具有监视高输入阻抗振幅监视部62来监视输入信号，通过控制信号发生部63发生控制信号。此外，通过电抗控制部51控制的可变电抗部50为1个，所以控制信号发生部63也可以是一个。通过以上的结构可以实现如下收发器：即使将收发器小型化也能向生物体高效地施加电压，可以保持良好的通信状态。

此外，图16中将自调整可变电抗部52连接到收发电极8和电路接地29之间，将可变电抗部50连接到来自发送部16的发送电路输出和收发电极8之间，但是，将自调整可变电抗部52连接到来自发送部16的发送电路输出和收发电极8之间，将可变电抗部50连接到来自发送部16的发送电路输出和电路接地29之间也可以得到相同的效果。

此外，在本实施方式中，与在图10中所示出的第一实施方式的变形例一样，将接收部23的输入连接到图10所示的开关31，通过开关31将发送部和接收部隔离的结构，也是可以的。此外，仅进行发送的发送器，如图44所示(发送器152)，具有如下结构：从图16所示的第三实施方式的收发器15中省略接收部23和开关17以及开关18。

根据以上说明的本发明第一至第三实施方式，可以提供这样的发送器和收发器，即能够防止伴随收发器或者发送器的小型化的由于在收发电极和生物体间增加寄生电容的增加所引起的发送电压的振幅降低，可以防止向电场传播介质施加的电压减少，可提高电场通信的品质。

[自调整可并电抗部Ⅰ]

以下，参照图20至图23，对自调整可变电抗部进行详细说明。

图20是自调整可变电抗部201的结构图。自调整可变电抗部201，可以置换成已经描述过的第三实施方式的收发器15的自调整可变电抗部52来使用，但是并不限于收发器15，也可以应用于其他电场通信收发器。

参照图20，自调整可变电抗部201，示出了施加高频交流信号的交流信号端子210、交流信号端子211、用于提供电容器等的静电电容的电容202、206、电阻205、可变电容二极管204。

这样结构的自调整可变电抗部201，作为引起其谐振的部分，形成了由电感器203和可变电容二极管204构成的谐振电路。此外，为了切断输入来的直流成分，配置有两个电容202、206，另一方面，对于被输入的交流信号可以视为电气短路。

此外，设向可变电容二极管204施加的电压、流过的电力点直流成分分别为VDC、ID。可变电容二极管204的电压VDC将逆偏置方向作为正。

接下来，在图21示出了应用如图20所示的自调整可变电抗部201的、具有与第三实施方式的收发器15不同的结构的电场通信收发器200及其发送状态的说明图。

该电抗部201被插入到发送电路输出216和作为应感生电场的电场传播介质的生物体215之间。此时设生物体215与大地接地间的电位差的交流成分为V_b222，设自调整可变电抗部201的电位差的交流成分为VAC。

发送电路输出216在其内部具有振荡器23，在该振荡器23中产生的信号的电压为VS。此外，作为发送电路输出216的内部电阻示出了R_s24。发送电路输出216与发送器接地218连接，对该发送器接地218用振荡器23输出VS。发送器接地218，经发送器接地与大地接地间的寄生电容C_g219与大地接地220耦合，生物体215通过生物体与大地接地间的寄生电容C_b与大地接地220耦合。

在参照这样结构的图21的发送状态下，可变电抗1，对于作为寄生电容的“发送器接地与大地接地间的寄生的C_g219”和“生物体与大地接地间的寄生电容C_b221”使电抗值变化来控制谐振状态，使其收敛于接近最佳的电抗值。

接着，使用图22中的(a)～(d)所示的曲线对该电抗值的收敛时的各电压电流信号的变化进行简略地说明。

首先，图22(a)表示与在向可变电容二极管204施加振幅|VAC|的交流电压时产生的电流的直流成分ID的关系。若逆偏置电压VDC产生在二极管两端，则二极管为短路的时间变短，所以相对于相同的VAC ID变小。

图22(b)示出通过ID流过电阻205而产生的电位差(与VDC等价)的曲线，图22(c)示出可变电容二极管的电容C_v的电压VDC依赖性。此外，图22(d)是V_b的振幅|V_b|的C_v依赖性。曲线中的点表示开始向可变电抗输入交流信号后的各电流电压的变化。电容C_v的初始值为VDC＝0时的值C1。此外，|VAC|与|V_b|成比例。

在输入交流信号时用二极管整流产生直流电流ID(图22(a)的点“1”)。通过其流过电阻205而发生直流电压VDC，与其相同的电位差也被施加到可变电容二极管204。由此电容C_v减少(图22(c)的点“1”)，接近引起谐振的电容值，|V_b|变大。

|VAC|与|V_b|成比例，所以|VAC|变大，但是由于VDC也变大，所以|VAC|与ID的关系向图22(a)的点“2”移动。此后也相同C_v减小|VAC|变大，但是VDC也变大，所以ID的变化量渐渐变小而收敛于零。在ID的变化量接近零时，|VAC|为恒定，与初始值相比，更接近谐振的振幅。

利用以上现象，通过将自调整可变电抗部201的结构做成图20所示的结构，尽管不能成为完全的谐振状态、但可以使电抗值接近于完全的谐振状态附近。由此，可以提供这样的电场通信收发器，即能够自我修正电抗值，而不必使用在现有的电场通信收发器中所使用的振幅监视部和控制信号发生部等修正单元。

[自调整可变电抗部Ⅱ]

图23示出自调整可变电抗部201的其他结构。在该实施状态下，引起自调整可变电抗部201谐振的电感器203和可变电容二极管204串联连接。电容202、206用于切断直流成分，对于交流信号可视为短路。

在该结构中，在从交流信号端子210输入交流信号时，从可变电容二极管204产生直流成分，其流过电阻205，这样在可变电容二极管204中产生逆偏置。通过该现象可以使电抗值接近谐振状态附近，从而能够对电抗值进行自我修正而不必使用在现有的电场通信收发器中所必需的振幅监视部和控制信号发生部。

以上所说明过的第一和第二实施方式的结构，在经电场传播介质中感生的电场来进行信息通信的电场通信收发器中，具有谐振电路和电阻器，该谐振电路，具有用于与通信用的发送信号谐振的电感器、根据所施加的电压改变静电容量的可变电容二极管；该电阻器，根据用可变电容二极管对输入到谐振电路的发送信号进行整流而得到的直流电流来产生电位差、并将该电位差施加到可变电容二极管的阳极与阴极之间。

此外，谐振电路，在与所述电场通信收发器的接地与大地接地间的寄生电容、以及所述电场传播介质与所述大地接地间的寄生电容之间进行谐振。

此外，谐振电路，并联连接有电感器、可变电容二极管、电阻器。

此外，谐振电路，是将电感器与可变电容二极管和电阻器并联连接的电路串联连接。

此外，电感器在端子的一方或者两方，配置有用于阻止直流电流输入的电容器。

另外，根据以上所说明过的本发明的子调整可变电抗部，可以提供这样一种电场通信收发器，其能够实现省略电抗值的修正电路而可以自我修正的可变电抗单元、并且能够实现电路规模小消耗功率低且通信良好。

[可变电抗部Ⅰ]

图24为用于说明本发明的电场通信收发器的第一实施方式的、可变电抗的结构的说明图。

在该图24中示出了可变电抗部301、该可变电抗部301用于与外部连接的交流信号端子302、304、控制信号输入303。

并且，该可变电抗部301具有：电容306、310、314：电感315；电阻7、9、11、13；缓冲放大器305；可变电容二极管308、312。

另外，该可变电抗部301，可应用于参照图25的电场通信收发器335中。该电场通信收发器335的结构，含有：与人体等生物体320接触的绝缘体322、与该绝缘体322配合具有的收发电极323、用于与未图示的外部信息处理装置等进行数据通信的I/O电路21。

此外，电场通信收发器335还具有：发送电路324、构成该发送电路324的振荡器326和调制电路325、开关3237、参照图24的可变电抗部301、电场检测光学部328、信号处理部329、开关330、解调电路331、波形整形部332、振幅监视部333、控制信号发生部334。

在这样构成的电场通信收发器335中应用可变电抗部301时，向图23所示的交流信号端子302、304中输入引起谐振的频率的交流信号，此外，还从控制信号发生部334向控制信号输入303输入用于控制电抗值的控制信号。来自发送电路324的发送信号经开关327被输入到交流信号端子302中，交流信号端子4的输出信号被连接到接收电极323。

此外，为了至少切断作为比交流信号低频的信号的控制信号，连接有可变电抗部301的内部的电容306、310、314。另外，为了防止频率较高的信号泄漏至控制信号侧而连接有电阻7、9、11、13。控制信号输入303的缓冲放大器305，是为了防止由于在其前级连接的控制信号发生部334中含有的电路元件导致可变电抗部301受到影响而使得特性变化而连接的。通过电感315和可变电容二极管308、312的组合而成的振荡电路，实现了可变电抗。

接下来，图26和图27表示图24所示的可变电抗部301的等价电路。其中，图26表示的是高频的交流信号下的等价电路，图27表示的是低频的控制信号下的等价电路。

首先，在针对参照图26的交流信号的等价电路中，可以将参照图24的可变电抗部301具有的各电容306、310、314视为短路。另外，可变电容二极管308、312，由于电容10可视为短路，所以等价于串联连接的结构，因此，交流信号的电压，被等分地分别施加到可变电容二极管308、312。

从而，即使成为谐振状态交流信号的电压变大，由于被分别施加到各可变电容二极管308、312的电压为一半，所以与可变电容二极管为1个的结构相比难以产生谐振的抑制。

在图26的等价电路中，电感器340与图24的电感器315等价，可变电容二极管341与图24的可变电容二极管308等价，可变电容二极管342与图24的可变电容二极管312等价。交流信号端子900、901分别与交流信号端子302、304等价。

在向电感器340施加电压VAC时，也向与该电感器340并联连接的两个可变电容二极管341、342施加电压VAC。由于两个可变电容二极管341、342被配置为并联连接，所以向个可变电容二极管施加的电压分别为VAC/2。其中，可变电容二极管341、342在电气方面都具有相同的特性。

因此，在本第一实施方式中，使用两个可变电容二极管，但是也可以是用两个以上的可变电容二极管。如果使用N个可变电容二极管，则向各个可变电容二极管施加的交流信号的电压VAC为VAC/N，与使用了两个可变电容二极管的情况相比，可以更加难以产生谐振的抑制。

接着，参照图27的等价电路，是针对参照图24的可变电抗部301的低频控制信号的等价电路。在从该低频控制信号来看时，由于可将可变电抗部301中具备的各电容306、310、314视为电气开放状态，所以可变电容二极管308、312从缓冲放大器305来看等价于与并联连接。

因此，如图27所示，缓冲放大器343等价于图24中缓冲放大器305，可变电容二极管345、346分别等价于可变电容二极管308、312，电阻347、348、349、350分别等价于电阻7、9、11、13，控制信号输入902等价于控制信号输入303。从缓冲放大器343输出的控制信号的电压V_CON(344)被分别施加到可变电容二极管345、346，所以两可变电容二极管345、346的电压都为V_CON。

这里，在可变电抗部被构成为如图28所示时，与本发明第一实施方式中的可变电抗部301相比，不仅交流信号而且控制信号也被等分分割后被施加。因此在使用两个可变电容二极管时，向各个可变电容二极管施加的控制信号为1/2，所以与可变电抗部301的结构相比电容的可变范围减半。

即，向交流信号端子903、905施加的高频信号将电容355、360短路并流过，例如将VAC的电压施加到电感器315。由于可变电容二极管358、359仅为串联连接，所以向电感器315施加的电压VAC被等分分割，被分别施加电压VAC/2。

此外，用于对从控制信号输入905输入的可变电容二极管358、359的电容进行可变控制的控制信号V_CON，经缓冲放大器361后经电阻356、357，被施加到可变电容二极管358、359。向可变电容二极管358、359施加的控制信号，分别为V_con/2。

另一方面，在本第一实施方式的可变电抗部301中，形成了这样的电路结构，即可以防止产生由于施加电压比耐电压大而导致的谐振的抑制、且不减少可变电容二极管的电容可变范围。

[可变电抗部Ⅱ]

图29表示用于说明本发明的电场通信收发器的第二实施方式的、可变电抗部的结构的结构图。

图29所示的可变电抗部301，在具有交流信号端子906、907、控制信号输入908这一点，与已经如图24所示的本发明的第一实施方式的可变电抗部301为相同结构。

但是，作为内部结构，其特征在于，具有：电容365、369、372、374；电阻375、376、377、378、379、380、381；电抗366；缓冲放大器367；和可变电容二极管368、370、371、373。

一般来说，可变电容二极管的电流电压特性为非对称，在比由半导体特性所决定的规定值大的阳极电位时可变电容二极管就变成了短路，所以可以抑制交流信号的振幅。为了防止这种抑制，对高频交流信号串联且反方向连接可变电容二极管。通过这一结构，即使向一方的可变电容二极管施加了超过耐电压的电压而成为短路，由于反方向的可变电容二极管并不为短路，所以不会抑制交流信号的振幅。

即，通过可变电容二极管368、370和可变电容二极管371、373相互串联且反方向连接，即使向某一可变电容二极管施加了超过耐电压的电压，也不会产生由短路导致的交流信号的振幅的抑制。

[可变电抗部Ⅲ]

图30表示用于说明本发明的第三实施方式的、可变电抗部的结构图。在本结构中，用电感器203和可变电容二极管523、524串联连接来形成可变电抗部301。为了防止控制信号泄漏到交流信号端子连接有电容226。此外，为了防止高频信号泄漏到控制信号侧连接有电阻220、222。

此外，为使对于低频信号可变电容二极管523的阴极电位不为零，而对于高频信号可变电容二极管524的阳极和电路接地218不短路，在可变电容二极管523和电容225之间连接有电阻221。在该连接中，交流信号的电压被分割后分别施加到各可变电容二极管523、524，而控制信号的电压则不被分割施加到各可变电容二极管523、524。

因此，形成了这样的电路结构，即可以防止产生由于交流信号比耐电压大而导致的谐振的抑制、且可减少变电容二极管523、524的电容可变范围不。

[可变电抗部Ⅵ]

图31是用于说明本发明第四实施方式的可变电抗部的结构图。该第四实施方式的结构是组合了先前说明的本发明第二实施方式和第三实施方式的结构。

即，用电感器23与可变电容二极管505～508串联连接来构成可变电抗，该可变电容二极管505～508对于高频的交流信号如图31所示串联并且反方向连接。通过该结构，即使一方短路，由于相反方向的可变电容二极管不短路，因此，不会抑制交流信号的振幅。

以上所说明的本发明的实施方式的结构，为这样的电场通信收发器：即在电场传播介质中感生基于应发送的信息的电场，使用该感生的电场进行信息的发送，另一方面，通过接收在电场传播介质中感生的基于应接收的信息的电场，来进行信息的接收，所述电场通信收发器包括：可变电抗单元，其用于使电抗值改变，以使施加在电场传播介质的发送电压为最大，并且对进行发送的发送器的接地与大地接地之间的寄生电容、和电场传播介质与大地介质之间的寄生电容的谐振状态；电感器，其为了获得谐振状态而在可变电抗单元中形成并联谐振电路；电容量可变的可变电容单元，其为了与电感器并联连接来控制并联谐振电路中的谐振状态而串联连接多个电容量可变的可变电容。

另外，可变电容单元是具有阳极和阴极两级的两个可变电容二极管，一个可变电容二极管的阳极和另一可变电容二极管的阴极通过电容器串联连接，对于信息发送的高频信号，电容器短路，作为通过收发器和可变电容二极管构成的并联谐振电路进行动作，对于有关控制的低频信号，可变电容二极管通过电容器而绝缘，对于低频信号的信号源，变成并联连接，从而对可变电容二极管的电容进行可变控制。

此外，可变电容单元，对于具有相同结构的其他可变电容单元在相互的阳极间不经电容器串联连接。

此外，可变电容二极管至少串联连接3个以上。

根据以上说明过的本发明的实施方式，提供这样一种电场通信收发器，其可以改善可变电容二极管的耐电压特性，并可以防止由可变电容二极管的电器特性引起的谐振的抑制，可以提供足够强度的电场通信。

接下来图32表示使用了电场通信的送电系统的原理图。

从设置于大地接地404的设置终端侧收发器403向生物体(电场传播介质)401施加交流信号，在与生物体401接触的便携终端侧收发器402中将交流信号变换成直流电，并向便携终端侧收发器402内的图中未示的电路送电。图32中将交流信号变换成直流电的整流器和发送·接收部综合起来，用输入阻抗Z_L410来表示。此外，收发电极416和生物体401间的电容为足够大可忽略。

为了更高效地向便携终端侧收发器402发送电力需要增大向Z_L410施加的电压，但是在从信号源V_s414直接向生物体401施加时，由便携终端侧收发器402和大地接地404间存在寄生电容C_g405，向Z_L410施加的电压变小。本系统中，向设置侧收发器403插入电抗X_g408、X_g409，使其与寄生电容C_g405、收发电极416和大地接地404间以及生物体401和大地接地404间的寄生电容C_sg407以及C_b406谐振，由此增加信号强度。

[第四实施方式]

图33表示本发明的第四实施方式。

在该图33中示出了便携终端侧收发器402、作为电场传播介质的生物体401、设置终端侧收发器403、计算机427。在设置终端侧收发器403中，具有可变控制部422，其用于为了对于变动的寄生电容保持谐振状态来控制可变电抗部X_g420、以及可变电抗部X_b421。

此外，为了始终向便携终端侧收发器402发送电力，在来自设置终端侧收发器403的发送信号中使用与来自便携终端侧收发器402的发送信号不同的频率。为了在各收发器中辨别他们而设置有滤波器A425和滤波器B426。滤波器A425中为了使频率f1的信号通过而切断频率f2的信号，具有在频率f1使阻抗较低而在频率f2下阻抗较高的结构。另外，在滤波器B426中，相反地，为了使频率f2的信号通过而切断频率f1的信号，具有在频率f2使阻抗较低而在频率f1下阻抗较高的结构。

从设置终端侧收发器403施加到生物体401的信号，通过便携终端侧收发器402内的滤波器A428，被输入到整流·电力存储部。在整流·电力存储部430中，将所输入的交流电压变换成直流并存储，作为直流电向便携终端侧收发器402内的图中未示的各块进行供电。在供电后，从终端控制·数据存储部432向发送部输出数据。

发送部431中，用频率f2对被输入的数据进行调制，通过滤波器B429后施加到生物体401。将该信号在设置终端侧收发器402中通过滤波器B426后在接收部424进行解调，将数据输入到计算机427。以上是系统整体的数据流程。

接下来，对电抗控制法进行说明。

图34表示电抗控制部422的方框图，图35表示施加电压振幅|V_b|的电抗X_g、X_b依赖性。

如图35所示，使电抗X_b为一定使X_g变化时，振幅|V_b|在某一电抗值X_g·max(X_b)下成为峰值。该峰值V_b·max(X_b)依赖于电抗X_b、在某一电抗值下为最大。

在电抗控制部422中，进行寻找该最大值的作业。将X_b作为参数使X_g变化，通过振幅监视部检测此时的电压振幅V_b并将其存储在运算·控制·存储部中。此时为了防止在用于监视振幅的信号线中特性发生变化、以及为了仅检测出频率f1的信号，在电抗控制部422的输入级中使用输入阻抗高的高输入阻抗带通滤波器436。接下来，在经由振幅监视部437后，在运算·控制·存储部435中找出V_b的最大值，将X_b、X_g设定为此时的电抗值。

此外，如图45所示，在便携终端侧收发器402中设有接收部433，在设置终端侧收发器403中，代替交流信号源423，如果使用进行数据调制的发送部434，则可以构成在两收发器402、403之间的可进行全双工双方向通信的电场通信系统411。向便携终端侧收发器402的发送部431的输出插入图中未示的可变电抗，通过与寄生电容共振可以增大从便携终端侧收发器402向生物体401施加的信号。

接下来，图36表示本发明的第四实施方式的一个变形例。

在图33中将可变电抗部X_b421插入到收发电极418和大地接地间，但是在本变形例中是插入到了交流信号源423和大地接地间。用这样的结构也可以得到相同的效果。

通过以上的结构，可以增大向生物体401施加的电压，其结果是可以向生物体401携带的便携终端侧收发器402发送电力。如果使用这样构成的便携终端侧收发器402和设置终端侧收发器403的组合而成的电场通信系统，则可以实现便利性高的通信系统。

[第五实施方式]

图37表示本发明第五实施方式的电抗控制部422的结构。

在第五实施方式的结构中，采用了如下方法：电抗控制部422交互地使可变电抗部V_b421和可变电抗部X_g420各自的电抗值变化来进行调整。

首先，使可变电抗部X_b421的电抗值一定，对可变电抗部X_g420的电抗值进行调整，使得图35所示的|V_b|为最大。在该调整时，开关441的接点a连接到接点c，输入信号经由振幅监视部437输入到控制信号发生部A442。在控制信号发生部A442中发生的控制信号，被输入到可变电抗部X_g420中，执行电抗值的调整。

另外，在可变电抗部X_g420的电抗值调整后，切换开关441连接接点a和接点b，使可变电抗控制部X_g的电抗值为固定，调整可变电抗部X_g421的电抗值，使得得图35所示的|V_b|为最大。通过重复此操作调整至最佳电抗值。通过这样构成的电抗控制部422，可以得到与已经说明过的第四实施方式相同的效果。此外，控制信号发生部A442和控制信号发生部B443，在不一起输入来自调整用信号发生部440的调整用信号时，分别对可变电抗控制部X_g420和可变电抗部X_b421发送用于保持电抗值的控制信号。

[第六实施方式]

图38表示本发明第六实施方式的结构图。

在该第六实施方式中，使用可调整自己的电抗值的自调整可变电抗部445而不需要电抗控制部422。图39表示自调整可变电抗部445的基体结构。电容446和450用于切断直流成分，对于交流信号可以视为短路。

图40中的(a)～(d)是表示对图39所示的结构的动作进行说明的图。图40(a)表示与在向可变电容二极管448施加振幅|VAC|的交流电压时产生的电流的直流成分ID的关系。若逆偏置电压VDC产生在二极管两端，则二极管为短路的时间变短，所以相对于相同的VAC，ID变小。

`40(b)示出通过ID流过电阻而产生的电位差(与VDC等价)的曲线，图40(c)示出可变电容二极管的电容C_v的电压VDC依赖性。此外，图40(d)是V_b的振幅|V_b|的C_v依赖性。曲线中的点表示开始向可变电抗输入交流信号时的各电流电压的变化。电容C_v的初始值为VDC＝0时的值C1。此外，|VAC|与|V_b|成比例。

在输入交流信号时，用二极管整流产生直流电流ID(图40(a)的点“1”)。通过其流过电阻而发生直流电压VDC，与其相同的电位差也被施加到可变电容二极管。由此，电容C_v减少(图40(c)的点“1”)，接近引起谐振的电容值，|V_b|变大。

|VAC|与|V_b|成比例，所以|VAC|变大，但是由于VDC也变大，所以|VAC|与ID的关系向图40(a)的点“2”移动。此后也相同C_v减小|VAC|变大，但是由于VDC变大，所以ID的变化量渐渐变小而收敛于零。在ID的变化量接近零时|VAC|为恒定，与初始值相比，更接近谐振的振幅。如图40(a)～(d)所示，进行控制使得从点“1”向点“4”移动。

如果使用自调整可变电抗部445，则可以使通过电抗控制部控制的可变电抗为1个，可缓和调整的复杂程度。

图41表示应用于第六实施方式的可变电抗控制部422的方框图。由于在电抗控制部422中需要控制的电抗仅为可变电抗部452一个，所以控制信号发生部451也可为一个。

此外，在第六实施方式中在交流信号源423的下一级中设置有自调整可变电抗部445，但是即使交换自调整可变电抗部445和可变电抗部452也可以得到相同的效果。

根据以上说明过的本实施方式的电场通信收发器和电场通信系统，可以从设置终端侧收发器向便携终端侧收发器施加较大的电压，并且可以向便携终端侧收发器发送电力。

产业上的应用可能性

本发明所涉及的发送器、电场通信收发器以及电场通信系统，可与计算机构成为一体，例如在可装于人体的可穿戴计算机系统中能够使用。

Claims (8)

1.一种电场通信收发器(200)，其用于经在电场传播介质(215)中感生的电场来进行信息通信，其特征在于，

具有：自调整可变电抗部(201)，对于寄生电容(C_g219和C_b221)使电抗值变化来控制谐振状态，

在该自调整可变电抗部(201)中，包括：

谐振电路，所述谐振电路具备电感器(203)、根据所施加的电压来改变静电容量的可变电容二极管(204)；以及

电阻器(205)，其根据用所述可变电容二极管(204)对输入到所述谐振电路的所述通信的发送信号进行整流而得到的直流电流，产生电位差，并向所述可变电容二极管(204)的阳极和阴极间施加该电位差，

所述自调整可变电抗部(201)与在所述电场通信收发器(200)的接地(218)与大地接地(220)间的寄生电容、以及所述电场传播介质(215)与所述大地接地(220)间的寄生电容之间进行谐振。

2.根据权利要求1所述的电场通信收发器(200)，其特征在于，

在所述谐振电路中，并联连接有所述电感器(203)、所述可变电容二极管(204)、所述电阻器(205)。

3.根据权利要求1所述的电场通信收发器(200)，其特征在于，

在所述谐振电路中，在所述可变电容二极管(204)与所述电阻器(205)并联连接的电路上串联连接有所述电感器(203)。

4.根据权利要求1所述的电场通信收发器(200)，其特征在于，

在所述电感器(203)中，在端子一方或两方配有用于阻止输入直流电流的电容器(202、206)。

5.一种电场通信收发器(335)，其用于在电场传播介质(320)中感生基于应发送信息的电场，使用该感生的电场进行信息发送，另一方面接收在所述电场传播介质(320)中所感生的基于应接收信息的电场，由此来进行信息接收，其特征在于，

具有：

可变电抗单元(301)，用于改变电抗值使得向所述电场传播介质(320)施加的所述发送电压为最大，并控制所述发送的振荡器(326)的接地与大地接地间的寄生电容、和所述电场传播介质(320)与所述大地接地间的寄生电容的谐振状态；

为了得到所述谐振状态而在所述可变电抗单元(301)中形成并联谐振电路的电感器(315、66)；以及

与所述电感器(315、66)并联连接、且为了控制所述并联谐振电路中的所述谐振状态的可变电容单元，所述可变电容单元具有串联连接的多个可变电容二极管(308、312、358、359、368、370、371、373、)。

6.根据权利要求5所述的电场通信收发器(335)，其特征在于，

所述可变电容单元，是具有阳极和阴极两极的两个可变电容二极管(308、312；368、370；371、373)，一方的所述可变电容二极管(312、368、373)的所述阳极、与另一所述可变电容二极管(308、370、371)的所述阴极，经电容器(310、369、372)串联连接，

对于与所述信息的发送有关的高频信号，所述电容器(310、369、372)短路，所述可变电容单元作为由所述电感器(315)和所述可变电容二极管(308、312；368、370；371、373)构成的所述并联谐振电路而进行动作，

对于与所述控制有关的低频信号，所述可变电容二极管(308、312；368、370；371、373)通过所述电容器(310、369、372)被隔离，而对于所述低频信号的信号源则成为并联连接，对所述可变电容二极管(308、312；368、370；371、373)的电容进行可变控制。

7.根据权利要求6所述的电场通信收发器(335)，其特征在于，

所述可变电容单元，

对于具有相同结构的可变电容单元(370、371)，在彼此的所述阳极之间不经所述电容器(310、369、372)地串联连接。

8.根据权利要求6或者7所述的电场通信收发器，其特征在于，

所述可变电容二极管(308、312、358、359、368、370、371、373)至少被串联连接3个。