用于射頻通信的電纜的制作方法
【專利說明】用于射頻通信的電纜
[0001]相關申請案
[0002]本申請案根據專利法請求2012年7月2日提出申請的美國臨時申請案第61/667，162號的優先權權利，所述申請案的內容全文以引用的方式併入本文中。
技術領域
[0003]本發明涉及一種用于將客戶端電子裝置連接到主機電子裝置的近場通信系統，且更特別地是其中所述近場通信系統包括基于光纖的電纜，所述電纜包含定位在經配置用于與客戶端裝置進行近場通信的電纜的終端處的至少一個有源電子裝置。
【背景技術】
[0004]例如手機的客戶端裝置與例如個人計算機的主機裝置之間的傳統通信已利用所述裝置之間的直接電接觸。例如，通用串行總線(USB)電纜在一個終端處插入到客戶端裝置中且在另一終端處插入到主機單元中。換句話說，電纜中的電觸頭與客戶端裝置中的電觸頭直接連接，同時在電纜的另一端與主機之間進行相似的連接，且電流通過所述電纜在客戶端裝置與主機裝置之間流動。客戶端裝置直接電力地系留到主機，且在多數情況下，所述裝置通過電纜或裝置上的閂鎖鎖定在一起。
[0005]在一些情況下，可能需要消除客戶端與主機之間的直接實體或電連接或系留。經由銅纜的連接是常見的，但可并不支持例如HD視頻的高帶寬OlGbps)應用程序。另外，電觸頭可腐蝕且電傳導可變得不可靠。配合插座也易受污染及損壞的影響且以針對污染物及濕氣可能的侵入提供到便攜式裝置包裝中的開口。另一方面，光學數據通信技術可實現高數據速率，且光學連接可容易受污染損壞。
[0006]最近，已開發促進客戶端裝置與主機裝置之間的無線電波通信的技術。連接到主機的天線定位在預定位置處，例如在封閉區域(例如，房間)內，其中天線傳播信號以形成在具有以米或幾十米測量的有效范圍的遠場中操作的微型小區。例如，天線可能放置在傳播信號的會議室中，所述信號出于實際目的不延伸到會議室的墻壁之外。此種分布式系統利用遠場或輻射區中的電磁波。
[0007]高容量毫米波無線技術可支持例如高清視頻的高帶寬應用程序，但需要高功率、高增益的天線陣列、射束控制及其他先前技藝。
【發明內容】
[0008]描述一種具有與傳遞高數據速率連接性OlGbps)的客戶端裝置的極短距離無線連接的通信系統，所述通信系統對污染及未對準具有包容性、具有對便攜式客戶端裝置的極低功率損耗，或可用于為便攜式裝置充電。
[0009]本文所公開的系統、鏈路及電纜包含至少一個極短距離接口，所述接口并不需要接口裝置(主機或客戶端)之間的直接電連接來促進射頻(RF)信號在裝置與通信電纜之間的傳輸。如本文中所使用，“極短距離”意味著無線鏈路的范圍可在近場中，例如，小于10cm，小于2cm，小于500 μ m，且在一些情況下小于10 μ m。例如，所述系統可經設計以在電磁近場中操作。發射及接收耦合器(例如天線)經適當地調整大小以用于將與所述耦合器相關聯的應用程序和裝置及操作頻率。例如，近場在一些情況下可被視為等于電磁耦合器的厚度的距離，如本文中所描述。能量轉移通過將發射天線的近場中的大部分能量耦合到接收天線而不是通過將大部分電磁波能量傳播到遠(或輻射)場發生。遠場包括與大多數類型的天線之間的距離等于或大于約數個波長的電磁波(例如，無線電波和微波)。然而，應注意，在近場與遠場之間不存在不同的邊界。
[0010]通過本文中所公開的通信電纜的實施方式形成的鏈路和主機及/或客戶端裝置可免于外部電磁干擾，導致防止在電纜的任一端或兩端處的無線信號之間以及來自電纜外部的干擾。此情況產生在電纜的末端處的安全無線鏈路。此外，此情況允許電纜在60GHz頻帶處利用全7GHz光譜。此外，此情況使得通信電纜與例如在60GHz頻帶中操作的所有無線系統完全兼容。短無線耦合范圍及EM屏蔽消除了多路徑效應的可能性，因為傳輸僅為視覺線，所以收發器中所需的數字信號處理得以顯著簡化，從而導致低功率消耗。
[0011]本文中所公開的通信系統利用在光纖電纜的一個終端處的前端單元與在光纖電纜的相對終端處的遠程單元之間的光學通信。在需要時，光纖在電纜的有源組件之間的實施允許可超過100米的電纜長度。例如，可容易以在介于IGHz與60GHz的范圍中的傳輸頻率實施大于500米的電纜長度。通信電纜尤其可用于在60GHz的頻率下的通信，且包括用于基帶至RF調制及RF至基帶解調制的電子組件。
[0012]對于低功率消耗及連接器形狀因數降低，電纜的客戶端裝置端(例如，遠程天線單元，RAU)可包括反射式電吸收調制器(Reflective Electro-Absorpt1n Modulator ；R-EAM)作為光電收發器且不包括激光。在一些實施方式中，RAU不包括雙工器(例如，光學或電循環器)及/或放大器。裝置端連接采用EM耦合，其中天線經簡化為帶狀線。帶狀線天線可為行波帶狀線。
[0013]本文中所公開的主機裝置與通信電纜之間的連接可為基帶式(直接電連接)或60GHz無線式。如本文中所使用，信號的基帶帶寬是信號在調制及復用之前，或在解復用及解調制之后的帶寬。在某些實施方式中，在基帶處調制光學信號。
[0014]本文中所公開的通信電纜可包括導電體(例如，一或多個銅線)以將電功率傳遞到前端單元或遠程天線總成組件，且在一些實施方式中也傳遞到客戶端裝置。
[0015]本文中所公開的通信電纜的裝置端(RAU)可包含嵌入式磁體以提供RAU與客戶端裝置之間或前端單元(HEU)與主機裝置之間的附接及對準。
[0016]在一個方面中，公開一種用于在主機裝置與遠離所述主機裝置的客戶端裝置之間進行通信的通信鏈路，所述通信鏈路包含:至少一個光纖，所述光纖包含第一終端及第二終端；前端單元，所述前端單元光學耦合到在所述第一終端處的所述至少一個光纖，所述前端單元包含經配置以將所接收的光學信號轉換為電信號或反之亦然的第一光電轉換器；遠程天線總成，所述總成包含將所接收的光學信號轉換為電信號或反之亦然的第二光電轉換器；及其中所述遠程天線總成進一步包含經配置以在近場中將電磁能量耦合到客戶端裝置的電磁耦合器。電磁耦合器可為經配置以在近場中操作的微帶天線。
[0017]通信鏈路可包括光源，所述光源經配置以通過至少一個光纖將光學載波光提供到遠程天線總成并定位在前端總成中。
[0018]前端單元可進一步包含雙工器，例如，電或光學循環器，或光學耦合器。
[0019]前端單元可進一步包含經配置以回應于所接收的RF電信號調制光學載波信號的光學調制器。
[0020]前端單元可包含經配置以在近場中將電磁能量耦合到主機裝置的電磁耦合器。
[0021]微帶天線可包含第一非金屬基底，所述基底包含第一表面及與所述第一表面相對的第二表面；安置在所述基底的第一表面上的金屬接地面，所述接地面界定延伸穿過所述接地面的孔徑；及金屬條帶，所述條帶定位在所述基底的第二表面上且與所述接地面實質上平行。所述孔徑可是矩形的，且所述金屬條帶可與所述孔徑的邊緣正交。
[0022]或者，所述微帶天線可包含介電基底，所述基底包含第一表面及與所述第一表面相對的第二表面；金屬層，所述金屬層安置在包含條帶部分及接插部分的所述第一表面上；及其中所述條帶部分及所述接插部分是相連的。
[0023]在另一方面中，描述一種在主機裝置與客戶端裝置之間形成無線通信系統的方法，所述方法包含:通信鏈路，所述通信鏈路包含前端單元及遠程天線總成，所述前端單元及所述遠程天線總成通過光纖處于光學通信中，所述遠程天線總成包含經配置以在近場中與所述客戶端裝置電磁耦合的電磁耦合器；接近遠程天線總成定位客戶端裝置；使用電磁耦合器在近場中從客戶端裝置無線接收RF信號；通過光纖從前端單元接收在遠程天線總成處的光學載波信號；使用所接收的RF信號對在遠程天線總成處的光學載波信號進行RF調制；通過光纖將經RF調制的光學載波信號光學傳輸到前端總成；將經RF調制的光學載波信號轉換為RF電信號；及將RF電信號傳輸到主機裝置。
[0024]無線接收可包括在電磁近場中在客戶端裝置與第一收發器總成之間進行電磁耦合。電磁親合器可包含:第一非金屬基底，所述基底包含第一表面及與所述第一表面相對的第二表面；安置在所述基底的第一表面上的金屬接地面，所述接地面界定延伸穿過所述接地面的孔徑；及金屬條帶，所述條帶定位在所述基底的第二表面上且與所述接地面正交。
[0025]遠程天線總成可包含:介電基底，所述基底包含第一表面及與所述第一表面相對的第二表面；金屬層，所述金屬層安置在包含條帶部分及接插部分的所述第一表面上；及其中所述條帶部分及所述接插部分是相連的。
[0026]遠程天線總成可進一步包含反射式電吸收調制器。
[0027]遠程天線總成可包含電循環器。
[0028]在又另一方面中，公開一種用于在主機裝置與遠離所述主機裝置的客戶端裝置之間進行通信的通信電纜，所述通信電纜包含:光纖，所述光纖包含第一終端及第二終端；前端單元，所述前端單元光學耦合到在所述第一終端處的所述光纖，所述前端單元包含經配置以將所接收的光學信號轉換為電信號或反之亦然的第一光電轉換器；遠程天線總成，所述總成包含將所接收的光學信號轉換為電信號或反之亦然的第二光電轉換器，且進一步包含經配置以在近場中以RF頻率進行操作的電磁耦合器，及其中經配置以將光學載波光提供到所述遠程天線總成中的所述第二光電轉換器的光源定位在前端總成中。
[0029]第二光電轉換器可為反射式電吸收調制器。
[0030]遠程天線總成可包含微帶天線。
[0031]微帶天線可包含:第一基底，所述第一基底包括安置在第一側上的導電接地面；及導電條帶，所述導電條帶安置在與所述第一側相對的第二側上，及其中導電接地面包含穿過所述接地面的孔徑，所述孔徑經定位為與所述導電條帶相對，以使得導電條帶的長維度垂直于孔徑的長維度。
[0032]遠程天線總成可包括用于可卸除地將遠程天線總成及通信電纜與客戶端裝置磁性耦合的至少一個磁體。
[0033]將在以下【具體實施方式】中闡述另外的特征及優點，且所述特征及優點將部分地易于由本領域的技術人員根據所述描述顯而易見，或通過實踐本文(包括以下【具體實施方式】、權利要求書以及附圖)所述的實施方式而了解。
【附圖說明】
[0034]圖1為經展示為通過射頻傳輸將主機裝置連接到客戶端裝置的基于光纖的通信電纜的示意圖；
[0035]圖2為圖1的通信電纜的詳細示意圖；
[0036]圖3為圖1及圖2的通信電纜的HEU的詳細示意圖；
[0037]圖4為圖1及圖2的通信電纜的遠程天線單元(RAU)的詳細示意圖；
[0038]圖5為本文中所公開的通信電纜的另一實施方式的詳細示意圖；
[0039]圖6為經展示為將主機裝置連接到客戶端裝置的基于光纖的通信電纜的示意圖；
[0040]圖7為圖6的通信電纜的詳細示意圖；
[0041]圖8為圖6的通信電纜的前端單元(HEU)的詳細示意圖；
[0042]圖9為圖6的通信電纜的遠程天線單元(RAU)的詳細示意圖；
[0043]圖10為可用于圖6的通信電纜的電磁(EM)耦合器電路的透視圖，展示組成的EM親合器。
[0044]圖11為與圖6的通信電纜一起使用的替代性實施方式RAU的詳細示意圖；
[0045]圖12為與圖6的通信電纜一起使用的另一替代性實施方式RAU的詳細示意圖；
[0046]圖13為與圖6的通信電纜一起使用的RAU的另一替代性實施方式的詳細示意圖；
[0047]圖14為與圖5的通信電纜一起使用的HEU的替代性實施方式的詳細示意圖；
[0048]圖15為與根據本發明的通信電纜一起使用的HEU的另一替代性實施方式的詳細示意圖；
[0049]圖16為與本文中所公開的通信電纜的實施方式一起使用的EM耦合器的透視圖；
[0050]圖17為圖16的EM耦合器的橫截面側視圖；
[0051]圖18為圖16的如所見從圖17的視圖旋轉90度的EM耦合器的橫截面側視圖；
[0052]圖19為根據本文所公開的操作實施方式的極相鄰的兩個EM耦合器的橫截面視圖；