專利名稱：使用超寬帶通濾波器進行發(fā)射的系統(tǒng)和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用超寬帶通濾波器進行發(fā)射的系統(tǒng)和裝置。在本說明書中“超寬頻帶”縮寫為“UWB”，“帶通濾波器”縮寫為“BPF”，因此“超寬帶通濾波器”縮寫為“UWBPF”。本發(fā)明還涉及上述的UWB發(fā)射的裝置，即發(fā)射器和接收器。
背景技術(shù)：
當(dāng)前的趨勢是信息發(fā)射的帶寬正變得越來越寬以致變?yōu)槌瑢?。UWB發(fā)射系統(tǒng)是這種趨勢的一種典型系統(tǒng)。已經(jīng)實施了多次試驗來通過使用幾納秒或更小寬度的短脈沖但不使用載波在最高幾Gbps的速率下實施發(fā)射。USA的FCC(聯(lián)邦通信委員會)將用于這種通信的頻帶設(shè)定到3.1-10.0GHz。對于使用這種帶寬的頻率在超過1Gbps的速率下UWB數(shù)字信息的高質(zhì)量發(fā)射，與發(fā)射信息的頻帶相同的頻率范圍的UWBPF是必須的。
迄今，還沒有覆蓋這種帶寬的UWBPF，因此已經(jīng)試圖使用相對較窄的頻帶的多個BPF的組合。相對較窄的頻帶的多個BPF的組合引起積累衰減，這種衰減在信號源側(cè)上導(dǎo)致需要高功率輸出，或者由于與頻帶相關(guān)的延遲上的差異而造成發(fā)射計時的困難的問題。為了避免這種問題，不可避免地在發(fā)送側(cè)使用高性能波形整形濾波器。在附圖1(a)中所示的系統(tǒng)是這種系統(tǒng)。
附圖1(a)的系統(tǒng)已經(jīng)構(gòu)造出來，由于在幾GHz的帶寬上缺少較低損失的BPF，基于在發(fā)射側(cè)的波形整形濾波器上對發(fā)射信號的脈沖波形整形的需要，因此功率可以被集中到發(fā)射頻帶。這種高性能的波形整形濾波器應(yīng)該高度精確和精細，因此設(shè)備龐大且昂貴。
通過在具有切割高頻分量的低通濾波器功能的有損耗襯底上形成分布常數(shù)電路，本發(fā)明人成功研制了具有幾個GHz的頻寬的小型(例如50mm×20mm×1mm)且低損耗的UWBPF。
該UWBPF的原型已經(jīng)公開(日本專利申請2003-008811)。當(dāng)時這些發(fā)明人研制了更加銳利的頻率特征的UWBPF并建立了UWBPF的綜合原理，并已公開(Saito，et al.，“Development of a BPFfor UWB(3.1GHz-10.6GHz)”，Proceedings of the 2003Communication Society，September，2003)。他們預(yù)計最新研制的UWBPF可以實現(xiàn)在附圖1(b)中所示的結(jié)構(gòu)的發(fā)射系統(tǒng)，并且試驗顯示預(yù)測是對的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目標(biāo)是使用上述的最新研究的小型的且低損耗的UWBPF提供一種UWB發(fā)射系統(tǒng)。
本發(fā)明的發(fā)射系統(tǒng)包括如附圖1B所示，以波形整形濾波器對通過短脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的小于納秒的脈沖信號進行帶寬限制，通過UWBPF發(fā)射脈沖信號作為預(yù)定的頻帶的脈沖信號波，接收該信號波，使它通過與發(fā)射器的UWBPF相同的UWBPF，以及通過脈沖檢測器引導(dǎo)該信號波到確定部件。上述的UWBPF是通過在具有切割高頻分量的低通濾波器的功能的有損耗襯底上形成分布常數(shù)電路制造的上述的UWBPF。


附圖1原理性地示出了UWB發(fā)射系統(tǒng)，其中A用于常規(guī)的技術(shù)，B用于根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)。
附圖2所示為根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)中使用的UWBPF的結(jié)構(gòu)，其中A是平面視圖，B是縱向剖面視圖；附圖3原理性地示出了在本發(fā)明的實驗1的設(shè)備構(gòu)造；附圖4所示為在實驗1中使用UWBPF的S21發(fā)射特征的曲線圖，該曲線圖的縱坐標(biāo)的一個標(biāo)度是10分貝；附圖5所示為在實驗1中發(fā)射的脈沖信號的曲線圖及其眼圖；和附圖6所示為本發(fā)明的實驗2中使用的UWBPF的S21發(fā)射特征的曲線圖。
具體實施例方式
小型且低損耗的UWBPF的實際實例在附圖2中示出。通過在具有切割低頻分量的低通濾波器功能的有損耗襯底上形成分布常數(shù)電路制造UWBPF。通過在聚合物基體中分散軟磁金屬粉末制成的片條1的一個表面上設(shè)置在串聯(lián)方向上具有間隙并由導(dǎo)電帶制成的輸入信號線2和輸出信號線3來制備UWBPF，另一線即由導(dǎo)電帶制成的內(nèi)部線6以絕緣膜5作為中介設(shè)置，這樣內(nèi)部線架在輸出信號線2和輸出信號線3上并且GND線4設(shè)置在上述片條1的相反側(cè)上。
如上文所述，在3.1-10.6GHz的頻率范圍內(nèi)實施FCC標(biāo)準(zhǔn)化的通信，因此UWBPF是導(dǎo)通這個頻率范圍內(nèi)的信號的BPF。
實施當(dāng)前的UWB發(fā)射系統(tǒng)的裝置的一部分是發(fā)射器，該發(fā)生器包括產(chǎn)生小于亞納秒的脈沖信號的短脈沖發(fā)生器、用于帶寬限制的波形整形濾波器、通過預(yù)定頻率范圍的信號的UWBPF和發(fā)送天線。實際的裝置應(yīng)該包含衰減器，該衰減器衰減發(fā)射輸出以根據(jù)合法的規(guī)則發(fā)送信號。
該裝置的另一部分是接收器，該接收器包括接收天線、通過預(yù)定頻率范圍的信號的UWBPF、脈沖檢測器和確定器。
如果發(fā)射器和接收器都用于由FCC標(biāo)準(zhǔn)化的通信，則如上文所述由UWBPF通過的頻率范圍都必須是3.1-10.6GHz。
根據(jù)本發(fā)明的發(fā)射系統(tǒng)，因為所使用的UWBPF是通過在有損耗襯底上形成分布常數(shù)電路形成的簡單結(jié)構(gòu)，因此UWBPF的該部分是小型且低損耗，因此不需要在發(fā)射側(cè)上使用高功率信號源，此外，也不需要精確且精細的波形整形濾波器。因此本發(fā)明能夠使用小型且低成本的裝置實現(xiàn)UWB發(fā)射。
在本發(fā)明中使用UWBPF具有幾GHz的寬帶并且在濾波器的3分貝的帶寬上具有幾分貝的低插入損失，因此即使通過發(fā)射側(cè)的波形整形濾波器進行波形整形的發(fā)射信號的頻帶比預(yù)定的頻帶更寬，也是可以限制UWBPF的帶寬，即波形整形可以根據(jù)情況靈活地改變。因此，根據(jù)本發(fā)明的發(fā)射系統(tǒng)除了下述的實驗之外還可以具有各種應(yīng)用。
實例實驗1在附圖2中所示的部件的實驗裝置被構(gòu)造成用于確定在微帶頻率限制環(huán)境下超過1Gbps的UWB脈沖信號的發(fā)射特征。脈沖發(fā)生器可以產(chǎn)生最大3Gbps的信號，該信號的占空比(即信息的脈沖寬度/符號距離)是可變的。UWBPF具有如附圖3所示的特征，3分貝帶寬是在2GHz中心周圍的2GHz，在3分貝帶寬內(nèi)的插入損失高達幾分貝。
來自脈沖發(fā)生器的信號通過UWBPF發(fā)射到接收電路。在接收電路中基于公知的信息信號序列確定同步點，在同步點基于信號電平實施1/0的確定。UWBPF的輸出和接收電路的輸入與同軸電纜連接。UWBPF的輸出連接到分析器和示波器。
在以50％的占空比發(fā)射的1Gbps的信號通過UWBPF之后的發(fā)送脈沖和它的眼圖在附圖4中示出?？梢钥吹皆撗劬κ菭庨_的。所確定的誤差率是0％，沒有觀測到同步損耗。
實驗2因為如上文所述地確定基本的發(fā)射特征，因此在如上文所述在有損耗襯底上形成具有切割高頻分量的低通功能的分布常數(shù)電路制備的UWBPF上試驗。這個UWBPF的S21特征被確定為如附圖5所示。該特征具有適合于在3.1-1.06GHz范圍內(nèi)使用的BPF的尖銳帶寬拒絕功能。使用都具有上述UWBPF的一組發(fā)射器和接收器通過以1GHz的信號試驗無線通信，已經(jīng)確信有良好的結(jié)果。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)射系統(tǒng)，包括如下的步驟通過短脈沖發(fā)生器產(chǎn)生脈沖信號，通過使該脈沖信號通過波形整形濾波器來限制該脈沖信號的帶寬，以及在一定的頻帶中通過超寬帶通濾波器發(fā)射所得到的脈沖信號；以及接收該信號波，使所接收的信號波通過與在發(fā)射側(cè)的頻率范圍相同的頻率范圍的超寬帶通濾波器，以及通過脈沖檢測器將信號波引導(dǎo)到確定部件；該超寬帶通濾波器通過在具有切割高頻分量的低通功能的有損耗襯底上形成分布常數(shù)電路而被制備。
2.權(quán)利要求1所述的發(fā)射系統(tǒng)，其中所使用的超寬帶通濾波器具有如下的結(jié)構(gòu)都由導(dǎo)電帶制成的輸入信號線(2)和輸出信號線(3)被設(shè)置成在聚合物基體中分散軟磁金屬粉末所制成的片條(1)的一側(cè)上在串聯(lián)方向上具有間隙，以及由導(dǎo)電帶制成的內(nèi)部線(6)被設(shè)置成以絕緣膜(5)作為中介以使內(nèi)部線跨接在輸入信號線和輸出信號線上，以及GND線(4)被設(shè)置在片條的相反側(cè)上。
3.權(quán)利要求1所述的發(fā)射系統(tǒng)，在此一定的頻率范圍是3.1-10.6GHz。
4.一種用于權(quán)利要求1所述的發(fā)射系統(tǒng)的發(fā)射器，包括產(chǎn)生亞納秒的脈沖信號的短脈沖發(fā)生器、用于帶寬限制的波形整形濾波器、使一定的頻率范圍的信號通過的超寬帶通濾波器和發(fā)射天線。
5.一種用于權(quán)利要求1所述的發(fā)射系統(tǒng)的接收器，包括接收天線、使一定的頻率范圍的信號通過的超寬帶通濾波器、脈沖檢測器和確定部件。
6.權(quán)利要求4所述的發(fā)射器，其中一定的頻率范圍是3.1-10.6GHz。
7.權(quán)利要求5所述的接收器，其中一定的頻率范圍是3.1-10.6GHz。
全文摘要
公開了一種使用小型的且低損耗的超寬帶通濾波器(UWBPF)用于發(fā)射速率在1Gbps之上的信號的小型、低成本和低功率的發(fā)射系統(tǒng)和裝置。發(fā)射系統(tǒng)包括如下的步驟通過短脈沖發(fā)生器產(chǎn)生脈沖信號，通過使它通過波形整形濾波器限制該脈沖信號的帶寬，以及通過UWBPF發(fā)射在一定的頻帶上的所得的脈沖信號，以及接收該信號波并使其通過相同頻率范圍的UWBPF，以及通過脈沖檢測器引導(dǎo)信號波到確定部件。通過在具有低通功能的有損耗襯底上形成分布常數(shù)電路來制備所使用的UWBPF。
文檔編號H01P1/203GK1595813SQ20041007701
公開日2005年3月16日 申請日期2004年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月9日
發(fā)明者齋藤章彥, 原田博司 申請人:大同特殊鋼株式會社, 獨立行政法人情報通信研究機構(gòu)