專利名稱：用于發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的設備以及運行方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的設備，具有，-力電轉換單元，-私光轉換單元，和-織單元，其既能發(fā)送又能接收。
背景技術：
該設備例如是用于"光無線電"應用的所謂的天線頭，其在下面還將詳細 說明。力電轉換單元把光信號轉換為電信號。光載鄉(xiāng)線的頻率例如在187萬億 赫茲(Terahertz)到1千萬億赫茲(Petahertz)的頻率范圍內(nèi)或者具有從1.6微 米到300納米的波長，也就是說，也包括可見光。將無線電信號例如調(diào)制到光 射線上。該無線電信號例如具有從3兆赫茲(Megahertz)至lj 100千兆赫茲 (Gigahertz)或者更高的一個或者多個載頻，特別是在從1千兆赫茲到60千兆 赫茲范圍內(nèi)的一個或者多個載頻。例如該無線電信號是移動無線電信號或者 WLAN信號(Wireless Local Area Network (無線局域網(wǎng)))。相反，私光轉換單元把所述頻率范圍內(nèi)的電信號轉換為所述光頻率范圍的 光信號。天線單元在其構造類型方面與該射頻的載頻協(xié)調(diào)一致。特別當例如把兩個轉換單元實現(xiàn)在一個唯一的元件中、特別是在用單晶無 機材料形成的半導體元件中時，該設備制造的費用很高。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的任務是提供一種簡單構造的設備和一種用于運行該設備的簡單的 方法。特別是該設備應該不依賴供電電壓或者用小的供電電壓工作，特別是小 于5伏或者小于1伏。涉及所述設備的任務通過具有在權利要求1中給出的特征的設備解決。擴 展在/AM禾又利要求中給出。本發(fā)明從這樣的考慮出發(fā)，即當把兩個轉換單元在空間上和功能上彼此分開時，該設備可以簡單地制造。特別是由此對每一轉換單元來說允許不依賴另 一個轉換單元使用在相應的轉換方向上具有高效率的轉換單元。此外，本發(fā)明 從這樣的考慮出發(fā)，即特別是無源運行或者以小的供電電壓的運行允許使用簡 單制造的設備，因為不需提供另外的電壓源，亦即特別是不需要電網(wǎng)部件、電 池或者蓄電池或者類似的電壓源。在本發(fā)明的一個擴展中，所述設備不包括外部供電電壓。因itbii行的能量 僅從到來的光或者，U來的電磁射線獲取。因此不需要用于產(chǎn)生供電電壓的電 路技術開銷。也省卻了維護電壓源的維護開銷。因此在用于^光轉換器單元的設備的一個擴展中^ffi聚合物調(diào)制器。聚合 物調(diào)制器僅允許電信號向光信號的轉換。聚合物是摩爾質(zhì)量例如大于ioVid'1 的大舒。特別是4細有機聚合物或者其他聚合物。例如4頓一種聚合物調(diào)制 器，其包含電場定向的或者所謂極化的聚合物。這意f^^ffl這樣一種材料， 其內(nèi)一種具有強非線性電光效應的材料耦合到或者擴散到一種具有較小介電常 數(shù)的聚合物中。使所產(chǎn)生的材料經(jīng)受一種電場定向處理，使得產(chǎn)生一種具有較 大介電常數(shù)或者電光常數(shù)的材料。然而還存在其他工作原理的聚合物調(diào)制器，例如本征極化自組成發(fā)色超點陣(intrinsically polar Self-Assembled chromophoric Superlattices, SAS)。聚合物調(diào)制器與單晶半導體元件相比f,以更為簡單的方式并從而費用更 適宜地制造。此外聚合物調(diào)制器允許無源運行。因此產(chǎn)生一種用于發(fā)送和接收 數(shù)據(jù)的天線頭或者設備，其肖詢多簡單并且費用適宜的制造。由此可在經(jīng)濟上可 代替地實現(xiàn)新的應用領域，例如構造大量所謂的小單元(Pikozelle)，亦即具有 小于35米的接收或者發(fā)送直徑的無線電單元。在本設備的一個擴展中，私光轉換單元是^頓干涉工作的調(diào)制器，特別是 馬膝錢德爾(Mach-Zehender)調(diào)制器。干涉Mil在兩^;傳輸距離內(nèi)的運行時 間差產(chǎn)生。、激光尤其適合產(chǎn)生明顯(ausgepraegt)的干涉。在下一個擴展中，私光轉換單元(14， 14a)是電吸收調(diào)制器。電吸收調(diào) 制器基于伏朗茲-凱而迪斯(Franz-Kddysh)效應或其反效應。然而除了El/光電 吸收調(diào)制器之外，二極管還作為^/電轉換單元提供構造無源纖頭的可能性， 它具有大量優(yōu)點，例如關于^/電轉換的效率或者關于避免兩種轉換類型的相互 影響。私光轉換單元可能還包括另外的元件，例如濾波器。力電轉換單元也可能 還包括另外的單元，例如濾波器。在本發(fā)明的設備的另一個擴展中，力電轉換單元是光二極管，特別是光電 二極管。特別適合的是使用具有在導帶和價帶之間直接帶過渡的半導體的半導體二極管，亦即例如硅二極管。既使用具有p/n結的二極管也使用具有PIN結 (p摻雜、本征摻雜、n摻雜)的二極管。因ltkjit處不需^ffl基于連接半導體或 者具有帶間非直接過渡(即具有結)的半導體的較貴組件，在結中不僅電子或 者所謂的"空穴"的能量改變，而且它的脈沖也改變。在本發(fā)明的設備的另一個擴展中，天線連接在循環(huán)器單元或者光耦合單元上。M:^ffi循環(huán)器單元或者光耦合單元可以在每一設備上^ffl—個唯一的天 線，使得能夠取決于所i柳的天線而節(jié)省費用。Milf頓循環(huán)器單元或者光耦合單元以簡單的方式避免不希望的反饋。在一個擴展中循環(huán)器單元或者定向耦合單元也無源工作，亦即它沒有外部 的供電電壓連接端子。由此整個設備也保持無源狀態(tài)。在另一個替換的擴展中，與此相反^ffl兩個天線，以致不需要循環(huán)器單元 或者定向耦合單元。這一變體尤其是在天線的價樹氐于循環(huán)器單元或者定向耦 合單元時使用。在下一個擴展中所述設備包括連接設備，其適于連接光纖，ffl31該光纖數(shù)據(jù)在兩個方向上、即雙向傳輸。另外可選的方案是所述設備包括兩個連接設備， 用于連接兩條光纖。該連接設備在下一個擴展中是螺紋連接件的一部分，亦即 它具有內(nèi)螺紋或者外螺紋。因此光纖能夠以簡單而可靠的方式方法與該設備連 接。此外本發(fā)明涉及一種用于運行本發(fā)明的設備的方法。在該運行方法中，通 過該設備按照多路復用方法為不同網(wǎng)絡標準的彼此不同的網(wǎng)絡的終端設備傳輸 數(shù)據(jù)。適宜的多路復用方法特別是時分多路復用、頻分多路復用、碼分多路復 用的方法。在一個擴展中為至少兩種、至少三種或者按照所有下面的網(wǎng)絡標準的終端 設錄輸鵬-DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunication (數(shù)字增強無線遠程 通信))，畫GSM (Global System for Mobile Communication (^^動通信系統(tǒng)))， -UMTS (Universal Mobile Telecommunication System (通用移動電信系 統(tǒng)))，-WLAN (Wireless Local Area Network (無線局域網(wǎng)))，禾口 -WiFi。但是與本發(fā)明或其擴展關，使用其他的信息傳輸方法。 為了分開用于不同網(wǎng)絡的信號，4^f述設備中例如4細無源熗波器。還并,合不同標準的天線。概括說，例如給出一種用于無源"光無線電"應用的天線頭。概念"光無 線電" 這樣一種技術，使用該技術把要傳輸?shù)男盘柕囊徊糠只蛘呷恳?在基帶內(nèi)要么在無線電頻帶內(nèi)通過光纖如玻璃纖維或者聚合物纖維傳輸。例如 下面的情況是可行的，即調(diào)制到玻璃纖維內(nèi)的光上的信號已經(jīng)載有全部射頻信息并且在光-電轉換后直接輸出到天線上。這時，所發(fā)射的RF能量(Radio Frequency (射頻))可以直接從該光產(chǎn)生，并且接收到的RF信號可以直接重新 調(diào)制該光例如到另一頻率，使得可以實現(xiàn)僅通過玻璃纖維或者塑料纖維連接的 無源天線頭。 一種應用例如是借助無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡向，物內(nèi)的無線電小單 元提供信號。在實現(xiàn)這樣的天線頭時所遇到的問題涉及將來的技術，以致不能立即動用 迄今已知的解決方案。所述天線頭集成在一個聚合物晶片或者聚合物芯片上。 "下游光纖"的光M分束器分為兩部分； 一部分用固定在聚合物芯片上的光 電二極管轉換為電信號，另一部分ffi31聚合物調(diào)制器，后者由接收到的無線電 信號供電，該無線電信號例如從移動設備發(fā)送。例如電循環(huán)器將RF上游和RF 下游分開。因此可以^ffl價格便宜的聚合物組件，以便把天線頭的價格減低到 數(shù)歐元。


下面根據(jù)

本發(fā)明的實施例。附圖中 圖1表示帶有循環(huán)器的無源天線頭，圖2表示帶有單獨的發(fā)送天線和單獨的接收天線的無源天線頭， 圖3標帶有連接唯一的玻璃纖維的接頭的無源天線頭，禾口 圖4表示在皿物中設置的帶有無源天線頭的小單元。
具體實施方式
圖1 ^一個無源天線頭10，它包括帶有聚合物轉換器14的聚合物芯片 12。此外天線頭10包括光電二極管16、循環(huán)器18和發(fā)送和接收天線20，它們 例如同樣以混合構造方式集^E聚合物芯片12上。至lj來的光纖22 i!M^接設備24、例如螺紋連接件耦合到集i^E聚合物芯 片12上的光導體26。光導體26從連接設備24通向分支28，例如通向分束器。 導光段30從分支28通向聚合物轉換器14的輸A^。導光段32從分支28通向 光出口33。導光段30和32同樣集鵬聚合物芯片12上。光出口33與光電二 極管16的歡活面相沐使得從光出口33射出的光落在光電二極管16上，并且 在那里產(chǎn)生電壓或者電流。光導體34同樣集成在聚合物芯片12上，并且從聚合物轉換器14的輸出端 通向連接設備36，例如一個螺紋連銜牛。在連接設備36上耦合離去的光纖38， 該光纖38繼續(xù)傳導從聚合物調(diào)制器14射出的光。連接40從光電二極管16的一個連接端子通向循環(huán)器18的輸入端Zl 。依 據(jù)用光電二極管16接收至啲職電信號的頻率，連接40是導電連接、微波導 體、帶狀導體等。連接42位于循環(huán)器18的一個連接端子Z2和發(fā)送和接收纖 20之間。循環(huán)器18的連接端子Z2作為輸A^和作為輸出端運行。連接44位于循環(huán)器18的輸出端Z3和連接端子46之間。在連接端子46 和聚^tl轉換器14的控制輸入端之間設置另一個連接48。連接42、 44以及48 與連接40同樣制造。循環(huán)器18例如包括預磁化的鐵氧體，它弓胞高頻信號從 輸入端Zl到ii^接端子Z2并且從那里到達天線20。另一方面，從天線20到 ii3i接端子Z2的信號通過循環(huán)器18繼續(xù)傳輸?shù)捷敵龆薢30因此沒有信號從輸 入端Z1到達輸出端Z3。代替循環(huán)器18，也可以JOT定向耦合器，其中沒有信 號從Z3向Z1繼續(xù)傳輸，如在循環(huán)器的情況下那樣。圖2^^線頭10a，它除了下面要說明的不同外與天線頭10同樣制造。 具有同樣結構的部件具有同樣的參考符號，不過在此纟^線頭10a的部件附力口 小寫字母"a"，例如與聚合物轉換器14對比的聚合物轉換器14a。天線頭10a 與天線頭10的不同是代替發(fā)送和接收天線20具有一個f^蟲的發(fā)送天線60，其 ffl3iii接線62與光電二極管16a的一個連接端子連接。此外天線頭10a具有接 收天線64 ，該接收天線313 接66與連接端子46a連接，該連接端子46a具有和連接端子46相同的功能。由此在天線頭10a中沒有循環(huán)器。圖3表示無源天線頭10b，它除了下面要說明的不同外與天線頭10或者替 換地與天線頭10a同樣制造。具有同樣結構從而具有同樣功能的部件具有同樣 的參考符號，不過在此纟^X線頭10b的部件附加小寫字母"b"，例如與聚合物 轉換器14或者14a對比的聚合物轉換器14b。天線頭10b與天線頭10或者10a 的不同在于，天線頭10b上僅連接一條光纖80，通過該光纖80雙向地、亦即在 兩個傳輸方向上傳輸光。光纖80耦合到連接設備84例如螺紋連銜牛上。從連 接設備84出發(fā)，集成在一個相應于聚合物芯片12或者12a的聚合物芯片12b 內(nèi)的光導體82導向分支86。導光段88從該分支86導向光出口 33b，后者相應 于光出口 33或者33a，亦即通向在圖3中未示出的光電二極管。導光段90位于分支86和聚合物調(diào)制器14b的一個光3^接端子之間。與聚 合物調(diào)制器14或者14a不同，聚合物調(diào)制器14b僅有一個^^接端子。這例如 允許ffiil使聚合物調(diào)制器14b的一，靦鏡面化來實現(xiàn)。從一個相應于連接端 子46或者46a的連接端子46b出發(fā)，連接48b通向聚合物調(diào)制器14b的控制連 接端子。連接48b例如是可導電的、微波導體或者帶狀導體等。在天線頭10b上，與天線頭10或者10a相比節(jié)省了光纖。不過聚合物轉換 器14b制造稍微復雜。所有三個天線頭10、 10a和10b都不要供電電壓，即是無源的。根據(jù)圖4 詳細說明天線頭10、 10a和10b的應用例。然而還存在另外的應用可能性，例 如所謂的MMO天線裝置(Multiple Input, Multiple Output (多輸入，多輸出))。三個天線頭10、 10a和10b分別肖灘完，成，例如借助混合技術。在替 換的實施例中，這些織不是集成的而制造為分立組件。在另外的實施例中聚 合物芯片12、 12a、 12b與天線頭10、 10a或者10b的其他單元分開制造并且必 要時m^蟲封裝。在另外的實施例中，天線頭IO、 10a或者10b包括電吸收調(diào)制器作為私光 轉換單元14、 14a或者14b，，它雖然基本上也適宜作為力電轉換器，但是與二 極管16、 16a相比具有較小的轉換效率。在這一實施例中天線頭10、 10a或者 10b尤其是無源的天線頭10、 10a或者10b。圖4表示在建筑物100內(nèi)布置的小單元，即房間102、 104、 106和108， 在各房間內(nèi)分別設置無源的天線頭U2、 114、 116和118，其具有如天線頭IO、10a或者10b的結構。
一層房間的天線頭ffl31光橫向線路連接。于是橫向線路122連接第一樓層 的天線頭112和114。橫向線路124連接第二樓層的天線頭116和118。橫向線 路122和124 M主線路120連接。主線路120以及橫向線路122和124是光 纖線路，例如是玻璃纖維或者是塑料纖維。主線路120通向基本單元B0，該基 本單元例如提供WLAN站的功能或者移動無線基站的功能。
在另一個實施例中基本單元130既提供WLAN基本單元的功能，也提供 UMTS基站的功能。在這種情況下，不同標準的數(shù)據(jù)以多路復用方法通過光線 路120到124傳輸。于是房間108內(nèi)的移動無線設備132會,i!31天線頭118 發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，參見數(shù)據(jù)傳輸段136。相反在房間106內(nèi)有一個便攜式計算機 134，它ffl31i^傳輸段138接收在WLANf^傳輸網(wǎng)絡中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。同樣 育,用移動終端設備或#^用房間102和104中的靜止的終端設備，在引入天 線頭112或者114盼瞎況下接收或者發(fā)送不同 傳輸網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)。
因為天線頭112到118是無源的，所以大量所謂的小單元、亦即具有小于 35m的最大直徑的發(fā)齒接收區(qū)域，育,以費用適宜的方式構造。與中央天線站 相比，小單元的使用提供大量優(yōu)點，例如關于輻射負荷，關于頻率的使用等。
在另夕卜的實施例中纖頭10、 10a、 10b是有源的，也就是說有附加的運行 電壓源單元，例如帶有電池、蓄電池或者電網(wǎng)部件。附圖標記列表
10、10a、10b無源天線頭
12、12a、12b聚合物芯片
14、14a、14b聚合物轉換器
16、16a光電二極管
18循環(huán)器
Zl循環(huán)器輸A^
Z2循環(huán)器連接端子
Z3循環(huán)器輸出端
20發(fā)送和接收織22、22a到來的光纖
24、24a連接設備
26、26a光導體
28、28a分支
30、32導光段
33、33a、33b光出口
34光導體
36連接設備
38離去的光纖
40、42、44連接
46、46a、46b連接端子
48、48a、48b連接
60發(fā)送天線
62連接
64接收纖
66連接
80光纖
82光導體
84連接設備
86分支88、 90導光段
100建筑物
102到108房間
112到118無源發(fā)掛接收單元
120光的主線路
122、 124光的橫向線路
130基本單元
132移動無線電設備
134計穀幾
136、 138娜傳輸段
權利要求
1. 一種用于發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的設備(10，10a)，具有光/電轉換單元(16，16a)，具有電/光轉換單元(14，14a)，或者具有天線(20)，該天線既與光/電轉換單元(16，16a)的輸出端連接，也與電/光轉換單元(14)的輸入端連接；或者替換地既具有與光/電轉換單元(16a)的輸出端連接的發(fā)送天線(60)，也具有與電/光轉換單元(14a)的輸入端連接的接收天線(64)，其中，光/電轉換單元(16，16a)和電/光轉換單元(14，14a)是彼此分開的單元。
2. 根據(jù)木又利要求l的設備(10， 10a),其特征在于，所述設備(10， 10a) 是無源工作的設備(10， 10a)，其尤其是沒有供電電壓連接端子。
3. 根據(jù)權利要求1或2的設備(10， 10a)，其特征在于，所述私光轉換單 元(14， 14a)是聚合物調(diào)制器，或者包括聚合物調(diào)制器。
4. 根據(jù)，1X利要求之一的設備(10， 10a)，其特征在于，所述私光轉換 單元(14， 14a)是調(diào)制器，或者包括調(diào)制器，該調(diào)制器fOT干涉工作，特別是 馬fr錢德爾調(diào)制器。
5. 根據(jù)，t又利要求之一的設備(10， 10a)，其特征在于，所述私光轉換 單元(14， 14a)是電吸收調(diào)制器，或者包括電吸收調(diào)制器。
6. 根據(jù)il^權利要求之一的設備(10， 10a)，其特征在于，所述^/電轉換 單元(16， 16a)是光二極管，或者包括光二極管。
7. 根據(jù)上述權利要求之一的設備(10)，其特征在于，所述天線(20)連 接在循環(huán)器(18)或者定向耦合單元上，其中，所述力電轉換單元(16)的輸出端(16)與該循環(huán)器(18)或者定 向耦合單元的輸入端(Zl)連接。其中，所述私光轉換單元(14)的輸入端與循環(huán)器(18)或者定向耦合單 元的輸出端(Z3)連接。
8. 根據(jù)權利要求7的設備(10)，其特征在于，所述循環(huán)器(18)或者定 向耦合單元無源工作。
9. 根據(jù)上述權利要求之一的設備(10， 10a， 10b)，其特征在于具有連接 設備(84)，其適于連接光纖(80)，其中，該連接設備(84) 3!51光耦合設備(82， 90)與私光轉換單元(14b) 的一個連接端子i^接，其中該i^接端子是該光轉換單元的輸入端和輸出端。
10. 根據(jù)權利要求1到8之一的設備(10， 10a， 10b)，其特征在于具摘 A3^接設備(24， 24a)，其適合連接光纖(22， 22a)，其中，織A^接設備(24， 24a)通過光輸AI禹合設備(26， 26a)與所述私光轉換單元(14， 14a)的輸A^連接，其特征還在于具 1出連接設備(36， 36a)，其適M接光纖(38， 38a)， 其中該輸出連接設備(36， 36a) M光輸出耦合設備(34， 34a)與所述私光轉換單元(14， 14a)的輸出端連接。
11. 根據(jù)權利要求9或10的設備(10， 10a， 10b)，其特征在于，至少一 個連接設備(24， 36)包括螺紋連接件的部件。
12. 用于運行根據(jù)上述豐又利要求之一的設備(10， 10a， 10b)的方法，其 特征在于，通過該設備按照多路復用方法為彼此不同的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡的終端設 備(132， 134)傳輸數(shù)據(jù)。
13. 根據(jù)權利要求12的方法，其特征在于，為至少兩種下面的網(wǎng)絡標準的 終端設備(132， 134)傳輸數(shù)據(jù)DECT、 GSM、 UMTS、 WLAN、 WiFi。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種設備(10)，它包括光/電轉換單元(16)、電/光轉換單元(14)以及天線(20)。此外，設備(10)包括聚合物調(diào)制器(14)。該設備尤其是作為無源設備實現(xiàn)。
文檔編號H04B10/12GK101253711SQ200680026080
公開日2008年8月27日 申請日期2006年5月12日 優(yōu)先權日2006年5月12日
發(fā)明者H·羅德 申請人:西門子家庭及辦公室通訊裝置兩合公司