CN1965495A

CN1965495A - 包括至少一个自适应拒波滤波器的辐射设备和被提供有所述设备的天线

Info

Publication number: CN1965495A
Application number: CNA2005800188081A
Authority: CN
Inventors: 弗兰克·图多尔; 让-卢克·罗伯特; 让－伊维斯·利纳奥尔
Original assignee: Thomson Licensing SAS
Current assignee: Thomson Licensing SAS
Priority date: 2004-06-09
Filing date: 2005-06-07
Publication date: 2007-05-16
Also published as: WO2005125034A1; EP1754315B1; EP1754315A1; JP4939415B2; BRPI0511634A; US20070242785A1; JP2008502243A

Abstract

本发明涉及一种包括至少一个辐射设备(100)的天线，所述至少一个辐射设备(100)被提供有与干扰信号的频带相关联的拒波滤波器。本发明的天线特征在于：拒波滤波器以这样的方式自适应，即：当检测到干扰信号并且其功率大于阈值时，激活拒波滤波器，而当所检测的干扰信号的功率信号小于阈值时，使所述自适应滤波器失效。

Description

包括至少一个自适应拒波滤波器的辐射设备和被提供有所述设备的天线

技术领域

本发明涉及包括一种至少一个自适应拒波滤波器(rejector filter)的辐射设备以及包括这一设备的天线。具体地，本发明应用于使用高频的无线通信中。

背景技术

如今，存在很多用于数字数据传输的无线通信技术。大多数传统技术是通过这些数字数据调制高频载波。

随后，放大所得到的信号，然后将其发送至发射天线。在接收时，执行相反的操作。

存在其它信息传输技术，具体地说，依赖于非常短的持续时间(500ps级)的高斯脉冲串的发射的技术，其中所述高斯脉冲串的重现被准确地检查。将要发送的有用信息包含在连续脉冲之间的周期的演变(evolution)中。

这种通信技术被称为脉冲位置调制(PPM)。它允许用相对低的发射功率(小于1毫瓦)以高吞吐量进行无载波(carrier-less)数据发送，所使用的脉冲的波形导致在频域具有非常宽的波段的信号。

标准化团体目前正在此PPM技术的基础上建立UWB(“超宽带”)标准。

这些团体已经在所发射的功率等级和频率拥塞二者上采用了限制标准，以便降低干扰已经部署的大量通信装置的可能性。

因此，为UWB无线通信预留的频率范围已经被限制为[3.1GHz；10.6GHz]，并且最大等效全向辐射功率(ERIP)为-41dBm/Mhz，即在所允许的带宽上是-2.25dBm。

但是，使用具体在5GHz和6GHz之间的所分配的频带的一部分的某些无线发射系统出现了严重问题。

因此，其它标准、具体地说Hyperlan2和802.11a具有以下分配的频带：

在欧洲，-[5.15GHz；5.35GHz]和[5.47GHz；5.725GHz]，

在美国，-[5.15GHz；5.35GHz]和[5.725GHz；5.825GHz]，

在日本，-[5.15GHz；5.35GHz]。

由于这样的系统可以表现出比UWB标准中的标准化功率大得多的信号功率，因此对于UWB接收器，它们是潜在的干扰者。

由于这些干扰者相对于UWB设备发射干扰信号并减小它们的通带，因此这些干扰者相对于这些设备而是不利的(penalizing)。

具体地说，在存在这种干扰系统时，UWB设备的具有低功率的信号的放大器(被称为LNA，即代表“低噪声放大器”的首字母)和模拟信号到数字信号的转换器(被称为ADC)饱和。这使得不能正确检测UWB脉冲。

已经知道，利用用于可能存在干扰的频带的拒波滤波器来对某些频率进行滤波，以便保护在接收端的设备或禁止设备发射以便不干扰已存在的通信。

发明内容

本发明源于本发明特有的发现，根据该发现，这些拒波滤波器持久地减小它们所关联的设备的通带，而干扰信号不一定持久不变、或者甚至不存在。

本发明至少解决了上述问题，即：即使在不存在干扰信号时，拒波滤波器也连续存在以及由此与这种滤波器相对应的通带不利地减小。

本发明涉及一种至少包括一个辐射设备的天线，所述辐射设备配备有与干扰信号的频带相关联的拒波滤波器，其特征在于，这个拒波滤波器是自适应的，以便在检测到干扰信号并且其功率超出阈值时有效，而在检测到的这一干扰信号的功率低于阈值时，使这个自适应滤波器失效。

利用本发明，仅在检测到超出某个阈值的干扰信号的功率或强度时，才以动态和自适应的方式激活天线的拒波滤波器。

这种天线提供了在此情况下在接收时受到保护并且在发射时不与干扰信号相干扰的优点。

具体地说，避免了在存在干扰信号时模拟信号到数字信号的转换器的饱和。

此外，这种天线还呈现出在没有干扰信号时不使其通带受到限制的优点。

实际上，在没有干扰信号时，或者如果此信号的强度降回到低于某个阈值，则使拒波滤波器失效并且不减小天线的通带。

可以将拒波滤波器集成在天线内，从而导致有限的插入损耗、提高的天线紧凑度和降低的天线成本。

本发明消除了与在天线和模拟信号到数字信号的转换器之间的滤波器的集成有关的噪声因数(noise factor)问题。

在实施例中，天线能够接收或发送[3.1GHz；10.6GHz]的频带内的信号。

根据实施例，在辐射设备中，拒波滤波器包括至少一个非导电部件。

在实施例中，所述非导电部件具有这样的尺寸，所述尺寸等于如果检测到干扰信号则希望滤波以进行接收或者希望保护以进行发送的干扰信号的中心波长的一半。

根据实施例，通过链接非导电部件的导电边缘(edge)的开关装置来桥接(bridge)非导电部件。

在实施例中，所述开关装置包括二极管或电机械系统。

根据实施例，干扰信号的检测装置与天线相关联。

在实施例中，检测装置包括至少一个比较器，用于将干扰信号的电平(level)与和此信号相关联的阈值相比较。

根据实施例，开关装置的控制装置与天线相关联。

在实施例中，当干扰信号的功率超过与此信号相关联的阈值时，控制装置断开与此干扰信号相关联的开关装置。

根据实施例，当某个干扰信号的功率降到与此信号相关联的阈值以下时，控制装置闭合与此干扰信号相关联的开关装置。

在实施例中，在印制电路上实现天线。

根据实施例，所述辐射设备是包括两个辐射元件的偶极天线(dipole)。

在实施例中，所述辐射元件具有圆形或椭圆形的形状。

根据实施例，辐射设备包括至少两个拒波滤波器。

本发明还涉及一种配备有拒波滤波器的辐射设备，其特征在于：该拒波滤波器是自适应的，以便在根据前述实施例之一的天线中实现该拒波滤波器。

附图说明

通过在参考附图的同时作为非限制性例子而在下面给出的描述，本发明的其它特征和优点将显现出来，在附图中：

图1a表示根据本发明的天线的辐射设备的实施例；

图1b、1c和1d表示根据本发明的辐射设备的驻波比的仿真；

图2图解表示根据本发明的设备的开关装置；以及

图3图解表示根据本发明的与天线相关联的检测装置和控制装置。

具体实施方式

图1表示根据本发明的天线的辐射设备100的实施例。在这个实施例中，辐射设备100包括偶极天线。此宽带辐射设备100包括两个圆臂106和107。

圆臂的直径是24mm，而它们彼此分开1mm的距离。这些圆臂是由导电材料制成的、或者被导电材料覆盖。

通过连接点126和128实现这些圆臂的供给(feed)。

已经将两个拒波滤波器与此辐射设备100集成。

第一个位于4.6GHz的频率周围：它被称为低频滤波器或LF滤波器。

这个滤波器由两个非导电部件104和110制成，每个具有32mm的长度和0.5mm的宽度。

通过可断开或闭合的LF开关装置116和122来桥接这两个非导电部件104和110。如果这些LF开关装置116和122断开，那么这些LF开关装置116和122不导通，并且LF拒波滤波器在4.6GHz的频率周围有效。

如果这些LF装置116和122被闭合，那么这些LF开关装置116和122导通，从而使4.6GHz拒波滤波器消失。

第二拒波滤波器位于5.7GHz的频率周围：它被称为高频滤波器或HF滤波器。它包括两个非导电部件102和108，每个具有26mm长度和0.4mm宽度。

通过可断开或闭合的HF开关装置118和120来桥接这两个非导电部件102和108。如果这些HF开关装置118和120断开，那么这些HF开关装置118和120不导通，并且HF拒波滤波器在5.7GHz的频率周围有效。

如果这些HF开关装置118和120被闭合，那么这些HF开关装置118和120导通，从而使5.7GHz拒波滤波器消失。

当HF装置118和120以及LF装置116和122被闭合(也称为有效)时，使这两个拒波滤波器失效，并且辐射设备100表现为不带拒波滤波器(具体地，不带非导电部件102、104、108或110)的偶极天线。

当LF装置116和122闭合并且HF装置118和120断开(也称为无效)时，那么拒波滤波器在高频(大约5.7GHz)上有效。

当LF装置116和122断开并且HF装置118和120闭合时，那么拒波滤波器在低频(大约4.6GHz)上有效。

当LF装置116和122断开并且HF装置118和120断开时，那么拒波滤波器在低频(大约4.6GHz)上有效并且拒波滤波器在高频(大约5.7GHz)上有效。

LF装置116、LF装置122、HF装置118和HF装置120每个包括至少一个二极管、微电机械系统或任何其它可被控制以便断开或闭合(即，分别为不导通或导通)的系统。

通过仿真来验证所有这些结果。图1b、1c和1d是所获得的结果的例子。

图1b是图130，其给出在[2GHz-12GHz]的频率范围上，作为以GHz为单位的频率(作为横坐标134)的函数的图1a的设备100的被称为VSWR(“电压驻波比”)的驻波比(作为纵坐标132)的曲线。

曲线136是利用不带拒波滤波器的辐射设备获得的曲线。

曲线138是利用集成了非金属化部件102、104、108和110的辐射设备100获得的曲线，开关装置116、118、120和122被闭合(也称为导通)。

注意：这两条曲线是重叠的，从而表明完全去除了辐射设备100的拒波滤波器。于是，设备100表现为不带非金属部件的辐射设备。因此，当使其拒波滤波器失效时，此设备100不受通带损失，从而集成了该设备100的天线不受通带损失。

图1c表示图140，其在开关装置116、118、120和122断开(也称为不导通)的情况下，以与图1b类似的方式，给出作为以GHz为单位的频率(作为横坐标134)的函数的VSWR比(作为纵坐标132)。

注意对于值4.6GHz和5.7GHz周围的窄频率范围142和144的VSWR比的相当大的值，从而包括对这些范围142和144的强烈阻止(rejection)。

因此，这两个拒波滤波器对于频率范围142和144执行其阻止功能。

图1d是图150，其给出了：

-对于LF开关装置116和122断开，作为以GHz为单位的频率(作为横坐标134)的函数的VSWR比(作为纵坐标132)的曲线152：LF拒波滤波器在4.6GHz的频率周围有效，并且在4.6GHz周围的窄波段156中，VSWR比相当大。

-对于HF开关装置118和120断开(LF开关装置116和122闭合)，作为以GHz为单位的频率(作为横坐标134)的函数的VSWR比(作为纵坐标132)的曲线154：HF拒波滤波器在5.7GHz的频率周围有效，并且在5.7GHz周围的窄波段158中，VSWR比率相当大。

因此，该仿真使得可以证实独立激活LF拒波滤波器或HF拒波滤波器的可能性。

图2是印刷电路上的辐射设备实施例的开关装置的实施例的图解表示。

因此，将辐射设备的两个圆臂蚀刻在表面上。将一部分非金属化以便产生拒波滤波器。

在这个实施例中，被焊接到圆臂的第一金属部件202和第二金属部件204的表面安装二极管200桥接具有介电常数eR的非金属化部件206。

金属部件204通过围绕它的介质沟道209而与金属部件208分离。这个沟道具有沟道宽度210。

此沟道宽度210禁止控制二极管所必需的连续电流传输，所述连续电流传输可以通过金属部件208到达并且可能干扰二极管的操作。

但是此沟道宽度210允许高频信号通过。另一可能实施例是在金属部件208和204之间在适当的位置上放置电容器，这些电容器能够起相同作用。

通过通孔212和线路214来确保二极管的DC供给。

图3图解表示根据本发明的与辐射设备300相关联的检测装置302和控制装置304。

将来源于设备300的信号发送到被称为LNA(“低噪声放大器”，即提高信噪比的放大器)的放大器306。

随后，诸如UWB信号的设备300特有的信号传递到使得恢复信息成为可能的相关器308中，然后传递到模数转换器310中。

随后，在管理装置312中在基带中处理所述数据以提供数据314。

此外，用于检测干扰信号的装置302也连接到LNA306的输出。这些检测装置302包含在数目上等于存在于辐射元件中的拒波滤波器的数目(在此实施例中该数目等于2)的一组滤波器318和320。这些滤波器318和320的每一个分析被称为要监控的频率的频率，其中对于所述频率，已经预期到干扰信号而在设备300中创建了拒波滤波器。

检测装置302还包括比较器324和326，它们将检测到的干扰信号的功率与阈值330相比较。

如果干扰信号的功率低于这个阈值330，那么不采取动作。如果对于一个或多个要监控的频率这个功率超过阈值330，那么检测装置将这个信息传达到控制装置304，以便在设备300的层级(level)上断开相应的开关装置。

如果这个功率随后降到阈值330以下，那么检测装置将这个信息传达到控制装置304，以便闭合相应的开关装置。

这些控制装置包括PROM(“可编程只读存储器”)存储器316。

PROM存储器316通过控制总线330(所传递的电压对应“0”比特或“1”比特)、经由偏置电路来控制存在于设备300中的开关装置(参见图1)取消或操作相关联的拒波滤波器。

每个开关装置的另一接入端(access)连接到偶极天线的圆臂的金属部件，并且通过地线(earth line)链接到PROM存储器。

因此，这个特定实施例每个臂使用两条控制线加上一条地线，即总共六条线。

这个发明可修改为多个变型。具体地，拒波滤波器的数目是可变的(只有一个、如前述实施例中的两个或大于两个)。

此外，滤波器的形状是可变的。上述实施例的圆形形状仅仅是一种可能。具体地说，可以作为集成若干滤波器的要求的函数而以其它形状实现本发明。

可以在接收时使用这一方案以避免信息丢失，也可以在发射时使用此方案以消除特定的预先选择或可切换的频带，其中所述频带可能受到由辐射设备、以及更广泛说由天线发射的信号干扰。

Claims

1.一种包括至少一个辐射设备(100、300)的天线，所述辐射设备(100、300)具有与干扰信号的频带相关联的拒波滤波器，其特征在于：此拒波滤波器是自适应的，以便在检测到干扰信号并且其功率超过阈值(330)时，此拒波滤波器是有效地，当所检测的这一干扰信号的功率低于阈值(330)时，使这一拒波滤波器失效。

2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于：它能够接收或发送在[3.1GHz；10.6GHz]的频带中的信号。

3.根据权利要求1或2所述的天线，其特征在于：在至少一个辐射设备(100、300)中，拒波滤波器包括至少一个非导电部件(102、104、108、110、206)。

4.根据权利要求3所述的天线，其特征在于：所述非导电部件(102、104、108、110、206)具有这样的尺寸，所述尺寸等于如果检测到干扰信号则希望滤波以进行接收或者希望保护以进行发送的干扰信号的中心波长的一半。

5.根据权利要求3或4所述的天线，其特征在于：通过链接所述非导电部件(102、104、108、110、206)的导电边缘的开关装置(116、118、120、122)来桥接所述非导电部件(102、104、108、110、206)。

6.根据权利要求5所述的天线，其特征在于：开关装置(116、118、120、122)包括二极管(200)或电机械系统。

7.根据权利要求1、2、3、4、5或6所述的天线，其特征在于：干扰信号的检测装置(302)与所述天线相关联。

8.根据权利要求7所述的天线，其特征在于：检测装置(302)包括至少一个比较器(324、326)，用于将干扰信号的电平和与此信号相关联的阈值(330)相比较。

9.根据权利要求5或6之一所述的天线，其特征在于：开关装置(116、118、120、122)的控制装置(304)与所述天线相关联。

10.根据权利要求9所述的天线，其特征在于：当干扰信号的功率超过与此信号相关联的阈值(330)时，控制装置(304)断开与此干扰信号相关联的开关装置(116、118、120、122)。

11.根据权利要求9所述的天线，其特征在于：当干扰信号的功率降到与此信号相关联的阈值(330)以下时，控制装置(304)闭合与此干扰信号相关联的开关装置(116、118、120、122)。

12.根据前述权利要求之一所述的天线，其特征在于：在印刷电路上实现所述天线。

13.根据前述权利要求之一所述的天线，其特征在于：所述辐射设备(100、300)是包括两个辐射元件(106、107)的偶极天线(100)。

14.根据前述权利要求之一所述的天线，其特征在于：所述辐射元件(106、107)具有圆形或椭圆形形状。

15.根据前述权利要求之一所述的天线，其特征在于：所述辐射设备(100、300)包括至少两个拒波滤波器。

16.一种配备有拒波滤波器的辐射设备(100、300)，其特征在于：所述拒波滤波器是自适应的，以便在根据前述权利要求之一所述的天线中实现该拒波滤波器。