JP2004186726A - 超広帯域無線送信装置 - Google Patents
超広帯域無線送信装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004186726A JP2004186726A JP2002347661A JP2002347661A JP2004186726A JP 2004186726 A JP2004186726 A JP 2004186726A JP 2002347661 A JP2002347661 A JP 2002347661A JP 2002347661 A JP2002347661 A JP 2002347661A JP 2004186726 A JP2004186726 A JP 2004186726A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- antenna
- pulse
- ultra
- transmission line
- patch antenna
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
- H01Q1/12—Supports; Mounting means
- H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
- H01Q1/24—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set
Landscapes
- Waveguide Aerials (AREA)
- Transmitters (AREA)
Abstract
【解決手段】電力伝送線路をアンテナで代用するために、パルス発生器とアンテナを共通の1個の伝送線路で構成する。パルス発生器として、アンテナに電荷を充電し、アンテナの特性インピーダンスに等しい負荷抵抗Rに放電することにより、アンテナの電気長に比例するパルスを生成するパルスフォーミングネットワーク(PFN2)を用い、アンテナとして、セラミックス基材を使用したパッチアンテナ1を用いる。
【選択図】 図2
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、データを極めて広い周波数帯に拡散して、搬送波を使わずにパルスにデータを重畳させてデータの送受信を行なう超広帯域(Ultra Wide Band)無線通信に用いて好適な、超広帯域無線送信装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年新しいデータ通信方式として、データを数GHz程度の極めて広い周波数帯に拡散して、搬送波を使わずにパルスに直接データを重畳させて送受信を行なう超広帯域(Ultra Wide Band)無線通信方式が注目されている。
既存の無線通信システムそれぞれの周波数帯に妨害する電力はノイズ程度の強さしかないため、同じ周波数帯を使う既存の無線機器と混信することがなく、消費電力も非常に少ないといった利点がある。
【0003】
上記したUWB無線通信方式を用いてデータ通信を行なうUWBシステムは、非常に短いパルス電力をアンテナから空間に輻射し、通信又は測距を行なうシステムである。
図4にUWBシステムの基本構成が示されている。通信は、パルス発生器41で生成されたパルス電力を送信アンテナ42により空間に輻射し、受信アンテナ43を介して受信機44で受信することによりなされる。送信パルス幅は十分に短く、そのパワースペクトラムは約3GHz〜10GHzの超広帯域に及ぶ。従って、既存のシステムに対する妨害は無く、また、高速データ伝送が可能である。
【0004】
図5にUWBシステムによるデータ変調例を示す。ここには、パルス位置変調例が示されており、データ列は、基準タイミングよりパルス位置が進んでいるか、遅れているかにより、“0”、“1”が割り当てられる。
【0005】
図6に、パルス発生器としてPFN(Pulse Forming Network)61を使用し、アンテナとしてパッチアンテナ62を使用した場合の送信回路の一例が示されている。PFN61の回路構成、動作については、特許文献1、2、3に詳細に開示されている。
図6に示す例では、PFN回路61により生成されたパルスは、給電用の伝送線路63によりパッチアンテナ62に導かれ、パッチアンテナ62から空間に輻射される。このとき、PFN回路61と給電伝送線路63とパッチアンテナ62の特性インピーダンスは整合されている。
【0006】
【特許文献1】
特開平7−177001号公報
【特許文献2】
特開平8−79024号公報
【特許文献3】
特開平11−308080号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記したUWBシステムの主要な適用分野は、PAN(Personal Area Network)である。具体的には、個人を中心とするあらゆる電子・電気機器をUWBシステムで通信し、ネツトワークを形成することである。
個人が持つ端末装置は小型化されなければならず、更に、この場合、端末装置は電池駆動が必須となることから低消費電力化が要求される。従って、超広帯域送信装置に対しても、小型で、かつ超低消費電力でデータを送信できる仕様を持つことが望まれる。
【0008】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、PFNの伝送線路をアンテナで代用するために、パルス発生器とアンテナを1個の伝送線路で構成することにより、小型化、および低消費電力化をはかった、広帯域無線送信装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するために本発明は、パルス発生器により生成されたパルスにデータを重畳させてデータの送信を行なう超広帯域無線送信装置であって、前記パルス発生器とアンテナを共通の1個の伝送線路で構成したことを特徴とする。
【0010】
本発明によれば、パルス発生器とアンテナを共通の1個の伝送線路で構成することにより、パルス発生器により生成されたパルス電力をアンテナに供給する電力伝送線路が不要となるため、部品点数の削減および電力伝送線路での電力損失が無くなる。
【0011】
また、本発明において、前記パルス発生器として、前記アンテナに電荷を充電し、前記アンテナの特性インピーダンスに等しい負荷抵抗に放電することにより、アンテナの電気長に比例するパルスを生成するパルスフォーミングネットワークを用いることを特徴とする。
【0012】
本発明によれば、パルス発生器としてパルスフォーミングネットワークを用いることで、パルス電力とパルス幅を独立して任意に決定でき、UWBシステムに適した送信装置を提供できる。
【0013】
また、本発明において、前記アンテナとして、セラミックス基材を使用したパッチアンテナを用いることを特徴とする。
本発明によれば、セラミックパッチアンテナを用いることにより、小型化が可能となる。
【0014】
また、本発明において、前記伝送線路は、第1、第2のスイッチング素子を具備し、前記第1のスイッチング素子をONすることにより、当該スイッチング素子に接続されたインダクタンスと前記パッチアンテナが持つキャパシタとの直列共振により充電され、前記第1のスイッチをOFFした後、前記第2のスイッチをONすることにより、前記充電された電荷を放電して前記パッチアンテナに供給する、前記パッチアンテナの特性インピーダンスと等しいインピーダンス持つ負荷抵抗から成ることを特徴とする。
【0015】
本発明によれば、負荷抵抗の値とアンテナ特性インピーダンスの値を等しくし、インピーダンス整合されていると負荷抵抗に消費される電力と空間に輻射される電力は等しくなり、また、パルス幅はパッチアンテナの電気長と等しくなるため、PFNとパッチアンテナ間に電力伝送路を不要とし、従って電力損失は生じないため高効率化を実現することができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明における超広帯域送信装置の外観構造の一例を示す図である。
本発明は、パルスフォーミングネットワークを使用する伝送線路とアンテナを共通の1個の伝送線路で構成したことを特徴とするものである。
さらに従来必要としたパルスフォーミングネットワークで発生した電力をアンテナに給電する為のたとえば同軸ケーブルのような給電線も不要となる。(a)はセラミックパッチアンテナの基本構造を現し、(b)はパルスフォーミングネットワークで使用される伝送線路、ここではマイクロストリップラインの基本構造を現している。(a)も(b)も基本的にはセラミック材料の両面に例えばAg電極を焼き付けた構造である。(c)は前記(a)と(b)を共通とした時の構造である。この時セラミック材料とAg電極の構造はHIC(ハイブリッドIC)と同様であるので、図中の2のように動作回路部品も一体構造として組み込める。
【0017】
図1中、(a)は、パッチアンテナ(b)は、マイクロストリップライン構造(c)はパッチアンテナ1とPFN構成部品2が一体化された本発明の超広帯域送信装置を示す。
【0018】
図2に、本発明における超広帯域送信装置の回路構成の一例を示す。本発明は、上記したように、電力伝送線路をアンテナで代用するために、パルス発生器とアンテナを共通の1個の伝送線路で構成したことを特徴とするものであり、従って、PFN構成部品とアンテナは直結され、従来使用していた電力伝送線路を必要としない。
ここでは、アンテナとしてセラミックス基材を使用したパッチアンテナ1が使用され、また、パルス発生器としてPFN回路2が使用される。PFN回路2は、パルス電源E、スイッチSW1、直列インダクタL、ダイオードD、スイッチSW2、負荷抵抗Rから成る部品で構成され、パッチアンテナ1に電荷を充電し、当該アンテナの特性インピーダンスに等しい値を持つ負荷抵抗Rに放電することにより、パッチアンテナ長の電気長(λg/2)に比例するパルスを生成する回路である。
【0019】
上述したPFN回路2は、CMOSロジック回路を用いて構成されるパルス発生器とは異なり、パルス電力とパルス幅を独立して任意に決定できる特徴があり、UWBシステムへの用途に適する。
【0020】
図3に、本発明の超広帯域無線送信装置の動作タイミングチャートが示されている。
上から順に、(a)スイッチング素子SW1出力、(b)パッチアンテナ1の充電電圧、(c)スイッチング素子SW2出力、(d)PFNパルス出力のそれぞれを示す。
【0021】
以下、図3に示すタイミングチャートを参照しながら図2に示す超広帯域無線送信装置の動作について説明する。
まず、スイッチング素子SW1がONすると(a)、パッチアンテナ1電極とグランドプレート間に、直列インダクタLとパッチアンテナ1自身が持つキャパシタンスCとの直列共振により、約2Eの電圧の電荷が充電される(b)。このとき、スイッチング素子SW2は開いている。尚,ダイオードDは直列共振時にパッチアンテナ電圧を最大電圧でクランプするためのクランピングダイオードである。
【0022】
次に、スイッチング素子SW1をOFFし、スイッチング素子SW2をONするとパルスが生成出力される。このときパッチアンテナ1に充電された電荷は、負荷抵抗Rによって消費されると共に、電力が空間に輻射される(d)。このとき、負荷抵抗Rとパッチアンテナ特性インピーダンスの値を等しくし、インピーダンス整合されていると、負荷抵抗Rに消費される電力と空間に放射される電力は等しくなり、また、そのときのパルス幅(t=λg/2c)は、パッチアンテナの電気長(λg/2)に比例する。
ここでは、PFN回路2とパッチアンテナ1間に電力伝送線路はなく、従って電力損失は生じないため、低い消費電力で、かつ、高効率で電力が伝達される。
【0023】
以上説明のように本発明は、伝送線路をアンテナで代用するために、パルス発生器とアンテナを共通の1個の伝送線路で構成し、このことにより小型化、および低消費電力化をはかったものであり、パルス発生器としてパルスフォーミングネットワークを用い、また、アンテナとして、セラミックス基材を使用したパッチアンテナを用いた超広帯域無線送信装置を提供するのである。
【0024】
【発明の効果】
以上説明のように本発明によれば、パルス発生器用の伝送線路とアンテナを共通することにより部品点数が削減できる。また、パルス発生器により生成されたパルス電力をアンテナに供給する電力伝送線路が不要となるため、部品点数の削減及び電力損失を極小化できる。
また、パルス発生器としてパルスフォーミングネットワークを用いることで、パルス電力とパルス幅を独立して任意に決定でき、UWBシステムに適した送信装置を提供でき、更に、アンテナとして、セラミックス基材を使用したパッチアンテナを用いることにより小型化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明における超広帯域送信装置の外観構造の一例を示す図である。
【図2】本発明における超広帯域送信装置の回路構成の一例を示す図である。
【図3】本発明の超広帯域無線送信装置の動作タイミングチャートを示す図である。
【図4】UWBシステムの基本構成を示す図である。
【図5】UWBシステムによるデータ変調例を示す図である。
【図6】パルス発生器としてPFNを使用し、アンテナとしてパッチアンテナを使用した場合の送信回路の一例を示す図である。
【符号の説明】
1…パッチアンテナ、2…PFN(パルス発生器)、SW1…第1のスイッチング素子、SW2…第2のスイッチング素子、R…負荷抵抗
Claims (4)
- パルス発生器により生成されたパルスにデータを重畳させてデータの送信を行なう超広帯域無線送信装置であって、
前記パルス発生器とアンテナを共通の1個の伝送線路で構成したことを特徴とする超広帯域無線送信装置。 - 前記パルス発生器として、
前記アンテナに電荷を充電し、前記アンテナの特性インピーダンスに等しい負荷抵抗に放電することにより、アンテナの電気長に比例するパルスを生成するパルスフォーミングネットワークを用いることを特徴とする請求項1に記載の超広帯域無線送信装置。 - 前記アンテナとして、
セラミックス基材を使用したパッチアンテナを用いることを特徴とする請求項1に記載の超広帯域無線送信装置。 - 前記伝送線路は、
第1、第2のスイッチング素子を具備し、
前記第1のスイッチング素子をONすることにより、当該スイッチング素子に接続されたインダクタと前記パッチアンテナが持つキャパシタとの直列共振により充電され、前記第1のスイッチをOFFした後、前記第2のスイッチをONすることにより、前記充電された電荷を放電して前記パッチアンテナに供給する、前記パッチアンテナの特性インピーダンスと等しいインピーダンス持つ負荷抵抗から成ることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の超広帯域無線送信装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002347661A JP4226880B2 (ja) | 2002-11-29 | 2002-11-29 | 超広帯域無線送信装置 |
KR20030085722A KR101042797B1 (ko) | 2002-11-29 | 2003-11-28 | 초광대역 무선송신장치 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002347661A JP4226880B2 (ja) | 2002-11-29 | 2002-11-29 | 超広帯域無線送信装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004186726A true JP2004186726A (ja) | 2004-07-02 |
JP4226880B2 JP4226880B2 (ja) | 2009-02-18 |
Family
ID=32750784
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002347661A Expired - Fee Related JP4226880B2 (ja) | 2002-11-29 | 2002-11-29 | 超広帯域無線送信装置 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4226880B2 (ja) |
KR (1) | KR101042797B1 (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100790953B1 (ko) | 2006-12-05 | 2008-01-04 | 국방과학연구소 | 다이폴 안테나를 이용한 광대역 고출력 펄스신호 발생장치 |
JP2009535931A (ja) * | 2006-04-26 | 2009-10-01 | クゥアルコム・インコーポレイテッド | デューティ・サイクリング電力スキーム |
US8705652B2 (en) | 2008-10-08 | 2014-04-22 | National Institute Of Information And Communications Technology | Pulse wireless communication device |
US8847817B2 (en) | 2008-10-07 | 2014-09-30 | National Institute Of Information And Communication Technology | Pulse signal generation device |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5361070B1 (en) * | 1993-04-12 | 2000-05-16 | Univ California | Ultra-wideband radar motion sensor |
KR100297298B1 (ko) * | 1996-11-07 | 2001-10-24 | 장형식 | 고유전율 세라믹 유전체를 사용한 패치 안테나 |
KR200194861Y1 (ko) | 2000-02-28 | 2000-09-01 | 한국가스공사연구개발원 | 지피알 시스템을 이용한 지하매설물 탐측장치의 수신신호해석부 |
KR100407985B1 (ko) * | 2000-04-07 | 2003-12-01 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체 소자의 디램 제조방법 |
-
2002
- 2002-11-29 JP JP2002347661A patent/JP4226880B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2003
- 2003-11-28 KR KR20030085722A patent/KR101042797B1/ko not_active IP Right Cessation
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009535931A (ja) * | 2006-04-26 | 2009-10-01 | クゥアルコム・インコーポレイテッド | デューティ・サイクリング電力スキーム |
US8451710B2 (en) | 2006-04-26 | 2013-05-28 | Qualcomm Incorporated | Sub-packet pulse-based communications |
US8527016B2 (en) | 2006-04-26 | 2013-09-03 | Qualcomm Incorporated | Wireless device communication with multiple peripherals |
US8553745B2 (en) | 2006-04-26 | 2013-10-08 | Qualcomm Incorporated | Inter-pulse duty cycling |
KR100790953B1 (ko) | 2006-12-05 | 2008-01-04 | 국방과학연구소 | 다이폴 안테나를 이용한 광대역 고출력 펄스신호 발생장치 |
US8847817B2 (en) | 2008-10-07 | 2014-09-30 | National Institute Of Information And Communication Technology | Pulse signal generation device |
US8705652B2 (en) | 2008-10-08 | 2014-04-22 | National Institute Of Information And Communications Technology | Pulse wireless communication device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20040048346A (ko) | 2004-06-09 |
JP4226880B2 (ja) | 2009-02-18 |
KR101042797B1 (ko) | 2011-06-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11218959B2 (en) | Methods and systems relating to ultra wideband broadcasting | |
TWI446629B (zh) | 迷你次共振多頻帶特高頻到超高頻天線 | |
EP1926223B1 (en) | Communication system and communication apparatus | |
KR100467569B1 (ko) | 송수신일체형마이크로스트립패치안테나 | |
US6239755B1 (en) | Balanced, retractable mobile phone antenna | |
KR20100022462A (ko) | 무선 주파수 수신기용 디지털 제어 안테나 튜닝 회로 | |
EP1075040A3 (en) | Antenna device and portable radio set | |
TW202137627A (zh) | 超寬頻鏈路配置方法和系統 | |
JP4226880B2 (ja) | 超広帯域無線送信装置 | |
Gajanan et al. | A dual-band microwave energy harvesting rectenna system for WiFi sources | |
Fakharian | A compact UWB antenna with dynamically switchable band-notched characteristic using broadband rectenna and DC-DC booster | |
Turcza et al. | Design of wide band OOK transmitter for biomedical applications | |
Sabban | New wideband wearable notch antennas for energy harvesting applications | |
JP2006319451A (ja) | アンテナ装置及び携帯無線端末 | |
Hephzipah et al. | A 2.4 GHz Rectangular Shaped Patch Antenna for ZigBee Application | |
JPH09326633A (ja) | 周波数共用アンテナ装置 | |
Sabban | Wideband Passive and Active Wearable Energy Harvesting Systems for Medical and IOT Applications | |
Gharakhili et al. | A novel planar UWB antenna with WLAN band rejected capability | |
JP2009118417A (ja) | 携帯無線機 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20051128 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080318 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20080618 |
|
A602 | Written permission of extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602 Effective date: 20080623 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20080718 |
|
A602 | Written permission of extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602 Effective date: 20080724 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20080818 |
|
A602 | Written permission of extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602 Effective date: 20080821 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080825 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20081104 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20081127 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111205 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111205 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121205 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121205 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131205 Year of fee payment: 5 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |