JP2006166401A

JP2006166401A - Ｎｒｄガイド検波器とそれを利用したミリ波帯無線データ通信システム

Info

Publication number: JP2006166401A
Application number: JP2005134147A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Yoneyama; 米山　　務; Hirokazu Sawada; 浩和沢田; Sukenori Kawahara; 祐紀川原
Original assignee: Intelligent Cosmos Research Institute
Current assignee: Intelligent Cosmos Research Institute
Priority date: 2004-11-09
Filing date: 2005-05-02
Publication date: 2006-06-22

Abstract

【課題】従来の検波器は平面回路で構成されるため、非放射性誘電体線路（ＮＲＤガイド）で伝送されてきたＲＦ信号を検波するには平面回路への変換が必要であり、ミリ波帯での平面回路の伝送損失と変換部の損失が加わるため、検波効率が低くなる。また、ＲＦ入力の検波出力側への漏れを防ぐために平面回路にフィルタが必要となり、検波回路が複雑になる。これらを解決できるＮＲＤガイド検波器とそれを利用したミリ波帯無線データ通信システムを提案する。
【解決手段】ＮＲＤガイドである誘電体ロッド３の端部に検波器５を装荷し、ＲＦ信号をダイオードで直接検波してベースバンド信号を得る。また、検波器５にチョーク構造を設けることにより、ＲＦ信号が検波出力側へ漏れるのを防止して、ベースバンド信号処理回路側にＲＦフィルタを不要とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、分離型構造を有する非放射性誘電体線路（以下ＮＲＤガイドと略記する）で用いる回路構造が極めて簡単なＮＲＤガイド検波器及びそれを応用した受信機に関するもので、特にミリ波帯で使用する超高速無線データ通信システムに適用できる。

特開平９−８３２１６号公報特開２００４−７３６５公報アイラボラトリー社のHP（ http://www1.sphere.ne.jp/i-lab/ilab/index.htm ）の「高周波回路教室」テキスト

従来のミリ波回路技術としてはモノリシックマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）が知られている。しかし、４０ＧＨｚ以上の周波数帯ではＭＭＩＣの実用化は遅れている。特に、銅薄膜をエッチングして作るマイクロストリップライン伝送路は銅の表面抵抗や表面に存在するランダムな凹凸により、６０ＧＨｚ帯における伝送損が６０ｄＢ／ｍにも達していて、実用化の妨げになっている。

これに対して、ＮＲＤガイドは使用電磁波の半波長以下の間隔で対向した２枚の金属板の間に誘電体線路を構成するもので、伝送特性の優れたミリ波伝送路である（特許文献１、２）
振幅変調波のダイオードを用いた検波器は一般に図2(a)〜(c)のように表される（例えば、非特許文献１）。高周波（以下ＲＦと略記する）信号がダイオードによって半波整流されることによって直流電圧が生じ、その電圧値はＲＦ信号の入力レベル（振幅）に応じて変化する。また、ダイオード直後の抵抗値とコンデンサ容量値で決まる時定数によってＲＦ信号レベルの変化に追従できる速度が決定され、この値を調整することによって振幅変調波を包絡線検波できる。

これまでは、無線ＬＡＮでデータを送受信するには、制御信号とデータをIEEE802.11a、IEEE802.11b、IEEE802.11g等で代表される規格に準拠した送受信機で行っていた。

従来の、図2(a)〜(c)で示した検波器は平面回路で構成されるため、立体回路のＮＲＤガイドで伝送されてきたＲＦ信号を検波するには信号を平面回路に導入せざるを得ない上に、ミリ波帯において平面回路での伝送損失は非常に大きく、さらに立体回路から平面回路への変換部の損失が加わることになるため、検波効率が低くなって実用的では無い。また、ＲＦ入力の検波出力側への漏れを防ぐために平面回路にフィルタが必要となり、実際の回路構成は図2よりも複雑になる。本発明では、これらを解決できるＮＲＤガイド検波器を提案する。

現在実用化されている、無線ＬＡＮシステムにはIEEE802.11a、IEEE802.11b、IEEE802.11g規格等が使われている。IEEE802.11b、IEEE802.11gは２．４ＧＨｚ帯の電波を用い、それぞれ、最高通信速度は１１Ｍｂｐｓ、５４Ｍｂｐｓである。５．２ＧＨｚ帯の電波を使用するIEEE802.11aの最高通信速度も５４Ｍｂｐｓであり、現在実用化されている無線ＬＡＮシステムの最高通信速度は５４Ｍｂｐｓが上限となっている。

上記目的を達成するために、請求項１に記載したＮＲＤガイドと、その誘電体ロッドの端部にチョークパターン付きダイオード検波器を装荷してなるミリ波受信機。

請求項２に記載した、請求項１の検波器にショットキーバリアダイオードを用いることを特徴とするミリ波受信機。

請求項３に記載した、請求項１、２の検波器のダイオードに電圧を印加して検波感度を調整できることを特徴とするミリ波受信機。

請求項４に記載した、請求項１、２、３の検波出力の後段に増幅器を設けて情報処理装置で必要な信号レベルを得られるようにしたことを特徴とするミリ波受信機。

請求項５に記載した、請求項１、２、３、４のミリ波受信機を用いることを特徴とする超高速無線データ受信システム。

請求項６に記載した、請求項１、２、３、４のミリ波受信機をデータ受信機とし、汎用無線端末を制御信号送受信機としたことを特徴とする超高速無線データ通信システム。

請求項７に記載した、エラー訂正あるいはデータ再送機能を持たせたことを特徴とする請求項５、６の超高速無線データ通信システム。

請求項８に記載した、転送データを予めサーバーおよびクライアントＰＣのメインメモリにバッファリングすることを特徴とする請求項５、６、７の超高速無線データ通信システム。

請求項９に記載した、サーバに記録された映像などの大容量データを上記請求項１、２、３、４、５、６、７に記載の送受信機を用いてハードディスクドライブまたはメモリを搭載したクライアントにダウンロードすることを特徴とする超高速ダウンロード装置。

請求項１０に記載した、請求項１、２、３、４いずれかのミリ波受信機をデータ受信機とし、データ転送開始指示を手動で行うことを特徴とする超高速無線データ受信システム。

ゲームソフト、映画ソフト、音楽ソフト等の購入にあたり請求項１、２、３、４いずれかのミリ波受信機をデータ受信機として用いる、請求項１１、１２に記載したソフトの自動販売機。

請求項１の発明によれば、ＮＲＤガイド検波器は簡単な構造でありながら、数１０ｃｍ〜数ｍ程度の近距離においてデジタル振幅変調波の高速受信機として高い性能を持つので、従来のヘテロダイン検波を行う際の局部発振器が不要となり、製造原価の大幅な低減が可能となり、消費電力も大幅に低減され、消費電力の制約が厳しい携帯用通信機器に容易に搭載が可能になると考えられる。

請求項２の発明によれば、ショットキーバリアダイオードは高周波特性に優れているので、高感度のミリ波受信機が実現できる。

請求項３の発明によれば、検波器のダイオードに電圧を印加して検波感度を調整できるので、感度を最適化でき、ミリ波受信機の高感度化が実現できる。

請求項４、５、６の発明によれば、ミリ波受信機の検波出力の後段に増幅器を設けて情報処理装置で必要な信号レベルが得られるので、高信頼度の超高速データ通信システムを構築できる。

請求項７の発明によれば、データ転送中にエラーが生じても、エラー訂正あるいはデータの再送信ができるので、高信頼度の超高速データ通信システムを構築できる。

請求項８の発明によれば、転送データが予めサーバーおよびクライアントＰＣのメインメモリにバッファリングされるので、超高速の無線データ通信システムが実現できる。

請求項９の発明によれば、大容量であっても超高速で簡易にダウンロードできる。

請求項１０、１１、１２の発明によれば、ゲームソフトや映画ソフトや音楽ソフトの自動販売機から携帯端末にデータを超高速で簡易に取り込める。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（実施例１）
図１に示すように、６０ＧＨｚ帯デジタル振幅変調方式ミリ波受信機にＮＲＤガイドを用い、そのＮＲＤガイド終端に図３の検波用ダイオードをインピ−ダンス整合部を挟んで図４のようにＮＲＤガイド端面に配置する。インピ−ダンス整合部には、高誘電率誘電体薄膜や空隙を用いる。このような構造を用いることによってアンテナ部からＮＲＤガイド端面に伝送されてきたＲＦ電力を効率よくダイオードに入力できるため、高い検波効率が得られる。また、図３のダイオードマウント部にチョーク構造を設けることにより、ＲＦの検波出力側への漏れを防ぐことができ、平面回路側にＲＦ侵入防止のフィルタが不要と
なる。図３の検波器の等価回路を図５に示す。

図６に本検波器を用いたＮＲＤガイド受信機の等価回路図を示す。また、実際に試作した受信機の写真を図７に示す。この受信機はデジタル振幅変調された６０ＧＨｚ帯ミリ波を受信することを目的とするものであり、検波器の出力をＡＣ結合として、その後段にベースバンド帯域の増幅器を設けている。本受信機を送信機から約５０ｃｍ離し、ビットレート１．４８５Ｇｂｐｓのデジタル振幅変調波を受信した際のアイパターンを図８に示す。超高速データ通信端末として、実用上十分な受信特性が得られている。

（実施例２）
図９に示すように、サーバー側に６０ＧＨｚ帯デジタル振幅変調方式ミリ波送信機とIEEE802.11規格等準拠の汎用無線端末とを用意して、クライアント側には上記ＮＲＤガイド検波器を用いた６０ＧＨｚ帯ミリ波受信機と汎用のIEEE802.11規格等準拠の汎用無線端末とを用意して、超高速無線データ通信システムを構成する。汎用無線端末として、ＩｒＤＡ規格の赤外線通信端末を用いても良い。

まず、クライアント側からサーバー側に情報ダウンロード要求が汎用無線端末を利用して行われる。サーバー側はこの信号を受けてミリ波送信機を利用して要求されたデータを送信する。次にクライアント側からデータ受信が完了したことを知らせる制御信号が汎用無線端末によりサーバー側に送られる。これにより、データのダウンロード処理が完了する。このようなサイクルを繰り返して、サーバーとクライアントは高速なデータ通信を行う。サーバー側のミリ波送信機から送られてくるデータが一時的に途絶えたり、データ化けしたりしても、クライアント側から再送要求を出さない方式をとれば、データ転送の高速性は保たれる。この場合でも、映像データや音声データであれば、実用上で支障の無い程度の品質で、映像や音声が再生可能である。

（実施例３）
実施例２のサーバー側から転送されるデータが映像データや音声データに限らない場合にはデータの欠落は致命的になるので、データ転送中にエラーが発生したら、エラー訂正が不可欠である。この場合はデータ転送時に転送するデータ容量の情報をサーバー側から汎用無線端末でクライアント側へ知らせておき、クライアント側で受信したデータ容量と比較してデータの欠落があればサーバー側に汎用無線端末で再送要求を送るなどの処理を行う。また、サーバー側から転送するデータに冗長性を持たせて、クライアント側で受信したデータのエラー検査をして、エラーが検出されたら、クライアント側でエラー訂正処
理を行う。

（実施例４）
実施例２あるいは３で、ハードディスク等にデータを格納してあるサーバー側の記憶装置からクライアント側の記憶装置にデータを転送するとき、それぞれのメインメモリに転送データを予めバッファリングしてデータ転送を実行する。そうすれば、通信中に低速なハードディスク等の記憶装置とのデータのやり取りが防止できるので、超高速なデータ通信が実現できる。

（実施例５）
請求項９に記載の超高速ダウンロード装置の実施例としては、図９においてクライアントのＰＣの代わりに、ハードディスクまたはメモリのいずれか、あるいはその双方を搭載して構成される記録装置を用いたものが考えられる。

（実施例６）
ゲームソフトや映画ソフトや音楽ソフトの自動販売機に本発明の超高速データ通信システムを適用して、ソフトの購入者が購入品目を選び、代金を支払い、自動販売機に据え付けられた押しボタンを押すことにより、ミリ波受信機を装備した無線端末にソフトをダウンロードする。前記の無線端末が携帯電話であるときは、購入品目の選択と代金支払いとデータダウンロード開始指示とを携帯電話の押しボタンを押すことで実行しても良い。

本発明の特定の実施形態を詳細に説明してきたが、当業者であれば、上記実施形態をさらに改良、変更、修正ができることは明らかである。本発明の技術的思想または特許請求の範囲に記載の範囲内であれば、このような全ての改良、変更、修正は、本発明に包含されるものと考える。

本発明の実施に掛かるＮＲＤガイド検波器を用いた６０ＧＨｚ帯ミリ波受信機の概念図一般的な検波器の等価回路ＮＲＤガイド検波器ＮＲＤガイド検波ダイオードマウント部の配置図ＮＲＤガイド検波器の等価回路検波器を用いたＮＲＤガイド受信機の回路図試作したＮＲＤガイド受信機約５０ｃｍ離れた地点で、１．４８５Ｇｂｐｓで振幅変調した６０ＧＨｚ帯ミリ波を本発明の実施に掛かるＮＲＤガイド検波受信機で受信した際のアイパターン汎用無線端末とミリ波送受信機を併用した超高速データ通信システムの構成図

符号の説明

１ＮＲＤガイド
２導体板
３誘電体ロッド
４受信アンテナ部
５検波器
６検波用ダイオード
７チョークパターン
８整合部
９チョークパターン
１０誘電体基板
１１サーバー
１２クライアント
１３ミリ波送信機
１４ミリ波受信機
１５サーバー側汎用無線端末
１６クライアント側汎用無線端末

Claims

ＮＲＤガイドと、その誘電体ロッドの端部にチョークパターン付きダイオード検波器を装荷してなるミリ波受信機。
請求項１の検波器にショットキーバリアダイオードを用いるミリ波受信機。
請求項１ないし２の検波器のダイオードに電圧を印加してなるミリ波受信機。
請求項１、２、３いずれかの検波出力の後段に増幅器を設けたミリ波受信機。
請求項１、２、３、４いずれかのミリ波受信機を用いた超高速無線データ受信システム。
請求項１、２、３、４いずれかのミリ波受信機をデータ受信機とし、汎用無線端末を制御信号送受信機とした、超高速無線データ通信システム。
エラー訂正あるいはデータ再送機能を持たせた請求項５、６いずれかの超高速無線データ通信システム。
転送データをサーバーおよびクライアントＰＣのメインメモリにバッファリングする請求項５、６、７いずれかの超高速無線データ通信システム。
サーバに記録された映像などの大容量データを上記請求項１、２、３、４、５、６、７に記載の送受信機を用いてハードディスクドライブまたはメモリを搭載したクライアントにダウンロードする超高速ダウンロード装置。
請求項１、２、３、４いずれかのミリ波受信機をデータ受信機とし、データ転送開始指示を手動で行う超高速無線データ受信システム。
ゲームソフト、映画ソフト、音楽ソフト等の娯楽情報の保管庫からデータを購入するとき、請求項１、２、３、４いずれかのミリ波受信機をデータ受信機として用い、購入指示を手動で行うソフトの自動販売機。
請求項１０の購入指示が携帯電話の押しボタンで実施されるソフトの自動販売機。