KR100555087B1 - 초광대역수신기 - Google Patents

Abstract

초광대역(UWB) 수신기는 증폭기(18)에 연결된 샘플러(10)를 갖고 스트로브된 입력선(14)을 이용한다. 차동 구성(18)에 있어서, +UWB 입력(14a)는 별도의 안테나 또는 다이폴 안테나의 두 절반들에 연결된다. 2개의 입력선(14)은 매우 낮은 듀티비 사이클을 갖는 게이팅 펄스에 의해 공통 스트로브되는(12) 샘플러(10)를 포함한다. 싱글 엔디드 구성에 있어서는 단 하나의 스트로브 입력선과 샘플러가 이용된다. 이 샘플들은 고감도 및 비상관 신호들의 양호한 제거를 위해 10,000개 펄스까지 적분 또는 평균한다.

Description

초광대역 수신기

본 발명은 전기신호 전송 및 수신에 관한 것으로, 특히 초광대역 수신기에 관한 것이다.

최근 고해상의 레이다 및 스프레드-스펙트럼 통신에 많은 주목을 받고 있는 초광대역(ultra-wideband : UWB)통신의 한 형태로는 반송 주파수가 없는 전기 임펄스의 직접 방사를 들 수 있다. 임펄스는 넓은 주파수 스펙트럼을 포함하고 있기 때문에, 임펄스성 송신기를 사용하는 레이다 및 라디오는 그 스펙트럼이 본래 넓으며 또한 주파수 도메인 채널선택보다는 타임 도메인 채널선택에 의해 혼잡한 공중파의 사용을 현저히 증가시킬 가능성이 있다. 임펄스 시스템은 또한 간단한 하드웨어로 구성될 수 있다.

최근, UWB시스템의 개발 및 상업화의 일차적 한계는 적절한 하드웨어가 없다는 것이었다. 비록 UWB 임펄스 소스 및 안테나가 현재 많은 주목을 받고 있지만 UWB 수신기는 아직 가상적 개발 상태이다.

종래의 수신기들은 상용의 과도적인 디지타이저 및 반복 샘플링 오실로스코프로만 구성되며, 이들은 고가(＄3OK-＄100K), 불량한 감도(수밀리볼트), 낮은 반복율(10Hz-50kHz), 및 대형으로 되는 문제가 있다.

발명의 요약

따라서, 본 발명의 목적은 UWB 수신기를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 간단하고, 컴팩트하며, 저가이고, 고감도의 수신기를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 높은 반복율, 낮은 피크출력의 UWB 수신기를 제공하는 것이다.

본 발명의 UWB 수신기는 바람직한 차동 실시예 및 대안적인 싱글 엔디드 실시예로 이루어진다. 어떤 실시예도 전압 모드 또는 전류모드로 동작하도록 구성될 수 있다. 차동 실시예에 있어서, 포지티브 및 네가티브 입력들이 차동 증폭기에 공통으로 스트로브된다. 스트로브 펄스폭은 일반적으로 매우 소량의 스트로브 펄스 반복 간격으로 된다. 공통 싱글 엔디드 펄스발생기에 의해 구동되는 두 개의 싱글 엔디드 샘플러의 출력들은 차동증폭기에 입력된다. 싱글 엔디드 실시예에 있어서는 단지 하나의 스트로브된 입력만 증폭기에 인가된다. 상기 샘플러는 고감도 및 비상관 신호들의 양호한 리젝션을 달성하기 위해 10,000개의 펄스까지 적분 또는 평균한다.

본 발명은 UWB 신호의 수신을 위해 특별히 설계된 수신기이다. 본 수신기는 간단하고 컴팩트하며 저가(~＄10)이고, 고감도(~1 μ V)이다. 또한, 본 수신기는 높은 반복율(＞10MHz)로 동작하며 우수한 시스템 노이즈 제거 특성을 갖는다.

UWB 수신기의 다른 특징은 두 개이상의 안테나들간의 신호차를 검출하고, 안테나 어레이를 사용하여 시스템을 간단히 하는 것이다. 이 특징은 네트웍 아날라이저 마이크로파 방향성 검출기에도 사용할수 있다.

본 발명의 주목적은 높은 반복율, 낮은 피크 출력의 UWB 시스템을 제공하는 것이다. 피크출력 레벨을 낮은 실용레벨로 유지하면서 실질적인 평균 과도출력 레벨을 발생하기 위해서는 고반복율 시스템이 사용될 수 있다. 랜덤 또는 디더(dither)상태의 펄스 반복 간격(Pulse Repetition Interval : PRI)과 조합되었을때, UWB 방사 스펙트럼은 간섭 감소를 위해 열노이즈와 유사한 점까지 전파될 수 있다 본 발명의 고감도는, FCC, OSHA, 및 EPA 승인을 보증하는 출력레벨인, 많은 상용 장치에 대한 평균 송신출력이 1μ W이하로 경감될 수 있도록 한다.

제 la-d도는 4개의 기본 UWB 수신기를 도시한 것이다.

제 2a도는 차동 UWB 수신기의 블럭도이다.

제 2b도는 차동 UWB 수신기의 개략도이다.

제 3a도는 제 2도에서 C1과 D1의 접합점에서 시뮬레이트된 적분 검출전압 파형도이다.

제 3b도는 제 3a도의 파형의 확대도이다.

제 3c도는 D1을 통하는 전류를 도시한 것이다.

제 4도는 5mV 입력단계에 대해 C1, D1의 접합점에서의 검출전압 응답을 도시한 것이다.

제 5도는 종래 샘플러의 개략도이다.

제 6도는 주파수대 바이어스전압 변동의 제거를 도시한 것이다.

제 7도는 2개 안테나 이상의 접속을 보인 개략도이다.

제 8도는 싱글 엔디드 UWB 수신기의 개략도이다.

제 9a,b도는 싱글 연산 증폭기 수신기/경보기의 전압과 전류 모드 구성을 보인 개략도이다.

제 1a도 내지 1d도에 4개의 기본적 초광대역(UWB) 수신기가 도시되어 있다. 제 1a도의 전압 모드 차동 구성에 있어서는, +(포지티브) 및 -(네가티브) 입력단자들이 직렬 커패시터 및 저항기(C1-R1, C2-R2)를 통해 차동증폭기(A)의 + 및 - 입력에 접속된다. 입력 채널들은 다이오드(D1,D2)를 통해 공통으로 스트로브되어 있다. 스트로브 선은 필요할 경우 펄스 정형을 위한 커패시터(Cs)를 포함할 수도 있으며, 저항기(RT)에서 종단된다. 커패시터(C1과 C2)는 전하보유 커패시터로 작용한다. 저항기(R1과 R2)는 스트로브 펄스가 증폭기 입력단자들에서 나타나지 않도록 하며, 또한 커패시터(C3,C4)에 의해 그라운드에 션트되지 않도록 한다. 병렬 저항 및 커패시터(R3-C3, R4-C4)가 또한 각 증폭기 입력으로부터 그라운드에 접속되어 있는데, 커패시터(C1,C2)에 걸린 전압에 대한 적분기로 작용한다. 제 1b도의 교류 모드 차동 수신기에 있어서는, + 및 - 입력단자들이 C1-R1, C2-R2를 통해 그리고 차동증폭기 및 차동 트랜스임피던스 증폭기를 구성하는 부가적 연산증폭기들(A1,A2)을 통해 차동증폭기(A3)에 접속된다. 전류 모드는 고누설 전류의 다이오드 또는 고감도 시스템에 바람직하다. 전압모드에 있어서, 전압은 C1, C2에서 생성된다 전류모드에 있어서는, C1, C2상의 전하가 트랜스임피던스 증폭기에 의해 즉시 블리드오프되어 피드백 루프의 적분 커패시터에 축적된다. 제 1c도와 1d도의 싱글 엔디드 전압 및 전류모드 수신기는 증폭기(A)에 접속된 하나의 스트로브된 입력선만 갖는다. 단일 입력단자가 C1-R1을 통해 제 1c도에서 A의 + 입력에, 또한 제 1d도에서 A의 -입력단자에 연결된다. A의 다른 입력단자는 기준선으로서 접지되어 있다. 이에 따라, 차동 증폭기는 그라운드가 증폭기의 기준으로서 사용될 수 있기 때문에 SE 구성으로 할 필요가 없다.

제 2a도에서 본 발명의 차동 UWB 수신기의 블럭도는 공통 구동되는 두 개의 적분싱글 엔디드(SE) 샘플러(10a,b)를 나타낸다. 싱글 엔디드란 차동적으로 대향된 싱글 입력 및 출력선(14a,b 및 16a,b)또는 미러 이미지형태로 신호 또는 펄스파형을 수반하도록 두 라인을 사용하는 평형 구조를 의미한다. SE 샘플러(10a,b)의 출력은 + UWB입력과 - UWB입력간의 검출된 차를 나타내는 싱글 출력을 얻기위해 차동 증폭기(A)(18)에서 결합된다. 펄스발생기(12)는 샘플러(10a,b)에 게이팅 펄스를 제공한다. 이 게이팅 펄스는 일반적으로 예컨대 PRI의 10-3 내지 10-6과 같은 펄스 반복 간격(PRI)보다 짧은 폭을 갖는다. 전형적인 게이팅 펄스폭은 약 5 ps 내지 약 5ns 및 약 100ns 내지 100 μ s의 PRI이다. 펄스들의 수는 샘플러들에 의해 평균 또는 적분된다. 전형적인 펄스들의 수는 적용에 따라 2 내지 10,000의 범위에서 적분된다.

이 구조는 IF(중간주파수) 또는 베이스밴드에서 차동동작을 행한다. 차동동작의 주파수는 회로 부품, 즉 커패시터와 저항의 값에 의해 결정된다. 베이스밴드는 변조와 같은 주파수, 또는 정보 수반 주파수에 관련된다. 많은 UWB 시스템에 있어서 , 수신기에 대한 UWB 입력은 수 GHz에 걸치는 반면, 베이스밴드 출력은 단지 수 kHz에 걸칠 수 있다.

UWB 주파수보다는 베이스밴드에서 차동 동작을 행하는 것이 더욱 용이하다. 차동 동작은 두 개의 별도 안테나와 UWB 신호들을 비교하거나, 또는 다이폴 안테나의 두 절반들에서 입력들을 결합함으로써, 광대역 밸런 트랜스(wideband balun transformer)의 필요성을 제거한다. 보다 중요한 것은 바이어스 전압과 같은 SE 샘플러에 의해 생성된 공통전압이 배제된다는 것이다.

제 2b도에 바람직한 실시예의 개략도를 보였다. +UWB신호와 펄스발생기(스트로브) 입력들은 라인의 특성 임피던스와 같은 저항기(RT)에 의해 구획되는 전송선(22a,b 및 24)을 통해 회로에 연결된다.

+UWB 입력은 라인 22a, 커패시터 C1 및 저항 R1을 통해 제 1 연산 증폭기(A1) 26a의 +입력에 연결된다. -UWB 입력은 라인 22b, 커패시터 C2 및 저항 R2를 통해 제 2 연산증폭기(A2) 26b의 +입력에 연결된다.

커패시터 C1,C2는 동일 치 및 형태의 신호적분기로 되는 바, 즉 시정수 RT^*C1은 펄스발생기에 의해 제공된 샘플링 게이트폭보다 실질적으로 크며, C1,C2의 방전시간은 펄스발생기의 펄스 반복 간격(PRI) 보다 크다. C1,C2의 방전시간은 증폭기 A1,A2의 입력에서 +바이어스 전압까지 연결된 R3,R4를 통해 제공된 전류에 의해 설정된다. R3,R4는 MΩ 범위에서 전형적인 값들을 취하며 C1,C2는 전형적으로, 0.1ns의 펄스 발생기 펄스폭 및 1μ sec의 PRI에 대해, 0.01μ F로 될수 있다.

저항기 R1,R2는 증폭기 A1,A2로 부터 UWB 주파수를 분리시킨다. 이들 값은 RT에 비해 높아야 하나, 노이즈 특성이 저하되도록 높아서는 안된다. 전형적인 값은 10kΩ이다. R1,R2와 A1,A2의 입력저항의 곱은 펄스발생기 펄스폭에 비해 높아야 한다.

또한, 커패시터 C3,C4는 분리를 향상시키고, 특성을 불규칙하게 할 수 있는 UWB 입력으로 부터의 무선주파수가 증폭기 입력에 나타나지 않도록 하기 위해, A1,A2의 펄스 입력에서 그라운드까지 위치될 수 있다. 검출된 베이스밴드 전압만 증폭기 입력에 나타나야 한다.

A1의 출력은 직렬 C5및 R5를 통해 제 3 연산증폭기(A3)(18)의 네가티브 입력에 연결된다. A2의 출력은 A3의 +입력에 연결된다. A3의 출력은 병렬 C6,R6을 통해 그의 네가티브 입력에 다시 접속된다. A1, A2의 출력은 병렬 접속 C7,R7을 통해 그의 네가티브 입력에 다시 접속된다. A1, A2의 네가티브 입력은 또한 직렬 C8및 R8을 통해 함께 접속된다. 증폭기 A1, A2, A3는 표준 고입력 입피던스의 풀 차동증폭기, 즉 제 2a도의 차동증폭기(A)(18)를 형성한다. 이 실시예에서, A1, A2 및 A3는 텍사스 인스트루먼트제의 부품번호 TLO-74의, 싱글 칩에 내장된 J-FET 입력 연산증폭기이며, C5-R5 및 C6-R6은 베이스밴드 밴드패스 필터로서, 각각 또는 조합되어 미분기 또는 적분기로 기능한다.

한 쌍의 다이오드 D1,D2는 C1과 R1간의 접합점에서 C2와 R2간의 접합점까지 직렬 캐소드 대 캐소드접속된다. 펄스발생기 입력전송선(24)은 D1과 D2간의 접합점에 접속된다.

제 2b도에서 다이오드 D1,D2의 극성과 조합된 바이어스(+바이어스) 및 게이트펄스의 극성은 실질적인 성능 변화없이 반전될 수 있다. 또한, Dl과 Cl은 실질적인 같은 성능으로 D2,C2와 대체될 수 있다.

수신기로서, 본 발명은 고감도, 고이득, 고선택도를 제공한다. 고감도는 하이레벨의 신호적분 및 높은 검출 능률을 통해 달성된다. 고감도는 외래 잡음원이 펄스적분을 통해 제거되었을때만 실용적이다.

고이득은 베이스밴드 차동증폭기에 의해 제공되며, 이 차동증폭기는 많은 경우에 저가의 연산증폭기로 구성될수 있다.

고선택도는 하이레벨의 시간 코히런트, 반복 신호 샘플링 및 평균화를 통해 달성된다. 또한, PRI 디더링(dithering) 또는 의사랜덤 PRI 변조와 조합되었을때, 외래 신호가 더욱 완전히 "평균화(averaged-out)"된다. 이를 위해, UWB 수신기는 PRI가 변조시 외래 출력들을 생성하면 않된다. 상용의 샘플링 오실로스코프와 같은 종래의 샘플러들은 PRI 변도에 대해 낮은 허용도를 나타내며, 즉 이들은 지터를 보이며, 또한, 20μ sec보다 짧은 PRI에서 동작할 수 없다. 본 발명에 있어서, 최소 PRI는 펄스발생기에 의해서만 제한되며, PRI 변동은 차동증폭기의 공통 모드 리젝션에 의해 제거된다.

제 3a도는 0.1 μ sec의 PRI 및 0.2ns의 펄스폭으로 C1 및 D1의 접합점에 나타나는 적분된 검출전압 파형의 수치 시뮬레이션을 보인다. 평균 바이어스 레벨이 100mV이나, 이 레벨은 펄스발생기의 적용없이 ∼500mV로 된다. 이에 따라, 평균 정류된 게이트 펄스 발생기 신호는 -400mV이다. 제 3b도는 평균 바이어스 레벨에 대해 확대한 제 3a도의 파형도로, C1의 전압이 펄스발생기 스파이크들간에 경사를 이루는 것을 볼 수 있다. 이는 제 23b도에서 R3를 흐르는 바이어스전류 때문이다.

제 3c도는 0.2ns의 펄스폭 및 0.1μ sec의 PRl에 대해 D1을 통하는 전류의 시간 척도 확대도이다. 다이오드전류는 ∼0.2ns동안 흐르며, 그 기간은 C1의 충전과 방전율 및 인가된 펄스폭에 관련된다.

제 3a도의 파형은 게이트펄스 발생기 입력과 신호입력간의 차의 적분 평균을 개략 도시한 것이다. 또한, 평균화는 차동증폭기 또는 차동증폭기 후단에 위치된 저역 통과필터에서 일어나며, UWB 입력이 인가되지 않을때 스무드한 레벨로 된다.

제 4도는 제 3도와 비슷하게, C1, D1의 접합점에 나타나는 전압의 확대도이다. 시간 t=0에서, 평균전압은 106mV이고 +5mV 스텝이 +UWB 입력에 인가된다. 평균치는 -5mV로 변화한다. 마이너스 사인은 게이트 펄스가 통과한 후, UWB 입력 펄스가 +5mV 레벨에서 0.0V로 되기 때문에 C1,D1에서의 전압이 네가티브로 구동하는 것으로 된다. 이 검출기는 UWB 입력에서 검출 출력까지 거의 100%의 전압 크기 전송효율을 갖는다.

종래의 샘플러들은 매우 낮은 전압전송 효율을 갖는다. 제 5도는 한 쌍의 평형 스트로브 전송선 T1,T2에 의해 구동되는 종래 샘플러들을 나타낸다. 4개의 전 다이오드가 T1,T2상의 펄스에 의해 도통되어 구동되면, 소스 임피던스 Z 및 다이오드 저항 Rd와 조합된 T1,T2의 임피던스의 션트효과가 홀드 커패시터 CHold를 충전시키도록 입력전압 전송의 전압분할을 일으킨다. 정미 효율은 ∼25%로 될 수 있다. 후단 검출 노이즈는 전체 노이즈를 좌우하기 때문에, 낮은 검출 효율은 약한 신호에 대한 신호 대 잡음비가 불량한 것을 의미한다.

대칭에 의해, 제 2b도의 C1,D1의 접합점에 나타난 전압은 UWB 입력이 없을때 C2,D2의 접합점에도 나타난다. 이들 전압이 같을 경우, 이들은 차동 증폭기에 의해 제로로 미분된다. 이에 따라, PRI에 의해 야기된 검출전압의 변동, 게이트펄스크기나 폭의 변동, 및 바이어스 공급의 변동이 제거된다.

제 6도는 C1,C2의 값들에 있어서 1% 오정합에 대한 바이어스 전압 제거 대 주파수를 보인 것이다. 모든 성분이 완전히 매칭되면, 제거는 전형적으로 100dB인, 차동 증폭기의 공통모드 제거비에 의해 제한된다. 실제로, 완전한 회로에 대한 40dB의 제거가 일반적이다. 반대로, 예컨대 제 5도에 보인 바와 같이 종래 샘플러에서 발견되는 최광 대역 밸런(balun)은 게이트펄스 변동을 단지 20dB만 제거할 수 있다. 바이어스 및 게이트 펄스 변동의 제거는 1μ V 정도로 UWB 입력펄스를 검출할때 특히 중요하다. 단지 20dB의 제거로서는 10μ V의 바이어스 변동이 1μ V UWB 신호 입력으로 나타난다.

본 발명의 위상은 미분 연산의 이점을 유지하면서 간단히 된 신호 결합을 제공한다. 이 특징은 합성빔 형성 및 이미징 레이다에 대한 안테나 어레이 시스템에 사용된다.

각 입력, +UWB,-UWB는 안테나 피드선에 접속될 수 있으며, 싱글 다이폴 안테나의 두 개의 절반들을 결합하기 위해서는 차동 구성이 이상적이다. 공통 UWB 안테나는 테이퍼상의 슬롯 안테나이며, 이 안테나는 통상적으로 밸런스를 유지하도록 광대역 밸런 트랜스를 통해 동축 전송선에 연결되어야 하는 두 개의 절반들을 가지며 이에 따라 피드선의 방사 또는 픽업을 방지한다. 본 발명은 +UWB,-UWB 입력을 두 개의 동축 케이블을 통해 상기 두 개의 절반들에 연결하거나, 이상적으로는 안테나와 UWB 수신기를 공동 위치시키고 동축 케이블을 두 수신기 입력에 대한 두 개의 다이폴 절반들의 직결로 대체함으로써 광대역 밸런의 필요성을 제거한다. 밸런들은 현재 본 발명에 의해 제공된 광대역폭 및 고레벨의 밸런스로 실현하기가 불가능하다.

제 7도는 공통 펄스 발생기로 부터 구동되는 부가적 SE 검출기를 사용하여 두 안테나 이상을 접속하는 간단한 구성을 보여준다. 채널(30a)이 기준채널(REF) 또는 UWB CHO로 되고 채널(30b,c)이 UWB CH1 및 CH2로 될 수 있는 3개의 채널 30a,b,c가 도시되었다. 각 채널은 각각의 안테나 32a,b,c(ANT.0,1,2)에 연결된다. 각 채널은 저항기 RT에서 종단되는 입력 전송선(34a,b,c)을 갖는다. 각 입력 선(34a,b,c)은 직렬 커패시터 C1과 저항기 R1을 통해 연산증폭기(36a,b,c)의 +입력에 연결된다. 상기 증폭기(36a,b,c)의 +입력은 저항기(R2)를 통해 +바이어스 전압에도 연결된다. 각 채널상의 C1과 R1간의 접합점은 다이오드(D1)를 통해 게이트펄스 입력선(38)에 연결된다. 상기 각 증폭기(36a,b,c)의 출력은 저항기(R3)를 통해 증폭기의 -입력에 다시 연결된다. 상기 증폭기(36a)의 -입력은 베이스밴드 합산선에도 연결되며, 반면에 증폭기(36b,c)의 -입력은 직렬 저항기 R4와 커패시터 C2로 표시된 임피던스를 통해 선 40에 연결된다. 어떤 경우, 커패시터 C2는 생략될 수 있다. 비록 3개의 채널만 도시했으나, 부가적 채널이 첨가 될 수 있다. 테스트와 수치적 시뮬레이션은 크기에 있어서 수 볼트의 50Ω 게이트펄스 발생기가 ∼10SE 검출기를 구동할 수 있다는 것을 나타낸다. 크기가 클수록 많은 검출기들이 구동될 수 있다. 이 기술은 출력합산 및 각종 UWB 안테나 입력들의 출력합 및 차로서 제공된다. 이는 제 2도의 실시예들을 단순화하며 동시에 바이어스 및 게이트 펄스 변동의 높은 제거를 유지한다.

제 2b도에 보인 -UWB입력 및 조합된 회로는 제 8도에 보인 SE 검출기를 형성하기 위해 제거될 수 있다. 상기 회로는 증폭기(26b)에 대한 증폭기(26a,28)의 접속이 그라운드에 대한 접속으로 대체된 것을 제외하고 제 2b도와 동일하다. 일반적인 SE 전압 및 전류모드 구성을 제 1c,d도에 보였다. 이 구성은 비디더상태의 고신호 레벨 적용에 유용하다. 일차적 제한은 게이트 발생기폭, 진폭, 및 PRI의 변동이 검출된 UWB 신호출력에 중첩되어 나타나는 것이다. 그럼에도 불구하고 상기 SE 구성은 매우 낮은 가격의 센서, 예컨대 쇼트레인지의 UWB 레이다 은폐물 탐지기에 적용할 수 있다.

제 9a도에 보인 바와 같이, 수신기/경보기 회로는 싱글 동작 증폭기, 예컨대 15인치 와이어 안테나에 연결된 TLC 27L2로 형성된다. 게이팅 펄스는 74HCO4 CMOS 인버터로 부터 다이오드 1N5711을 통해 입력 채널에 인가된다. 전형적인 게이트펄스는 1V, 2ns폭이다. 해당 전류 모드회로를 제 9b도에 도시했다.

본 발명은 임펄스 레이다에 사용하여 널리 사용될 수 있다. 비밀 경보 및 자동차의 충돌범위의 감지, 운동 및 속도; 로보트 제어 및 유체레벨 감지; 메디칼 이미징, 표면밑 이미징, 비파괴 측정(NDE) 및 비밀 이미징에도 특별히 적용할 수 있다.

본 발명에 의한 UWB 이동 감지기는 함께 출원된 미합중국 특허출원 IL-9092, RL-12,055, S-77,732, 명칭 "초광대역 레이다 이동 감지기"에 기술되어 있다.

본 발명은 우수한 전파특성의 스펙트럼 통신 수신기를 제공한다. 본 발명의 고검출 효율은 종래 샘플러와 달리 저잡음 특성을 보이며, 임펄스성 스프레드-스펙트럼 시스템의 기본 특성인 변조된 PRI에 의해 야기되는 수차를 제거한다. 임펄스성 스프레드-스펙트럼 시스템의 1예는 직접 디지탈, 또는 시간영역, 수백만 채널의 채널선택을 갖는 코드없는 전화기에 적용되며, 이에 따라 도청을 거의 불가능하게 하면서 보다 많은 스펙트럼 사용을 제공한다.

본 발명은 트랜스포머 또는 밸런을 필요로 하지 않기 때문에, 모노리식 집적에 적합하다. 본 발명은 싱글 칩, 저가 임펄스 레이다 및 스프레드-스펙트럼 통신에 유용하다.

본 발명은 상기와 같이 특정 실시예를 참조하여 설명했으나 이에 한정되지 않으며 첨부된 특허청구범위에 의해서만 한정될 것이다.

미합중국 정부는 로렌스 리버모어 국립 실험실의 운영에 대하여 캘리포니아 대학과 미합중국 에너지부 사이에 체결된 계약 제 W-7405-ENG-48호에 따라서 본 발명에 권리를 가진다.

Claims (28)

1. 초광대역(UWB) 수신기에 있어서,

   한 쌍의 입력을 갖는 차동 증폭기;

   상기 증폭기의 하나의 입력에 접속된 입력 채널;

   상기 증폭기의 다른 입력에 접속된 제2 입력 채널; 및

   상기 양 입력채널에 접속되어, 상기 양 채널을 동시에 스트로브하는 스트로브 수단을 포함하는 초광대역 수신기.
2. 제 1항에 있어서, 상기 입력채널들은 적분 싱글 앤디드 샘플러인 초광대역 수신기.
3. 차동 증폭기;

   상기 증폭기의 하나의 입력에 접속되며, 제1 샘플링 수단을 가지는 제1 입력 채널;

   상기 증폭기의 다른 입력에 접속되며, 제2 샘플링 수단을 가지는 제2 입력 채널; 및

   상기 양 샘플링 수단에 접속되어 양 채널을 동시에 스트로브하는 스트로브 수단을 포함하는 초광대역 수신기.
4. 상기 전항들중 어느 하나의 항에 있어서, 각 입력채널에 차동 트랜스임피던스 증폭기가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 초광대역 수신기.
5. 상기 제1항 내지 제3항중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 스트로브 수단은 다이오드를 통해 각 입력채널에 접속되는 것을 특징으로 하는 초광대역 수신기.
6. 상기 제1항 내지 제3항중 어느 하나의 항에 있어서, 각 입력채널은 직렬 접속된 적분 커패시터 및 주파수 분리 저항기를 포함하는 초광대역 수신기.
7. 제6항에 있어서, 입력채널이 접속된 각 증폭기의 입력으로부터 그라운드로 병렬접속된 제2 저항기와 제2 커패시터를 더 구비하는 초광대역 수신기.
8. 초광대역(UWB) 수신기에 있어서,

   포지티브 UWB 입력선;

   상기 포지티브 UWB 입력선에 접속된 제 1 적분 싱글 엔디드 샘플러;

   네가티브 UWB 입력선;

   상기 네가티브 UWB 입력선에 접속된 제 2 적분 싱글 엔디드 샘플러;

   제 1 샘플러의 출력에 접속된 네가티브 입력과 제 2 샘플러의 출력에 접속된 포지티브 입력을 갖는 차동 증폭기; 및

   공통 게이팅 펄스를 제공하기 위해 양 샘플러들에 접속된 싱글 엔디드 게이트 펄스 발생기를 포함하는 초광대역 수신기.
9. 제 8항에 있어서, 상기 게이트 펄스 발생기는 다이오드를 통해 각 입력선에 접속되는 초광대역 수신기.
10. 제 8항 또는 제 9항에 있어서, 상기 게이트 펄스 발생기는 약 5ps 내지 5ns의 펄스폭 및 약 100ns 내지 100㎲의 펄스 반복 간격을 갖는 게이팅 펄스를 발생하는 초광대역 수신기.
11. 제 8항 또는 제9항에 있어서, 포지티브 및 네가티브 UWB 입력선에 접속되는 다이폴 안테나를 더 구비하는 초광대역 수신기.
12. 제 8항 또는 제9항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 샘플러는 중간주파수(IF) 또는 베이스밴드 주파수에서 동작하는 초광대역 수신기.
13. 제 8항 또는 제9항에 있어서, 각 샘플러는,

    적분 커패시터; 및

    주파수 분리 저항기를 포함하고,

    상기 커패시터와 저항기는 상기 차동 증폭기의 포지티브 입력에 직렬 접속되는 초광대역 수신기.
14. 제 13항에 있어서, 게이트 펄스 발생기가 상기 적분 커패시터와 분리 저항기간의 접합점에 접속되는 초광대역 수신기.
15. 제 14항에 있어서, 게이트 펄스 발생기와 상기 접합점간에 접속된 다이오드를 더 구비하는 초광대역 수신기.
16. 제 15항에 있어서, 각 샘플러는,

    차동증폭기의 포지티브 입력으로부터 바이어스 전압까지 접속된 저항기; 및

    차동증폭기의 포지티브 입력으로부터 그라운드로 접속된 분리 커패시터를 포함하는 초광대역 수신기.
17. 다중입력 초광대역(UWB) 수신기에 있어서,

    둘 이상의 입력선;

    각각 포지티브 입력과 네가티브 입력을 가지며, 또한 각각 포지티브 입력이 대응하는 입력선에 접속된 다수의 차동증폭기;

    각 입력선의 입력에 접속된 다수의 안테나;

    각 입력선을 동시에 스트로브하도록 각 입력선에 접속된 게이트펄스선; 및

    상기 증폭기중 하나의 네가티브 입력에 직접 접속되며, 임피던스를 통해 다른 증폭기의 네가티브 입력에 접속되는, 베이스밴드 합산선을 포함하는 다중입력 초광대역 수신기.
18. 제 17항에 있어서, 각 입력선은 직렬 커패시터 및 저항기를 포함하며, 상기 게이트 펄스선은 다이오드를 통해 그 사이의 접합점에 연결되고, 병렬 저항기가 증폭기의 포지티브 입력으로부터 바이어스 전압까지 연결되는 다중입력 초광대역 수신기.
19. 초광대역 수신기에 있어서,

    스트로브 수단;

    상기 스트로브 수단에 접속되어, 캐리어 없이 전기적인 펄스를 구성하는 광대역 신호를 적분 및 샘플링하는 제1 적분 샘플러;

    상기 스트로브 수단에 접속된 제2 적분 샘플러; 및

    2개의 입력을 가지는 차동증폭기로서, 하나의 입력은 상기 제1 적분 샘플러에 접속되고 다른 입력은 상기 제2 적분 샘플러에 접속되어, 상기 광대역 신호를 검츨하는 차동증폭기를 포함하고,

    상기 스트로브 수단은 양 적분 샘플러를 동시에 스트로브하는 초광대역 수신기.
20. 상기 제4항에 있어서, 상기 스트로브 수단은 다이오드를 통해 각 입력채널에 접속되는 것을 특징으로 하는 초광대역 수신기.
21. 상기 제4항에 있어서, 각 입력채널은 직렬 접속된 적분 커패시터 및 주파수 분리 저항기를 포함하는 초광대역 수신기.
22. 상기 제5항에 있어서, 각 입력채널은 직렬 접속된 적분 커패시터 및 주파수 분리 저항기를 포함하는 초광대역 수신기.
23. 제 10항에 있어서, 포지티브 및 네가티브 UWB 입력선에 접속되는 다이폴 안테나를 더 구비하는 초광대역 수신기.
24. 제 10항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 샘플러는 중간주파수(IF) 또는 베이스밴드 주파수에서 동작하는 초광대역 수신기.
25. 제 11항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 샘플러는 중간주파수(IF) 또는 베이스밴드 주파수에서 동작하는 초광대역 수신기.
26. 제 10항에 있어서, 각 샘플러는,

    적분 커패시터; 및

    주파수 분리 저항기를 포함하고,

    상기 커패시터와 저항기는 상기 차동 증폭기의 포지티브 입력에 직렬 접속되는 초광대역 수신기.
27. 제 11항에 있어서, 각 샘플러는,

    적분 커패시터; 및

    주파수 분리 저항기를 포함하고,

    상기 커패시터와 저항기는 상기 차동 증폭기의 포지티브 입력에 직렬 접속되는 초광대역 수신기.
28. 제 12항에 있어서, 각 샘플러는,

    적분 커패시터; 및

    주파수 분리 저항기를 포함하고,

    상기 커패시터와 저항기는 상기 차동 증폭기의 포지티브 입력에 직렬 접속되는 초광대역 수신기.