超宽带(UWB)链路配置方法和系统技术方案

超宽带(UWB)技术是在很宽的频谱上在短距离内以非常低的功率传输大量数字数据的无线技术。然而，为了支持它们在宽范围应用中的部署，有益的是提供以下解决方案，其中:利用在不同方向上指向的多个定向天线，确保对不期望的信号进行空间滤波，并增加信号强度；利用用于发射分组内的位/符号的多脉冲束的动态配置来提高链路服务质量；利用发射器工作的一个或多个频带的动态配置；以及利用提供全向辐射方向图的天线子系统，其实现提供滤波和巴伦功能，尺寸小，成本低。成本低。成本低。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】超宽带(UWB)链路配置方法和系统
相关申请的交叉引用
[0001]本申请要求于2019年3月18日提交的名称为“超宽带(UWB)链路配置方法和系统(Ultra Wideband(UWB)Link Configuration Methods and Systems)”的美国临时专利申请62/819,841的优先权的权益，该专利申请的全部内容通过引用并入本文。


[0002]本专利技术涉及超宽带无线通信系统，并且更具体地涉及配置用于增强的超宽带无线链路性能的超宽带发射器和接收器以及用于所述通信系统的天线。

技术介绍

[0003]超宽带(UWB)技术是在很宽的频谱上在短距离内以非常低的功率传输作为调制编码脉冲的大量数字数据的无线技术。此类基于脉冲的传输是使用正弦波进行传输的替代方案，该正弦波随后被打开或关闭以呈现数字状态，如在诸如IEEE 802.11(Wi
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Fi)、IEEE 802.15无线个人区域网(PAN)、IEEE 802.16(WiMAX)、通用移动电信系统(UMTS)、全球移动通信系统(GSM)、通用分组无线业务(GPRS)以及那些接入工业、科学和医用(ISM)频带的网络和国际移动远程通信2000(IMT
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2000)的当今无线通信标准和系统中所采用的。
[0004]UWB系统非常适合于各种环境中的短距离应用，诸如图1中所描述的环境，包括由第一住宅环境110所例示的外围和装置互连、由第二住宅环境120所例示的传感器网络、由工业环境130所例示的控制和通信、由医学成像150所例示的医学系统以及由个人区域网(PAN)140所例示的PAN。由于监管机构允许的低发射水平，此类UWB系统倾向于短距离室内应用，但是很明显的是，在放宽此类监管限制和/或不存在此类监管限制的情况下可以考虑多种其他应用，从而解决例如个人、电子装置、控制中心和电子系统之间通信的军事和民用需求。
[0005]因此，对于UWB发射器、UWB接收器和UWB收发器有益的是，利用在不同方向上定向的多个定向天线来确保对不期望的信号进行空间滤波并增加信号强度将。对于多个定向天线进一步有益的是合并集成巴伦(又称为平衡
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不平衡变换器，baluns)。
[0006]对于UWB发射器、UWB接收器和UWB收发器进一步有益的是，利用用于发射分组内的位/符号的多脉冲束的动态配置。此类动态配置用于增强链路服务质量。
[0007]对于UWB发射器、UWB接收器和UWB收发器进一步有益的是，利用发射器操作的一个或多个频带的动态配置。
[0008]对于UWB发射器、UWB接收器和UWB收发器进一步有益的是，利用提供全向辐射方向图的天线子系统，其中该天线子系统具有提供滤波的印刷电路板实现和提供小尺寸和低成本的巴伦功能。
[0009]在结合附图阅读本专利技术的具体实施例的以下描述时，本专利技术的其他方面和特征对于本领域普通技术人员将变得明显。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的是减轻现有技术中与超宽带无线通信系统、更具体地与配置超宽带发射器和接收器以增强超宽带无线链路性能以及用于所述通信系统的天线相关的现有技术中的限制。
[0011]根据本专利技术的实施例，提供一种天线，包括:基板；第一天线结构，形成在基板上，在预定频率范围内操作，包括位于基板的第一表面上的第一图案和形成在基板的与基板的第一表面相对的第二表面上的第一接地平面；第二天线结构，形成在基板上，在所述预定频率范围内操作，包括位于基板的第一表面上的第二图案和形成在基板的第二表面上的第二接地平面；第一馈电结构，电耦接到第一天线结构和第一输入馈电部；和第二馈电结构，电耦接到第二天线结构和第二输入馈电部，其中第一天线结构和第二天线结构相对于基板的轴线相对于彼此成90
°
设置；以及第一输入馈电部和第二输入馈电部对齐并且平行于基板的轴线的两侧设置。
[0012]根据本专利技术的实施例，提供一种用于脉冲无线电的发射器，包括:用于发射的射频(RF)信号发生器，所述RF信号发生器接收要发射的数据信号和由时钟频率表征的时钟信号并耦接到RF天线和控制电路；所述控制电路用于控制发射数据的产生，使得被发射的每位包括由RF信号发生器产生的多个N个脉冲，其中，N个脉冲中的每个脉冲处于多个M个频率中的预定频率，具有预定幅度，并且具有预定脉冲长度；其中，N≥2并且M≥2；M和N是整数；根据时钟频率确定RF信号发生器的脉冲重复率；整数N取决于数据信号的位的持续时间和RF信号发生器的脉冲重复率；多个N个脉冲在数据信号的位的持续时间内被发射，并且包括处于多个M个频率下的脉冲；以及多个N个脉冲在预定频带内。
[0013]根据本专利技术的实施例，提供一种天线子系统，包括:超宽带无线电电路(UWB)，在预定频率范围上提供平衡输出信号；单极天线，具有单端输入，用于在所述预定频率范围上提供全向辐射方向图；和中间电路，包括巴伦和滤波器，用于将UWB无线电电路的平衡输出信号转换为单极天线的单端输入。
[0014]根据本专利技术的实施例，提供一种天线子系统，包括:超宽带无线电电路(UWB)，在预定频率范围上提供平衡输出信号；单极天线，具有差分输入，用于在所述预定频率范围上提供全向辐射方向图；差分低通滤波器，具有差分输入和差分输出，其中差分低通滤波器的差分输出耦接到单极天线的差分输入；和中间电路，包括差分馈电线，用于将UWB无线电电路耦接到差分低通滤波器，中间电路包含陷波滤波器，用于衰减在所述预定频率范围上施加到中间电路的信号的二次谐
波。
[0015]根据本专利技术的实施例，提供一种天线子系统，包括:超宽带无线电电路(UWB)，在预定频率范围上提供平衡输出信号；单极天线，用于在所述预定频率范围上提供全向辐射方向图；差分低通滤波器，具有差分输入和差分输出，其中差分低通滤波器的差分输出的第一输出耦接到单极天线的第一侧，并且差分低通滤波器的差分输出的第二输出耦接到单极天线的第二远侧；和中间电路，包括差分馈电线，用于将UWB无线电电路耦接到差分低通滤波器，中间电路包含陷波滤波器，用于衰减在所述预定频率范围上施加到中间电路的信号的二次谐波。
[0016]通过结合附图回顾本专利技术的具体实施例的以下描述，本专利技术的其它方面和特征对于本领域普通技术人员将变得明显。
附图说明
[0017]现在将参考附图仅通过示例的方式描述本专利技术的实施例，其中:
[0018]图1描绘了根据本专利技术实施例的UWB发射器、接收器和系统的应用；
[0019]图2描绘了根据本专利技术实施例的UWB发射器的框图；
[0020]图3A描绘了根据本专利技术实施例的支持双相相位加扰的UWB发射器的框图；
[0021]图3B描绘了根据本专利技术实施例的采用动态可配置和可编程脉冲序列的UWB发射器的框图；
[0022]图3C示意性地描绘了根据本专利技术实施例的多脉冲符号UWB协议；
[0023]图3D描绘了来自根据本专利技术实施例的UWB发射器的三个本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种天线，包括:基板；第一天线结构，形成在基板上，在预定频率范围内操作，包括位于基板的第一表面上的第一图案和形成在基板的与基板的第一表面相对的第二表面上的第一接地平面；第二天线结构，形成在基板上，在所述预定频率范围内操作，包括位于基板的第一表面上的第二图案和形成在基板的第二表面上的第二接地平面；第一馈电结构，电耦接到第一天线结构和第一输入馈电部；和第二馈电结构，电耦接到第二天线结构和第二输入馈电部，其中第一天线结构和第二天线结构相对于基板的轴线相对于彼此成90
°
设置；以及第一输入馈电部和第二输入馈电部对齐并且平行于基板的轴线的两侧设置。2.根据权利要求1所述的天线，其中，第一天线结构和第二天线结构中的每个包括:环形结构；和环形馈电结构，包括不同的馈电部，所述不同的馈电部包括耦接到环形结构的两端的一对端口。3.根据权利要求1所述的天线，其中，第一输入馈电部和第二输入馈电部均耦接到开关的不同输出端口；开关的输入端口耦接到rat
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race(鼠径)混合巴伦的第一输出端口；rat
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race混合巴伦的一对输入端口耦接到RF信号处理电路的不同端口；以及rat
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race混合巴伦的第二输出端口以预定阻抗端接，从而允许吸收rat
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race混合巴伦的共模。4.根据权利要求1所述的天线，其中，第一天线结构和第二天线结构中的每个包括:环形结构；环形馈电结构，包括耦接到环形结构的两端的差分端口；第一寄生元件，设置在环形结构的中央；第二寄生元件，设置到环形结构的一侧；和第三寄生元件，设置到环形结构的另一侧。5.根据权利要求2所述的天线，还包括以下中的至少一个:短截线滤波器，形成为第一寄生元件内的凹口区域；第一槽线滤波器，形成在第一天线结构的差分馈电部下方的第一接地平面的边缘部分内；和第二槽线滤波器，形成在第二天线结构的差分馈电部下方的第二接地平面的边缘部分内。6.根据权利要求4所述的天线，还包括以下中的至少一个:短截线滤波器，形成为第一寄生元件内的凹口区域；第一槽线滤波器，形成在第一天线结构的差分馈电部下方的第一接地平面的边缘部分
内；和第二槽线滤波器，形成在第二天线结构的差分馈电部下方的第二接地平面的边缘部分内。7.一种用于脉冲无线电的发射器，包括:用于发射的射频(RF)信号发生器，所述RF信号发生器接收要发射的数据信号和由时钟频率表征的时钟信号并耦接到RF天线和控制电路；所述控制电路用于控制发射数据的产生，使得被发射的每位包括由RF信号发生器产生的多个N个脉冲，其中，N个脉冲中的每个脉冲处于多个M个频率中的预定频率，具有预定幅度，并且具有预定脉冲长度；其中，N≥2并且M≥2；M和N是整数；根据时钟频率确定RF信号发生器的脉冲重复率；整数N取决于数据信号的位的持续时间和RF信号发生器的脉冲重复率；多个N个脉冲在数据信号的位的持续时间内被发射，并且包括处于多个M个频率下的脉冲；以及多个N个脉冲在预定频带内。8.根据权利要求7所述的发射器，其中，所述预定频带是发射器的工作频带的多个子频带中的子频带。9.根据权利要求7所述的发射器，其中，所述预定频带是发射器的根据由发射器执行的频谱感测过程建立的工作频带的多个子频带中的子频带；以及频谱感测过程采用由从发射器接收所发射的数据的接收器所建立的服务质量数据。10.根据权利要求7所述的发射器，其中，所述预定频带是发射器的根据由发射器执行的频谱感测过程建立的工作频带的多个子频带中的子频带；以及频谱感测过程采用由网络控制器根据形成网络控制器一部分的第一接收器和与网络控制器通信的第二接收器中的至少一个建立的服务质量数据，第二接收器从发射器接收所发射的数据。11.根据权利要求7所述的发射器，其中，所述预定频带是发射器的工作频带的多个子频带中的子频带；以及发射器以预定顺序在所述多个子频带中的许多子频带之间循环。12.根据权利要求7所述的发射器，其中，所述预定频带是发射器的工作频带的多个子频带中的子频带；控制电路首先以预定顺序在多个子频带的第一子集之间使发射器循环多个循环；以及控制电路然后以预定顺序在多个子频带的第二子集之间使发射器循环多个循环；其中，控制电路根据发射器从第一接收器和包括第二接收器的网络控制器中的至少一个接收的服务质量数据从多个子频带的第一子集改变为多个子频带的第二子集；和第一接收器和第二接收器中的至少一个从发射器接收所发射的数据。
13.根据权利要求7所述的发射器，其中，控制电路控制发射器以第一序列首先发射多个N个脉冲，...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗雷德里克，
申请(专利权)人：多米尼克，
类型：发明
国别省市：