无线传感网络发射机制造技术

本发明专利技术涉及一种无线传感网络发射机，所述发射机包括载波发生器、功率放大器、载波发射天线、传感网络数据接口、数字信号处理模块、数模转换器以及超材料空间调制器，所述超材料空间调制器，能够将所述数模转换器输出的模拟电压信号调制到载波发生器产生的载波信号上，并发出与无线传感网络标准调制方式调制出来的电磁波发射信号相一致的带有基带信息的电磁波。根据本发明专利技术的无线传感网络发射机，由超材料空间调制器取代了现有的发射机中的多个器件，结构非常简单，并且可以有效降低非线性失真。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无线通信领域，更具体地说，涉及一种无线传感网络发射机及具有该发射机的无线传感网络系统。
技术介绍
传感器网络是由许多在空间上分布的自动装置组成的一种计算机网络，这些装置使用传感器协作地监控不同位置的物理或环境状况(比如温度、声音、振动、压力、运动或污染物)。无线传感器网络的发展最初起源于战场监测等军事应用。而现今无线传感器网络被应用于很多民用领域，如环境与生态监测、健康监护、家居自动化以及交通控制等。 传感器网络的每个节点除配备了一个或多个传感器之外，还装备了一个无线电收发器、一个很小的微控制器和一个能源(通常为电池)。单个传感器节点的尺寸大到一个鞋盒，小到一粒尘埃。传感器节点的成本也是不定的，从几百美元到几美分，这取决于传感器网络的规模以及单个传感器节点所需的复杂度。传感器节点尺寸与复杂度的限制决定了能量、存储、计算速度与带宽的受限。传感器网络主要包括三个方面感应，通讯，计算(硬件，软件，算法)。其中的关键技术主要有无线数据库技术，比如使用在无线传感器网络的查询，和用于和其他传感器通讯的网络技术，特别是多次跳跃路由协议。例如摩托罗拉使用在家庭控制系统中的ZigBee无线协议。传感器网络有着许多不同的应用。在工业界和商业界中，它用于监测数据，而如果使用有线传感器，则成本较高且实现起来困难。无线传感器可以长期放置在荒芜的地区，用于监测环境变量，而不需要将他们重新充电再放回去。传感器网络的应用包括视频监视，交通监视，航空交通控制，机器人学，汽车，家居健康监测和工业自动化。在环境监控中一个典型的应用就是传感网(Sensor Web，或SW)。无线传感网络典型的标准为IEEE802. 15.4，即IEEE用于低速无线个人域网(LR-WPAN)的物理层和媒体接入控制层规范。该协议能支持消耗功率最少，一般在个人活动空间(IOm直径或更小)工作的简单器件。支持两种网络拓扑，即单跳星状或当通信线路超过IOm时的多跳对等拓扑。但是对等拓扑的逻辑结构由网络层定义。LR-WPAN中的器件既可以使用64位IEEE地址，也可以使用在关联过程中指配的16位短地址。一个802. 15. 4网可以容纳最多216个器件。低功耗是802. 15. 4最重要的特点。因为对电池供电的简单器件而言，更换电池的花费往往比器件本身的成本还要高。在有些应用中，更换电池不仅麻烦，而且实际上是不可行的，例如嵌在汽车轮胎中的气压传感器或高密度布设的大规模传感器网。所以在802. 15. 4的数据传输过程中引入了几种延长器件电池寿命或节省功率的机制。多数机制是基于信标使能的方式，主要是限制器件或协调器之收发信机的开通时间，或者在无数据传输时使它们处于休眠状态。无线通信系统中的发射机(包括无线传感网络发射机)就是可以将信号按一定频率发射到空间中的装置。目前普遍采用的原理是将所要传输的数据调制到一定频率的载波上，然后再经功率放大器放大，最后由天线发射出去。功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件，它一般用于发射机的末级，作用是将已调信号进行功率放大，以满足发送功率的要求，保证在一定区域内的接收机可以接收到满意的信号电平，并且不干扰相邻信道的通 目。功率放大器由非线性晶体管集成，由晶体管的物理特性可知，当晶体管工作在放大区或饱和区时，输出信号将被限幅，从而产 生了非线性失真。非线性失真不仅会造成有用信号的损失，使信号质量降低，同时会引入干扰信号，直接导致功放输出功率和效率的较低。所以设计无线发射系统很重要的一点就是降低系统的非线性失真。目前，国内外都是通过改善功率放大器的内部设计来降低非线性干扰，并不能从根本上解决问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的一个技术问题在于，针对现有的无线传感网络发射机容易产生非线性失真导致功放输出功率和效率较低的缺陷，提供一种能有效兼顾线性度和效率的无线传感网络发射机。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案是一种无线传感网络发射机，所述发射机包括载波发生器、功率放大器、载波发射天线、传感网络数据接口、数字信号处理模块、数模转换器以及超材料空间调制器，其中所述载波发生器，用于产生载波；所述功率放大器，用于将载波发生器产生的载波信号的频率放大到符合发射频率的要求；所述载波发射天线，用于向空间发射经功率放大器放大后的载波频段的电磁波；所述传感网络数据接口，用于获取各种传感网络节点数据，并将其输出到网络协议规定的PHY物理层，获得的数据将通过接口传输到数字信号处理模块；所述数字信号处理模块，对输入其中的数据进行预处理；所述数模转换器，将传入到其中的数据的数字信号转化成模拟电压信号并输出到超材料空间调制器；所述超材料空间调制器，将所述模拟电压信号调制到载波信号上，并发出与无线传感网络标准调制方式调制出来的电磁波发射信号相一致的带有基带信息的电磁波。进一步地，所述传感网络节点数据包括传感网络节点自身的传感器数据，以及节点与节点、节点与网关间的通信数据。进一步地，所述预处理包括信道编码、信源编码及加密处理。进一步地，所述功率放大器为窄带功放。进一步地，所述载波发生器为微波锁相源。进一步地，所述数字信号处理模块为FPGA、ASIC专用数字芯片或DSP芯片。进一步地，所述超材料空间调制器包括基材以及设置在基材上的多个金属微结构，每一金属微结构上都设置有一半导体元件，所有的半导体元件均通过导线与数模转换器电连接，以将模拟电压信号加载到每一半导体元件上。进一步地,所述半导体元件为电阻、电感或电容。进一步地，所述半导体元件贴附在金属微结构上。进一步地，所述半导体元件为贴附在金属微结构上的贴片式可变电容。进一步地，所述金属微结构为通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻或离子刻的方法附着在片状基板上的具有特定图案的金属线。进一步地，所述金属微结构为单开口矩形环，所述半导体元件贴附在所述单开口矩形环的开口处并连接开口的两端。进一步地，所述金属线为铜线或银线。进一步地，所述基材由多个片状基板堆叠形成，每个片状基板上均附着有多个金属微结构。进一步地，所述片状基板由陶瓷材料、环氧树脂或聚四氟乙烯制得。进一步地，所述载波与模拟电压信号在未进入超材料空间调制器之前是分离的。根据本专利技术的无线传感网络发射机，由超材料空间调制器取代了现有的发射机中的多个器件，结构非常简单，并且可以有效降低非线性失真，能有效兼顾线性度和效率。 附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中图I是本专利技术提供的发射机一个实施例的结构示意图；图2是本专利技术中超材料空间调制器的结构示意图；图3所示为本专利技术中一个实施例中金属微结构与半导体元件的连接示意图；图4为本采用图3所示金属微结构的超材料空间调制器的结构示意图。具体实施例方式“超材料是指一些具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料。通过在材料的关键物理尺度上的结构有序设计，可以突破某些表观自然规律的限制，从而获得超出自然界固有的普通性质的超常材料功能。“超材料重要的三个重要特征(I) “超材料通常是具有新奇人工结构的复合材料；(2) “超材料具有超常的物理性质(往往是自然界的材料中所不具备的)；(3) “超材料性质由构成材料的本征性质及其中的人造微结构共同决定。本专利技术利用超材料来构建一种无线传感网络发射机。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无线传感网络发射机，其特征在于，所述发射机包括载波发生器、功率放大器、载波发射天线、传感网络数据接口、数字信号处理模块、数模转换器以及超材料空间调制器，其中 所述载波发生器，用于产生载波； 所述功率放大器，用于将载波发生器产生的载波信号的频率放大到符合发射频率的要求； 所述载波发射天线，用于向空间发射经功率放大器放大后的载波频段的电磁波； 所述传感网络数据接口，用于获取各种传感网络节点数据，并将其输出到网络协议规定的PHY物理层，获得的数据将通过接口传输到数字信号处理模块； 所述数字信号处理模块，对输入其中的数据进行预处理； 所述数模转换器，将传入到其中的数据的数字信号转化成模拟电压信号并输出到超材料空间调制器； 所述超材料空间调制器，将所述模拟电压信号调制到载波信号上，并发出与无线传感网络标准调制方式调制出来的电磁波发射信号相一致的带有基带信息的电磁波。2.根据权利要求I所述的无线传感网络发射机，其特征在于，所述传感网络节点数据包括传感网络节点自身的传感器数据，以及节点与节点、节点与网关间的通信数据。3.根据权利要求I所述的无线传感网络发射机，其特征在于，所述预处理包括信道编码、信源编码及加密处理。4.根据权利要求I所述的无线传感网络发射机，其特征在于，所述功率放大器为窄带功放。5.根据权利要求I所述的无线传感网络发射机，其特征在于，所述载波发生器为微波锁相源。6.根据权利要求I所述的无线传感网络发射机，其特征在于，所述数字信号处理模块为FPGA、ASIC专用数字芯片或DSP芯片。...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘若鹏，许毓钦，徐冠雄，张洋洋，
申请(专利权)人：深圳光启高等理工研究院，深圳光启创新技术有限公司，
类型：发明
国别省市：