专利名称：分波器和合波器的制作方法
技术领域：
本发明涉及能够对载波的每种频率分波多路复用信号的分波器，该多路复用信号通过重叠具有不同频率的载波的多个脉冲状信号而生成。另外，本发明涉及能够重叠所述多个脉冲状信号的合波器。
背景技术：
近些年来，通过重叠具有不同频率的载波的多个脉冲状信号而生成的多路复用信号的传送引起注意。在进行这样的多路复用信号的传送的情况下，需要分波器与合波器。
图22表示具有循环器和带通滤波器的现有的分波器。这样的分波器记载在例如非专利文献1中。
在图22的分波器中，在一个线路中连接多级循环器192，在各级中从循环器192分支带通滤波器193。在图22中，使用n个带通滤波器193。
从输入端口191输入的高频信号，首先通过初级循环器192导入初级带通滤波器193。初级带通滤波器193具有通过频带F1，导入的高频信号中仅相当于带宽F1的频率成分的信号向初级输出端口194输出。高频信号中具有带宽F1以外的波长成分的高频信号再次通过初级循环器192导入下一级循环器192。该高频信号通过具有通过频带F2的带通滤波器向输出端口输出。
在第三级以后也进行同样的分波，结果，能够对每个希望的通过频带Fi(i＝1、2、…、n)分离重叠了多种频率成分的高频信号。
非专利文献1《微波电路的基础及其应用-从基础知识到应用》(小西良弘著，1995年6月10日发行，第3版(第306页，图4.16))根据通信系统的方式，分波器要求低功耗和急剧的滤波特性。在毫频带的通信系统中使用上述现有的分波器的情况下，多将波导管滤波器作为带通滤波器193来使用。
波导管滤波器是在通过带宽功耗低、在阻止带宽中压制特性优异的、而小型化、轻重量化困难的装置。为此，如果在分波器中使用如图22所示的必要的多个滤波器，就会有分波器大型化、价格也上升的问题。
发明内容
本发明是鉴于所述问题作出的，其主要目的在于提供适合于小型轻重量的便宜的分波器和合波器。
本发明的分波器，接收多路复用具有不同频率的多个电信号后的多路复用信号，将所述多路复用信号在时间轴上分离为所述多个电信号，具有传送所述多路复用信号的至少一个线路；沿着所述线路排列的多个共振器，所述线路的分散特性是具有通过与所述共振器的电磁场耦合而产生的非线性部分，从所述线路传送的所述电信号的相位速度根据频率而不同。
在优选的实施方式中，所述共振器的个数是3个以上，相邻的共振器的间隔大致一定。
在优选的实施方式中，所述多个共振器具有共同的构造。
在优选的实施方式中，在所述多个共振器的每个和所述线路之间所形成的电磁场耦合的强度，对于各个共振器来说大致相等。
在优选的实施方式中，还具有电耦合从所述多个共振器所选择的共振器的至少一个线路。
在优选的实施方式中，具有沿着所述线路排列的多个分波区域，所述多个分波区域的各个包含所述多个共振器。
在优选的实施方式中，所述线路是微带状线路、共面线路、带状线路、或者缝隙线路、反转微带状线路、或者地波(surface wave)传送线路。
在优选的实施方式中，所述多个共振器以互相不同的两个以上的频率共振。
在优选的实施方式中，所述多个共振器的各个是退缩模式分离型共振器，在两个以上不同的频率以互相独立的基底模式来共振。
在优选的实施方式中，所述多个共振器的各个具有通过电磁场耦合而相互耦合的多个共振器元件。
在优选的实施方式中，所述共振器的间隔大致等于在所述线路中传送的高频信号中所包含的所述电信号的频率中最高的频率或者最低频率的传送波长的1/2。
在优选的实施方式中，所述共振器的共振频率大致等于在所述线路传送的高频信号中所包含的所述电信号的频率中最高频率或者最低频率。
在优选的实施方式中，所述多路复用信号是通过多个脉冲状信号的重叠而生成的时间定域信号，所述脉冲状信号具有有着正态分布状的波形的信号和正弦波信号的积的波形，所述多个脉冲状信号通过具有互相不同的频率的所述正弦波信号而生成。
本发明的合波器，在不同的定时接收具有不同频率的多个电信号，生成多路复用了所述多个电信号的多路复用信号，具有传送所述电信号的至少一个的线路；沿着所述线路排列的多个共振器，所述线路的分散特性是，具有通过与所述共振器的电磁场耦合而生成的非线性部分，在所述线路传送的所述电信号的相位速度根据频率而不同。
本发明的装置，具有分波器，其接收多路复用具有不同频率的多个电信号后的多路复用信号，将所述多路复用信号在时间轴上分离为所述多个电信号；处理所述多个电信号的电路，所述分波器具有传送所述多路复用信号的至少一个的线路；沿着所述线路排列的多个共振器，所述线路的分散特性是，具有通过与所述共振器的电磁场耦合而产生的非线性部分，在所述线路传送的所述电信号的相位速度根据频率而不同。
在优选的实施方式中，还具有接收所述多路复用信号的天线。
在优选的实施方式中，所述分波器还具有作为在不同的定时接收具有不同频率的多个电信号、生成多路复用所述多个电信号后的多路复用信号的合波器的功能。
在优选的实施方式中，所述多个电信号的各个是脉冲信号，用于超宽带通信。
发明效果根据本发明，沿着线路排列多个共振器，在线路和共振器之间进行电磁场耦合，由此能够在线路的分散特性中出现特异性。通过利用该分散特性的特异性，产生信号延迟时间的频率依赖性，由此能够在时间轴上分离多路复用信号。
本发明的分波器不需要大的滤波装置，在具有不同频率的多个载波来进行的脉冲通信领域，能够推进通信器件的小型化、轻重量化和低价格化。
图1是表示本发明的分波器的大致构成的俯视图。
图2是表示本发明的分波器的在线路中传送的高频信号的波数k和频率f的关系的曲线图。
图3是表示本发明的分波器的在线路中传播的正弦波的相位速度的频率依赖性的特性图。
图4是表示使用具有多个不同频率的载波的脉冲状信号的脉冲信号的多路复用方法的图。
图5是表示将多路复用信号输入本发明的分波器而得到的信号波形的变化的图。
图6是表示通过重叠三个脉冲信号得到的输入信号的波形的图。
图7是表示将图6所示的脉冲信号输入到本发明的分波器而得到的输出信号的波形的图。
图8是表示将多个脉冲信号输入本发明的合波器而得到的信号波形的变化的图。
图9是表示使用圆形导体的退缩分离型共振器的大致构造的立体图。
图10是表示具有多个寄生元件的共振器的大致构造的立体图。
图11是表示通过叠加方形共振器来多共振化的共振器的大致构造的立体图。
图12是表示具有通过耦合线路耦合多个共振器的共振器系统的实施方式的俯视图。
图13是表示具有共面线路的分波器的主要部分的立体图。
图14是表示具有缝隙线路的分波器的主要部分的立体图。
图15是表示具有带状线路的分波器的主要部分的立体图。
图16是表示具有反转微带状线路的分波器的主要部分的立体图。
图17是表示具有地波传送线路的分波器的主要部分的立体图。
图18是各个包含多个共振器的多个分波区域串联连接的分波器的俯视图。
图19(a)是通过在线路两侧交互地配置共振器而构成的分波器的俯视图，(b)是通过在线路的中心线成为映象对称轴的线路的两侧配置共振器而构成的分波器的俯视图，(c)是通过对线路的中心线在两侧形成不同构造的共振器和其配置而构成的分波器的俯视图。
图20表示由内置本发明的分波、合波器的通信装置而构成的无线通信系统。
图21是内置本发明的分波、合波器的通信装置(发送机和接收机)的信号处理方框图。
图22是表示现有的分波器的构成的大致电路构成图。
符号说明1基板，2线路，3共振器，11导体底板，21切口，31线路共振器元件，51耦合线路，52跳跃耦合线路，81脉冲状信号，82多路复用信号，171、172连接线路，173、174、175分波部，191输入端口，192循环器，193带通滤波器，194输出端口。
具体实施例方式
首先，说明本发明的分波器的基本构成和操作原理。
参照图1，本发明的分波器接收多路复用具有不同频率的多个电信号后的多路复用信号，将该多路复用信号分离为多个电信号。如图1所示那样，该分波器具有基板1；在基板1上形成的传送多路复用信号的线路2；沿着线路2在基板1上排列的多个共振器3。
本发明的分波器中的线路2的分散特性(频率和波数的关系)具有通过与共振器3的电磁场耦合而产生的非线性部分(频率不与波数成比例的部分)。为此，在线路2传送的电信号的相位速度根据频率而不同。下面，参照图来详细地说明这一点。
首先，参照图2，图2是表示在线路2传送的高频信号(例如频率1GHz以上的毫波信号)的频率f和波数k之间的关系(分散特性)的曲线图。在图2的曲线中，横轴表示信号波数k，纵轴表示信号的频率f。在线路2上的信号波长设为λ时，该波数k等于2π/λ。
首先，作为比较例，在基板1上不配置共振器3的情况下，即在通常微带状线路的情况下考虑波数k和频率f的关系。这种情况下，由微带状线路的线路构造导致的分散特性几乎不产生特异性。为此，只要没有对于基板1的介电常数的频率依赖性，就如图2的虚线所示那样，得到大致为直线的分散关系。
在线路2传送的正弦波信号的相位速度，等于图2中的分散曲线的斜度。为此，在不存在共振器的情况的微带状线路传送的高频信号的相位速度，是不依赖于频率的常数V0。结果，频率不同的高频信号在相同长度的线路2以相同时间传播。将该时间称为“延迟时间”。
另一方面，在基板1上存在共振器3的本发明的分波器的情况下，在线路2传播的正弦波信号由于与共振器3的电磁场耦合而受到扰乱，在线路2传送的信号的一部分在线路2反向行进。
如图1所示那样，多个共振器3沿着线路2排列，而且，在信号的载波波长λ等于共振器3的间隔d的两倍时，即λ＝2d成立的情况下，由各个共振器3所产生的各个散射波的相位一致，所以散射波互相加强，与入射波干涉形成驻波。结果，等于2d的传送波长λ的正弦波信号不能在线路2传送。
图2中的实线表示图1所示的分波器的线路2的分散特性。该分散特性由将以虚线表示的直线为渐近线的两个弯曲的曲线所构成。如图2的曲线所理解的那样，在频率F0～F0’的范围内，高频信号不能在线路2传送。这意味着，频率F0～F0’与半导体或者绝缘体中的禁带宽度对应。
在本发明的分波器中，线路2上的传送波长λ和间隔2d的差异越大，散射波越没有加强，另外，共振器3不共振。为此，随着传送波长λ和间隔2d的差异变大，图2的实线向虚线渐进。与此相对，随着传送波长λ接近于间隔2d，在线路上传送的信号的相位速度接近于零(接近驻波)。在传送波长λ等于2d时，波数k为π/d。信号的相位速度等于零等同于由实线表示的分散曲线的斜度k＝π/d为零。
在图2中在实线的分散特性曲线从虚线较大地偏离的波数区域(特异区域)，依赖于正弦波信号的波数，信号的相位速度较大地变化。图3是表示该特异区域中频率和相位速度的关系的曲线图。图3中的频率F1～Fh对应于图2的特异区域所包含的多个波数。
象从图3所理解的那样，如果频率变化，在线路2中传送的信号的相位速度从0变化到V0。相位速度变化特别大的频率区域，是频率F1～Fh的范围和频率F1’～Fh’的范围。例如，在频率F1～Fh的范围，在线路2传送的正弦波的延迟时间τ依赖于其频率f。在频率F1’～Fh’的范围也同样。由于延迟时间τ是频率f的函数，所以能够表示为τ＝τ(f)。
由于共振器排列具有并进对称性，所以分散的特异点在k’＝k+nπ/d(n是整数)发生。在本发明的分波器中，在高频信号的频带决定的情况下，如果应用n是1以上的高阶模式，就需要加大共振器间隔。这就使得分波器变大，而不是优选。
接着，参照图4和图5，说明向本发明的分波器输入脉冲状信号的情况下的操作。
图4表示合波n个脉冲状信号81的状态。各个脉冲状信号81由频率为Fi(i＝1、2、…、n)的正弦波、和具有脉冲长τ0的正态分布波形的脉冲信号的积而生成。为此，各个脉冲状信号81为以正弦波信号的周期来重复强弱的脉冲长τ0的波束。
脉冲状信号81重叠使得脉冲重复，生成多路复用信号82。由于脉冲状信号81的传送波频率相互不同，所以在多路复用信号82中，重叠前的脉冲状信号81互相不干涉地存在。为此，通过例如脉冲状信号81的有无来传送1位信号的情况下，多路复用信号82能够将n位信息包含在1个脉冲内。
如果将以上这样生成的多路复用信号82输入本发明的分波器，各个脉冲状信号81通过线路2的时间(延迟时间)对每个载波频率是不同的。结果，如图5所示，能够将各脉冲状信号81在时间轴上分解。传送频率F1～Fn包含于所述分散特性表示特异性的频带中，且满足F1≤Fi≤Fh的关系。这种情况下，线路2中，在多路复用信号82所包含的各脉冲状信号81表示对应于该载波频率Fi不同的延迟时间τ(Fi)。因此，如果|τ(Fi)-τ(Fj)|(其中i≠j)比脉冲长τ0大，从分波器输出的各个脉冲在时间轴上不重合。结果，如图5所示那样，能够将多路复用信号分别独立地取出(分波)。而且，这样的分波与从多路复用信号82解调数据相对应。
图6表示通过合波脉冲宽度为10ns的3个脉冲状信号而形成的多路复用信号。3个脉冲状信号的载波频率分别是0.92GHz、1.85GHz、2.77GHz。
图7表示通过本发明的分波器分波所述多路复用信号而形成的3个脉冲状信号的波形。这里所使用的分波器的线路的延迟特性由下面的公式来表示，进行由计算机进行的模拟。图7的波形是该模拟结果。
τ(F)＝Exp(-0.038i·F2)这里，i是虚数单位，即是(-1)1/2。
象从图7所理解的那样，重叠的3个脉冲状信号分解为在时间轴上不重合的独立的脉冲状信号。
象从以上说明的所理解的那样，如果为了实现必要的延迟特性τ(F)而设计共振器3和线路2，就能够将图6所示的信号如图7所示那样在时间轴上分波。而且，传送频率Fi满足F1’≤Fi≤Fh’也可以。
本发明的分波器具有可逆的构成，所以如果在合适的定时对图5的右侧所示脉冲状信号进行输入，就能够形成多路复用信号82。为此，本发明的分波器也能够具有作为合波器的功能。即，本发明能够广泛地应用于分波器、合波器、以及分波·合波器。
由于一般的电力合成器的特性具有强的频率依赖性，所以与脉冲信号那样由宽的频率成分构成的信号对应是困难的。但是，如果根据本发明的合波器，能够进行脉冲状信号的多路复用。
再次参照图1，来更详细地说明本发明的分波器的构成。
优选为，本发明所使用的基板1由希望的频带中例如氟树脂或者氧化铝陶瓷那样的介电损失低的电介质材料的平行平板所形成。通过降低介电损失，能够抑制由传送损失导致的电力降低，能够防止通信设备的特性恶化。
基板1由通常可得到的氧化铝陶瓷等电介质形成。市售的氧化铝陶瓷的厚度面内偏差为几个μm/mm以下，表面的平均表面粗糙度(Ra)为0.1μm以下。另外，氧化铝陶瓷的介电常数和介质损耗因数在25GHz频带分别是大约10和0.001。这样的氧化铝陶瓷可合适用作本发明的基板1。
由于由所述氧化铝陶瓷形成的基板1的厚度和介电常数的面内分布非常小，所以在讨论希望的频带的电气特性时，能够作为具有基本均匀厚度和介电常数的高频基板来处理。
在基板1上所形成的线路2，能够在基板1上面形成导电体层之后，通过将该导电体层形成图案来制造。导电体层的形成能够通过压延、电铸或者薄膜堆积技术来进行。薄膜堆积技术包括以蒸镀为代表的物理薄膜堆积技术和以CVD为代表的化学薄膜堆积技术。该导体层的厚度设定为在线路2中传送的高频信号的频带的表皮深度以上的值。
作为线路2的材料，考虑使用介电常数是5.6×107Sie/m的铜的情况。这种情况下，频率25GHz的铜的表皮深度是0.43μm，所以优选设定形成的铜的厚度为0.43μm以上。
在优选的实施方式中，在基板1的上面接合导电体箔之后，通过将其形成图案来形成线路2。在基板1的下面为了覆盖其整个面而接合导体箔，形成电接地电平的导电层(未图示)。这样，在本实施方式中，形成微带状线路。
图1所示的线路2是直线状，具有相同的线路宽度。决定线路2的线路宽度使得微带状线路的特性阻抗为希望的值。通常的高频电路所使用的电路元件的输入输出阻抗是50Ω。为此，为了实现阻抗匹配，优选为这样的微带状线路的特性阻抗也设定为50Ω。在由厚度127μm的氧化铝陶瓷形成基板1的情况下，如果将线路宽度设定为127μm，也能够在频率25GHz实现约50Ω的特性阻抗。
优选为，共振器3是遍及宽的频带地共振的低损耗性共振器。决定共振器3和线路2的距离使得在线路2传送的高频信号和共振器3之间产生充分的电磁场耦合。高频信号和线路2之间的电磁场耦合在高频信号的频率接近共振器3的共振频率的情况下变强。
线路2的特性阻抗根据所述电磁场耦合的大小来改变。决定线路2和共振器3的距离，使得在线路2传送的高频信号的频带的线路2的特性阻抗通过共振器3没有较大地偏离50Ω。在为了不产生由阻抗不匹配导致的特性恶化方面，优选为将基板1上的各个部位的驻波比设为1.5以下。为此，优选为线路2的特性阻抗包含在33Ω～75Ω的范围内。因此，设定与共振器3的距离，使得线路2的特性阻抗包含在33Ω～75Ω的范围内。
在图1所示的分波器中，多个共振器3具有全部相同的构成。另外，各个共振器3和线路2的距离设为大致一定。为此，在线路2上传送的高频信号和各个共振器3之间产生的电相互作用，对于全部的共振器大致相同。
另外，相邻的两个共振器3的距离也设定为相等的大小d。这里，在线路2传送的高频信号是正弦波，而且，该频率等于共振器3的共振频率，传送波长是λ。这种情况下，优选为决定d使得λ和d之间设定下面的关系dλ/2在例如分波器的操作频带是30GHz的情况下，在基板1由厚度127μm的陶瓷形成时，线路2上的传送波长λ为约3.8mm，所以d设定为1.9mm。
当然，配置共振器3使得与在线路2传送的高频信号之间产生电磁场耦合。共振器3的个数是两个以上也可以。
下面，参照图8，来说明本发明的合波器的一个例子。
由于图8所示的合波器具有与分波器基本相同的构成，所以省略了其内部构成的说明，说明其合波操作。
如图8所示那样，如果多个脉冲状信号输入本发明的合波器，各个脉冲状信号通过合波器内的线路的时间(延迟时间)对每种载波频率是不同的，所以能够在时间轴上合成各脉冲状信号，形成多路复用信号82。
输入合波器的各个脉冲状信号的传送频率F1～Fn，包含在所述分散特性示出特异性的频带中，且满足F1≤Fi≤Fh的关系。更具体地，象图3的曲线所示那样，考虑随着频率高为F1、…、Fn-1、Fn而相位速度降低的情况。这种情况下，在合波器内的线路传送的各个脉冲状信号与其载波频率Fi对应表示了不同的延迟时间τ(Fi)。延迟时间τ(Fi)，越早输入合波器的脉冲信号就越大，所以，通过调节延迟时间τ(Fi)和输入定时，能够使各个脉冲状信号的输出时期匹配。
从合波器输出的多路复用信号82中，重叠前的脉冲状信号互相不干涉地存在。为此，通过例如脉冲状信号的有无来传送1位信号的情况下，多路复用信号82能够将n位信息包含在1个脉冲内。如果使用本发明的分波器，这样的多路复用信号82能够象图5所示那样容易地分波，能够再现原来的脉冲状信号。
下面，参照附图来说明本发明的分波器的实施方式。而且，下面说明的构成也能够原样应用于合波器或者分波、合波器。
(实施方式1)首先，参照图9，来说明本发明的分波器的最初实施方式。
本实施方式的分波器的基本构成与图1所示的分波器的构成相同。本实施方式的特征点在于，具有图9所示的退缩分离型共振器。如图9所示那样，该共振器3由形成有切口21的圆形导体图案(下面简称为“圆形补片(patch)”)所构成。而且，图9表示了一个共振器3，但实际上多个共振器3在基板1上周期地排列。这一点在图10～图16所示的例子中也是一样的。
如果将共振频率设为fr(Hz)，将基板1的比介电常数设为er，圆形补片的半径r(毫米)能够由下面的公式来决定。
r＝8.78×1010/(fr×er1/2)
在圆形补片所发生的最低阶的共振频率的电磁场分布称为“共振模式”。在没有切口21的圆形补片中，在一个共振频率中存在线性独立的2个共振模式，所以该共振模式2重退缩。该退缩起因于圆形补片的旋转对称性而产生。因此，通过设置图9所示那样的切口21，能够破坏该对称性，解除退缩。
如果没有切口21的圆形补片的共振频率设为H，通过设置切口21，共振频率分离为H+δH和H-δH(δH＞0)。即，通过设置切口21，共振器在两个不同的频率共振。另外，通过各个共振而形成的电磁场(共振模式)是相互独立的基底模式。如果没有切口的圆形补片的带宽是ΔH，通过上述退缩分离，带宽能够大致扩大到ΔH+2δH。而且，δH的大小能够近似为切口21相对圆形补片的面积的面积比率。
图9的共振器3称为退缩分离型共振器，这样的退缩分离型共振器，使用正方形的导体图案、圆形或者方形环状的导体图案来代替圆形补片也能够实现。
将希望的共振频率的真空中的传送波长除以基板1的比介电常数的1/2次方得到的值是有效的传送波长λ’。如果使用该λ’，优选为将正方形导体图案的一边边长设为1/2λ’。在圆形、方向环状导体图案的情况下，优选为将通过该导体中心的闭合线长度设定为大约1λ’。
切口21的形状只要破坏各个补片的几何学对称性可以是任意的。另外，代替切口21，对补片附加支脚(stub)等导体图案也可以。为了解除这样的退缩而附加的方式特征部(切口或者追加的导体部)的图案是任意的，但其面积与补片的面积相比设定得充分小。在使用圆形、方形环状导体图案的情况下，也对导体图案附加支脚(stub)，或者在导体图案的一部分局部改变线路宽度也可以。
包括具有高对称性形状的图案和用于破坏对称性的图案的共振器的构造，不限于上述。例如，使用扁平率小的椭圆形状补片或者椭圆环，或者长边和短边的差小的矩形形状的补片或者矩形环，也能够构成退缩分离型的共振器。
(实施方式2)下面，参照图10，来说明本发明的分波器的第二实施方式。
本实施方式的分波器，具有与实施方式1的分波器大致相同的构成。不同点仅在于共振器3的构成。图10表示了本实施方式所采用的共振器3的构造。该共振器3具有排列的多个线路共振器元件31。各个线路共振器元件31分别具有基本相同的最低阶共振频率。而且，各个线路共振器元件31的形状，不必要相互相等，显示基本相同的共振频率就可以。
下面说明图10所示的共振器3的操作。
通常，在由2个直线状线路构成的平行耦合线路的情况下，存在偶模式和奇模式2个传送模式。偶模式的传送波长和奇模式的传送波长不同。为此，如果由具有相同形状的2个直线状线路构成共振器，该共振器具有2个共振频率。同样的，在由n个直线状线路构成共振器的情况也成立。具体地说，在形成由长度为1/2波长的n个直线状线路构成的共振器的情况下，产生n个波导模式，作为整体具有最大n个共振频率。因此，如果根据图10所示的共振器3，能够没有损耗地扩大共振频率的带宽。
而且，也可以使用图11所示的共振器3，代替图10所示的共振器3。图11所示的共振器3包括具有基本相同的共振频率的多个叠加的补片。也可以在叠加的补片之间填充电介质，另外空气层也可以介于其间。该共振器3也能够与图10的共振器同样地操作。
图10和图11所示的共振器的操作，类似于将具有大致相同构造的多个力学振子用弹簧连接而连接成的振子的操作。这样的连接振子的共振频率，即使作为构成元件的各个振子的共振频率相互相等，也可分离为振子的个数。
这样的共振器3导致的损失没有增加，由于加大了共振带宽，对共振器3赋予多个共振特性是有效的。
(实施方式3)在上述各个实施方式中，在线路2传送的高频信号和各个共振器之间形成电磁场耦合，但共振器彼此独立。
本发明的分波器不限于具有这样构成的分波器，也可以是沿着线路2排列的多个共振器3相互接合。如果实现这样的耦合，能够考虑通过沿着线路排列的多个共振器3构成一个大的共振器系统。这样的共振器系统和线路2相互作用，也能够得到本发明的效果。
本发明所使用的共振器所要求的最重要的特性是其共振带宽较宽。换言之，共振器的无负载Q值低。无负载Q值由共振器所积蓄的电磁场能量、从电磁场失去的电磁场能量的比来表示。而且，从共振器失去的能量，依赖于导体损失、电介质损失、和放射损失的合计。
通常，考虑到减少共振器的损耗和变宽共振器的共振带宽在原理上是矛盾的。但是，在多个共振器等间隔排列的共振器系统中，如果作为系统整体无负载Q值降低，共振器系统的共振带宽扩大。为此，能够一面降低共振器系统的整体的损耗，一面扩大带宽。为此，加强各个共振器彼此的电磁场耦合是有效的。即，可以耦合从沿着线路2排列的多个共振器中选择的任意组的共振器。这种情况下，与共振器单体的无负载Q值相比能够大幅度降低耦合的共振器的无负载Q值。
图12表示具有上述那样的共振器系统的本实施方式的分波器。在该分波器的共振器系统中，通过耦合线路51，相邻的共振器电磁场耦合。另外，通过跳跃耦合线路52，不相邻的共振器3电磁场耦合(跳跃耦合)。
耦合线路51、52和共振器3之间的耦合，通过电磁场耦合而得到，但在耦合线路51、52和共振器3之间不设置缝隙地实际地连接也可以。而且，在图12的例子中，由两个跳跃耦合线路52进行的耦合周期地进行，但周期性不是必要的。
各个共振器3之间的耦合通过耦合线路51和跳跃耦合线路52的两个系统的电路来进行，但使用三个系统以上的跳跃耦合线路也可以。各个耦合线路51、52的长度可以相同，另外也可以不相同。
如果共振器系统内将各个共振器相互强耦合，能够降低共振器整体的无附加Q值。另外，如果根据这样的共振器系统，能够以更多的频率来产生共振。在独立使用各个共振器3的情况下，在各个共振器以外的部位不产生共振，但在图12所示的例子中，由耦合线路51和跳跃耦合线路52发生共振。为此，能够实现表示非常多彩的共振频谱的共振器系统。
(其它实施方式)所述各个实施方式的线路2是微带状线路，但本发明所使用的线路不限于这样的线路。为了得到本发明的效果，与共振器耦合的线路是分布常数线路就可以。
下面，参照图13～图18，来说明本发明可采用的分布常数线路的例子。
图13表示具有共面线路的本发明的分波器。线状线路部分、与该线状线路部分耦合的两个接地层形成在基板1的同一面上。该情况的共振器3是通过在接地层上设置的缝隙的图案所构成的1/2波长缝隙线路共振器。
图14表示具有缝隙线路的本发明的分波器。在该例子中，通过在导体层上形成的缝隙构成线状线路。在电介质基板的下面设置未图示的接地层。共振器3具有与图13所示的构成相同的构成。
图15表示具有带状线路的本发明的分波器。由导电体形成的线状带状线路存在于基板1的内部。在基板1的上面和下面设置导体层(导体底板)11。共振器3具有与图9所示的共振器3相同的构成。
图16表示具有反转微带状线路的本发明的分波器。在图示的例子中，在基板1的下面形成线路2和共振器3，在与其相对的位置配置导体底板11。共振器3具有与图9所示的共振器3相同的构成。
图17表示具有地波传送线路的本发明的分波器。在导体底板上所形成的电介质棒(rod)和具有切口的电介质圆柱具有作为各个表面传送线路和电介质共振器的功能。
而且，线路2的形状不必要是直线，也可以例如象图18所示那样，使用弯曲的线路2。这种情况下，沿着线路2排列的共振器不需要具有遍及线路2的整体相等的构成。在图18的例子中，3个直线状线路2通过连接线路171、172来连接。优选地，设定连接线路171、172的线路长度为等于本发明的分波器的操作频带中不引起共振的长度，即不等于操作频率中线路2的传送波长的整数倍。原因是，在连接线路171、172作为共振器作用的情况下，作为分波器整体的特性受到连接线路171、172的共振的影响。
在图18的分波器中，形成3个分波部173、174、175。分波部173、174、175可以具有相同的共振器构造，也可以不同。各个分波部173、174、175通过各个连接线路171、172作为一个分波器整合后，作为整体可满足希望的特性。在使用相同构造的分波部的情况下，能够小型化分波器。
如果在不同的频带操作各个分波部173、174、175，通过连接线路进行整合，就能够简单地扩大操作频带，能够实现在多频带进行操作的分波器。
不需要仅在线路2的一侧配置共振器3。如图19(a)所示那样，可配置相同的共振器使得将线路2的中心线作为镜面映射对称轴折回。这种情况下，能够相对线路2的传送特性给予更强的影响。
另外，如图19(b)所示那样，在线路2的两侧配置的共振器的个数也可以相等。这种情况下，从共振器3放射的电磁场的泄漏成分具有夹着线路2相反的相位，所以能够减少向基板1的正面泄漏的电磁场成分。
此外，如图19(c)所示那样，可以在线路2的两侧以不同的间隔配置不同构成的共振器。位于线路2的两侧的共振器的影响重叠。另外，通过耦合两侧的共振器，也具有生成新的波导模式的可能性。在该情况下，具有容易对波导特性赋予多样性的优点。
(具有本发明的分波、合波器的装置)下面，参照图20，来说明具有本发明的分波、合波器的装置的系统构成例子。
图20表示由内置本发明的分波、合波器的通信装置所构成的无线通信系统。由于通信通过频率多路复用的脉冲状信号来进行，所以能够进行大容量的数据传送。
本实施方式的通信装置，是以便携电话为代表的无线通信终端，但本发明不限于这样的情况，也可以是具有通过电波相互传送信息的功能的设备。本发明的分波、合波器不依赖于通信装置所包含的其他电路构成或无线通信系统的系统构成，是可适用的，可发挥其效果。
下面，参照图21来说明通信装置的构成例子。图21是内置本发明的分波·合波器的通信装置(发送机和接收机)的信号处理方框图。
发送机11将输入数据12调制为具有脉冲状波形的高频信号，将调制信号向自由空间中发射。发送机11如图所示那样，具有串并联变换器13、脉冲发生器14、调制电路组15、合波器16和天线17。合波器16是关于所述本发明的实施方式的合波器。
接收机18接收在自由空间中传播的具有脉冲状波形的高频信号，通过解调接收信号，将输入数据12作为输出数据19来再现。该接收机18具有天线110、失真修正器111、本发明的分波器112、解调电路组113、模拟数字变换器114、并联串联变换器115。
接着，说明向发送机11输入的输入数据12通过无线传送到达接收机18，作为输出数据19再现的一系列信号处理过程。由在时间上串联排列的数字信号所构成的输入数据12，通过串并联变换器13展开为n个并联数据列。各个并联数据列通过脉冲发生器14，对于例如“0”数据对应“有”脉冲，对于“1”数据对应“无”脉冲，而发生脉冲。而且，不论是什么数据列，脉冲全部是相同的波形。之后，通过调制电路组15，在变换后的脉冲信号中，重叠对于每个并联数据列具有不同频率的载波。之后，各个调制信号通过本发明的合波器16同相合成，变为一个脉冲信号，通过天线17向空间发射。
能够在空中传播的多路复用脉冲信号通过天线110来接收，由于传送路径或者天线17、110等频率特性而发生的脉冲信号的失真，通过失真修正器111除去。之后，通过本发明的分波器112，由此如所述那样，将多路复用后的脉冲在时间轴上展开。之后，通过n个解调电路组113，从展开信号仅提取频率成分的重叠后的脉冲信号，将该输出通过模拟数字变换器114，产生由2值“0”、“1”所构成的n个并联数据列。而且，最后通过并联串联变换器115，将它们作为在时间轴上串联排列的1个数据列而合成输出数据19。象以上这样，向发送机11输入的输入数据12被传送到接收机18。
这样的装置和系统，不仅能够用于通信装置间的无线通信，也能够应用于邻近的LSI芯片间的信号传送。
产业上的可利用性本发明的分波器和合波器是简单的电路构成，能够将重叠了具有不同频率的载波的脉冲状信号的多路复用信号沿时间轴方向分解，所以，作为频率多路复用后的脉冲通信设备的调制解调电路等是有用的。
本发明的装置可合适地使用于从此期待发展、普及的超宽带通信。
权利要求
1.一种分波器，接收多路复用具有不同频率的多个电信号后的多路复用信号，将所述多路复用信号在时间轴上分离为所述多个电信号，其特征在于，具有传送所述多路复用信号的至少一个的线路；和沿着所述线路排列的多个共振器，所述线路的分散特性为具有通过与所述共振器的电磁场耦合而产生的非线性部分，在所述线路传送的所述电信号的相位速度根据频率而不同。
2.根据权利要求1所述的分波器，其特征在于，所述共振器的个数是3个以上，相邻的共振器的间隔大致一定。
3.根据权利要求2所述的分波器，其特征在于，所述多个共振器具有共同的构造。
4.根据权利要求3所述的分波器，其特征在于，在所述多个共振器的每个和所述线路之间所形成的电磁场耦合的强度，对于各个共振器来说大致相等。
5.根据权利要求4所述的分波器，其特征在于，还具有电耦合从所述多个共振器所选择的共振器的至少一个线路。
6.根据权利要求1所述的分波器，其特征在于，具有沿着所述线路排列的多个分波区域，所述多个分波区域的各个包含所述多个共振器。
7.根据权利要求1～6中的任一个所述的分波器，其特征在于，所述线路是微带状线路、共面线路、带状线路、或者缝隙线路、反转微带状线路、或者地波传送线路。
8.根据权利要求1～7中的任一个所述的分波器，其特征在于，所述多个共振器以互相不同的两个以上的频率共振。
9.根据权利要求1～8中的任一个所述的分波器，其特征在于，所述多个共振器的各个是退缩模式分离型共振器，在两个以上不同的频率以互相独立的基底模式来共振。
10.根据权利要求1～9中的任一个所述的分波器，其特征在于，所述多个共振器的各个具有通过电磁场耦合而相互耦合的多个共振器元件。
11.根据权利要求2所述的分波器，其特征在于，所述共振器的间隔大致等于在所述线路中传送的高频信号中所包含的所述电信号的频率中最高的频率或者最低频率的传送波长的1/2。
12.根据权利要求1～11中的任一个所述的分波器，其特征在于，所述共振器的共振频率大致等于在所述线路传送的高频信号中所包含的所述电信号的频率中最高频率或者最低频率。
13.根据权利要求1～12中的任一个所述的分波器，其特征在于，所述多路复用信号是通过多个脉冲状信号的重叠而生成的时间定域信号，所述脉冲状信号具有有着正态分布状的波形的信号和正弦波信号的积的波形，所述多个脉冲状信号通过具有互相不同的频率的所述正弦波信号而生成。
14.一种合波器，在不同的定时接收具有不同频率的多个电信号，生成多路复用了所述多个电信号的多路复用信号，其特征在于，具有传送所述电信号的至少一个的线路；和沿着所述线路排列的多个共振器，所述线路的分散特性为具有通过与所述共振器的电磁场耦合而生成的非线性部分，在所述线路传送的所述电信号的相位速度根据频率而不同。
15.一种装置，具有分波器，该分波器接收多路复用具有不同频率的多个电信号的多路复用信号，将所述多路复用信号在时间轴上分离为所述多个电信号；和处理所述多个电信号的电路，其特征在于，所述分波器具有传送所述多路复用信号的至少一个的线路；和沿着所述线路排列的多个共振器，所述线路的分散特性是具有通过与所述共振器的电磁场耦合而产生的非线性部分，在所述线路传送的所述电信号的相位速度根据频率而不同。
16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，还具有接收所述多路复用信号的天线。
17.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述分波器还具有作为在不同的定时接收具有不同频率的多个电信号、生成多路复用所述多个电信号的多路复用信号的合波器的功能。
18.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述多个电信号的各个是脉冲信号，用于超宽带通信。
全文摘要
本发明公开一种分波器。其接收多路复用具有不同频率的多个电信号的多路复用信号，将多路复用信号分离为所述多个电信号。具有传送多路复用信号的至少一个线路(2)；沿着线路(2)排列的多个共振器(3)。线路(2)的分散特性为具有通过与共振器(3)的电磁场耦合而产生的非线性部分，在线路(2)传送的所述电信号的相位速度根据频率而不同。
文档编号H04J13/00GK1723585SQ20048000184
公开日2006年1月18日 申请日期2004年11月9日 优先权日2003年12月8日
发明者寒川潮, 菅野浩, 崎山一幸, 藤岛丈泰 申请人:松下电器产业株式会社