专利名称：用于发送和接收数据的设备以及运行方法
技术领域：
本发明涉及用于发送和接收数据的设备，具有，-力电转换单元，-私光转换单元，和-織单元，其既能发送又能接收。
背景技术：
该设备例如是用于"光无线电"应用的所谓的天线头，其在下面还将详细 说明。力电转换单元把光信号转换为电信号。光载鄉线的频率例如在187万亿 赫兹(Terahertz)到1千万亿赫兹(Petahertz)的频率范围内或者具有从1.6微 米到300纳米的波长，也就是说，也包括可见光。将无线电信号例如调制到光 射线上。该无线电信号例如具有从3兆赫兹(Megahertz)至lj 100千兆赫兹 (Gigahertz)或者更高的一个或者多个载频，特别是在从1千兆赫兹到60千兆 赫兹范围内的一个或者多个载频。例如该无线电信号是移动无线电信号或者 WLAN信号(Wireless Local Area Network (无线局域网))。相反，私光转换单元把所述频率范围内的电信号转换为所述光频率范围的 光信号。天线单元在其构造类型方面与该射频的载频协调一致。特别当例如把两个转换单元实现在一个唯一的元件中、特别是在用单晶无 机材料形成的半导体元件中时，该设备制造的费用很高。发明内容本发明的任务是提供一种简单构造的设备和一种用于运行该设备的简单的 方法。特别是该设备应该不依赖供电电压或者用小的供电电压工作，特别是小 于5伏或者小于1伏。涉及所述设备的任务通过具有在权利要求1中给出的特征的设备解决。扩 展在/AM禾又利要求中给出。本发明从这样的考虑出发，即当把两个转换单元在空间上和功能上彼此分开时，该设备可以简单地制造。特别是由此对每一转换单元来说允许不依赖另 一个转换单元使用在相应的转换方向上具有高效率的转换单元。此外，本发明 从这样的考虑出发，即特别是无源运行或者以小的供电电压的运行允许使用简 单制造的设备，因为不需提供另外的电压源，亦即特别是不需要电网部件、电 池或者蓄电池或者类似的电压源。在本发明的一个扩展中，所述设备不包括外部供电电压。因itbii行的能量 仅从到来的光或者，U来的电磁射线获取。因此不需要用于产生供电电压的电 路技术开销。也省却了维护电压源的维护开销。因此在用于^光转换器单元的设备的一个扩展中^ffi聚合物调制器。聚合 物调制器仅允许电信号向光信号的转换。聚合物是摩尔质量例如大于ioVid'1 的大舒。特别是4細有机聚合物或者其他聚合物。例如4顿一种聚合物调制 器，其包含电场定向的或者所谓极化的聚合物。这意f^^ffl这样一种材料， 其内一种具有强非线性电光效应的材料耦合到或者扩散到一种具有较小介电常 数的聚合物中。使所产生的材料经受一种电场定向处理，使得产生一种具有较 大介电常数或者电光常数的材料。然而还存在其他工作原理的聚合物调制器，例如本征极化自组成发色超点阵(intrinsically polar Self-Assembled chromophoric Superlattices, SAS)。聚合物调制器与单晶半导体元件相比f,以更为简单的方式并从而费用更 适宜地制造。此外聚合物调制器允许无源运行。因此产生一种用于发送和接收 数据的天线头或者设备，其肖詢多简单并且费用适宜的制造。由此可在经济上可 代替地实现新的应用领域，例如构造大量所谓的小单元(Pikozelle)，亦即具有 小于35米的接收或者发送直径的无线电单元。在本设备的一个扩展中，私光转换单元是^顿干涉工作的调制器，特别是 马膝钱德尔(Mach-Zehender)调制器。干涉Mil在两^;传输距离内的运行时 间差产生。、激光尤其适合产生明显(ausgepraegt)的干涉。在下一个扩展中，私光转换单元(14， 14a)是电吸收调制器。电吸收调 制器基于伏朗兹-凯而迪斯(Franz-Kddysh)效应或其反效应。然而除了El/光电 吸收调制器之外，二极管还作为^/电转换单元提供构造无源纖头的可能性， 它具有大量优点，例如关于^/电转换的效率或者关于避免两种转换类型的相互 影响。私光转换单元可能还包括另外的元件，例如滤波器。力电转换单元也可能 还包括另外的单元，例如滤波器。在本发明的设备的另一个扩展中，力电转换单元是光二极管，特别是光电 二极管。特别适合的是使用具有在导带和价带之间直接带过渡的半导体的半导体二极管，亦即例如硅二极管。既使用具有p/n结的二极管也使用具有PIN结 (p掺杂、本征掺杂、n掺杂)的二极管。因ltkjit处不需^ffl基于连接半导体或 者具有带间非直接过渡(即具有结)的半导体的较贵组件，在结中不仅电子或 者所谓的"空穴"的能量改变，而且它的脉冲也改变。在本发明的设备的另一个扩展中，天线连接在循环器单元或者光耦合单元上。M:^ffi循环器单元或者光耦合单元可以在每一设备上^ffl—个唯一的天 线，使得能够取决于所i柳的天线而节省费用。Milf顿循环器单元或者光耦合单元以简单的方式避免不希望的反馈。在一个扩展中循环器单元或者定向耦合单元也无源工作，亦即它没有外部 的供电电压连接端子。由此整个设备也保持无源状态。在另一个替换的扩展中，与此相反^ffl两个天线，以致不需要循环器单元 或者定向耦合单元。这一变体尤其是在天线的价樹氐于循环器单元或者定向耦 合单元时使用。在下一个扩展中所述设备包括连接设备，其适于连接光纤，ffl31该光纤数据在两个方向上、即双向传输。另外可选的方案是所述设备包括两个连接设备， 用于连接两条光纤。该连接设备在下一个扩展中是螺纹连接件的一部分，亦即 它具有内螺纹或者外螺纹。因此光纤能够以简单而可靠的方式方法与该设备连 接。此外本发明涉及一种用于运行本发明的设备的方法。在该运行方法中，通 过该设备按照多路复用方法为不同网络标准的彼此不同的网络的终端设备传输 数据。适宜的多路复用方法特别是时分多路复用、频分多路复用、码分多路复 用的方法。在一个扩展中为至少两种、至少三种或者按照所有下面的网络标准的终端 设錄输鹏-DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunication (数字增强无线远程 通信))，画GSM (Global System for Mobile Communication (^^动通信系统))， -UMTS (Universal Mobile Telecommunication System (通用移动电信系 统))，-WLAN (Wireless Local Area Network (无线局域网))，禾口 -WiFi。但是与本发明或其扩展关，使用其他的信息传输方法。 为了分开用于不同网络的信号，4^f述设备中例如4細无源熗波器。还并,合不同标准的天线。概括说，例如给出一种用于无源"光无线电"应用的天线头。概念"光无 线电" 这样一种技术，使用该技术把要传输的信号的一部分或者全部要么 在基带内要么在无线电频带内通过光纤如玻璃纤维或者聚合物纤维传输。例如 下面的情况是可行的，即调制到玻璃纤维内的光上的信号已经载有全部射频信息并且在光-电转换后直接输出到天线上。这时，所发射的RF能量(Radio Frequency (射频))可以直接从该光产生，并且接收到的RF信号可以直接重新 调制该光例如到另一频率，使得可以实现仅通过玻璃纤维或者塑料纤维连接的 无源天线头。 一种应用例如是借助无线数据传输网络向，物内的无线电小单 元提供信号。在实现这样的天线头时所遇到的问题涉及将来的技术，以致不能立即动用 迄今已知的解决方案。所述天线头集成在一个聚合物晶片或者聚合物芯片上。 "下游光纤"的光M分束器分为两部分； 一部分用固定在聚合物芯片上的光 电二极管转换为电信号，另一部分ffi31聚合物调制器，后者由接收到的无线电 信号供电，该无线电信号例如从移动设备发送。例如电循环器将RF上游和RF 下游分开。因此可以^ffl价格便宜的聚合物组件，以便把天线头的价格减低到 数欧元。
下面根据
本发明的实施例。附图中 图1表示带有循环器的无源天线头，图2表示带有单独的发送天线和单独的接收天线的无源天线头， 图3标带有连接唯一的玻璃纤维的接头的无源天线头，禾口 图4表示在皿物中设置的带有无源天线头的小单元。
具体实施方式
图1 ^一个无源天线头10，它包括带有聚合物转换器14的聚合物芯片 12。此外天线头10包括光电二极管16、循环器18和发送和接收天线20，它们 例如同样以混合构造方式集^E聚合物芯片12上。至lj来的光纤22 i!M^接设备24、例如螺纹连接件耦合到集i^E聚合物芯 片12上的光导体26。光导体26从连接设备24通向分支28，例如通向分束器。 导光段30从分支28通向聚合物转换器14的输A^。导光段32从分支28通向 光出口33。导光段30和32同样集鹏聚合物芯片12上。光出口33与光电二 极管16的歡活面相沐使得从光出口33射出的光落在光电二极管16上，并且 在那里产生电压或者电流。光导体34同样集成在聚合物芯片12上，并且从聚合物转换器14的输出端 通向连接设备36，例如一个螺纹连銜牛。在连接设备36上耦合离去的光纤38， 该光纤38继续传导从聚合物调制器14射出的光。连接40从光电二极管16的一个连接端子通向循环器18的输入端Zl 。依 据用光电二极管16接收至啲職电信号的频率，连接40是导电连接、微波导 体、带状导体等。连接42位于循环器18的一个连接端子Z2和发送和接收纖 20之间。循环器18的连接端子Z2作为输A^和作为输出端运行。连接44位于循环器18的输出端Z3和连接端子46之间。在连接端子46 和聚^tl转换器14的控制输入端之间设置另一个连接48。连接42、 44以及48 与连接40同样制造。循环器18例如包括预磁化的铁氧体，它弓胞高频信号从 输入端Zl到ii^接端子Z2并且从那里到达天线20。另一方面，从天线20到 ii3i接端子Z2的信号通过循环器18继续传输到输出端Z30因此没有信号从输 入端Z1到达输出端Z3。代替循环器18，也可以JOT定向耦合器，其中没有信 号从Z3向Z1继续传输，如在循环器的情况下那样。图2^^线头10a，它除了下面要说明的不同外与天线头10同样制造。 具有同样结构的部件具有同样的参考符号，不过在此纟^线头10a的部件附力口 小写字母"a"，例如与聚合物转换器14对比的聚合物转换器14a。天线头10a 与天线头10的不同是代替发送和接收天线20具有一个f^虫的发送天线60，其 ffl3iii接线62与光电二极管16a的一个连接端子连接。此外天线头10a具有接 收天线64 ，该接收天线313 接66与连接端子46a连接，该连接端子46a具有和连接端子46相同的功能。由此在天线头10a中没有循环器。图3表示无源天线头10b，它除了下面要说明的不同外与天线头10或者替 换地与天线头10a同样制造。具有同样结构从而具有同样功能的部件具有同样 的参考符号，不过在此纟^X线头10b的部件附加小写字母"b"，例如与聚合物 转换器14或者14a对比的聚合物转换器14b。天线头10b与天线头10或者10a 的不同在于，天线头10b上仅连接一条光纤80，通过该光纤80双向地、亦即在 两个传输方向上传输光。光纤80耦合到连接设备84例如螺纹连銜牛上。从连 接设备84出发，集成在一个相应于聚合物芯片12或者12a的聚合物芯片12b 内的光导体82导向分支86。导光段88从该分支86导向光出口 33b，后者相应 于光出口 33或者33a，亦即通向在图3中未示出的光电二极管。导光段90位于分支86和聚合物调制器14b的一个光3^接端子之间。与聚 合物调制器14或者14a不同，聚合物调制器14b仅有一个^^接端子。这例如 允许ffiil使聚合物调制器14b的一，腼镜面化来实现。从一个相应于连接端 子46或者46a的连接端子46b出发，连接48b通向聚合物调制器14b的控制连 接端子。连接48b例如是可导电的、微波导体或者带状导体等。在天线头10b上，与天线头10或者10a相比节省了光纤。不过聚合物转换 器14b制造稍微复杂。所有三个天线头10、 10a和10b都不要供电电压，即是无源的。根据图4 详细说明天线头10、 10a和10b的应用例。然而还存在另外的应用可能性，例 如所谓的MMO天线装置(Multiple Input, Multiple Output (多输入，多输出))。三个天线头10、 10a和10b分别肖滩完，成，例如借助混合技术。在替 换的实施例中，这些織不是集成的而制造为分立组件。在另外的实施例中聚 合物芯片12、 12a、 12b与天线头10、 10a或者10b的其他单元分开制造并且必 要时m^虫封装。在另外的实施例中，天线头IO、 10a或者10b包括电吸收调制器作为私光 转换单元14、 14a或者14b，，它虽然基本上也适宜作为力电转换器，但是与二 极管16、 16a相比具有较小的转换效率。在这一实施例中天线头10、 10a或者 10b尤其是无源的天线头10、 10a或者10b。图4表示在建筑物100内布置的小单元，即房间102、 104、 106和108， 在各房间内分别设置无源的天线头U2、 114、 116和118，其具有如天线头IO、10a或者10b的结构。
一层房间的天线头ffl31光横向线路连接。于是横向线路122连接第一楼层 的天线头112和114。横向线路124连接第二楼层的天线头116和118。横向线 路122和124 M主线路120连接。主线路120以及横向线路122和124是光 纤线路，例如是玻璃纤维或者是塑料纤维。主线路120通向基本单元B0，该基 本单元例如提供WLAN站的功能或者移动无线基站的功能。
在另一个实施例中基本单元130既提供WLAN基本单元的功能，也提供 UMTS基站的功能。在这种情况下，不同标准的数据以多路复用方法通过光线 路120到124传输。于是房间108内的移动无线设备132會,i!31天线头118 发送和接收数据，参见数据传输段136。相反在房间106内有一个便携式计算机 134，它ffl31i^传输段138接收在WLANf^传输网络中传输的数据。同样 育,用移动终端设备或#^用房间102和104中的静止的终端设备，在引入天 线头112或者114盼瞎况下接收或者发送不同 传输网络的数据。
因为天线头112到118是无源的，所以大量所谓的小单元、亦即具有小于 35m的最大直径的发齿接收区域，育,以费用适宜的方式构造。与中央天线站 相比，小单元的使用提供大量优点，例如关于辐射负荷，关于频率的使用等。
在另夕卜的实施例中纖头10、 10a、 10b是有源的，也就是说有附加的运行 电压源单元，例如带有电池、蓄电池或者电网部件。附图标记列表
10、10a、10b无源天线头
12、12a、12b聚合物芯片
14、14a、14b聚合物转换器
16、16a光电二极管
18循环器
Zl循环器输A^
Z2循环器连接端子
Z3循环器输出端
20发送和接收織22、22a到来的光纤
24、24a连接设备
26、26a光导体
28、28a分支
30、32导光段
33、33a、33b光出口
34光导体
36连接设备
38离去的光纤
40、42、44连接
46、46a、46b连接端子
48、48a、48b连接
60发送天线
62连接
64接收纖
66连接
80光纤
82光导体
84连接设备
86分支88、 90导光段
100建筑物
102到108房间
112到118无源发掛接收单元
120光的主线路
122、 124光的横向线路
130基本单元
132移动无线电设备
134计穀几
136、 138娜传输段
权利要求
1. 一种用于发送和接收数据的设备(10，10a)，具有光/电转换单元(16，16a)，具有电/光转换单元(14，14a)，或者具有天线(20)，该天线既与光/电转换单元(16，16a)的输出端连接，也与电/光转换单元(14)的输入端连接；或者替换地既具有与光/电转换单元(16a)的输出端连接的发送天线(60)，也具有与电/光转换单元(14a)的输入端连接的接收天线(64)，其中，光/电转换单元(16，16a)和电/光转换单元(14，14a)是彼此分开的单元。
2. 根据木又利要求l的设备(10， 10a),其特征在于，所述设备(10， 10a) 是无源工作的设备(10， 10a)，其尤其是没有供电电压连接端子。
3. 根据权利要求1或2的设备(10， 10a)，其特征在于，所述私光转换单 元(14， 14a)是聚合物调制器，或者包括聚合物调制器。
4. 根据，1X利要求之一的设备(10， 10a)，其特征在于，所述私光转换 单元(14， 14a)是调制器，或者包括调制器，该调制器fOT干涉工作，特别是 马fr钱德尔调制器。
5. 根据，t又利要求之一的设备(10， 10a)，其特征在于，所述私光转换 单元(14， 14a)是电吸收调制器，或者包括电吸收调制器。
6. 根据il^权利要求之一的设备(10， 10a)，其特征在于，所述^/电转换 单元(16， 16a)是光二极管，或者包括光二极管。
7. 根据上述权利要求之一的设备(10)，其特征在于，所述天线(20)连 接在循环器(18)或者定向耦合单元上，其中，所述力电转换单元(16)的输出端(16)与该循环器(18)或者定 向耦合单元的输入端(Zl)连接。其中，所述私光转换单元(14)的输入端与循环器(18)或者定向耦合单 元的输出端(Z3)连接。
8. 根据权利要求7的设备(10)，其特征在于，所述循环器(18)或者定 向耦合单元无源工作。
9. 根据上述权利要求之一的设备(10， 10a， 10b)，其特征在于具有连接 设备(84)，其适于连接光纤(80)，其中，该连接设备(84) 3!51光耦合设备(82， 90)与私光转换单元(14b) 的一个连接端子i^接，其中该i^接端子是该光转换单元的输入端和输出端。
10. 根据权利要求1到8之一的设备(10， 10a， 10b)，其特征在于具摘 A3^接设备(24， 24a)，其适合连接光纤(22， 22a)，其中，織A^接设备(24， 24a)通过光输AI禹合设备(26， 26a)与所述私光转换单元(14， 14a)的输A^连接，其特征还在于具 1出连接设备(36， 36a)，其适M接光纤(38， 38a)， 其中该输出连接设备(36， 36a) M光输出耦合设备(34， 34a)与所述私光转换单元(14， 14a)的输出端连接。
11. 根据权利要求9或10的设备(10， 10a， 10b)，其特征在于，至少一 个连接设备(24， 36)包括螺纹连接件的部件。
12. 用于运行根据上述丰又利要求之一的设备(10， 10a， 10b)的方法，其 特征在于，通过该设备按照多路复用方法为彼此不同的数据传输网络的终端设 备(132， 134)传输数据。
13. 根据权利要求12的方法，其特征在于，为至少两种下面的网络标准的 终端设备(132， 134)传输数据DECT、 GSM、 UMTS、 WLAN、 WiFi。
全文摘要
本发明涉及一种设备(10)，它包括光/电转换单元(16)、电/光转换单元(14)以及天线(20)。此外，设备(10)包括聚合物调制器(14)。该设备尤其是作为无源设备实现。
文档编号H04B10/12GK101253711SQ200680026080
公开日2008年8月27日 申请日期2006年5月12日 优先权日2006年5月12日
发明者H·罗德 申请人:西门子家庭及办公室通讯装置两合公司