パルスジェネレータおよびそのパルスジェネレータを用いたインパルス無線送信機
【課題】インパルス放射を用いた無線通信装置において、デジタル信号を直接的に超広帯域（例えば、３ＧＨz〜１０ＧＨz）な周波数成分のインパルスに変換することができるパルスジェネレータ及びそのパルスジェネレータを用いた無線送信機を提供する。
【解決手段】本発明のパルスジェネレータは、エミッタが接地され、コレクタに電流制限回路を介して駆動電流が入力され、ベースに送信パルスが入力されるトランジスタと、一端が前記コレクタに接続されたコンデンサと、一端が接地され、他端がコンデンサの他端と接続されたインダクタとを有し、駆動電流によりコンデンサに電荷が蓄積された後、送信パルスにより蓄積された電荷が放電され、この放電に対応してインダクタに極誘導起電力が発生することにより、インパルスがインダクタの他端から出力される備える。
【解決手段】本発明のパルスジェネレータは、エミッタが接地され、コレクタに電流制限回路を介して駆動電流が入力され、ベースに送信パルスが入力されるトランジスタと、一端が前記コレクタに接続されたコンデンサと、一端が接地され、他端がコンデンサの他端と接続されたインダクタとを有し、駆動電流によりコンデンサに電荷が蓄積された後、送信パルスにより蓄積された電荷が放電され、この放電に対応してインダクタに極誘導起電力が発生することにより、インパルスがインダクタの他端から出力される備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インパルス無線システムに用いられるパルスジェネレータおよびそのパルスジェネレータを用いたインパルス無線信号を送信するインパルス無線送信機に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、無線を用いたデータ通信において、ほとんど全ての周波数空間が利用され、データ通信を行うための媒介の機能を拡張する方法の必要性が非常に高まっている。
このため、無線データ通信のリンクに関して、不連続の振動チャネルではなく、より広い振動変調を用いる新しい無線通信方法およびシステムとして、インパルス無線通信により広帯域または超広帯域（ＵＷＢ）を用いる無線通信技術の利用が行われている。
【０００３】
既存の無線通信においては、周波数帯を分けるために「搬送波（キャリア）」を使い、搬送波の周波数や出力を一定の範囲で変えながら、搬送波の状態の変化を使って情報を伝えている。
一方、上述したＵＷＢは搬送波を使わず、インパルスという信号を使って情報を伝えている。このインパルスとは、立ち上がりと立ち下がりの時間が極めて短い電流の信号形態を示している。ＵＷＢの場合，その時間は数１００ピコ秒から数ナノ秒以下しかなく、インパルス信号がいかに短いかがわかる。
【０００４】
そのインパルス信号を周波数成分で見てみると、様々な周波数の波（正弦波）の組み合わせに分解することができる。インパルス信号の幅を短くしていくことにより、時間に反比例して周波数帯域幅は広がる。このため、インパルス信号を使って信号を送るということは、パルス幅が短ければ短いほど、単位時間当たりにより多くの信号を伝えられることができる。すなわち、帯域幅が広けれ、より多くのインパルスを送信でき、また、速度だけでなく、電圧をかける時間が極めて短いため、平均電力が少なくなり、消費電力が低減されることとなる（例えば、非特許文献１参照）。
【非特許文献１】Kazimierz Siwiak, Debra McKeown、"Ultra-wideband radio technology"、Wiley、2004
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記非特許文献１に示す従来のインパルス無線機にあっては、図１１に示すように、周波数が安定な水晶発振器などの基準発振器により基準クロックを生成し、周波数シンセサイザが基準発振器の発振する基準クロックの周波数を合成し、精度の高い周波数のキャリアとなるインパルスを得るようにしている。
そして、上記インパルス無線機は、パルスシャープナーが送信データを上記基準クロックに同期させ、信号のエッジを急峻となるよう加工し、この加工させた送信データにより上記インパルス列をミキサーにより変調して、アンテナから変調されたインパルスを放射する。
【０００６】
しかしながら、従来のインパルス無線機は、上述したように、基準発振器，周波数シンセサイザ，パルスシャープナー，ミキサーなどが必要であり、回路構成が複雑であり、発振器が常に発振動作を行っているため、消費電力が高い欠点を有している。
また、パルスジェネレータは、ステップリカバリダイオードが現在の半導体プロセスでは集積化が困難であり、ディスクリートで構成する必要があり、小型化が図れず、かつ負電源を必要とするため、負電源が設けられていない携帯機器に搭載することができない。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、インパルス放射を用いた無線通信装置において、デジタル信号を直接的に超広帯域（例えば、３ＧＨz〜１０ＧＨz）な周波数成分のインパルスに変換することができるパルスジェネレータ及びそのパルスジェネレータを用いた無線送信機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のパルスジェネレータは、エミッタが接地され、コレクタに電流制限回路を介して駆動電流が入力され、ベースに送信パルスが入力されるトランジスタと、一端が前記コレクタに接続されたコンデンサと、一端が接地され、他端が前記コンデンサの他端と接続されたインダクタとを有し、前記駆動電流により前記コンデンサに電荷が蓄積された後、前記送信パルスにより蓄積された電荷が放電され、この放電に対応して前記インダクタに極誘導起電力が発生することにより、インパルスがインダクタの他端から出力されることを特徴とする。
【０００９】
本発明のパルスジェネレータは、前記駆動電流が電流パルスとして供給され、電流パルスが入力された後に前記送信パルスを供給することにより、インパルスが前記コンデンサの他端から出力されることを特徴とする。
【００１０】
本発明のパルスジェネレータは、送信パルスが入力される入力端子と前記トランジスタのベースとの間に、前記送信パルスの立ち下がりエッジのみを鈍らせる積分回路を介挿したことを特徴とする。
【００１１】
本発明のパルスジェネレータは、前記電流駆動回路が前記送信パルスが入力されている間のみ駆動電流を供給し、かつ前記積分回路の前段に送信パルスを遅延させる遅延回路が挿入されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明のインパルス無線送信機は、送信データから送信パルスを生成する送信パルス生成部と、前記送信パルスから送信データの情報を含んだインパルス信号を生成する請求項１から請求項４のいずれかに記載のパルスジェネレータと、前記インパルス信号を空間に放射するアンテナとを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように、本発明によれば、送信するデジタル信号である送信パルスのエッジをトリガにしてインパルスを発生させるため、従来のように、基準クロックを発振する発振器，周波数シンセサイザ，パルスシャープナーやミキサーなどを設ける必要がなく、送信するインパルスを発生させるパルスジェネレータの回路を簡素化，小型化及び低消費電力化を達成することができ、携帯端末に搭載するインパルス無線送信機を容易に実現することができる。
また、本発明によれば、送信信号の送信処理を行う期間のみ、インパルス発生における電力が供給されるため、従来例に比較してより低消費電力化を達成することができるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
＜第１の実施形態＞
以下、本発明の第１の実施形態によるパルスジェネレータを図面を参照して説明する。図１は同実施形態によるパルスジェネレータの構成例を示すブロック図である。
この図１において、トランジスタＱ１は、例えば、化合物半導体で形成されたｆt（電流利得遮断周波数）の高い（例えば、６０ＧＨz以上に対応）、ｎｐｎ型のバイポーラトランジスタであり、エミッタが接地されている。
【００１５】
また、上記トランジスタＱ１は、コレクタに対し、電流制限回路１０を介して、送信制御回路１１から出力される駆動パルスが入力される。ここで、電流制限回路１０は、ダイオードまたは抵抗により構成されている。ダイオードの場合、アノードが送信制御回路１１の出力側に、一方、カソードがトランジスタＱ１のコレクタに接続される。また、トランジスタＱ１は、ベースに対し、電流制限抵抗Ｒ１及びスピードアップコンデンサＣ１との並列接続された入力回路を介して、送信制御回路１１から出力される送信パルスが入力される。
【００１６】
コンデンサＣ２は、一方の端子Ｃ２ａがトランジスタＱ１のコレクタに接続され、他方の端子Ｃ２ｂがインダクタ（コイル）Ｌ１の一方の端子Ｌ１ａに接続されている。
インダクタＬ１は、他方の端子Ｌ１ｂが接地され、一方の端子Ｌ１ａが出力端子Ｔoutに接続されている。
【００１７】
送信制御回路１１は、図２のタイミングチャートに示すように、時刻ｔ1にΔＴp1のパルス幅の「Ｈ」レベルの駆動パルスを出力し、時刻ｔ2に駆動パルスを立ち下がった後、時刻ｔ3にΔＴp2のパルス幅の「Ｈ」レベルの送信パルスを出力する。
すなわち、送信制御回路１１は、送信データが入力されると、この送信データを所定の形式（例えば、ON/OFF-Keying，Pulse-Position-Modulation等の変調方式に対応した形式）のデジタル信号である送信パルスに変換して出力するが、この送信パルスを出力する前に、その送信パルスをインパルスとするための駆動パルスを出力し、駆動パルスが出力された後に、入力された送信パルスを出力することになる。このため、送信周期ΔＴは、ΔＴp1とΔＴp2とを加算した値により制限されることとなる。
【００１８】
次に、図１及び図２を参照して、第１の実施形態によるパルスジェネレータの動作を説明する。
時刻ｔ1において、送信制御回路１１は、送信データが入力されることにより、駆動パルスＶinを電流制限回路１０に対して出力する。
これにより、コンデンサＣ２は、上記駆動パルスＶin1により、電流制限回路１０から供給される駆動電流により、電荷が蓄積（Charge）される。
そして、時刻ｔ2において、送信制御回路１１は、駆動パルスＶin1を立ち下げる。
【００１９】
次に、時刻ｔ3において、送信制御回路１１は、送信パルスＶin2を上記入力回路を介して、トランジスタＱ１のベースに対して出力する。
これにより、送信パルスＶin2の立ち上がりにおいて、トランジスタＱ１がオン状態となると、コンデンサＣ１に蓄積された電荷が急激に放電（Discharge）され、インダクタＬ１→コンデンサＣ２→トランジスタＱ１、及び負荷→コンデンサＣ２→トランジスタＱ１の方向（図１における実線矢印方向）に電流が流れ、出力電圧Ｖoutが接地電位から負電位Ｖout-へ急峻に低下する（インパルスの立ち下がり部）。
【００２０】
そして、インダクタＬ１には、上述した実線矢印方向に電流が流れることにより、逆誘導起電力が、上記実線矢印方向の電流の変化を抑圧する正電位Ｖout+が急峻に発生し（インパルスの立ち上がり部）、インダクタＬ１→負荷の方向（図１における破線矢印方向）に対し、急速に電流が流れる。
ここで、図１に示すパルスジェネレータにおいて発生可能なインパルスの周波数帯域特性は以下のように定義することができる。インダクタＬ１のインダクタンスをｌ1、コンデンサＣ２の容量をｃ2、負荷のインピーダンスをＲoutとする。
最小周波数Ｆmin ＝ １／（２π・（ｌ1・ｃ2）１／２）
最小周波数Ｆmax ≒ Ｒout／（２π・ｌ1）
【００２１】
次に、時刻ｔ4において、送信制御回路１１は、送信パルスＶin2を立ち下げ、送信パルスＶin2によるインパルスの生成を終了する。
上記時刻ｔ1〜ｔ4の処理が繰り返して行われることにより、インパルス無線におけるインパルスの生成処理が行われる。
この送信パルスＶin2の立ち下がり時において、すでにコンデンサＣ2は蓄積した電荷が放電された後であるため、電圧の変化が無く、インダクタＬ１が逆誘導起電力を発生させることがなく、インパルスは発生されない。
【００２２】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態によるパルスジェネレータを説明する。上述した第１の実施形態のパルスジェネレータは、送信パルスによりインパルスを発生させる際、駆動パルスが必要となるため、インパルスを発信する周期（速度）が駆動パルスにより制限され、インパルスの発信が高速化されるほど、駆動パルスと送信パルスとのタイミング制御が困難となっていく。
【００２３】
そこで、パルスジェネレータを図３に示すように、駆動パルスにより駆動電流を供給するのではなく、トランジスタＱ１のコレクタを電流制限回路１０を介して電源に接続する回路構成が考えられる。他の構成については、第１の実施形態と同様であり、各構成には第１の実施形態と同様の符号が付与されている。
しかしながら、図３に示す回路構成によると、図４の波形図に示すように、常に、トランジスタＱ２のコレクタに対して、電流制限回路１０を介して駆動電流が供給されているため、送信パルスＶin2の変化点である立ち上がり（時刻ｔ1）と立ち下がり（時刻ｔ2）との時点において、インパルスが発生されてしまう。この時刻ｔ2の立ち下がり時点で発生されるインパルスは通信には不要な波形であり、除去する必要がある。
【００２４】
そこで、図３に示すパルスジェネレータに対し、送信パルスの立ち下がりのみを鈍らせる（なまらせる）回路ブロック１、及び回路ブロック１にて反転された送信パルスをさらに反転させ、もとの位相に戻し、かつ立ち上がりエッジを急峻とする回路ブロック２を設けた第２の実施形態によるパルスジェネレータを図５に示す。
回路ブロック２及び３各々に初段における、抵抗Ｒ２及びコンデンサＣ３の並列接続と、抵抗Ｒ４とコンデンサとの並列接続は、図１における入力回路と同様の構成である。
【００２５】
トランジスタＱ２は、例えば、化合物半導体で形成されたｆt（電流利得遮断周波数）の高い（例えば、６０ＧＨz以上に対応）、ｎｐｎ型のバイポーラトランジスタであり、エミッタが接地されている。
また、上記トランジスタＱ２は、コレクタに対し、電流制限抵抗Ｒ３を介して、電源回路から電圧Ｖccが接続されている。また、トランジスタＱ２は、ベースに対し、電流制限抵抗Ｒ２及びスピードアップコンデンサＣ３との並列接続された入力回路を介して、送信制御回路１１から出力される送信パルスが入力される。
さらに、トランジスタＱ２は、コレクタが積分回路１２を介して、回路ブロック２の入力回路に反転し、立ち上がりがなまった送信パルスを出力する。
【００２６】
トランジスタＱ３は、トランジスタＱ１及びＱ２と同様に、例えば、化合物半導体で形成されたｆt（電流利得遮断周波数）の高い（例えば、６０ＧＨz以上に対応）、ｎｐｎ型のバイポーラトランジスタであり、エミッタが接地されている。
また、上記トランジスタＱ３は、コレクタに対し、電流制限抵抗Ｒ５を介して、電源回路から電圧Ｖccが接続されている。また、トランジスタＱ３は、ベースに対し、電流制限抵抗Ｒ４及びスピードアップコンデンサＣ４との並列接続された入力回路を介して、積分回路１２から出力される反転された送信パルスが入力される。
さらに、トランジスタＱ２は、反転された送信パルスを、トランジスタＱ１に入力された時点の元の極性に戻し、トランジスタＱ１のベースに、入力回路を介して送信パルスを出力する。
トランジスタＱ１からなるパルスジェネレータは、第１の実施形態と構成も動作も同様のため、説明を省略する。
【００２７】
上述した構成により、第２の実施形態によるパルスジェネレータは、コンデンサＣ２に電流制限回路１０を介して、常に電源が接続され、トランジスタＱ１がオフ状態の場合、コンデンサＣ２に電荷が供給されて蓄積されるため、第１の実施形態における駆動パルスが必要なくなり、時間ΔＴp1が不要となり、高速なデータ通信が可能となる。
また、回路ブロック１を挿入することにより、トランジスタＱ１に入力される送信パルスの立ち下がりが徐々に行われるため（送信パルスが滑らかに立ち下がるため）、すなわち送信パルスの立ち下がりにおいて急峻な変化がインダクタに与えられないため、逆誘導起電力の発生がなく、図３に示す不良なインパルスが発生されない。
【００２８】
次に、図５及び図６を参照して、第２の実施形態によるパルスジェネレータの動作を説明する。 図６は図４のパルスジェネレータの動作を示す波形図である。
初期状態において、トランジスタＱ２がオフ状態であり、トランジスタＱ３オン状態であり、トランジスタＱ１がオフ状態であり、コンデンサＣ２には、電源から電流制限回路１０を介して供給される駆動電流により、電荷が蓄積（Charge）されている。
時刻ｔ1において、送信制御回路１１は、送信データが入力されることにより、送信パルスＶinを入力回路を介して、トランジスタＱ２のベースに対して出力する。
【００２９】
そして、トランジスタＱ２のコレクタ電圧Ｖp1は、急速に立ち下がり、トランジスタＱ３のベースに供給される電流が急峻に減少して、トランジスタＱ３はオフ状態となる。
これにより、トランジスタＱ３のコレクタ電圧Ｖp2が急峻に立ち上がり、トランジスタＱ１のベースにベース電流が流れ、トランジスタＱ１は急速にオン状態となる。
そして、トランジスタＱ１が急速にオン状態となると、コレクタ電圧Ｖp2、すなわちコンデンサＣ１に蓄積された電荷が急激に放電（Discharge）され、インダクタＬ１→コンデンサＣ２→トランジスタＱ１、及び負荷→コンデンサＣ２→トランジスタＱ１の方向（図１における実線矢印方向）に電流が流れ、出力電圧Ｖoutが接地電位から負電位Ｖout-へ急峻に低下する（インパルスの立ち下がり部）。
【００３０】
そして、インダクタＬ１には、上述した実線矢印方向に電流が流れることにより、逆誘導起電力が、上記実線矢印方向の電流の変化を抑圧する正電位Ｖout+が急峻に発生し（インパルスの立ち上がり部）、インダクタＬ１→負荷の方向（図１における破線矢印方向）に対し、急速に電流が流れる。この図５に示すパルスジェネレータにおいて発生可能なインパルスの周波数帯域特性は第１の実施形態において記載した定義と同様のため、説明を省略する。
【００３１】
次に、時刻ｔ2において、送信制御回路１１は、送信パルスＶinを立ち下げ、送信パルスＶinによるインパルスの生成を終了する。
そして、トランジスタＱ２は、送信パルスＶinが立ち下がるため、すなわちベース電流が減少するため、オフ状態となる。
これにより、トランジスタＱ２のコレクタ電圧Ｖp2は、電流制限抵抗Ｒ３を介して供給される電流により電荷が蓄積されて上昇するが、電流制限抵抗Ｒ３の抵抗値と積分回路１２の容量値とにより決定される時定数により、電圧の上昇がなまらせられ、図６に示すように徐々に上昇することとなる。
【００３２】
そして、コレクタ電圧Ｖp2の上昇に対応して、ベース電流が徐々に増加することにより、トランジスタＱ３は徐々にコレクタ電流が増加し、電流制限抵抗Ｒ５の電流値とこのコレクタ電流との比により、コレクタ電圧Ｖp3が徐々に、滑らかに低下してゆく。
このため、トランジスタＱ１のベースに入力される送信パルスの立ち下がりが徐々に行われ、すなわち送信パルスの立ち下がりにおいて急峻な変化がインダクタＬ1に与えられないため、逆誘導起電力の発生がなく、図３に示す不良なインパルスが発生されない。
上記時刻ｔ1〜ｔ２の処理が繰り返して行われることにより、インパルス無線におけるインパルスの生成処理が行われる。
【００３３】
＜第３の実施形態＞
上述した第２の実施形態においては、トランジスタＱ２がインパルスの生成処理を行わない期間、すなわちスタンバイ時にオン状態となっているため、無駄な電流が消費され、消費電力を、従来例に比較して十分に下げることができない。
そのため、図７に示すように、本発明の第３の実施形態においては、第２の実施形態に対して、さらに消費電力を従来例に比較して削減させるため、回路ブロック１において、入力回路の代わりに積分回路１３を、送信制御回路１１とトランジスタＱ３との間に介挿させ、電源とトランジスタＱ３のコレクタとの間に電圧制御回路１４を介挿している。
【００３４】
上記積分回路１３は、図中に示すように抵抗（ベース抵抗；電流制限抵抗）とコンデンサから形成されており、抵抗及びコンデンサから決定される時定数ΔＴdだけ、入力される送信パルスの波形を遅延させ、トランジスタＱ２のベースへ送信パルスを出力する。
また、電圧制御回路１４は、送信パルスＶinが入力されている間のみ、トランジスタＱ３のコレクタに対して駆動電流を供給する回路であり、例えば、図８に示す構成をしている。
【００３５】
電圧制御回路１４は、図８に示すように、トランジスタＱ４と、抵抗Ｒ１０，Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ，Ｒ１３から構成されている。
トランジスタＱ４は、ｎｐｎ型のバイポーラトランジスタであり、エミッタが抵抗Ｒ１３を介して接地されており、ベースに電流制限抵抗としてのベース抵抗１０が接続され、電源と抵抗Ｒ１１を介して接続され、エミッタが抵抗Ｒ１２を介して電源に接続されている。また、トランジスタＱ４は、ベースが抵抗Ｒ１０を介して送信制御回路１１の出力に接続され、エミッタがトランジスタＱ３のコレクタと接続されている。ここで、抵抗Ｒ１２及びＲ１３の抵抗値は、抵抗Ｒ１１より大きく設定されている（抵抗Ｒ１２及びＲ１３の抵抗値≫抵抗Ｒ１１の抵抗値）。
【００３６】
ここで、電圧制御回路１４は、送信制御回路１１が送信パルスを出力していないスタンバイ時において、トランジスタＱ４のベースにベース電流が流れず、抵抗Ｒ１２を介してのみ駆動電流が流れている。抵抗Ｒ１２の抵抗値は、トランジスタＱ３のコレクタに供給される駆動電流（低電流ＩL）が、トランジスタＱ３のコレクタがハイインピーダンス状態となるのを防止し、トランジスタＱ１のベース電圧が変動しない程度の電流未満となるように設定されている。
【００３７】
一方、電圧制御回路１４は、送信制御回路１１が送信パルスを出力している稼働時において、トランジスタＱ４のベースに電流が流れ、トランジスタＱ４がオン状態となり、抵抗Ｒ１２だけでなく、抵抗Ｒ１１を介しても駆動電流（低電流ＩH）がトランジスタＱ２に供給されることとなる。この抵抗Ｒ１１及び抵抗Ｒ１２の抵抗値は、上記駆動電流が、トランジスタＱ１をオン状態とするベース電流を超えるように設定されている。
【００３８】
次に、図７及び図９を参照して、第３の実施形態によるパルスジェネレータの動作を説明する。 図９は図７のパルスジェネレータの動作を示す波形図である。
初期状態において、トランジスタＱ２がオフ状態であり、トランジスタＱ３がオン状態であるが、電圧制御回路１４により微少な電流値が供給される状態となっており、トランジスタＱ１がオフ状態であり、コンデンサＣ２には、電源から電流制限回路１０を介して供給される駆動電流により、電荷が蓄積（Charge）されている。
時刻ｔ1において、送信制御回路１１は、送信データが入力されることにより、「Ｈ」レベルの送信パルスＶinを積分回路１３に出力するとともに、電圧制御回路１４へ出力する。
これにより、電圧制御回路１４は、高抵抗（電流値ＩL）状態から低抵抗（電流値ＩH）状態に切り替わり、電流ＩがトランジスタＱ２のコレクタ電流として流れる（上述したように、トランジスタＱ１をオン状態とする駆動電流として供給する）。
【００３９】
次に、時刻ｔ2において、積分回路１３は、設定された時定数ΔＴd経過後に、トランジスタＱ２に対して、「Ｈ」レベルの送信パルスを出力する。
これにより、トランジスタＱ２は、送信パルスによりベース電流が入力され、オン状態となり、トランジスタＱ３のコレクタ電圧Ｖp2を急速に低下させ、トランジスタＱ３をオフ状態とする。これにより、電圧制御回路１４を流れる電流Ｉは、トランジスタＱ１をオン状態とするベース電流のみとなり減少する。
【００４０】
そして、トランジスタＱ３のコレクタ電圧Ｖp3が急峻に立ち上がることにより、トランジスタＱ１のベースにベース電流が流れ、トランジスタＱ１は急速にオン状態となる。
また、トランジスタＱ１が急速にオン状態となると、コレクタ電圧Ｖp2、すなわちコンデンサＣ１に蓄積された電荷が急激に放電（Discharge）され、インダクタＬ１→コンデンサＣ２→トランジスタＱ１、及び負荷→コンデンサＣ２→トランジスタＱ１の方向（図１における実線矢印方向）に電流が流れ、出力電圧Ｖoutが接地電位から負電位Ｖout-へ急峻に低下する（インパルスの立ち下がり部）。
【００４１】
そして、インダクタＬ１には、上述した実線矢印方向に電流が流れることにより、逆誘導起電力が、上記実線矢印方向の電流の変化を抑圧する正電位Ｖout+が急峻に発生し（インパルスの立ち上がり部）、インダクタＬ１→負荷の方向（図１における破線矢印方向）に対し、急速に電流が流れる。この図５に示すパルスジェネレータにおいて発生可能なインパルスの周波数帯域特性は第１の実施形態において記載した定義と同様のため、説明を省略する。
【００４２】
次に、時刻ｔ3において、送信制御回路１１は、送信パルスＶinを立ち下げ、送信パルスＶinによるインパルスの生成を終了する。
そして、トランジスタＱ２は、送信パルスＶinが立ち下がるため、すなわちベース電流が減少するため、オフ状態となる。
これにより、トランジスタＱ２のコレクタ電圧Ｖp2は、電流制限抵抗Ｒ３を介して供給される電流により電荷が蓄積されて上昇するが、電流制限抵抗Ｒ３の抵抗値と積分回路１２の容量値とにより決定される時定数により、電圧の上昇がなまらせられ、図６に示した第２に実施形態と同様に徐々に上昇することとなる。
また、電圧制御回路１４も、送信パルスＶinが立ち下がるため、低抵抗状態から高抵抗状態に遷移し、スタンバイ状態に戻る。
【００４３】
そして、コレクタ電圧Ｖp2の上昇に対応して、ベース電流が徐々に増加することにより、トランジスタＱ３は徐々にコレクタ電流が増加し、電流制限抵抗Ｒ５の電流値とこのコレクタ電流との比により、コレクタ電圧Ｖp3が徐々に、滑らかに低下してゆく。
このため、トランジスタＱ１のベースに入力される送信パルスの立ち下がりが徐々に行われ、すなわち送信パルスの立ち下がりにおいて急峻な変化がインダクタＬ1に与えられないため、逆誘導起電力の発生がなく、図３に示す不良なインパルスが発生されない。
上記時刻ｔ1〜ｔ３の処理が繰り返して行われることにより、インパルス無線におけるインパルスの生成処理が行われる。
【００４４】
上述した第３の実施形態のパルスジェネレータにより、送信する送信パルスの立ち上がりエッジをトリガにして、インパルスを発生させるため、従来例に比較して高速なデータ送信が可能であり、かつ送信パルスが「Ｈ」レベルにて入力されている期間のみ、駆動電力が消費されるため、従来例に比較して低消費電力化を実現させることができる。
【００４５】
＜インパルス無線送信機＞
次に、図１０に第１〜第３の実施形態によるパルスジェネレータを用いるインパルス無線送信機（インパルスを用いたＵＷＢ送信機）の構成例を示す。
図示しない送信パルス生成部は、デジタル信号の送信データを、ONN/OFF−Keying及びPilse-Position-Modulationに変換してパルスジェネレータ１００へ出力する。この送信パルス生成部は送信制御回路１１が兼ねても良い。
このパルスモジュレータ１００は、すでに述べた第１から第３の実施形態によるパルスジェネレータであり、送信パルスから送信データの情報を含んだインパルスを生成して出力する。
【００４６】
そして、増幅器１０１は、パルスジェネレータ１００から出力されるインパルスを発信可能な電圧レベルに変換し、フィルタ１０２へ出力する。
次に、フィルタ１０２は、例えば櫛形フィルタであり、インパルスに含まれる発信する信号として不要な高調波及び低周波成分を除去する。
アンテナ１０３は、フィルタリングされたインパルスを、空間に放射する。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の第１実施形態によるインパルスを生成するパルスジェネレータの構成例を示す概念図である。
【図２】図１のパルスジェネレータの動作を説明する波形図である。
【図３】図１のパルスジェネレータの変形例を示す概念図である。
【図４】図３のパルスジェネレータの動作を説明する波形図である。
【図５】本発明の第２実施形態によるインパルスを生成するパルスジェネレータの構成例を示す概念図である。
【図６】図５のパルスジェネレータの動作を説明する波形図である。
【図７】本発明の第３実施形態によるインパルスを生成するパルスジェネレータの構成例を示す概念図である。
【図８】図７における電圧制御回路１３の構成例を示す概念図である。
【図９】図７のパルスジェネレータの動作を説明する波形図である。
【図１０】本発明の第１から第３のパルスジェネレータを用いるインパルス無線送信機の構成例を示す概念図である。
【図１１】従来のインパルス無線機の構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０…電流制限回路
１１…送信制御回路
１２，１３…積分回路
１４…電圧制御回路
１００…パルスジェネレータ
１０１…増幅器
１０２…フィルタ
１０３…アンテナ
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４…コンデンサ
Ｌ１…インダクタ
Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４…トランジスタ
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ４…電流制限抵抗
Ｒ３，Ｒ５，Ｒ１０，Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３…抵抗
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インパルス無線システムに用いられるパルスジェネレータおよびそのパルスジェネレータを用いたインパルス無線信号を送信するインパルス無線送信機に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、無線を用いたデータ通信において、ほとんど全ての周波数空間が利用され、データ通信を行うための媒介の機能を拡張する方法の必要性が非常に高まっている。
このため、無線データ通信のリンクに関して、不連続の振動チャネルではなく、より広い振動変調を用いる新しい無線通信方法およびシステムとして、インパルス無線通信により広帯域または超広帯域（ＵＷＢ）を用いる無線通信技術の利用が行われている。
【０００３】
既存の無線通信においては、周波数帯を分けるために「搬送波（キャリア）」を使い、搬送波の周波数や出力を一定の範囲で変えながら、搬送波の状態の変化を使って情報を伝えている。
一方、上述したＵＷＢは搬送波を使わず、インパルスという信号を使って情報を伝えている。このインパルスとは、立ち上がりと立ち下がりの時間が極めて短い電流の信号形態を示している。ＵＷＢの場合，その時間は数１００ピコ秒から数ナノ秒以下しかなく、インパルス信号がいかに短いかがわかる。
【０００４】
そのインパルス信号を周波数成分で見てみると、様々な周波数の波（正弦波）の組み合わせに分解することができる。インパルス信号の幅を短くしていくことにより、時間に反比例して周波数帯域幅は広がる。このため、インパルス信号を使って信号を送るということは、パルス幅が短ければ短いほど、単位時間当たりにより多くの信号を伝えられることができる。すなわち、帯域幅が広けれ、より多くのインパルスを送信でき、また、速度だけでなく、電圧をかける時間が極めて短いため、平均電力が少なくなり、消費電力が低減されることとなる（例えば、非特許文献１参照）。
【非特許文献１】Kazimierz Siwiak, Debra McKeown、"Ultra-wideband radio technology"、Wiley、2004
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記非特許文献１に示す従来のインパルス無線機にあっては、図１１に示すように、周波数が安定な水晶発振器などの基準発振器により基準クロックを生成し、周波数シンセサイザが基準発振器の発振する基準クロックの周波数を合成し、精度の高い周波数のキャリアとなるインパルスを得るようにしている。
そして、上記インパルス無線機は、パルスシャープナーが送信データを上記基準クロックに同期させ、信号のエッジを急峻となるよう加工し、この加工させた送信データにより上記インパルス列をミキサーにより変調して、アンテナから変調されたインパルスを放射する。
【０００６】
しかしながら、従来のインパルス無線機は、上述したように、基準発振器，周波数シンセサイザ，パルスシャープナー，ミキサーなどが必要であり、回路構成が複雑であり、発振器が常に発振動作を行っているため、消費電力が高い欠点を有している。
また、パルスジェネレータは、ステップリカバリダイオードが現在の半導体プロセスでは集積化が困難であり、ディスクリートで構成する必要があり、小型化が図れず、かつ負電源を必要とするため、負電源が設けられていない携帯機器に搭載することができない。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、インパルス放射を用いた無線通信装置において、デジタル信号を直接的に超広帯域（例えば、３ＧＨz〜１０ＧＨz）な周波数成分のインパルスに変換することができるパルスジェネレータ及びそのパルスジェネレータを用いた無線送信機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のパルスジェネレータは、エミッタが接地され、コレクタに電流制限回路を介して駆動電流が入力され、ベースに送信パルスが入力されるトランジスタと、一端が前記コレクタに接続されたコンデンサと、一端が接地され、他端が前記コンデンサの他端と接続されたインダクタとを有し、前記駆動電流により前記コンデンサに電荷が蓄積された後、前記送信パルスにより蓄積された電荷が放電され、この放電に対応して前記インダクタに極誘導起電力が発生することにより、インパルスがインダクタの他端から出力されることを特徴とする。
【０００９】
本発明のパルスジェネレータは、前記駆動電流が電流パルスとして供給され、電流パルスが入力された後に前記送信パルスを供給することにより、インパルスが前記コンデンサの他端から出力されることを特徴とする。
【００１０】
本発明のパルスジェネレータは、送信パルスが入力される入力端子と前記トランジスタのベースとの間に、前記送信パルスの立ち下がりエッジのみを鈍らせる積分回路を介挿したことを特徴とする。
【００１１】
本発明のパルスジェネレータは、前記電流駆動回路が前記送信パルスが入力されている間のみ駆動電流を供給し、かつ前記積分回路の前段に送信パルスを遅延させる遅延回路が挿入されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明のインパルス無線送信機は、送信データから送信パルスを生成する送信パルス生成部と、前記送信パルスから送信データの情報を含んだインパルス信号を生成する請求項１から請求項４のいずれかに記載のパルスジェネレータと、前記インパルス信号を空間に放射するアンテナとを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように、本発明によれば、送信するデジタル信号である送信パルスのエッジをトリガにしてインパルスを発生させるため、従来のように、基準クロックを発振する発振器，周波数シンセサイザ，パルスシャープナーやミキサーなどを設ける必要がなく、送信するインパルスを発生させるパルスジェネレータの回路を簡素化，小型化及び低消費電力化を達成することができ、携帯端末に搭載するインパルス無線送信機を容易に実現することができる。
また、本発明によれば、送信信号の送信処理を行う期間のみ、インパルス発生における電力が供給されるため、従来例に比較してより低消費電力化を達成することができるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
＜第１の実施形態＞
以下、本発明の第１の実施形態によるパルスジェネレータを図面を参照して説明する。図１は同実施形態によるパルスジェネレータの構成例を示すブロック図である。
この図１において、トランジスタＱ１は、例えば、化合物半導体で形成されたｆt（電流利得遮断周波数）の高い（例えば、６０ＧＨz以上に対応）、ｎｐｎ型のバイポーラトランジスタであり、エミッタが接地されている。
【００１５】
また、上記トランジスタＱ１は、コレクタに対し、電流制限回路１０を介して、送信制御回路１１から出力される駆動パルスが入力される。ここで、電流制限回路１０は、ダイオードまたは抵抗により構成されている。ダイオードの場合、アノードが送信制御回路１１の出力側に、一方、カソードがトランジスタＱ１のコレクタに接続される。また、トランジスタＱ１は、ベースに対し、電流制限抵抗Ｒ１及びスピードアップコンデンサＣ１との並列接続された入力回路を介して、送信制御回路１１から出力される送信パルスが入力される。
【００１６】
コンデンサＣ２は、一方の端子Ｃ２ａがトランジスタＱ１のコレクタに接続され、他方の端子Ｃ２ｂがインダクタ（コイル）Ｌ１の一方の端子Ｌ１ａに接続されている。
インダクタＬ１は、他方の端子Ｌ１ｂが接地され、一方の端子Ｌ１ａが出力端子Ｔoutに接続されている。
【００１７】
送信制御回路１１は、図２のタイミングチャートに示すように、時刻ｔ1にΔＴp1のパルス幅の「Ｈ」レベルの駆動パルスを出力し、時刻ｔ2に駆動パルスを立ち下がった後、時刻ｔ3にΔＴp2のパルス幅の「Ｈ」レベルの送信パルスを出力する。
すなわち、送信制御回路１１は、送信データが入力されると、この送信データを所定の形式（例えば、ON/OFF-Keying，Pulse-Position-Modulation等の変調方式に対応した形式）のデジタル信号である送信パルスに変換して出力するが、この送信パルスを出力する前に、その送信パルスをインパルスとするための駆動パルスを出力し、駆動パルスが出力された後に、入力された送信パルスを出力することになる。このため、送信周期ΔＴは、ΔＴp1とΔＴp2とを加算した値により制限されることとなる。
【００１８】
次に、図１及び図２を参照して、第１の実施形態によるパルスジェネレータの動作を説明する。
時刻ｔ1において、送信制御回路１１は、送信データが入力されることにより、駆動パルスＶinを電流制限回路１０に対して出力する。
これにより、コンデンサＣ２は、上記駆動パルスＶin1により、電流制限回路１０から供給される駆動電流により、電荷が蓄積（Charge）される。
そして、時刻ｔ2において、送信制御回路１１は、駆動パルスＶin1を立ち下げる。
【００１９】
次に、時刻ｔ3において、送信制御回路１１は、送信パルスＶin2を上記入力回路を介して、トランジスタＱ１のベースに対して出力する。
これにより、送信パルスＶin2の立ち上がりにおいて、トランジスタＱ１がオン状態となると、コンデンサＣ１に蓄積された電荷が急激に放電（Discharge）され、インダクタＬ１→コンデンサＣ２→トランジスタＱ１、及び負荷→コンデンサＣ２→トランジスタＱ１の方向（図１における実線矢印方向）に電流が流れ、出力電圧Ｖoutが接地電位から負電位Ｖout-へ急峻に低下する（インパルスの立ち下がり部）。
【００２０】
そして、インダクタＬ１には、上述した実線矢印方向に電流が流れることにより、逆誘導起電力が、上記実線矢印方向の電流の変化を抑圧する正電位Ｖout+が急峻に発生し（インパルスの立ち上がり部）、インダクタＬ１→負荷の方向（図１における破線矢印方向）に対し、急速に電流が流れる。
ここで、図１に示すパルスジェネレータにおいて発生可能なインパルスの周波数帯域特性は以下のように定義することができる。インダクタＬ１のインダクタンスをｌ1、コンデンサＣ２の容量をｃ2、負荷のインピーダンスをＲoutとする。
最小周波数Ｆmin ＝ １／（２π・（ｌ1・ｃ2）１／２）
最小周波数Ｆmax ≒ Ｒout／（２π・ｌ1）
【００２１】
次に、時刻ｔ4において、送信制御回路１１は、送信パルスＶin2を立ち下げ、送信パルスＶin2によるインパルスの生成を終了する。
上記時刻ｔ1〜ｔ4の処理が繰り返して行われることにより、インパルス無線におけるインパルスの生成処理が行われる。
この送信パルスＶin2の立ち下がり時において、すでにコンデンサＣ2は蓄積した電荷が放電された後であるため、電圧の変化が無く、インダクタＬ１が逆誘導起電力を発生させることがなく、インパルスは発生されない。
【００２２】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態によるパルスジェネレータを説明する。上述した第１の実施形態のパルスジェネレータは、送信パルスによりインパルスを発生させる際、駆動パルスが必要となるため、インパルスを発信する周期（速度）が駆動パルスにより制限され、インパルスの発信が高速化されるほど、駆動パルスと送信パルスとのタイミング制御が困難となっていく。
【００２３】
そこで、パルスジェネレータを図３に示すように、駆動パルスにより駆動電流を供給するのではなく、トランジスタＱ１のコレクタを電流制限回路１０を介して電源に接続する回路構成が考えられる。他の構成については、第１の実施形態と同様であり、各構成には第１の実施形態と同様の符号が付与されている。
しかしながら、図３に示す回路構成によると、図４の波形図に示すように、常に、トランジスタＱ２のコレクタに対して、電流制限回路１０を介して駆動電流が供給されているため、送信パルスＶin2の変化点である立ち上がり（時刻ｔ1）と立ち下がり（時刻ｔ2）との時点において、インパルスが発生されてしまう。この時刻ｔ2の立ち下がり時点で発生されるインパルスは通信には不要な波形であり、除去する必要がある。
【００２４】
そこで、図３に示すパルスジェネレータに対し、送信パルスの立ち下がりのみを鈍らせる（なまらせる）回路ブロック１、及び回路ブロック１にて反転された送信パルスをさらに反転させ、もとの位相に戻し、かつ立ち上がりエッジを急峻とする回路ブロック２を設けた第２の実施形態によるパルスジェネレータを図５に示す。
回路ブロック２及び３各々に初段における、抵抗Ｒ２及びコンデンサＣ３の並列接続と、抵抗Ｒ４とコンデンサとの並列接続は、図１における入力回路と同様の構成である。
【００２５】
トランジスタＱ２は、例えば、化合物半導体で形成されたｆt（電流利得遮断周波数）の高い（例えば、６０ＧＨz以上に対応）、ｎｐｎ型のバイポーラトランジスタであり、エミッタが接地されている。
また、上記トランジスタＱ２は、コレクタに対し、電流制限抵抗Ｒ３を介して、電源回路から電圧Ｖccが接続されている。また、トランジスタＱ２は、ベースに対し、電流制限抵抗Ｒ２及びスピードアップコンデンサＣ３との並列接続された入力回路を介して、送信制御回路１１から出力される送信パルスが入力される。
さらに、トランジスタＱ２は、コレクタが積分回路１２を介して、回路ブロック２の入力回路に反転し、立ち上がりがなまった送信パルスを出力する。
【００２６】
トランジスタＱ３は、トランジスタＱ１及びＱ２と同様に、例えば、化合物半導体で形成されたｆt（電流利得遮断周波数）の高い（例えば、６０ＧＨz以上に対応）、ｎｐｎ型のバイポーラトランジスタであり、エミッタが接地されている。
また、上記トランジスタＱ３は、コレクタに対し、電流制限抵抗Ｒ５を介して、電源回路から電圧Ｖccが接続されている。また、トランジスタＱ３は、ベースに対し、電流制限抵抗Ｒ４及びスピードアップコンデンサＣ４との並列接続された入力回路を介して、積分回路１２から出力される反転された送信パルスが入力される。
さらに、トランジスタＱ２は、反転された送信パルスを、トランジスタＱ１に入力された時点の元の極性に戻し、トランジスタＱ１のベースに、入力回路を介して送信パルスを出力する。
トランジスタＱ１からなるパルスジェネレータは、第１の実施形態と構成も動作も同様のため、説明を省略する。
【００２７】
上述した構成により、第２の実施形態によるパルスジェネレータは、コンデンサＣ２に電流制限回路１０を介して、常に電源が接続され、トランジスタＱ１がオフ状態の場合、コンデンサＣ２に電荷が供給されて蓄積されるため、第１の実施形態における駆動パルスが必要なくなり、時間ΔＴp1が不要となり、高速なデータ通信が可能となる。
また、回路ブロック１を挿入することにより、トランジスタＱ１に入力される送信パルスの立ち下がりが徐々に行われるため（送信パルスが滑らかに立ち下がるため）、すなわち送信パルスの立ち下がりにおいて急峻な変化がインダクタに与えられないため、逆誘導起電力の発生がなく、図３に示す不良なインパルスが発生されない。
【００２８】
次に、図５及び図６を参照して、第２の実施形態によるパルスジェネレータの動作を説明する。 図６は図４のパルスジェネレータの動作を示す波形図である。
初期状態において、トランジスタＱ２がオフ状態であり、トランジスタＱ３オン状態であり、トランジスタＱ１がオフ状態であり、コンデンサＣ２には、電源から電流制限回路１０を介して供給される駆動電流により、電荷が蓄積（Charge）されている。
時刻ｔ1において、送信制御回路１１は、送信データが入力されることにより、送信パルスＶinを入力回路を介して、トランジスタＱ２のベースに対して出力する。
【００２９】
そして、トランジスタＱ２のコレクタ電圧Ｖp1は、急速に立ち下がり、トランジスタＱ３のベースに供給される電流が急峻に減少して、トランジスタＱ３はオフ状態となる。
これにより、トランジスタＱ３のコレクタ電圧Ｖp2が急峻に立ち上がり、トランジスタＱ１のベースにベース電流が流れ、トランジスタＱ１は急速にオン状態となる。
そして、トランジスタＱ１が急速にオン状態となると、コレクタ電圧Ｖp2、すなわちコンデンサＣ１に蓄積された電荷が急激に放電（Discharge）され、インダクタＬ１→コンデンサＣ２→トランジスタＱ１、及び負荷→コンデンサＣ２→トランジスタＱ１の方向（図１における実線矢印方向）に電流が流れ、出力電圧Ｖoutが接地電位から負電位Ｖout-へ急峻に低下する（インパルスの立ち下がり部）。
【００３０】
そして、インダクタＬ１には、上述した実線矢印方向に電流が流れることにより、逆誘導起電力が、上記実線矢印方向の電流の変化を抑圧する正電位Ｖout+が急峻に発生し（インパルスの立ち上がり部）、インダクタＬ１→負荷の方向（図１における破線矢印方向）に対し、急速に電流が流れる。この図５に示すパルスジェネレータにおいて発生可能なインパルスの周波数帯域特性は第１の実施形態において記載した定義と同様のため、説明を省略する。
【００３１】
次に、時刻ｔ2において、送信制御回路１１は、送信パルスＶinを立ち下げ、送信パルスＶinによるインパルスの生成を終了する。
そして、トランジスタＱ２は、送信パルスＶinが立ち下がるため、すなわちベース電流が減少するため、オフ状態となる。
これにより、トランジスタＱ２のコレクタ電圧Ｖp2は、電流制限抵抗Ｒ３を介して供給される電流により電荷が蓄積されて上昇するが、電流制限抵抗Ｒ３の抵抗値と積分回路１２の容量値とにより決定される時定数により、電圧の上昇がなまらせられ、図６に示すように徐々に上昇することとなる。
【００３２】
そして、コレクタ電圧Ｖp2の上昇に対応して、ベース電流が徐々に増加することにより、トランジスタＱ３は徐々にコレクタ電流が増加し、電流制限抵抗Ｒ５の電流値とこのコレクタ電流との比により、コレクタ電圧Ｖp3が徐々に、滑らかに低下してゆく。
このため、トランジスタＱ１のベースに入力される送信パルスの立ち下がりが徐々に行われ、すなわち送信パルスの立ち下がりにおいて急峻な変化がインダクタＬ1に与えられないため、逆誘導起電力の発生がなく、図３に示す不良なインパルスが発生されない。
上記時刻ｔ1〜ｔ２の処理が繰り返して行われることにより、インパルス無線におけるインパルスの生成処理が行われる。
【００３３】
＜第３の実施形態＞
上述した第２の実施形態においては、トランジスタＱ２がインパルスの生成処理を行わない期間、すなわちスタンバイ時にオン状態となっているため、無駄な電流が消費され、消費電力を、従来例に比較して十分に下げることができない。
そのため、図７に示すように、本発明の第３の実施形態においては、第２の実施形態に対して、さらに消費電力を従来例に比較して削減させるため、回路ブロック１において、入力回路の代わりに積分回路１３を、送信制御回路１１とトランジスタＱ３との間に介挿させ、電源とトランジスタＱ３のコレクタとの間に電圧制御回路１４を介挿している。
【００３４】
上記積分回路１３は、図中に示すように抵抗（ベース抵抗；電流制限抵抗）とコンデンサから形成されており、抵抗及びコンデンサから決定される時定数ΔＴdだけ、入力される送信パルスの波形を遅延させ、トランジスタＱ２のベースへ送信パルスを出力する。
また、電圧制御回路１４は、送信パルスＶinが入力されている間のみ、トランジスタＱ３のコレクタに対して駆動電流を供給する回路であり、例えば、図８に示す構成をしている。
【００３５】
電圧制御回路１４は、図８に示すように、トランジスタＱ４と、抵抗Ｒ１０，Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ，Ｒ１３から構成されている。
トランジスタＱ４は、ｎｐｎ型のバイポーラトランジスタであり、エミッタが抵抗Ｒ１３を介して接地されており、ベースに電流制限抵抗としてのベース抵抗１０が接続され、電源と抵抗Ｒ１１を介して接続され、エミッタが抵抗Ｒ１２を介して電源に接続されている。また、トランジスタＱ４は、ベースが抵抗Ｒ１０を介して送信制御回路１１の出力に接続され、エミッタがトランジスタＱ３のコレクタと接続されている。ここで、抵抗Ｒ１２及びＲ１３の抵抗値は、抵抗Ｒ１１より大きく設定されている（抵抗Ｒ１２及びＲ１３の抵抗値≫抵抗Ｒ１１の抵抗値）。
【００３６】
ここで、電圧制御回路１４は、送信制御回路１１が送信パルスを出力していないスタンバイ時において、トランジスタＱ４のベースにベース電流が流れず、抵抗Ｒ１２を介してのみ駆動電流が流れている。抵抗Ｒ１２の抵抗値は、トランジスタＱ３のコレクタに供給される駆動電流（低電流ＩL）が、トランジスタＱ３のコレクタがハイインピーダンス状態となるのを防止し、トランジスタＱ１のベース電圧が変動しない程度の電流未満となるように設定されている。
【００３７】
一方、電圧制御回路１４は、送信制御回路１１が送信パルスを出力している稼働時において、トランジスタＱ４のベースに電流が流れ、トランジスタＱ４がオン状態となり、抵抗Ｒ１２だけでなく、抵抗Ｒ１１を介しても駆動電流（低電流ＩH）がトランジスタＱ２に供給されることとなる。この抵抗Ｒ１１及び抵抗Ｒ１２の抵抗値は、上記駆動電流が、トランジスタＱ１をオン状態とするベース電流を超えるように設定されている。
【００３８】
次に、図７及び図９を参照して、第３の実施形態によるパルスジェネレータの動作を説明する。 図９は図７のパルスジェネレータの動作を示す波形図である。
初期状態において、トランジスタＱ２がオフ状態であり、トランジスタＱ３がオン状態であるが、電圧制御回路１４により微少な電流値が供給される状態となっており、トランジスタＱ１がオフ状態であり、コンデンサＣ２には、電源から電流制限回路１０を介して供給される駆動電流により、電荷が蓄積（Charge）されている。
時刻ｔ1において、送信制御回路１１は、送信データが入力されることにより、「Ｈ」レベルの送信パルスＶinを積分回路１３に出力するとともに、電圧制御回路１４へ出力する。
これにより、電圧制御回路１４は、高抵抗（電流値ＩL）状態から低抵抗（電流値ＩH）状態に切り替わり、電流ＩがトランジスタＱ２のコレクタ電流として流れる（上述したように、トランジスタＱ１をオン状態とする駆動電流として供給する）。
【００３９】
次に、時刻ｔ2において、積分回路１３は、設定された時定数ΔＴd経過後に、トランジスタＱ２に対して、「Ｈ」レベルの送信パルスを出力する。
これにより、トランジスタＱ２は、送信パルスによりベース電流が入力され、オン状態となり、トランジスタＱ３のコレクタ電圧Ｖp2を急速に低下させ、トランジスタＱ３をオフ状態とする。これにより、電圧制御回路１４を流れる電流Ｉは、トランジスタＱ１をオン状態とするベース電流のみとなり減少する。
【００４０】
そして、トランジスタＱ３のコレクタ電圧Ｖp3が急峻に立ち上がることにより、トランジスタＱ１のベースにベース電流が流れ、トランジスタＱ１は急速にオン状態となる。
また、トランジスタＱ１が急速にオン状態となると、コレクタ電圧Ｖp2、すなわちコンデンサＣ１に蓄積された電荷が急激に放電（Discharge）され、インダクタＬ１→コンデンサＣ２→トランジスタＱ１、及び負荷→コンデンサＣ２→トランジスタＱ１の方向（図１における実線矢印方向）に電流が流れ、出力電圧Ｖoutが接地電位から負電位Ｖout-へ急峻に低下する（インパルスの立ち下がり部）。
【００４１】
そして、インダクタＬ１には、上述した実線矢印方向に電流が流れることにより、逆誘導起電力が、上記実線矢印方向の電流の変化を抑圧する正電位Ｖout+が急峻に発生し（インパルスの立ち上がり部）、インダクタＬ１→負荷の方向（図１における破線矢印方向）に対し、急速に電流が流れる。この図５に示すパルスジェネレータにおいて発生可能なインパルスの周波数帯域特性は第１の実施形態において記載した定義と同様のため、説明を省略する。
【００４２】
次に、時刻ｔ3において、送信制御回路１１は、送信パルスＶinを立ち下げ、送信パルスＶinによるインパルスの生成を終了する。
そして、トランジスタＱ２は、送信パルスＶinが立ち下がるため、すなわちベース電流が減少するため、オフ状態となる。
これにより、トランジスタＱ２のコレクタ電圧Ｖp2は、電流制限抵抗Ｒ３を介して供給される電流により電荷が蓄積されて上昇するが、電流制限抵抗Ｒ３の抵抗値と積分回路１２の容量値とにより決定される時定数により、電圧の上昇がなまらせられ、図６に示した第２に実施形態と同様に徐々に上昇することとなる。
また、電圧制御回路１４も、送信パルスＶinが立ち下がるため、低抵抗状態から高抵抗状態に遷移し、スタンバイ状態に戻る。
【００４３】
そして、コレクタ電圧Ｖp2の上昇に対応して、ベース電流が徐々に増加することにより、トランジスタＱ３は徐々にコレクタ電流が増加し、電流制限抵抗Ｒ５の電流値とこのコレクタ電流との比により、コレクタ電圧Ｖp3が徐々に、滑らかに低下してゆく。
このため、トランジスタＱ１のベースに入力される送信パルスの立ち下がりが徐々に行われ、すなわち送信パルスの立ち下がりにおいて急峻な変化がインダクタＬ1に与えられないため、逆誘導起電力の発生がなく、図３に示す不良なインパルスが発生されない。
上記時刻ｔ1〜ｔ３の処理が繰り返して行われることにより、インパルス無線におけるインパルスの生成処理が行われる。
【００４４】
上述した第３の実施形態のパルスジェネレータにより、送信する送信パルスの立ち上がりエッジをトリガにして、インパルスを発生させるため、従来例に比較して高速なデータ送信が可能であり、かつ送信パルスが「Ｈ」レベルにて入力されている期間のみ、駆動電力が消費されるため、従来例に比較して低消費電力化を実現させることができる。
【００４５】
＜インパルス無線送信機＞
次に、図１０に第１〜第３の実施形態によるパルスジェネレータを用いるインパルス無線送信機（インパルスを用いたＵＷＢ送信機）の構成例を示す。
図示しない送信パルス生成部は、デジタル信号の送信データを、ONN/OFF−Keying及びPilse-Position-Modulationに変換してパルスジェネレータ１００へ出力する。この送信パルス生成部は送信制御回路１１が兼ねても良い。
このパルスモジュレータ１００は、すでに述べた第１から第３の実施形態によるパルスジェネレータであり、送信パルスから送信データの情報を含んだインパルスを生成して出力する。
【００４６】
そして、増幅器１０１は、パルスジェネレータ１００から出力されるインパルスを発信可能な電圧レベルに変換し、フィルタ１０２へ出力する。
次に、フィルタ１０２は、例えば櫛形フィルタであり、インパルスに含まれる発信する信号として不要な高調波及び低周波成分を除去する。
アンテナ１０３は、フィルタリングされたインパルスを、空間に放射する。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の第１実施形態によるインパルスを生成するパルスジェネレータの構成例を示す概念図である。
【図２】図１のパルスジェネレータの動作を説明する波形図である。
【図３】図１のパルスジェネレータの変形例を示す概念図である。
【図４】図３のパルスジェネレータの動作を説明する波形図である。
【図５】本発明の第２実施形態によるインパルスを生成するパルスジェネレータの構成例を示す概念図である。
【図６】図５のパルスジェネレータの動作を説明する波形図である。
【図７】本発明の第３実施形態によるインパルスを生成するパルスジェネレータの構成例を示す概念図である。
【図８】図７における電圧制御回路１３の構成例を示す概念図である。
【図９】図７のパルスジェネレータの動作を説明する波形図である。
【図１０】本発明の第１から第３のパルスジェネレータを用いるインパルス無線送信機の構成例を示す概念図である。
【図１１】従来のインパルス無線機の構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０…電流制限回路
１１…送信制御回路
１２，１３…積分回路
１４…電圧制御回路
１００…パルスジェネレータ
１０１…増幅器
１０２…フィルタ
１０３…アンテナ
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４…コンデンサ
Ｌ１…インダクタ
Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４…トランジスタ
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ４…電流制限抵抗
Ｒ３，Ｒ５，Ｒ１０，Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３…抵抗
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エミッタが接地され、コレクタに電流制限回路を介して駆動電流が入力され、ベースに送信パルスが入力されるトランジスタと、
一端が前記コレクタに接続されたコンデンサと、
一端が接地され、他端が前記コンデンサの他端と接続されたインダクタと
を有し、
前記駆動電流により前記コンデンサに電荷が蓄積された後、前記送信パルスにより蓄積された電荷が放電され、この放電に対応して前記インダクタに極誘導起電力が発生することにより、インパルスがインダクタの他端から出力されることを特徴とするパルスジェネレータ。
【請求項２】
前記駆動電流が電流パルスとして供給され、電流パルスが入力された後に前記送信パルスを供給することにより、インパルスが前記コンデンサの他端から出力されることを特徴とする請求項１記載のパルスジェネレータ。
【請求項３】
送信パルスが入力される入力端子と前記トランジスタのベースとの間に、前記送信パルスの立ち下がりエッジのみを鈍らせる積分回路を介挿したことを特徴とする請求項１に記載のパルスジェネレータ。
【請求項４】
前記電流駆動回路が前記送信パルスが入力されている間のみ駆動電流を供給し、かつ前記積分回路の前段に送信パルスを遅延させる遅延回路が挿入されていることを特徴とする請求項３に記載のパルスジェネレータ。
【請求項５】
送信データから送信パルスを生成する送信パルス生成部と、
前記送信パルスから送信データの情報を含んだインパルス信号を生成する請求項１から請求項４のいずれかに記載のパルスジェネレータと、
前記インパルス信号を空間に放射するアンテナと
を有することを特徴とするインパルス無線送信機。
【請求項１】
エミッタが接地され、コレクタに電流制限回路を介して駆動電流が入力され、ベースに送信パルスが入力されるトランジスタと、
一端が前記コレクタに接続されたコンデンサと、
一端が接地され、他端が前記コンデンサの他端と接続されたインダクタと
を有し、
前記駆動電流により前記コンデンサに電荷が蓄積された後、前記送信パルスにより蓄積された電荷が放電され、この放電に対応して前記インダクタに極誘導起電力が発生することにより、インパルスがインダクタの他端から出力されることを特徴とするパルスジェネレータ。
【請求項２】
前記駆動電流が電流パルスとして供給され、電流パルスが入力された後に前記送信パルスを供給することにより、インパルスが前記コンデンサの他端から出力されることを特徴とする請求項１記載のパルスジェネレータ。
【請求項３】
送信パルスが入力される入力端子と前記トランジスタのベースとの間に、前記送信パルスの立ち下がりエッジのみを鈍らせる積分回路を介挿したことを特徴とする請求項１に記載のパルスジェネレータ。
【請求項４】
前記電流駆動回路が前記送信パルスが入力されている間のみ駆動電流を供給し、かつ前記積分回路の前段に送信パルスを遅延させる遅延回路が挿入されていることを特徴とする請求項３に記載のパルスジェネレータ。
【請求項５】
送信データから送信パルスを生成する送信パルス生成部と、
前記送信パルスから送信データの情報を含んだインパルス信号を生成する請求項１から請求項４のいずれかに記載のパルスジェネレータと、
前記インパルス信号を空間に放射するアンテナと
を有することを特徴とするインパルス無線送信機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００７−１７４０２８（Ｐ２００７−１７４０２８Ａ）
【公開日】平成１９年７月５日（２００７．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３６５９１２（Ｐ２００５−３６５９１２）
【出願日】平成１７年１２月２０日（２００５．１２．２０）
【出願人】（３９００１９８３９）三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年７月５日（２００７．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１２月２０日（２００５．１２．２０）
【出願人】（３９００１９８３９）三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【Ｆターム（参考）】
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