Millimeter-Wave Impulse Radio

Abstract: Popular Abstract in Swedish Trådlösa system som använder elektromagnetisk strålning, även kallat radio kort och gott, har fått ett enormt genomslag i våra liv. Radio används överallt: telefoni, GPS, mobilt bredband och TV är tillämpningar som vi som privatpersoner lätt kommer i kontakt med men även till radar, magnetisk resonanstomografi och andra avbildande system. Speciellt datakommunikation i mindre nät, så kallade WLAN (wireless local area network), har blivit en vanlig teknik i hemmen. I ett flerfamiljshus kan det utan problem finnas ett dussintal sådana nät och allt eftersom antalet produkter med WLAN ökar och mängden data som skickas växer så försämras upplevelsen av nätet. Det beror på att all trådlös data som skickas i nätet går genom smala frekvensfönster, så kallade frekvensband med ett begränsat antal kanaler. De här fönstren har tillkommit genom en lång process mellan reglerande och standardiserande organ. Att uppnå hastigheter på flera gigabit per sekund i dagens WLAN vid 2.4 GHz är inte möjligt just på grund av de smala frekvensbanden och mängden störningar. Genom att göra ett ordentligt kliv i frekvens, upp till millimetervågorna och närmare bestämt 60 GHz, så är förutsättningarna helt annorlunda. Till att börja med så finns det dels upp till 9 GHz bandbredd tilldelat av olika reglerande organ jämfört med totalt 0.1 GHz för 2.4 GHz bandet och dels så dämpas den trådlösa signalen mer vid 60 GHz, vilket innebär att nät som använder samma frekvensfönster kan packas tätare utan att störa varandra. Den här avhandlingen innehåller beskrivning av design och operation av elektriska kretsar som kan användas för generering och detektering av signaler vid 60 GHz. Det grundläggande byggblocket är en resonant tunneldiod vars kvantmekaniska egenskaper ger upphov till negativ resistans, som till skillnad från positiv resistans inte förbrukar energi utan spänningsfallet avtar med ökande ström. Med en resonant tunneldiod genereras korta pulser med millimetervågor med hög effektivitet. Genom modulera pulserna med till exempel on-off keying, så har trådlös kommunikation demonstrerats med 4 Gbit/s. Radiopulser så korta som 41 ps,repeterade med 15 GHz och en toppeffekt på 7 dBm gör att den presenterade teknologin kan vara mycket tillämpbar för millimetervågsradio med hög bithastighet över korta avstånd. Det går även att detektera radiopulser med samma kretslösning genom att ändra den elektriska styrsignalen till generatorn och utnyttja superregenerativ örstärkning för att detektera väldigt svaga radiopulser. Utöver kommunikation kan den här teknologin även vara intressant i andra system såsom radar, avbildning och lokalisering. Där ger de korta pulserna fördelen att bidra med hög upplösning till mätningarna.