專利名稱：包括負阻抗放大器的反射調(diào)制器電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及調(diào)制器電路，更具體地，涉及用于產(chǎn)生二進制移相鍵控調(diào)制的電路。
調(diào)制可被廣義地定義為信號的時間變化修改，以便在其上加上信息，調(diào)制是幾乎所有基于無線電的系統(tǒng)的設(shè)計的關(guān)鍵特性。用于數(shù)字信號的有效的和熟知的調(diào)制形式是二進制移相鍵控(BPSK)。在BPSK中，信息的兩個數(shù)字狀態(tài)之一通過調(diào)制載波的相位而被加到載波信號上以獲得兩個分離的數(shù)值，這兩個值通常相隔開180度(π弧度)。雖然這樣的調(diào)制技術(shù)可能是有效的，但它以前并不是理想地適用于其中低成本和低功率消耗是最重要的應(yīng)用，諸如標簽系統(tǒng)，因為用于產(chǎn)生BPSK的已知電路是復(fù)雜的，以及它在運行時從有限的電池電源中消耗太多的電能。
本發(fā)明是在力圖提供至少部分地克服已知的調(diào)制器的限制以及適用于標簽系統(tǒng)或其中低的功率消耗和電路簡單性是重要的其它應(yīng)用的調(diào)制器電路時引起的。
按照本發(fā)明，調(diào)制器電路包括負阻抗放大器，用來使得加到該放大器的信號被反射和被放大，以及轉(zhuǎn)換裝置，用于在兩個反射狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換放大器的阻抗，其特征在于，在兩個反射狀態(tài)下的阻抗被選擇為使得反射的和放大的信號的相位轉(zhuǎn)換大致180度。
優(yōu)選地，在兩個反射狀態(tài)時的阻抗被選擇為使得在兩個反射狀態(tài)時的放大器的反射增益基本上是相同的，這樣，反射的和放大的信號是二進制移相鍵控的。
替換地，在兩個反射狀態(tài)時的阻抗被選擇為使得在兩個反射狀態(tài)時的放大器的反射增益是不同的，以及其中所述阻抗被選擇為使得反射的和放大的信號基本上是單邊帶信號。
在特定優(yōu)選的實施例中，負阻抗放大器電路包括晶體管，諸如雙極性或場效應(yīng)晶體管，以及偏置裝置，用于給晶體管加偏置，以便用作為負阻抗放大器。這樣的調(diào)制器電路被發(fā)現(xiàn)是特別有利的，因為實際上它可只包括單個元件。而且，負阻抗放大器能夠在非常低的電流下提供高的增益，這樣，它的功率消耗可因此而非常低，在幾微安的量級。方便地，當使用晶體管時，轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換晶體管的偏置，以便在兩個反射狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換該晶體管。
有利地，調(diào)制器電路還包括天線，用于接收輻射和把它變換成加到放大器的信號，以及用于輻射該反射的和放大的信號。
按照本發(fā)明的第二方面，提供引入上述的調(diào)制器電路的解調(diào)器電路，用于解調(diào)二進制移相鍵控信號。
按照本發(fā)明的第三方面，提供引入上述的調(diào)制器電路的轉(zhuǎn)發(fā)器標簽。
參照附圖，僅僅作為例子描述按照本發(fā)明的調(diào)制器電路，其中

圖1是引入按照本發(fā)明的調(diào)制器電路的轉(zhuǎn)發(fā)器電路的示意圖；圖2是在引入圖1的調(diào)制器電路的、擴頻通信系統(tǒng)中使用的解擴器電路的示意圖；以及圖3是引入圖1的調(diào)制器電路的擴頻通信系統(tǒng)的示意圖。
參照圖1，圖上顯示在引入按照本發(fā)明的調(diào)制器電路2的、標簽系統(tǒng)中使用的微波頻率(2.45GHz)的準無源轉(zhuǎn)發(fā)器標簽1。標簽1包括被連接到調(diào)制器電路2的天線4。調(diào)制器電路2包括砷化鎵(GaAs)場效應(yīng)晶體管(FET)6，被連接到各個晶體管端子的阻抗匹配/反饋網(wǎng)絡(luò)8，10，12，可轉(zhuǎn)換的電流源14和控制電路16。天線4運行在微波頻率，便利地包括接線天線，它通過匹配網(wǎng)絡(luò)8被連接到FET 6的柵極6g，匹配網(wǎng)絡(luò)便利地包括傳輸線元件。FET 6的漏極6d通過匹配網(wǎng)絡(luò)10被連接到正電源V電源。源極6s通過匹配網(wǎng)絡(luò)12和可轉(zhuǎn)換的電流源14被連接到地。電流源14由控制電路16通過控制線18進行控制。
FET 6由包括匹配/反饋網(wǎng)絡(luò)8，10，12的偏置網(wǎng)絡(luò)以已知的方式偏置，以使得它運行在它的電流/電壓特性的線性的、相對較高的增益區(qū)域。便利地，每個網(wǎng)絡(luò)8，10，12包括傳輸線元件。FET 6因此放大和反射在它的柵極6g上出現(xiàn)的任何信號，所以，起到負阻抗放大器的作用。可以說，將會理解，在大多數(shù)應(yīng)用中，放大器的阻抗主要是電阻性的。
模塊化電路2的負阻抗的幅度取決于流過晶體管6的漏極/源極電流Ids，這個電流由可轉(zhuǎn)換的電流源14確定。電流源14可以取決于控制電路16而在兩個選擇的電流Ids1和Ids2之間進行轉(zhuǎn)換。對于兩個電流Ids1和Ids2，F(xiàn)ET 6都作為負阻抗放大器運行，雖然對于每個電流，它的負阻抗的幅度是不同的。
在電路1的運行中，天線4接收和變換微波輻射19成電信號，該電信號通過匹配網(wǎng)絡(luò)8被加到FET 6的柵極6g。如上所述，F(xiàn)ET 6用作為負阻抗放大器，并且該電信號被FET 6反射和放大，以及從天線4作為微波輻射20被重新輻射。在標簽系統(tǒng)的情形下，微波輻射19是詢問的輻射信號，它可以是連續(xù)波或調(diào)制波信號。為了把信息加到輻射20上，控制電路16在兩個電流Ids1和Ids2之間進行轉(zhuǎn)換，以使得輻射20的相位轉(zhuǎn)換180度。本發(fā)明的重要特性是對于兩個電流Ids1和Ids2的電路2的負阻抗的幅度的選擇。這些被選擇為使得(i)電路對于每個電流具有相同的反射增益和(ii)在對于兩個電流的反射的和放大的信號之間的相位被轉(zhuǎn)換180度。從柵極端6g看到的電路1的反射增益(以分貝dB計)被給出為 其中Z0是天線阻抗(或在沒有天線的情形下，它是系統(tǒng)阻抗)，以及Zn是由FET 6呈現(xiàn)的輸入阻抗(那是從柵極6g看到的負阻抗)。對于圖1所示的實施例，系統(tǒng)/天線阻抗標稱值為50歐姆，以及負阻抗的數(shù)值在分別對于Ids1和Ids2的-45和-55.555歐姆之間進行轉(zhuǎn)換，以給出在每個情形下的25dB的反射增益。應(yīng)當指出，對于這些阻抗值，雖然反射增益是恒定的，但反射的和放大的信號的相位被改變180度。這個相位變化由項(Zn-Z0)÷(Zn+Z0)的正負號的改變表示。因此，對于圖1的例子，Ids1被選擇為使得FET 6作為-45歐姆的負阻抗運行，以及Ids2被選擇為使得FET 6作為-55.555歐姆的負阻抗運行。所以，將會理解，電路2起到二進制移相鍵控反射調(diào)制器的作用。調(diào)制器電路2的特定的優(yōu)點在于，它提供產(chǎn)生BPSK的簡單的方法，以及給出附加的好處它也放大進行調(diào)制的信號。由于電路的簡單性，它理想地適用于標簽應(yīng)用，在其中它還具有優(yōu)點它能夠在工作頻率為2.4GHz時以非常低的電流(幾微安的量級)運行。
在各個阻抗有不同數(shù)值的情形下，反射信號的幅度和相位可以在兩個狀態(tài)之間變化，這樣，可以應(yīng)用幅度調(diào)制(AM)和相位調(diào)制(PM)的組合。通過兩種調(diào)制形式的適當?shù)慕M合，輻射信號20可被安排成基本上是單邊帶信號。
參照圖2，圖上顯示在擴頻通信系統(tǒng)中使用的解擴器電路21(諸如在全球定位系統(tǒng)中使用的那種類型)的示意圖。正如在這樣的擴頻系統(tǒng)中已知的，載波信號被用數(shù)字碼(最經(jīng)常地是偽隨機二進制序列(PRBS))進行調(diào)制，以擴展它的能量頻譜。通常，所使用的調(diào)制是BPSK。電路21是用于對這樣的擴頻輻射解擴，以恢復(fù)原先的載波信號和加到其上的任何調(diào)制。這是通過使用圖1的調(diào)制器2來應(yīng)用用于產(chǎn)生擴展頻譜的序列的副本而達到的。將會理解，由電路21應(yīng)用的序列附加地是與產(chǎn)生的序列時間同步的。
電路21包括用于接收寬帶擴頻輻射23的天線22，寬的帶通濾波器24，窄的帶阻濾波器25，窄的帶通濾波器26和調(diào)制器電路2。寬的帶通濾波器24，窄的帶阻濾波器25和窄的帶通濾波器26進行串聯(lián)連接，以及窄的帶通濾波器26的輸出端28提供電路21的輸出28。天線22被連接到寬帶濾波器24的輸入端30。調(diào)制器電路2等同于圖1所示的電路，它被連接到濾波器25和26的互連端32。
反射式調(diào)制器電路2在兩個反射狀態(tài)都具有20dB的增益。調(diào)制器2的反射狀態(tài)由數(shù)字信號34控制，如上所述，它是用來產(chǎn)生寬帶信號23的原序列信號的副本。最典型的，信號34是PRBS信號。
在運行時，寬帶擴展輻射23被天線22接收并被變換成電信號，以及通過寬的帶通濾波器24和窄的帶阻濾波器25。濾波器24的通帶規(guī)定了電路21的工作帶寬。帶阻濾波器25的中心頻率被選擇為相應(yīng)于輻射23的載波頻率，以便阻塞在載波頻率上的任何分量。出現(xiàn)在濾波器25的輸出端32a處的濾波的信號被加到窄的帶通濾波器26的輸入端32b和調(diào)制器2的輸入端32c。由于窄的帶通濾波器26的通帶通過特性，濾波的信號被濾波器26阻擋。然而出現(xiàn)在調(diào)制器電路2的輸入端32c處的濾波的信號被解調(diào)，產(chǎn)生原載波信號的放大的版本，它被反射回互連端32。處在窄的帶通濾波器26的通帶特性內(nèi)的放大載波信號幾乎無衰減地傳送到輸出端28。解調(diào)的信號被帶阻濾波器25阻止而不返回到天線22。因此，電路20作為解擴器電路運行，并且它能夠以比起當前使用數(shù)字技術(shù)的電流低得多的電流運行。
現(xiàn)在參照圖3描述按照本發(fā)明的反射器調(diào)制器的應(yīng)用的另一個例子，圖3是在發(fā)射機42與手持式無線電接收機44之間的秘密通信時使用的擴頻通信系統(tǒng)40的示意圖。正如所知道的，擴展發(fā)送信號的頻譜，從而把能量擴展到大的頻率范圍，使得未授權(quán)的人更難檢測信號，所以，使得這樣的人更難確定發(fā)射源的位置。
參照圖3，通信系統(tǒng)40包括已知類型的擴頻發(fā)射機42，它產(chǎn)生BPSK調(diào)制的寬帶擴頻輻射46，反射性解擴電路48，和手持式無線電接收機44。解擴電路48等同于圖1的轉(zhuǎn)發(fā)器電路1，在其中控制電路16通過使用與由發(fā)射機42使用的代碼等同的代碼來轉(zhuǎn)換晶體管6，產(chǎn)生擴展信號46。解擴器電路48因此接收寬帶輻射46，并且作為響應(yīng)去輻射放大的和解擴的窄帶輻射50，它代表信號46的恢復(fù)載波和加到其上的任何調(diào)制。窄帶輻射50被手持式無線電接收機44檢測。解擴電路48優(yōu)選地被安裝在制高點處，諸如在建筑物52的側(cè)面，或其它結(jié)構(gòu)處，諸如立柱或樹。由于由發(fā)射機42產(chǎn)生的輻射46是寬帶的，這使得定向接收機很難定位發(fā)射機42的位置。雖然這樣的定向接收機可能能夠從解擴電路48定位窄帶輻射的發(fā)射50，從而確定它的位置，但它將仍舊不能確定發(fā)射機42的位置。在優(yōu)選的通信系統(tǒng)中，多個解擴電路48(第二個這樣的電路48a被顯示于圖3，每個具有不同的調(diào)制代碼)位于不同的物理位置。發(fā)射機42可操作以在與手持式無線電44通信期間在不同的調(diào)制代碼之間進行轉(zhuǎn)換，使得不同的解擴電路48變?yōu)榧せ畹摹＝Y(jié)果，窄帶輻射50，50a的起源的位置將從解擴電路48跳躍到解擴電路48a，由此，阻止定位解擴電路的位置的任何企圖。
將會理解，可以對于所描述的電路作出修改，而它們?nèi)耘f處在本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如，雖然在上述的例子中，調(diào)制器電路使用場效應(yīng)晶體管，它對于微波頻率的運行是更優(yōu)選的，但負阻抗放大器可以取決于所需要的運行頻率，以不同的方式來實施，諸如使用雙極性晶體管或其它有源器件。而且，本發(fā)明的調(diào)制器電路不限于所描述的應(yīng)用，以及適用于需要BPSK調(diào)制的任何應(yīng)用。本發(fā)明在于認識到，二進制移相鍵控調(diào)制可以通過使用反射式放大器和在兩個反射狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換電路而達到，兩個反射狀態(tài)優(yōu)選地具有相同的反射增益(雖然這在需要單邊帶運行時并不是必要的)但它改變反射信號的相位大致180度。
權(quán)利要求
1.一種調(diào)制器電路(2)包括負阻抗放大器(6)，用來使得加到放大器的信號被反射和被放大，以及轉(zhuǎn)換裝置(14，16)，用于在兩個反射狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換放大器(6)的阻抗，其特征在于，兩個反射狀態(tài)下的阻抗被選擇為使得反射的和放大的信號的相位轉(zhuǎn)換大致180度。
2.按照權(quán)利要求1的調(diào)制器電路，其中在兩個反射狀態(tài)下的阻抗被選擇為使得在兩個反射狀態(tài)下放大器(6)的反射增益基本上是相同的，這樣，反射的和放大的信號是二進制移相鍵控的。
3.按照權(quán)利要求1的調(diào)制器電路，其中在兩個反射狀態(tài)下的阻抗被選擇為使得在兩個反射狀態(tài)下放大器(6)的反射增益是不同的，以及其中所述阻抗被選擇為使得反射的和放大的信號基本上是單邊帶信號。
4.按照權(quán)利要求1或權(quán)利要求2的調(diào)制器電路，其中負阻抗放大器包括晶體管(6)和偏置裝置(10，12，14)，用于給晶體管加偏置，以便用作為負阻抗放大器。
5.按照權(quán)利要求4的調(diào)制器電路，其中轉(zhuǎn)換裝置(14，16)轉(zhuǎn)換晶體管(6)的偏置，以便在兩個反射狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換該晶體管。
6.按照任一前述權(quán)利要求的調(diào)制器電路，還包括天線(4)，用于接收輻射(19)和把它變換成加到放大器(6)的信號，以及用于輻射(20)該反射的和放大的信號。
7.按照權(quán)利要求4，5或6的任一項的調(diào)制器電路，其中晶體管(6)包括雙極性晶體管。
8.按照權(quán)利要求4，5或6的任一項的調(diào)制器電路，其中晶體管(6)包括場效應(yīng)晶體管。
9.一種引入按照任一前述權(quán)利要求的調(diào)制器電路(2)的、用于解調(diào)二進制移相鍵控信號的解調(diào)器電路(21)。
10.一種引入按照任一前述權(quán)利要求的調(diào)制器電路的轉(zhuǎn)發(fā)器標簽。
全文摘要
調(diào)制器電路包括負阻抗放大器(6),用來使得加到放大器的信號被反射和被放大。轉(zhuǎn)換裝置(14,16)被提供來用于在兩個反射狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換放大器(6)的阻抗,以使得反射的和放大的信號是相位調(diào)制的。負阻抗放大器的阻抗被選擇為使得反射的和放大的信號的相位轉(zhuǎn)換大致180度。優(yōu)選地,在兩個反射狀態(tài)下負阻抗放大器的阻抗被選擇為使得在兩個反射狀態(tài)下放大器的反射增益基本上是相同的,這樣,反射的和放大的信號是二進制移相鍵控的。
文檔編號H04M1/00GK1371566SQ0081202
公開日2002年9月25日 申請日期2000年6月7日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月25日
發(fā)明者I·J·福爾斯特, A·N·法爾 申請人:馬科尼數(shù)據(jù)系統(tǒng)有限公司