专利名称：包括负阻抗放大器的反射调制器电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及调制器电路，更具体地，涉及用于产生二进制移相键控调制的电路。
调制可被广义地定义为信号的时间变化修改，以便在其上加上信息，调制是几乎所有基于无线电的系统的设计的关键特性。用于数字信号的有效的和熟知的调制形式是二进制移相键控(BPSK)。在BPSK中，信息的两个数字状态之一通过调制载波的相位而被加到载波信号上以获得两个分离的数值，这两个值通常相隔开180度(π弧度)。虽然这样的调制技术可能是有效的，但它以前并不是理想地适用于其中低成本和低功率消耗是最重要的应用，诸如标签系统，因为用于产生BPSK的已知电路是复杂的，以及它在运行时从有限的电池电源中消耗太多的电能。
本发明是在力图提供至少部分地克服已知的调制器的限制以及适用于标签系统或其中低的功率消耗和电路简单性是重要的其它应用的调制器电路时引起的。
按照本发明，调制器电路包括负阻抗放大器，用来使得加到该放大器的信号被反射和被放大，以及转换装置，用于在两个反射状态之间转换放大器的阻抗，其特征在于，在两个反射状态下的阻抗被选择为使得反射的和放大的信号的相位转换大致180度。
优选地，在两个反射状态时的阻抗被选择为使得在两个反射状态时的放大器的反射增益基本上是相同的，这样，反射的和放大的信号是二进制移相键控的。
替换地，在两个反射状态时的阻抗被选择为使得在两个反射状态时的放大器的反射增益是不同的，以及其中所述阻抗被选择为使得反射的和放大的信号基本上是单边带信号。
在特定优选的实施例中，负阻抗放大器电路包括晶体管，诸如双极性或场效应晶体管，以及偏置装置，用于给晶体管加偏置，以便用作为负阻抗放大器。这样的调制器电路被发现是特别有利的，因为实际上它可只包括单个元件。而且，负阻抗放大器能够在非常低的电流下提供高的增益，这样，它的功率消耗可因此而非常低，在几微安的量级。方便地，当使用晶体管时，转换装置转换晶体管的偏置，以便在两个反射状态之间转换该晶体管。
有利地，调制器电路还包括天线，用于接收辐射和把它变换成加到放大器的信号，以及用于辐射该反射的和放大的信号。
按照本发明的第二方面，提供引入上述的调制器电路的解调器电路，用于解调二进制移相键控信号。
按照本发明的第三方面，提供引入上述的调制器电路的转发器标签。
参照附图，仅仅作为例子描述按照本发明的调制器电路，其中
图1是引入按照本发明的调制器电路的转发器电路的示意图；图2是在引入图1的调制器电路的、扩频通信系统中使用的解扩器电路的示意图；以及图3是引入图1的调制器电路的扩频通信系统的示意图。
参照图1，图上显示在引入按照本发明的调制器电路2的、标签系统中使用的微波频率(2.45GHz)的准无源转发器标签1。标签1包括被连接到调制器电路2的天线4。调制器电路2包括砷化镓(GaAs)场效应晶体管(FET)6，被连接到各个晶体管端子的阻抗匹配/反馈网络8，10，12，可转换的电流源14和控制电路16。天线4运行在微波频率，便利地包括接线天线，它通过匹配网络8被连接到FET 6的栅极6g，匹配网络便利地包括传输线元件。FET 6的漏极6d通过匹配网络10被连接到正电源V电源。源极6s通过匹配网络12和可转换的电流源14被连接到地。电流源14由控制电路16通过控制线18进行控制。
FET 6由包括匹配/反馈网络8，10，12的偏置网络以已知的方式偏置，以使得它运行在它的电流/电压特性的线性的、相对较高的增益区域。便利地，每个网络8，10，12包括传输线元件。FET 6因此放大和反射在它的栅极6g上出现的任何信号，所以，起到负阻抗放大器的作用。可以说，将会理解，在大多数应用中，放大器的阻抗主要是电阻性的。
模块化电路2的负阻抗的幅度取决于流过晶体管6的漏极/源极电流Ids，这个电流由可转换的电流源14确定。电流源14可以取决于控制电路16而在两个选择的电流Ids1和Ids2之间进行转换。对于两个电流Ids1和Ids2，FET 6都作为负阻抗放大器运行，虽然对于每个电流，它的负阻抗的幅度是不同的。
在电路1的运行中，天线4接收和变换微波辐射19成电信号，该电信号通过匹配网络8被加到FET 6的栅极6g。如上所述，FET 6用作为负阻抗放大器，并且该电信号被FET 6反射和放大，以及从天线4作为微波辐射20被重新辐射。在标签系统的情形下，微波辐射19是询问的辐射信号，它可以是连续波或调制波信号。为了把信息加到辐射20上，控制电路16在两个电流Ids1和Ids2之间进行转换，以使得辐射20的相位转换180度。本发明的重要特性是对于两个电流Ids1和Ids2的电路2的负阻抗的幅度的选择。这些被选择为使得(i)电路对于每个电流具有相同的反射增益和(ii)在对于两个电流的反射的和放大的信号之间的相位被转换180度。从栅极端6g看到的电路1的反射增益(以分贝dB计)被给出为 其中Z0是天线阻抗(或在没有天线的情形下，它是系统阻抗)，以及Zn是由FET 6呈现的输入阻抗(那是从栅极6g看到的负阻抗)。对于图1所示的实施例，系统/天线阻抗标称值为50欧姆，以及负阻抗的数值在分别对于Ids1和Ids2的-45和-55.555欧姆之间进行转换，以给出在每个情形下的25dB的反射增益。应当指出，对于这些阻抗值，虽然反射增益是恒定的，但反射的和放大的信号的相位被改变180度。这个相位变化由项(Zn-Z0)÷(Zn+Z0)的正负号的改变表示。因此，对于图1的例子，Ids1被选择为使得FET 6作为-45欧姆的负阻抗运行，以及Ids2被选择为使得FET 6作为-55.555欧姆的负阻抗运行。所以，将会理解，电路2起到二进制移相键控反射调制器的作用。调制器电路2的特定的优点在于，它提供产生BPSK的简单的方法，以及给出附加的好处它也放大进行调制的信号。由于电路的简单性，它理想地适用于标签应用，在其中它还具有优点它能够在工作频率为2.4GHz时以非常低的电流(几微安的量级)运行。
在各个阻抗有不同数值的情形下，反射信号的幅度和相位可以在两个状态之间变化，这样，可以应用幅度调制(AM)和相位调制(PM)的组合。通过两种调制形式的适当的组合，辐射信号20可被安排成基本上是单边带信号。
参照图2，图上显示在扩频通信系统中使用的解扩器电路21(诸如在全球定位系统中使用的那种类型)的示意图。正如在这样的扩频系统中已知的，载波信号被用数字码(最经常地是伪随机二进制序列(PRBS))进行调制，以扩展它的能量频谱。通常，所使用的调制是BPSK。电路21是用于对这样的扩频辐射解扩，以恢复原先的载波信号和加到其上的任何调制。这是通过使用图1的调制器2来应用用于产生扩展频谱的序列的副本而达到的。将会理解，由电路21应用的序列附加地是与产生的序列时间同步的。
电路21包括用于接收宽带扩频辐射23的天线22，宽的带通滤波器24，窄的带阻滤波器25，窄的带通滤波器26和调制器电路2。宽的带通滤波器24，窄的带阻滤波器25和窄的带通滤波器26进行串联连接，以及窄的带通滤波器26的输出端28提供电路21的输出28。天线22被连接到宽带滤波器24的输入端30。调制器电路2等同于图1所示的电路，它被连接到滤波器25和26的互连端32。
反射式调制器电路2在两个反射状态都具有20dB的增益。调制器2的反射状态由数字信号34控制，如上所述，它是用来产生宽带信号23的原序列信号的副本。最典型的，信号34是PRBS信号。
在运行时，宽带扩展辐射23被天线22接收并被变换成电信号，以及通过宽的带通滤波器24和窄的带阻滤波器25。滤波器24的通带规定了电路21的工作带宽。带阻滤波器25的中心频率被选择为相应于辐射23的载波频率，以便阻塞在载波频率上的任何分量。出现在滤波器25的输出端32a处的滤波的信号被加到窄的带通滤波器26的输入端32b和调制器2的输入端32c。由于窄的带通滤波器26的通带通过特性，滤波的信号被滤波器26阻挡。然而出现在调制器电路2的输入端32c处的滤波的信号被解调，产生原载波信号的放大的版本，它被反射回互连端32。处在窄的带通滤波器26的通带特性内的放大载波信号几乎无衰减地传送到输出端28。解调的信号被带阻滤波器25阻止而不返回到天线22。因此，电路20作为解扩器电路运行，并且它能够以比起当前使用数字技术的电流低得多的电流运行。
现在参照图3描述按照本发明的反射器调制器的应用的另一个例子，图3是在发射机42与手持式无线电接收机44之间的秘密通信时使用的扩频通信系统40的示意图。正如所知道的，扩展发送信号的频谱，从而把能量扩展到大的频率范围，使得未授权的人更难检测信号，所以，使得这样的人更难确定发射源的位置。
参照图3，通信系统40包括已知类型的扩频发射机42，它产生BPSK调制的宽带扩频辐射46，反射性解扩电路48，和手持式无线电接收机44。解扩电路48等同于图1的转发器电路1，在其中控制电路16通过使用与由发射机42使用的代码等同的代码来转换晶体管6，产生扩展信号46。解扩器电路48因此接收宽带辐射46，并且作为响应去辐射放大的和解扩的窄带辐射50，它代表信号46的恢复载波和加到其上的任何调制。窄带辐射50被手持式无线电接收机44检测。解扩电路48优选地被安装在制高点处，诸如在建筑物52的侧面，或其它结构处，诸如立柱或树。由于由发射机42产生的辐射46是宽带的，这使得定向接收机很难定位发射机42的位置。虽然这样的定向接收机可能能够从解扩电路48定位窄带辐射的发射50，从而确定它的位置，但它将仍旧不能确定发射机42的位置。在优选的通信系统中，多个解扩电路48(第二个这样的电路48a被显示于图3，每个具有不同的调制代码)位于不同的物理位置。发射机42可操作以在与手持式无线电44通信期间在不同的调制代码之间进行转换，使得不同的解扩电路48变为激活的。结果，窄带辐射50，50a的起源的位置将从解扩电路48跳跃到解扩电路48a，由此，阻止定位解扩电路的位置的任何企图。
将会理解，可以对于所描述的电路作出修改，而它们仍旧处在本发明的范围内。例如，虽然在上述的例子中，调制器电路使用场效应晶体管，它对于微波频率的运行是更优选的，但负阻抗放大器可以取决于所需要的运行频率，以不同的方式来实施，诸如使用双极性晶体管或其它有源器件。而且，本发明的调制器电路不限于所描述的应用，以及适用于需要BPSK调制的任何应用。本发明在于认识到，二进制移相键控调制可以通过使用反射式放大器和在两个反射状态之间转换电路而达到，两个反射状态优选地具有相同的反射增益(虽然这在需要单边带运行时并不是必要的)但它改变反射信号的相位大致180度。
权利要求
1.一种调制器电路(2)包括负阻抗放大器(6)，用来使得加到放大器的信号被反射和被放大，以及转换装置(14，16)，用于在两个反射状态之间转换放大器(6)的阻抗，其特征在于，两个反射状态下的阻抗被选择为使得反射的和放大的信号的相位转换大致180度。
2.按照权利要求1的调制器电路，其中在两个反射状态下的阻抗被选择为使得在两个反射状态下放大器(6)的反射增益基本上是相同的，这样，反射的和放大的信号是二进制移相键控的。
3.按照权利要求1的调制器电路，其中在两个反射状态下的阻抗被选择为使得在两个反射状态下放大器(6)的反射增益是不同的，以及其中所述阻抗被选择为使得反射的和放大的信号基本上是单边带信号。
4.按照权利要求1或权利要求2的调制器电路，其中负阻抗放大器包括晶体管(6)和偏置装置(10，12，14)，用于给晶体管加偏置，以便用作为负阻抗放大器。
5.按照权利要求4的调制器电路，其中转换装置(14，16)转换晶体管(6)的偏置，以便在两个反射状态之间转换该晶体管。
6.按照任一前述权利要求的调制器电路，还包括天线(4)，用于接收辐射(19)和把它变换成加到放大器(6)的信号，以及用于辐射(20)该反射的和放大的信号。
7.按照权利要求4，5或6的任一项的调制器电路，其中晶体管(6)包括双极性晶体管。
8.按照权利要求4，5或6的任一项的调制器电路，其中晶体管(6)包括场效应晶体管。
9.一种引入按照任一前述权利要求的调制器电路(2)的、用于解调二进制移相键控信号的解调器电路(21)。
10.一种引入按照任一前述权利要求的调制器电路的转发器标签。
全文摘要
调制器电路包括负阻抗放大器(6),用来使得加到放大器的信号被反射和被放大。转换装置(14,16)被提供来用于在两个反射状态之间转换放大器(6)的阻抗,以使得反射的和放大的信号是相位调制的。负阻抗放大器的阻抗被选择为使得反射的和放大的信号的相位转换大致180度。优选地,在两个反射状态下负阻抗放大器的阻抗被选择为使得在两个反射状态下放大器的反射增益基本上是相同的,这样,反射的和放大的信号是二进制移相键控的。
文档编号H04M1/00GK1371566SQ0081202
公开日2002年9月25日 申请日期2000年6月7日 优先权日1999年6月25日
发明者I·J·福尔斯特, A·N·法尔 申请人:马科尼数据系统有限公司