KR100667435B1

KR100667435B1 - 음성 임피던스 증폭기를 함유한 반사동작 변조기 회로

Info

Publication number: KR100667435B1
Application number: KR1020017016364A
Authority: KR
Inventors: 포스터이안제임스; 파르아드리안나이즐
Original assignee: 마르코니 데이타 시스템즈 리미티드
Priority date: 1999-06-25
Filing date: 2000-06-07
Publication date: 2007-01-10
Also published as: DE60005833D1; EP1192776A1; JP4486771B2; GB9914941D0; WO2001001649A1; ES2204619T3; US7551903B2; GB2351423A; CN1371566A; AU5235400A; DE60005833T2; CA2377632A1; US20060279370A1; EP1192776B1; US7046957B1; JP2003503903A; DK1192776T3; KR20020029336A; ATE251826T1

Abstract

변조기 회로는 증폭기(6)에 적용된 신호가 반사 및 증폭되도록 동작하는 음성 임피던스 증폭기(6)를 포함한다. 스위칭수단(14,16)은 반사와 증폭 신호가 상 변조되도록 2개 반사동작 상태 사이에서 증폭기(6)의 임피던스를 전환하기 위해 제공된다. 음성 임피던스 증폭기의 임피던스는 반사와 증폭신호의 상이 대략 180°로 전환되도록 선택된다. 양호하게, 2개 반사동작 상태에 음성 임피던스 증폭기의 임피던스는 2개 반사동작 상태에 증폭기의 반사 게인이 반사와 증폭 신호가 BPSK(Binary Phase Shift Keyed)되도록 대체로 동일하게 선택된다.

변조, 복조, 임피던스, 방사선, 증폭기, 트랜지스터.

Description

음성 임피던스 증폭기를 함유한 반사동작 변조기 회로{REFLECTING MODULATOR CIRCUIT COMPRISING A NEGATIVE IMPEDANCE AMPLIFIER}

본 발명은 변조기 회로에 관한 것으로서, 특정하게는 BPSK(binary phase shift key) 변조(變調)를 발생하는 회로에 관한 것이다.

정보를 전달하는, 신호의 시변화변경(time varying modification)으로 폭넓게 정의된 변조는 거의 모든 무선 기본 시스템 설계의 주요한 특징이 된다. 디지털 신호용으로 유효한 공지된 형태의 변조에는 BPSK작용(binary phase shift keying)이 있다. BPSK에서, 정보의 2개 디지털 상태 중의 일 상태는 그 상을 변조하여 반송파 신호에 전달되어, 일반적으로 180°(π㎭)로 분할되는 2개 이산값을 가진다. 상기 변조기술이 유효한 것이기는 하지만, 공지된 BPSK발생용의 회로가 복잡하고 유한 밧데리 공급으로 작동에 상당한 전기파워를 소비하기 때문에, 이전에는, 태깅 시스템(tagging systems)에서와 같이 저비용과 저파워소비가 최고인 곳에 적용하기에는 이상적으로 적합한 것이 아니었다.

본 발명은, 공지된 변조기의 제약을 적어도 부분적으로 극복하고, 저파워 소비와 회로간략성이 중요한 태깅 시스템 또는 다른 적용물에 사용하기에 적절한 변 조기 회로를 제공하는 것이다.

본 발명에 따라서, 변조기 회로는: 증폭기에 가해진 신호가 반사되어 증폭되도록 동작하는 음성 임피던스 증폭기(negative impedance amplifier)와, 2개 반사동작 상태 사이에서 증폭기의 임피던스를 전환시키는 스위칭수단을 포함하며; 상기 2개 반사동작 상태에 임피던스가 반사와 증폭 신호의 상을 대략 180°로 전환하도록 선택되는 특징이 있는 것이다.

양호하게, 2개 반사동작 상태에 임피던스는 2개 반사동작 상태에 증폭기의 반사 게인이 반사신호와 증폭신호가 BPSK이도록 대체로 동일하게 선택된다.

선택적으로, 2개 반사동작 상태에 임피던스는 2개 반사동작 상태에 증폭기의 반사 게인이 다르게 선택되고 그리고 상기 임피던스는 반사와 증폭 신호가 대체로 단일 측대역(sideband) 신호이도록 선택된다.

특정한 양호한 실시예에서, 음성 임피던스 증폭기는 예를 들면, 양극(兩極) 또는 전계효과 트랜지스터와 같은 트랜지스터와, 음성 임피던스 증폭기로서 동작하도록 트랜지스터를 편의(偏倚)시키는 편의수단을 포함한다. 상기 변조기 회로는 기본적으로 단일 성분만을 포함할 수 있으므로 특정한 잇점이 있음이 발견된다. 또한, 음성 임피던스 증폭기가 매우 낮은 전류에서 높은 게인을 제공할 수 있으므로, 그 파워소비가 수(a few)micro-amps 정도로 매우 낮다. 편리하게, 트랜지스터를 사용하면, 스위칭수단은 트랜지스터의 편의동작을 전환하여 2개 반사동작 상태 사이에서 트랜지스터를 전환하는 것이다.

양호하게, 상기 변조기 회로는 부가로, 방사선을 수신하고 증폭기에 가해지 는 신호로 그것을 변환하며 그리고 반사 및 증폭 신호를 방사하는 안테나를 포함한다.

본 발명의 제2면에 따라서, 상술된 변조기 회로가 통합된 BPSK 신호를 복조하는 복조기 회로가 제공된다.

본 발명의 제3면에 따라서, 상술된 변조기 회로가 통합된 트랜스폰더 태그(transponder circuit)가 제공된다.

본 발명에 따르는 변조기 회로를 이하 첨부도면을 참고로 설명한다.

도1은 본 발명에 따르는 변조기 회로가 통합된 트랜스폰더 회로를 개략적으로 나타낸 도면.

도2는 도1의 변조기 회로가 통합된 확산 스펙트럼 통신 시스템에 사용되는 비-확산기(de-spreader) 회로를 개략적으로 나타낸 도면.

도3은 도1의 변조기 회로가 통합된 확산 스펙트럼 통신 시스템을 개략적으로 나타낸 도면.

도1은 본 발명에 따르는 변조기 회로(2)가 통합된 태깅 시스템에 사용되는 마이크로파 주파수(2.45GHz) 가성 패시브(pseudo passive) 트랜스폰더 태그(1)를 나타낸 도면이다. 태그(1)는 변조기 회로(2)에 접속된 안테나(4)를 포함한다. 변조기 회로(2)는: GaAs(gallium arsenide) 전계효과 트랜지스터(6), 각각의 트랜지스터 터미널에 접속된 임피던스 매칭/피드백 네트웍(8,10,12), 절환식 전류원(14), 및 제어회로(16)를 포함한다. 안정적으로 마이크로파 주파수로 동작하기에 적합하게 패치 안테나(patch antenna)를 구비하는 안테나(4)는, 양호하게 전송선 요소를 포함하는 매칭 네트웍(8)을 구비하는 매칭 네트웍(8)을 경유하여 FET(field effet transistor)(6)의 게이트 전극(6_g)에 접속된다. FET(6)의 배출전극(6_d)은 매칭 네트웍(10)에 의해 양성 공급기(V_supply)에 접속된다. 소스 전극(6)은 매칭 네트웍(12)과 절환식 전류원(14)에 의해 지면에 접속된다. 전류원(14)은 제어 라인(18)에 의해 제어회로(16)에 의해 제어된다.

공지된 방식으로, FET(6)는 그 전류/전압 특성을 가진 상당한 리니어 하이 게인 영역에서 동작하도록 매칭/피드백 네트웍(8,10,12)을 포함하는 편의 네트웍에 의해 편의된다. 양호하게, 각각의 네트웍(8,10,12)은 전송선(transmission line) 요소를 포함한다. 따라서, FET(6)는 그 게이트 전극(6_g)에 나타나는 임의적 신호를 증폭 반사하여, 음성 임피던스 증폭기로서 작용한다. 이러한 사실로 대부분의 적용에서 증폭기의 임피던스는 주요한 저항성이 있는 것으로 평가될 것이다.

변조기 회로(2)의 음성 임피던스의 규모는 트랜지스터(6)를 통해 지나가는 배출/소스 전류(I_ds)에 종속되고, 이러한 전류는 절환식 전류원(14)에 의해 정해진다. 전류원(14)은 제어회로(16)에 종속하여 2개 선택된 전류(I_ds1,I_ds2) 사이에서 전환된다. 양쪽 전류(I_ds1,I_ds2)용으로, FET(6)는 그 음성 임피던스의 크기가 서로 다른 각 전류용으로 음성 임피던스 증폭기로서 동작한다.

회로(1) 동작 시에, 안테나(4)는 FET(6)의 게이트(6g)에 매칭 네트웍(8)을 경유하여 적용되는 전기적 신호를 수신하여 마이크로파 방사선을 변환시킨다. 상술된 바와 같이, FET(6)는 음성 임피던스 증폭기로서 동작하고, 전기적 신호는 반사되어 FET(6)에 의해 증폭되어 안테나(4)로부터 마이크로파 방사선(20)으로 재방사 된다. 태깅 시스템의 경우에서, 마이크로파 방사선(19)은 연속파 또는 변조파 신호인 질문 방사선 신호(interrogating radiation signal)이다. 방사선(20)에 정보를 전달하도록, 제어회로(16)는 방사선(20)의 상이 180°로 전환되는 만큼 2개 전류(I_ds1,I_ds2)사이에서 전환된다. 본 발명의 주요한 특징은 전류(I_ds1,I _ds2)용으로 회로(2)의 음성 임피던스의 크기의 선택에 있다. 이들은 (i)회로가 각각의 전류용으로 동일한 반사 게인을 가지도록 그리고 (ⅱ)2개 전류용의 반사와 증폭 신호 사이에 상이 180°로 전환되도록 선택된다. 게이트 터미널(6g)쪽으로 살펴 보았을 때에 회로(1)의 반사 게인(dB에서)은 다음에 의해 주어진다.

여기서, Zo은 안테나 임피던스(또는 안테나가 주어지지 않은 경우에는 시스템 임피던스)이고, Zn은 FET(6)에 의해 주어지는 입력 임피던스(게이트(6_g)쪽으로 보았을 때에 음성 임피던스)이다. 도1에 도시된 실시예에서, 시스템/안테나 임피던스는 보통 50옴이고, 음성 임피던스의 값은 25dB의 각각의 경우에서의 반사 게인을 제공하도록 개별적으로 전류(I_ds1,I_ds2)용으로 -45와 -55.555옴 사이에서 전환 가능한 것이다. 반사 게인이 일정한 동안에 상기 임피던스 값용으로 반사 및 증폭 신호의 상이 180°로 변환될 것임에 주의 한다. 이러한 상의 변화는 식(Zn-Zo)/(Zn+Zo)의 사인 변화로 나타난다. 따라서, 도1의 실시예용으로, 전류(I_ds1)는 FET(6)가 -45옴의 음성 임피던스로 동작하도록 선택되고, 전류(I_ds2)는 FET(6)가 -55.555옴의 음성 임피던스로 동작하도록 선택된다. 따라서, 회로(2)는 BPSK반사 변조기로서 동작하는 것을 예측할 수 있다. 변조기 회로(2)의 특정한 잇점은 BPSK를 발생하는 단순한 방법을 제공하고, 변조되는 신호를 증폭하는 부가적인 잇점을 제안한 것이다. 회로를 간략하게 하여, 2.4GHz의 동작 주파수용으로 매우 낮은 전류(수 micro-amps 정도)로 동작할 수 있는 잇점을 부가로 가지는 곳에 태깅 적용에 이상적으로 적합한 것이다.

각각의 임피던스용으로 다른 값을 가지어서, 반사 신호의 크기와 상이 2개 상태 사이에서 변경될 수 있어서, AM(amplitude modulation)과 PM(phase modulation)의 조합치를 적용할 수 있다. 2개 형태의 변조를 적절하게 조합하여, 방사 신호(20)를 대략 단일 측대역 신호로 되도록 배열할 수 있다.

도2는 포괄적인 위치설정 시스템에 사용되는 타입의 예로서 확산 스펙트럼 통신 시스템에 사용되는 비-확산기 회로(21)를 개략적으로 나타낸 도면이다. 상기 확산 스펙트럼 시스템에서 공지된 바와 같이, 반송파 신호는 디지털 코드로, 대부분 PRBS(pseudo random binary sequence)로 변조되어 그 에너지 스펙트럼을 확산시킨다. 일반적으로, 사용되는 변조는 BPSK이다. 회로(21)는 확산 스펙트럼 방사선을 비-확산시키는 성질이 있어 원래 반송파 신호와 그에 적용된 변조를 회복시킨 다. 이러한 사실은 도1의 변조기(2)를 사용하여 달성되어 확산 스펙트럼을 발생하는데 사용되는 시켄스 복제(replica)가 적용된다. 회로(21)에 의해 적용되는 시켄스는 추가적으로 발생 시켄스를 가진 시간동기(time synchronisation) 상태에 있음을 예견할 수 있을 것이다.

회로(21)는 광대역 확산 스펙트럼 방사선(23)을 수용하는 안테나(22)와, 광 패스-대역 필터(24)와, 협 정지-대역 필터(25)와, 협 패스-대역 필터(26)와, 변조기 회로(2)를 포함한다. 광 패스-대역 필터(24)와, 협 정지-대역 필터(25)와 협 패스-대역 필터(26)는 일렬로 접속되고 그리고 협 패스-대역 필터(26)의 출력(28)은 회로(21)의 출력부(28)를 제공한다. 안테나(22)는 광대역 필터(24)의 입력부(30)에 접속된다. 도1에 도시된 회로와 동일한 변조기 회로(2)는 필터(25,26)의 상호접속부에 접속된다.

반사 변조기 회로(2)는 양쪽 반사동작 상태에서 20dB의 게인을 가진다. 변조기(2)의 반사동작 상태는 상술한 바와 같이 광대역 신호(23)를 발생하는데 사용되는 원래의 시켄스 신호의 복제인 디지털 신호(34)에 의해 제어된다. 일반적으로 신호(34)는 PRBS신호이다.

동작 시에, 광대역 확산 방사선(23)이 수신되어, 안테나(22)에 의해 전기적 신호로 변환되어, 광 패스-대역 필터(24)와 협 정지-대역 필터(25)를 통하여 지나간다. 필터(24)의 패스-대역(pass-band)은 회로(21)의 동작 대역폭을 한정한다. 정지-대역 필터(25)의 중앙 주파수는 반송파 주파수에 임의 성분을 차단하도록 방사선(23)의 반송파 주파수에 대응하도록 선택된다. 필터(25)의 출력부(32a)에 나 타나는 필터 신호는 변조기(2)의 입력부(32c)에 그리고 협 패스-대역 필터(26)의 입력부(32b)에 모두 적용된다. 협 대역-패스 필터(26)의 패스-대역 특성으로 인하여, 필터 신호가 필터(26)에 의해 차단된다. 그리고, 변조기 회로(2)의 입력부(32c)에 나타나는 필터 신호는, 상호 접속부(32)로 다시 반사되는 원래의 반송파 신호의 증폭 버젼을 생산하도록 복조(複調)된다. 협 패스-대역 필터(26)의 대역 패스 특성 내에 있는 증폭된 반송파 신호는, 출력부(28)에 대체로 수반되지 않고 관통한다. 복조 신호는 정지-대역 필터(25)에 의한 안테나(22)로의 복귀동작을 방지한다. 따라서, 회로(20)는 비-확산기 회로로서 동작하며, 일반적으로 디지털 기술을 사용하는것 보다 대체로 더 낮은 전류로 동작할 수 있는 것이다.

본 발명에 따르는 반사 변조기를 적용하는 부가적인 예로, 송신기(42)와 핸드유지 무선 리시버(44)와의 사이에서 변환 통신하는데 사용되는 확산 스펙트럼 통신 시스템(40)을 개략적으로 도시한 도3을 참고로 이하에 기술한다. 공지된 바와 같이, 전송 신호의 스펙트럼을 확산하고, 그에 따라서 대형 주파수 범위에 걸쳐 에너지를 확산하는 것은, 비공인된 사람에 의해 신호가 검파되고, 그에 따라서 해당 사람이 전송원의 위치를 결정하는 것을 더욱 곤란하게 만드는 것이다.

도3을 참고로, 통신 시스템(40)은: BPSK변조 광대역 확산 스펙트럼 방사선(46)을 발생하는 공지된 타입의 확산 스펙트럼 송신기(42)와, 반사성 비-확산동작 회로(48)와 핸드유지 무선 리시버(44)를 포함한다. 비-확산기 회로(48)는, 제어 회로(16)가 동일한 코드를 사용하는 트랜지스터(6)를 송신기(42)에 의해 사용되는 것으로 전환하여 확산 신호(46)를 발생하는 도1의 트랜스폰더 회로(1)와 동일 한 것이다. 따라서, 비-확산기 회로(48)는 광대역 방사선(46)을 수신하고, 응답하여 신호(46)의 회복 반송파와 그곳에 적용된 변조를 나타내는 증폭과 비-확산 협대역 방사선(50)을 방사한다. 협대역 방사선(50)은 핸드유지 무선 리시버(44)에 의해 검파된다. 비-확산동작 회로(48)는 양호하게 빌딩(52)의 측부 또는 기둥 또는 나무와 같은 다른 구조물에 고지점(high point)에 양호하게 장착된다. 송신기(42)에 의해 발생되는 방사선(46)이 광대역이므로, 이러한 사실은 방향 탐지 리시버가 송신기(42)의 위치를 파악하기 곤란하게 만든다. 상기 방향 탐지 리시버가 비-확산동작 회로(48)로부터의 협대역 방사 방출물(50)의 위치를 파악할 수 있을 지라도, 이러한 것은 아직은 송신기(42)의 위치를 판단하는데 사용할 수 없는 것이다. 양호한 통신 시스템에서, 서로 다른 변조코드를 각각 가진 다수의 비-확산동작 회로(48)(도3에 제2회로(48a) 도시)가 다른 물리적 구역에 설치된다. 송신기(42)는, 서로 다른 비-확산동작 회로(48)가 활성으로 되도록 핸드유지 무선 리시버(44)와 통신하는 중에 다른 변조코드 사이에서 전환하도록 동작가능한 것이다. 그러한 결과, 협대역 방사선(50,50a)이 발생하는 지점이 비-확산동작 회로(48)로부터 비-확산동작 회로(48a)로 도약하여, 비-확산동작 회로의 지점을 탐지하려는 시도를 방해한다.

본 발명은, 본 발명의 범위 내에서 상술된 회로를 개조하여 제조되는 것도 포함되는 것이다. 예를 들면, 상술된 변조기 회로가 마이크로파 주파수를 작동하는데 매우 양호한 전계효과 트랜지스터를 사용하는 것인 반면에, 음성 임피던스 증폭기가 예를 들어 양극 트랜지스터 또는 다른 활성기기를 사용하는 것과 같이 작동 에 소요되는 주파수에 따라서 다른 방식으로 이행될 수 있는 것이다. 더우기, 본 발명의 변조기 회로는 상술된 적용에 제한되지 않으며, BPSK변조를 요망하는 다른 적용물에 사용하기에도 적합한 것이다. 본 발명은 BPSK변조가 반사 증폭기를 사용하고, 동일한 반사 게인(이것은 단일 측대역 동작이 요구될 시에는 기본적이지 않은 것임)을 양호하게 구비하지만 대략 180°로 반사 신호의 상을 변경하는 2개 반사동작 상태 사이에서 회로를 전환하여 달성되는 것이다.

Claims

증폭기에 가해진 신호가 반사되어 증폭되게 동작하는 음성 임피던스 증폭기(6)와, 2개 반사동작 상태 사이에서 증폭기(6)의 임피던스를 전환하는 스위칭수단(14,16)을 포함하는 변조기 회로(2)에 있어서, 2개 반사동작 상태에 임피던스는, 반사신호와 증폭신호의 상이 180°로 전환하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 변조기 회로.
제1항에 있어서, 2개 반사동작 상태에 임피던스는, 2개 반사동작 상태에 증폭기(6)의 반사 게인이, 반사와 증폭 신호가 BPSK(binary phase shift keyed)되도록 동일하게 선택되는 것을 특징으로 하는 변조기 회로.
제1항에 있어서, 2개 반사동작 상태에 임피던스는, 2개 반사동작 상태에 증폭기(6)의 반사 게인이 다르도록 선택되고, 상기 임피던스는 반사와 증폭 신호가 단일 측대역 신호이도록 선택되는 것을 특징으로 하는 변조기 회로.
제1항에 있어서, 음성 임피던스 증폭기는 음성 임피던스 증폭기로서 동작하도록 트랜지스터를 편의하는 편의수단(10,12,14)과 트랜지스터(6)를 포함하는 것을 특징으로 하는 변조기 회로.
제4항에 있어서, 스위칭수단(14,16)은 2개 반사동작 상태 사이에서 트랜지스터를 전환하도록 트랜지스터(6)의 편의동작을 전환하는 것을 특징으로 하는 변조기 회로.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 방사선(19)을 수신하고, 그것을 증폭기(6)에 가해진 신호로 변환하고, 반사와 증폭 신호를 방사(20)하는 안테나(4)를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 변조기 회로.
제4항 또는 제5항에 있어서, 트랜지스터(6)는 양극 트랜지스터(bipolar transistor)를 포함하는 것을 특징으로 하는 변조기 회로.
제4항 또는 제5항에 있어서, 트랜지스터(6)는 전계효과 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 변조기 회로.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따르는 변조기 회로(2)가 합체된 BPSK 신호를 복조하는 복조기 회로(21).
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따르는 변조기 회로를 합체한 트랜스폰더 태그(transponder tag).