(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
変調器回路（２）であって、増幅器に印加される信号を反射させ、増幅するように動作可能な負性インピーダンス増幅器（６）と、上記増幅器（６）のインピーダンスを２つの反射状態の間でスイッチさせるスイッチング手段（１４、１６）とを備え、上記２つの反射状態におけるインピーダンスを、上記反射され、増幅される信号の位相が実質的に180°だけスイッチされるように選択することを特徴とする変調器回路。
【請求項２】
上記２つの反射状態におけるインピーダンスを、上記増幅器（６）の上記２つの反射状態における反射利得が実質的に同一になるように選択し、上記反射され、増幅される信号をバイナリ位相シフトキーさせることを特徴とする請求項１に記載の変調器回路。
【請求項３】
上記２つの反射状態におけるインピーダンスを、上記増幅器（６）の上記２つの反射状態における反射利得が異なるように選択し、上記インピーダンスを、上記反射され、増幅される信号が実質的に単側帯波信号になるように選択することを特徴とする請求項１に記載の変調器回路。
【請求項４】
上記負性インピーダンス増幅器は、トランジスタ（６）と、上記トランジスタをバイアスして負性インピーダンス増幅器として動作させるバイアス手段（１０、１２、１４）とを含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の変調器回路。
【請求項５】
上記スイッチング手段（１４、１６）は、上記トランジスタ（６）のバイアスをスイッチし、上記トランジスタを上記２つの反射状態の間でスイッチさせることを特徴とする請求項４に記載の変調器回路。
【請求項６】
放射（１９）を受信してそれを上記増幅器（６）へ印加する信号に変換し、上記反射され、増幅された信号を放射（２０）するアンテナ（４）を更に備えていることを特徴とする先行請求項の何れかに記載の変調器回路。
【請求項７】
上記トランジスタ（６）は、バイポーラトランジスタからなることを特徴とする請求項４、５、または６の何れか１つに記載の変調器回路。
【請求項８】
上記トランジスタ（６）は、電界効果トランジスタからなることを特徴とする請求項４、５、または６の何れか１つに記載の変調器回路。
【請求項９】
バイナリ位相シフトキーされた信号を復調するために、先行請求項の何れかに記載の変調器回路（２）を組み入れてある復調器回路（２１）。
【請求項１０】
先行請求項の何れかに記載の変調器回路（２）を組み入れてあるトランスポンダタグ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は変調器回路に関し、詳述すれば、バイナリ位相シフトキー変調を生成する回路に関する。
【０００２】
（従来の技術）
広義的には、ある信号に情報を載せるために、その信号を時間的に変化させるように変更することであると定義することができる変調は、殆ど全ての無線を基とするシステムの設計の重要な特色である。デジタル信号のための効果的な、且つ公知の形状の変調は、バイナリ位相シフトキーイング（ＢＰＳＫ）である。ＢＰＳＫにおいては、一般的には180°（πラジアン）だけ分離した２つの離散した値を得るように、情報の２つのデジタル状態の一方を搬送波の位相を変調することによって搬送波信号上に載せている。このような変調技術は効率的であり得るが、従来は、タギング（tagging）システムのような低コスト、低電力消費が重要である応用には理想的に適してはいなかった。それは、ＢＰＳＫを生成するための公知の回路が複雑であり、有限電池源から過大な動作電力を消費するからであった。
【０００３】
（発明の概要）
本発明は、以上に鑑みてなされたものであり、公知変調器の限界を少なくとも部分的に解消し、低電力消費及び回路の簡易さが重要であるタギングシステムその他の応用に使用するのに適する変調器回路を提供する。
【０００４】
本発明による変調器回路は、増幅器に印加される信号を反射させ、増幅するように動作可能な負性インピーダンス増幅器と、増幅器のインピーダンスを２つの反射状態の間でスイッチさせるスイッチング手段とを備え、２つの反射状態におけるインピーダンスを、反射され、増幅される信号の位相が実質的に180°だけスイッチされるように選択することを特徴としている。
【０００５】
好ましくは、２つの反射状態におけるインピーダンスを、増幅器の２つの反射状態における反射利得が実質的に同一になるように選択し、反射され、増幅される信号をバイナリ位相シフトさせるようする。
【０００６】
代替として、２つの反射状態におけるインピーダンスを、増幅器の２つの反射状態における反射利得が異なるように選択し、上記インピーダンスを、反射され、増幅される信号が実質的に単側帯波信号になるように選択する。
【０００７】
特に好ましい実施の形態では、負性インピーダンス増幅器は、例えばバイポーラ、または電界効果トランジスタのようなトランジスタと、負性インピーダンス増幅器として動作するようにトランジスタをバイアスするバイアス手段とを含んでいる。このような変調器回路は、それが本質的に単一の成分だけしか含んでいないことから特に有利であることが知られている。更に、負性インピーダンス回路は極めて低い電流で高利得を与えることができ、相応して、その電力消費を極めて低い数マイクロアンペア程度にすることができる。トランジスタを使用する場合、スイッチング手段によってトランジスタのバイアスをスイッチさせ、トランジスタを２つの反射状態の間でスイッチさせるようにすることが好ましい。
【０００８】
変調器回路は、放射を受信してそれを増幅器へ印加する信号に変換し、また反射され、増幅された信号を放射するアンテナを更に備えていると有利である。
【０００９】
本発明の第２の面によれば、バイナリ位相シフトキーされた信号を復調するために、上述した変調器回路が組み入れられている復調回路が提供される。
【００１０】
本発明の第３の面によれば、上述した変調器回路が組み入れられているトランスポンダタグが提供される。
【００１１】
以下に添付図面を参照して本発明による変調器回路の単なる例示に過ぎない実施の形態を説明する。
【００１２】
（実施の形態）
図１に、タギングシステム内で使用するようになている、本発明による変調器回路２を組み入れたマイクロ波周波数（2.45ＧＨｚ）疑似受動トランスポンダタグ１を示す。タグ１は、変調器回路２に接続されているアンテナ４を具備する。変調器回路２は、ガリウム・ヒ素（ＧaＡs）電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）６、トランジスタの端子にそれぞれ接続されているインピーダンスマッチング／フィードバック回路網８、１０、１２、スイッチ可能な電流源１４、及び制御回路１６を含んでいる。マイクロ波周波数で動作する、パッチアンテナからなることが好ましいアンテナ４は、伝送路素子からなることが好ましいマッチング回路網８を介してＦＥＴ６のゲート電極６gに接続されている。ＦＥＴ６のドレイン電極６dは、マッチング回路網１０によって正電源Vsupplyに接続されている。ソース電極６sは、マッチング回路網１２及びスイッチ可能な電流源１４を介して接地されている。電流源１４は、制御ライン１８を介して制御回路１６によって制御される。
【００１３】
ＦＥＴ６は、公知の技法で、その線形の電流／電圧特性の比較的高い利得領域で動作するように、マッチング／フィードバック回路網８、１０、１２を含むバイアス回路網によってバイアスされている。各回路網８、１０、１２は伝送路素子からなることが好ましい。これによってＦＥＴ６は、そのゲート電極６gに現れる何等かの信号を増幅して反射させ、従って、負性インピーダンス増幅器として動作する。このことから、殆どの応用において、増幅器のインピーダンスが主として抵抗性であることが理解されよう。
【００１４】
モジュラー回路２の負性インピーダンスの大きさはトランジスタ６を通過するドレイン／ソース電流Ｉdsに依存し、この電流はスイッチ可能な電流源１４によって決定される。電流源１４は、制御回路１６に依存して、２つの選択された電流Ｉds1及びＩds2の間でスイッチ可能である。ＦＥＴ６は、両電流Ｉds1及びＩds2において負性インピーダンス増幅器として動作するが、各電流におけるその負性インピーダンスの大きさは異なっている。
【００１５】
回路１が動作中、アンテナ４はマイクロ波放射１９を受信してそれを電気信号に変換し、マッチング回路網８を介してＦＥＴ６のゲート電極６gに印加する。上述したように、ＦＥＴ６は負性インピーダンス増幅器として動作し、電気信号はＦＥＴ６によって反射されて増幅され、アンテナ４からマイクロ波放射２０として再放射される。タギングシステムの場合には、マイクロ波放射１９は問合わせ放射信号であり、連続波または被変調波信号であることができる。情報を放射２０に載せるために、制御回路１６は、放射２０の位相が180°だけスイッチするように、２つの電流Ｉds1及びＩds2の間でスイッチさせる。本発明の重要な特色は、２つの電流Ｉds1及びＩds2に対して回路２の負性インピーダンスの大きさを選択することである。これらは、（i）各電流において回路が同一の反射利得を有するように、（ii）反射され、増幅される信号の間の位相が２つの電流において180°だけスイッチされるように選択される。ゲート端子６gを見た時の回路１の反射利得（単位：デシベルｄB）は、
利得＝20 log｜（Zn−Zo）／（Zn＋Zo）｜
によって与えられる。ここに、Ｚoはアンテナインピーダンス（または、アンテナが存在しない場合には、システムインピーダンス）であり、ＺnはＦＥＴ６が呈する入力インピーダンス（即ち、ゲート端子６gを見た時の負性インピーダンス）である。図１に示す実施の形態の場合には、システム／アンテナインピーダンスは公称50オームであり、負性インピーダンスはＩds1及びＩds2に対してそれぞれ−45オームと、−55.555オームの間でスイッチ可能であって、それぞれ25ｄBの反射利得を与える。これらのインピーダンス値の場合、反射利得が一定であるのに対して、反射され、増幅される信号の位相は180°変更されていることに注目されたい。位相のこの変化は、項（Zn−Zo）÷（Zn＋Zo）の符号の変化によって指示されている。従って、図１の例では、Ｉds1は、ＦＥＴ６が−45オームの負性インピーダンスとして動作するように選択され、Ｉds2は、ＦＥＴ６が−55.555オームの負性インピーダンスとして動作するように選択される。従って、回路２が、バイナリ位相シフトキー反射性変調器として動作することが理解されよう。変調器回路２の特定の長所は、それがＢＰＳＫを生成する簡単な方法を提供し、またそれが変調される信号を増幅する付加的な便益をも提供することである。回路が簡単であるために、それはタギング応用に理想的に適しており、2.4ＧＨｚの動作周波数において極めて低い（数マイクロアンペア程度の）電流で動作できる長所を更に有している。
【００１６】
それぞれのインピーダンスに対して異なる値を用いて反射信号の大きさ及び位相の両方を２つの状態の間で変化させ、振幅変調（ＡＭ）及び位相変調（ＰＭ）の組合わせを適用できるようにすることができる。２つの形状の変調を適切に組合わせることにより、放射される信号２０を実質的に単側帯波信号であるように配列することができる。
【００１７】
図２は、例えばＧＰＳに使用される型のようなスペクトラム拡散通信システムに使用するためのデスプレッダ（de-spreader）回路２１の回路図を示している。このようなスペクトラム拡散システムにおいては、公知のように、搬送波信号はデジタルコード（疑似ランダムバイナリシーケンス（ＰＲＢＳ）が最も多い）で変調され、そのエネルギスペクトラが拡散される。通常、使用される変調はＢＰＳＫである。回路２１は、このように拡散されたスペクトラム放射をデスプレッディングして、元の搬送波信号、及びそれに適用されている何等かの変調を回復するように意図されている。これは、図１の変調器を使用して、拡散したスペクトラムを生成するために使用したシーケンスのレプリカを適用することによって達成される。回路２１によって適用されるシーケンスが、付加的に、生成シーケンスと時間同期していることは理解されよう。
【００１８】
回路２１は、広帯域スペクトラム拡散放射２３を受信するためのアンテナ２２と、広い帯域通過フィルタ２４と、狭い帯域阻止フィルタ２５と、狭い帯域通過フィルタ２６と、変調器回路２とを含んでいる。広い帯域通過フィルタ２４、狭い帯域阻止フィルタ２５、及び狭い帯域通過フィルタ２６は直列に接続され、狭い帯域通過フィルタ２６の出力２８が回路２１の出力２８になっている。アンテナ２２は、広帯域フィルタ２４の入力３０に接続されている。図１に示す回路と同一の変調器回路２がフィルタ２５と２６との相互接続３２に接続されている。
【００１９】
反射性変調器回路２は、両反射状態において20ｄＢの利得を有している。変調器２の反射状態は、デジタル信号３４によって制御される。このデジタル信号は上述したように、広帯域信号２３を生成するために使用した元のシーケンスのレプリカである。最も典型的には、信号３４はＰＲＢＳ信号である。
【００２０】
動作中、広帯域拡散放射２３がアンテナ２２によって受信されて電気信号に変換され、広い帯域通過フィルタ２４及び狭い帯域阻止フィルタ２５を通過させられる。フィルタ２４の通過帯域が回路２１の動作の帯域幅を限定する。帯域阻止フィルタ２５の中心周波数は、搬送波周波数の如何なる成分をも阻止するために、放射２３の搬送波周波数に一致するように選択される。フィルタ２５の出力３２ａに現れる濾波された信号は、狭い帯域通過フィルタ２６の入力３２ｂと、変調器２の入力３２ｃとに印加される。狭い帯域通過フィルタ２６の通過帯域特性のために、濾波された信号はフィルタ２６によって阻止される。しかしながら、変調器回路２の入力３２ｃに現れる濾波された信号は復調され、元の搬送波信号の増幅されたバージョンとして相互接続３２へ反射して戻される。狭い帯域通過フィルタ２６の通過帯域特性内にある増幅された搬送波信号は、実質的に減衰されることなく出力２８へ通過する。帯域阻止フィルタ２５が、復調された信号がアンテナへ戻ることを防ぐ。以上のように、回路２０はデスプレッダ回路として動作し、現在のデジタル技術を使用する回路よりも実質的に低い電流で動作することが可能である。
【００２１】
次に、本発明による反射器変調器のさらなる応用例を、図３を参照して説明する。図３は、送信機４２とハンドヘルド無線受信機４４との間の秘密通信に使用するためのスペクトラム拡散通信システム４０の概要図である。公知のように、送信された信号のスペクトラを拡散させる、従ってエネルギを広い周波数範囲にわたって拡散させることは、無許可の人々が信号を検出することを、従ってそれらの人々が送信源の位置を決定することをより一層困難ならしめる。
【００２２】
図３を参照する。通信システム４０は、ＢＰＳＫ変調された広帯域スペクトラム拡散放射４６を生成する公知の型のスペクトラム拡散送信機４２と、反射性デスプレッディング回路４８と、ハンドヘルド無線受信機４４とを含む。デスプレッダ回路４８は図１のトランスポンダ回路１と同一であり、制御回路１６は、送信機４２が拡散信号４６を生成するために使用したコードと同一のコードを使用してトランジスタ６をスイッチさせる。従って、デスプレッダ回路４８は広帯域放射４６を受信し、それに応答して、信号４６の回復された搬送波及びそれに適用された何等かの変調を表す増幅され、デスプレッドされた狭帯域放射５０を放射する。狭帯域放射５０は、ハンドヘルド無線受信機４４によって検出される。デスプレッディング回路４８は、好ましくは、建物５２の側、またはポストまたは樹木のような他の構造の上のような高い点に取付ける。送信機４２が生成する放射４６は広帯域であるから、これは方向探知受信機によって送信機４２の位置を探知することを困難にする。このような方向探知受信機は、デスプレッディング回路４８から狭帯域で放射された放出５０を探知し、従ってその位置を決定することはできるが、それでも送信機４２の位置を決定するのは不能であろう。好ましい通信システムでは、各々が異なる変調コードを有している複数のデスプレッディング回路４８（図３には第２の、このような回路４８ａが示されている）を異なる物理的位置に配置してある。送信機４２は、ハンドヘルド無線４４と通信中に、異なるデスプレッディング回路４８が動作し始めるように、異なるコードの間でスイッチするように動作可能である。その結果、狭帯域放射５０、５０ａを発信する位置は、デスプレッディング回路４８からデスプレッディング回路４８ａへジャンプし、それによってデスプレッディング回路の位置を探知しようとする試みは阻害されることになる。
【００２３】
本発明の範囲内で上述した回路に対して変更をなし得ることは理解されよう。例えば、上述した変調器回路では、マイクロ波周波数の動作にとっては極めて好ましい電界効果トランジスタを使用しているが、要求される動作周波数に依存して、負性インピーダンス増幅器は例えばバイポーラトランジスタまたは他の能動デバイスのような異なる方法で実現することができる。更に、本発明の変調器回路は、上述した応用に限定されるものではなく、ＢＰＳＫ変調を要求するどのような応用に使用するのにも適している。本発明は、反射増幅器を使用し、そして回路を、好ましくは同一の反射利得を有する２つの反射状態の間でスイッチさせ（しかしながら、これは単側帯波動作が要求される場合には必須ではない）、反射信号の位相を実質的に180°だけ変化させてバイナリ位相シフトキー変調を達成できるという事実に頼っている。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による変調器回路を組み入れてあるトランスポンダ回路の回路図である。
【図２】  図１の変調器回路を組み入れてある、スペクトラム拡散通信システムに使用されるデスプレッダ回路の回路図である。
【図３】  図１の変調器回路を組み入れてあるスペクトラム拡散通信システムの概要図である。
【図１】
0004486771.tif 000002
【図２】
0004486771.tif 000003
【図３】
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