Модулятор сигналов обратного рассеяния

Полезная модель относится к радиотехнике и может быть использована в качестве модулятора обратного рассеяния (МОР), принцип модуляции которого заключается в том, что передача информации осуществляется за счет отражения от антенны электромагнитных волн, распространяющихся в свободном пространстве. Подобная типовая система передачи данных состоит из двух приемопередающих устройств, между которыми осуществляется передача данных.
Основным элементом такой системы является считыватель, излучающий немодулированное колебание, которое, отражаясь от антенны, подвергается модуляции, возникающей за счет изменения импеданса ее нагрузки, и вновь принимается этим же считывателем. Таким образом, на стороне радиометки отсутствует необходимость использования собственного генератора СВЧ колебаний, что позволяет повысить автономность метки за счет снижения потребляемой мощности, которая могла бы расходоваться на формирование несущего колебания. Это является важнейшим преимуществом относительно модуляторов другого вида.
M
OM
РМ
о
РМ
o
M
о
РМ
M
о
РМ
(cos)
(sin)
Известно устройство модуляции [RU 2260901, C1, Н03С 3/38, 20.09.2005], содержащее первый и второй балансные модуляторы, фазовращатель, генератор вторичных модулирующих сигналов и сумматор, причем, генератор вторичных модулирующих сигналов выполнен с возможностью формирования из модулирующего сигнала U(t)=U(t)η(t), соответствующего заданному закону фазовой модуляции вида φη(t), где ф - индекс модуляции, вторичных косинусного и синусного модулирующих сигналов вида U(t)=cos(φη(t)) и U(t)=sinφη(t)), пропорциональных, соответственно, косинусу и синусу модулирующего сигнала, вход фазовращателя и первый вход первого балансного модулятора соединены с входом модулируемого сигнала устройства, первый вход второго балансного модулятора подключен к выходу фазовращателя, выходы косинусного и синусного модулирующих сигналов генератора вторичных модулирующих сигналов соединены соответственно со вторыми входами первого и второго балансных модуляторов, выходы которых подключены ко входам сумматора, выход которого является выходом.
Недостатком устройства является его относительно высокая сложность.
Известен также бортовой модулятор [RU 2260901, С2, Н04В 10/00, 20.11.2015], включающий в себя основной буфер и резервный буфер, первые входы-выходы которых являются соответственно первым и вторым входами-выходами устройства, а вторые входы-выходы соединены соответственно с первым и вторым входами-выходами программируемой логической интегральной схемы (ПЛИС), третий, четвертый и пятый входы-выходы которой соединены соответственно с входами-выходами постоянно запоминающего устройства (ПЗУ), синтезатора частот и датчика температуры, первый, второй и третий выходы ПЛИС соединены соответственно с первыми входами первого и второго цифроаналоговых преобразователей (ЦАП) и входом третьего ЦАП, вторые входы первого и второго ЦАП соединены соответственно с первым и вторым выходами синтезатора частот, третий выход которого соединен с входом ПЛИС, а вход является первым входом устройства, выходы первого и второго ЦАП соединены соответственно с первым и вторым входами квадратурного модулятора, третий вход которого соединен с выходом первого вентиля, вход которого является вторым входом устройства, выход квадратурного модулятора соединен с первым входом аттенюатора, второй вход которого соединен с выходом третьего ЦАП, а выход соединен с входом усилителя, выход которого соединен с входом второго вентиля, выход которого является выходом устройства, первый вход устройства предназначен для приема опорной частоты, второй вход устройства предназначен для приема промежуточной частоты, при этом, ПЛИС выполнена с возможностью обработки и кодирования информации, цифровой фильтрации, формирования цифровых выходных значений орт I и Q, управления работой синтезатора частоты, управления работой цифроаналоговых преобразователей, управления работой температурного датчика, управления режимом работы всего устройства.
Недостатком этого технического решения является его относительно высокая сложность и относительно узкие функциональные возможности, что ограничивает область его применения и не позволяет его надежно использовать в качестве модулятора обратного рассеяния.
Наиболее близким по технической сущности к предложенному является модулятор обратного рассеяния [RU 199453, U1, Н04В 10/00, Н04В 1/04, Н04В 5/00, 02.09.2020], содержащий формирователь управляющих напряжений, первый и второй входы которого являются логическими входами модулятора обратного рассеяния, варикап, управляющий вход которого соединен с первым выходом формирователя управляющих напряжений, и управляемый напряжением резистор, управляющий вход которого соединен со вторым выходом формирователя управляющих напряжений, первая клемма соединена с выходной клеммой варикапа и является первой выходной клеммой модулятора обратного рассеяния, а вторая клемма является второй выходной клеммой модулятора обратного рассеяния, при этом первая и вторая выходные клеммы модулятора обратного рассеяния выполнены с возможностью подключения к терминалу антенны, а формирователь управляющих напряжений обеспечивает значение емкости варикапа и значение сопротивления управляемого напряжением резистора, соответствующих положению коэффициентов отражения на диаграмме Вольперта-Смита, как точки сигнального созвездия для формируемого закона модуляции.
Недостатком наиболее близкого технического решения является сравнительно большая площадь, занимаемая модулятором на кристалле при изготовлении в интегральном исполнении, вызванная используемыми элементами, на которых построен модулятор.
Задачей, которая решается в полезной модели, является создание модулятора обратного рассеяния, обеспечивающего уменьшение площади, занимаемой модулятором на кристалле, что одновременно вызывает улучшение таких причинно-связанных с этим характеристик, как более высокую устойчивость к отклонениям параметров элементов, входящих в его состав, что обусловлено влиянием технологического процесса, также расширение на этой основе арсенала технических средств, которые могут быть использованы в качестве модуляторов обратного рассеяния.
Требуемый технический результат заключается в снижении площади, занимаемой модулятором при его выполнении на кристалле при одновременном расширении арсенала технических средств, которые могут быть использованы в качестве модулятора обратного рассеяния.
Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что, в модулятор сигнала обратного рассеяния, содержащий первую и вторую входные клеммы и первую и вторую выходные клеммы, а также первый резистор, согласно полезной модели, введены резисторы со второго по четвертый, транзисторы с первого по восьмой, первая и вторая емкости, а также источник постоянного напряжения, при этом, первая входная клемма соединена с первыми клеммами первого и второго транзисторов, вторая входная клемма соединена с первыми клеммами третьего и четвертого транзисторов и с первыми клеммами второго и третьего резисторов, первая выходная клемма соединена с первыми клеммами пятого и шестого транзисторов, вторая выходная клемма соединена с первыми клеммами седьмого и восьмого транзисторов, с первой клеммой источника постоянного напряжения, а также с первыми клеммами первой и второй емкости и со вторыми клеммами первого и второго транзисторов, вторая клемма первой емкости соединена с третьей клеммой первого транзистора, со вторыми клеммами пятого и седьмого транзисторов, вторая клемма второй емкости соединена с третьей клеммой второго транзистора и со второй клеммами шестого и восьмого транзисторов, вторая клемма второго резистора соединена с третьей клеммой шестого транзистора, первая клемма первого резистора соединена с третьей клеммой пятого транзистора, а вторая клемма соединена со второй клеммами третьего и четвертого транзисторов и с первой клеммой четвертого резистора, вторая клемма которого соединена с третьей клеммой восьмого транзистора, первая клемма источника постоянного напряжения соединена с третьей клеммой четвертого транзистора, вторая клемма источника постоянного напряжения соединена с третьей клеммой третьего транзистора.
На чертеже представлена электрическая структурная схема модулятора сигналов обратного рассеяния;
Модулятор сигналов обратного рассеяния содержит первую 1 и вторую 2 входные клеммы и первую 3 и вторую 4 выходные клеммы, а также первый резистор 5.
Кроме того, модулятор сигналов обратного рассеяния содержит второй 6, третий 7 и четвертый 8 резисторы, а также первый 9, второй 10, третий 11, четвертый 12, пятый 13, шестой 14, седьмой 15 и восьмой 16 транзисторы.
Дополнительно к отмеченному модулятор содержит первую 17 и вторую 18 емкости, а также источник постоянного напряжения 19.
В модуляторе сигналов обратного рассеяния первая входная клемма 1 соединена с первыми клеммами первого 9 и второго 10 транзисторов, вторая входная клемма 2 соединена с первыми клеммами третьего 11 и четвертого 12 транзисторов и с первыми клеммами второго 6 и третьего 7 резисторов, первая выходная клемма 3 соединена с первыми клеммами пятого 13 и шестого 14 транзисторов, вторая выходная клемма 4 соединена с первыми клеммами седьмого 15 и восьмого 16 транзисторов, с первой клеммой источника 19 постоянного напряжения, а также с первыми клеммами первой 17 и второй 18 емкости и со вторыми клеммами первого 9 и второго 10 транзисторов.
Кроме того, вторая клемма первой емкости 17 соединена с третьей клеммой первого транзистора 9, со вторыми клеммами пятого 13 и седьмого 15 транзисторов, вторая клемма второй емкости 18 соединена с третьей клеммой второго транзистора 10 и со второй клеммами шестого 14 и восьмого 16 транзисторов, вторая клемма второго резистора 6 соединена с третьей клеммой шестого 14 транзистора, первая клемма первого резистора 6 соединена с третьей клеммой пятого 13 транзистора, а вторая клемма соединена со второй клеммами третьего 11 и четвертого 12 транзисторов и с первой клеммой четвертого резистора 8, вторая клемма которого соединена с третьей клеммой восьмого транзистора 16, первая клемма источника 19 соединена с третьей клеммой четвертого транзистора 12, вторая клемма источника 19 постоянного напряжения соединена с третьей клеммой третьего транзистора 11.
Работа модулятор обратного рассеяния определяется следующим образом.
Модулятор управляется информационными сигналами, которые поступают на первый 1 и второй 2 входные клеммы и которые определяют передаваемый символ.
Пятый 13, шестой 14, седьмой 15 и восьмой 16 транзисторы совместно с первым 5, вторым 6, третьим 7 и четвертым 8 резисторами образуют переключатель, который при помощи логического сигнала, поступающего на вторую входную клемму, коммутирует выходную клемму 3 с нагрузкой, которая определена параллельным включением первой 17 емкостью и первым 9 транзистором, а также аналогичным включением второй 18 емкостью и вторым 10 транзистором.
ПИТ
Третий 11 и четвертый 12 транзисторы образуют инвертор, формирующий напряжение, обратное логическому сигналу, поступающему на вторую входную клемму. Питание инвертора осуществляется за счет V=2 В, формируемого источником 19 постоянного напряжения. Логический сигнал, поступающий на вторую входную клемму, и сигнал, формируемый на выходе инвертора, управляют работой переключателя, образованного пятым 13, шестым 14, седьмым 15 и восьмым 16 транзисторами совместно с первым 5, вторым 6, третьим 7 и четвертым 8 резисторами.
Сигнал, поступающий с первой 1 входной клеммы, переключает режимы работы первого 9 и второго 18 транзисторов, формируя совместно с первой 17 емкостью и второй 18 емкостью нужные значения коэффициента отражения, который определяет положение точек сигнального созвездия модулированного сигнала.
Экспериментальный образец разработанного модулятора обеспечивает скорость передачи данных до 4 Мб/с. При этом мощность, потребляемая модулятором, меньше аналогов. Схема данного модулятора может быть использована для формирования сигналов обратного рассеяния в различных частотных диапазонах. Помимо этого, данный модулятор может использоваться в составе модуляторов таких сигналов как АМн-2, ФМн-2, КАМ-8, КАМ-16, КАМ-32 и КАМ-64.
Таким образом, в предложенной полезной модели достигается требуемый технический результат, который заключается в снижении площади, занимаемой модулятором при его выполнении на кристалле, т.к. для его реализации используется меньшее количество элементов, чем у ближайших аналогов, при этом предлаетея реализовать его на элементах, технологически выполняемых существенно меньших по размерам, чем элементы в ближайших аналогах.
Одновременно достигается расширение арсенала технических средств, которые могут быть использованы в качестве модулятора обратного рассеяния, повышается устойчивость к отклонениям параметров элементов, входящих в его состав, которые обусловлены влиянием технологического процесса, повышение точности модуляции, снижении уровня потребляемой мощности, что подтверждено экспериментальными исследованиями.