CN1425223A - 应答器和应答器*** - Google Patents

Abstract

在应答器(19)中，用于把进入天线(1)的接收到的信号放大成用于转发的信号(61)，且其中转发的信号(61)可能具有叠加的信息，将猝熄振荡器(5)用作为放大元件。该振荡器(5)最好是超再生类型的并对所收到的信号(60)呈现负阻抗(30)。根据本发明的应答器可以用作无线或有线网络中的***元件，作为网络中智能或非智能的连接去工作。该应答器也可以用于定位***。

Description

应答器和应答器***

介绍

本发明涉及一般类型的应答器，作为在附加的权利要求1的前序部分的解释以及在附加的权利要求33中所给出的网络中的应答器以及网络中应答器***的应用。

背景

在应答器中，无线电频率信号被传送到应答器，接着应答器通常以调制的形式转发信号，也就是说叠加了来自应答器的信息而转发信号。因此应答器的目的，一部分是用作为信号转发器，一部分是与应答器交换信息。一些应答器以间接方式工作，另一些以直接方式工作。在间接的转发方式中，信号被依次接收和转发。转发信号所处的频段可不同于所接收信号的频段。一个例子是用于DME(测距装置)的飞机应答器。在直接的转发方式中，信号在收到的同时在同一频段被发送。这里，利用了应答器的转换和调制增益。例子是RFID TAG。在后述情况中，应答器充当放大器，它通常有很小或者负的增益。因此这样的应答器，在无线通信和无线电导航的多种领域中极少得到应用。

在很多情况下，应答器除了转发信号(上行链路)外，也需要接收信息(下行链路)以便自我鉴别并对指令做出反应。因此，所用应答器的应用通常称为RFID(无线电频率识别)***。在应答器可用的性能余量，特别是在通信距离上的要求越来越低的同时，经常要求应答器应该轻便、重量小、紧凑、简单和采用少量零件，能廉价地制造，并且有几年的电池寿命。同时还要求有大通信带宽和多信道的操作。通常要求应答器具有相干转发的能力，当应答器用作定位时，即可用作询问器或相位测量站。

应答器最通常采用的原理是所谓的反射原理。它利用天线所收到的来自信标或询问器的射频载波来工作，这个载波被耦合到一个高频二极管，然后被一个信号调制，再被应答器转发给询问器。通常的目的是获得相位调制，这可很容易的由一个二极管切换天线连接终端的反射系数来实现。调制的结果总是幅度调制和相位调制的组合，这不会造成性能的明显下降。转发(上行链路)的边带和输入信号是相干的，而询问器利用差拍原理工作。为了避免边带之间的相互抵消，询问器采用了消除边带的单边带接收。

应答器的接收(下行链路)由所提到的二极管完成或由一个专门的二极管不经高频放大，直接从天线上解调高频信号来完成。不采用高频放大主要是从能耗的角度考虑的。因此，所达到的灵敏度是有限的，但却能很好地调谐到用反射原理所达到的应答器的动态特性。

反射原理的缺陷是转发的信号的电平仅能在天线增益的帮助下被放大。而太高的天线增益是不希望，因为高的天线增益导致窄的天线波瓣进而造成指向误差，其结果可能是由增益变为损耗。

在一些现存的应答器中引入了有源放大器，它是由有源的高频或微波器件来实现。在传统的技术条件下，这以高能耗和昂贵的产品的形式带来了高成本。能耗的提高是由于需要无条件地稳定放大器。成本的提高是由于在微波频率通常是用微带技术和昂贵的电路板层叠实现的。由于电流的吸取可获得的放大非常有限，并且在低成本产品中保持接收机和发射机之间的足够的隔离是困难的。这意味着这种解决方案要求安装分离的发射机和接收机天线。这种解决方案所带来的益处通常比不上成本的增加，因此目前大量的这种产品采用无源的微波模块即仅仅是一个二极管或一个晶体管开关。这个解决方案可能需要一个限幅器，它用来按照应答器的应用所相应的规则或标准来限制发射电平在一个最大允许电平以下。限幅器和滤波器可能也需要用来达到必要的调制频率的谐波抑制。射频载波的谐波通常很难被充分地抑制以符合标准的要求。所提到的应答器的解决方案的应答器范围非常有限，其原因是，由于电路中没有或极少的有源高频放大的结果，输出信号的幅度近似正比于输入信号的幅度。因此，这种放大的应答器在所涉及的无线通信和无线电导航的各种领域中极少见到应用。

一些已知的关于传感器或各种类型的需要低电流、简单的应答器平台的询问器***，这些***在应答器的下行链路上有有效的解决方案，而上行链路是包括一个或多个振荡模块。采用这种方案的一个突出缺点是如果其用途不是对频率稳定性要求低和校准的场合，那么发射机就需要一个晶体振荡器。这种应答器不适用于零拍***，除非它用锁相环(PLL)把频率锁定在询问器上。

已经证明，应答器可以由简单的注频锁定振荡器来实现。这种特性严重地限制了他们的应用场合。注频锁定振荡器的原理是任何类型的振荡电路其振荡稳定性有意地做得依赖于非外界的噪声或一个注入的CW信号(见下面)，这个信号的频率严格地等于振荡器的频率从而锁定频率。电路对温度和其它类型的不稳定因素进行了补偿。在无输入信号未锁定时和在有输入信号锁定时的注频锁定振荡器的频谱显得和产生CW载波的普通振荡器一样。它在有输入信号却不锁定的时候，在载频的一边会有一种典型的强相位噪声。像所述的那样，注频锁定振荡器的最大的缺陷是它的锁频带宽非常窄，并且灵敏度很低。其优点是具有低的相位边带噪声。

需要一种技术来改善注频锁定振荡器并扩展其应用范围。注频锁定振荡器的应用的一个例子是相控天线阵，但同时，考虑到典型值只有载波频率的万分之几那样窄的锁定带宽，而且还需要一个CW信号，其用处也受到限制。(在后面的文字中，术语CW即用于指射频载波，也用于连续波的和脉冲波。这符合习惯上的用法，尽管CW载波实际上应该指“连续波”。从物理上讲，连续波实际上是不存在的。用“猝熄振荡器”表示一种振荡器，它以频率为千赫兹到兆赫兹的周期函数猝熄)。美国专利第3,705,385号已经说明如何用所谓猝熄的方式，即对振荡器进行开关控制以改进注频锁定振荡器，特别是关于锁定带宽方面。但锁定带宽仍然窄，典型的是载波频率的千分之几，并且仍然需要CW信号，它通常限于FM调制的CW，以使信号重复而满意地工作。此外，锁定非常依赖于信号的动态范围，并且通常仅能工作在强CW信号下。人们似乎已经相信要让若干应答器一同工作而不互相干扰的话，载波频率自身就必须锁定。这可能就是超再生原理在这种应用中被忽视的原因，见下文。另一个原因是，除了设计上的困难外，由于增加了器件的需求，让一个猝熄振荡器按超再生的方式工作比按注频锁定方式工作要困难得多。这是由于事实上超再生功能仅在振荡器可偏置特性的一个很窄的区间才发生或有效，而注频锁定现象却发生在其它特性的大部分区域。这在关于SG应用的出版物中很少或没有讨论。此外，猝熄频率通常的注入方式使得超再生的动态范围受到严格限制，这再次说明了对这种电路的分析的欠缺。先前已经说明，信号的无用发射以及互调和交调产物应如何予以抑制以使猝熄振荡器按照标准工作。器件技术的发展使得在甚低功率的解决方案中可以更好地利用超再生原理，以帮助采用这种原理的革新。正如这里所阐述的，猝熄的注频锁定(＝锁定)振荡器的关于信号的动态范围、带宽的指标包括很多限制，加上其它缺点，例如可靠性，这就减少了可能的应用领域。事实上先前公布的专利技术文本没能成功地得到应用就证明了这一点(见美国专利第3,705,385号)，这是由多种因素造成的，其中重要的原因是频率锁定的不稳定和在千波特范围内的窄的可用信息带宽。这种带宽对于现在的通信技术来讲是很没有兴趣的。另外，从随后的专利和出版物来看，似乎也没人进行认真的尝试以改进这种技术，或扩大这种窄带的锁定振荡器的应用范围。

需要为已知的应答器技术寻找相应的解决方案，这种方案采用“板上”振荡器。需要一种应答器技术，它能使现有的反射应答器既简单又有宽的带宽、高的性能、稳定、节省能源、产品适用性强，并且允许采用简单廉价的微波ASIC(用户定制的集成电路)或MMIC(微波集成电路)。还非常需要一种新的技术，它使应答器的性能超过最低要求以便提高余量和产品的兼容性，并且允许微波应答器***可用不昂贵的衬底技术来实现而不使用微带。

应答器的通常的用途是传感器***、控制***、医药和RFID***。传感器***的一个例子是需要改进现有的对高低压电力线传输***中电力输送的监视、控制和通信技术。控制***的一个例子是在室内或室外测量并操纵所进行的作业。医疗使用的一个例子是在医药科学研究中的声纳和传感器的应用。RFID应用的一个例子是需要在大范围内对物体、人和车辆进行识别并通信。长距离RFID中的简单的应答器的一个应用是动物的无线电标签，现有的应答器的有限的作用距离使它们不很适用，因此采用了其它的技术如脉冲信标，由于需要连续地发射，它每携带的单位能量所提供的服务较少。长距离可以定义为从十米到几公里。RFID中的一个广泛的应用是用于识别的智能的或非智能的“标志”、访问计价和支付等。不同应用领域的应答器通常可能使用30MHz到超过10GHz的频率。在收费公路或类似***中，用2.45GHz和5.8GHz及其它微波频段。

一些信令网络或数据通信网络的节点可看作是间接转发器。其例子是蜂窝电话或移动***(即GSM、GPRS、UMTS、TETRA)。如果把这些***中的节点或台站用于转发，就可以显著地减小信息带宽，通常减小一半。这同样适用于无线局域网、蓝牙以及其它无线数据通信网络中的节点。这似乎就是在所提到的***中通常不采用中继功能的原因。非常需要一种新的***，它能与现有的和将来的无线网络和通信***兼容，而且能在两个方向上重复信号。在这些网络的节点中，还需要一种廉价的和有效的技术，它能实现中继功能，但不会由于中继而减小带宽。在有些场合还需要应答器智化能地工作。

基于无线电的发展，宽带的需要使得非常高的频率(10-200GHz)的无线网络的发展受到阻碍，原因是发射机、接收机和收发器的实现仍然非常昂贵。到目前为止，在这些频率上实现一个大动态范围的简单的应答器仍不可能。同时，需要实现廉价的本地无线网络，它的带宽要超过100Mbit/s。更加需要一种***技术，它允许在厘米和毫米波长上实现廉价的网络。

基于线缆的通信***和无线***也是一样的。实现线路放大器是昂贵的，而且它们通常只能在一个方向放大信号。双向线路放大器的例子是老式的用于电话线路的放大器，它表现的增益很低，并且只能工作在低频上。高增益的但单向的线路放大器的例子是用于数据通信的有线电视的放大器。在高频可使线路放大器在放大器的输入端和输出端具有有限的隔离，并产生低的有用放大，因此应用也有限。所以需要一种新的信号电缆上的信号放大的原理，它用简单的方法实现并对***的改动很小或没有。

在定位、无线电导航和距离测量中，相干性和控制的相位关系是需要的参数。一个例子是双曲线定位***，这里被测信号的相位必须通过时钟再生来判定。这对实时处理和滤波提出了严格的要求，并且通常降低了***的更新速度。在许多中短距离的定位***中，需要一种应答器技术，它能有效地工作，并能按已知的相位转发信号。应用的将是在定位的目标或者作为已知***地基础结构上来改善***的几何测量。到目前为止，这种应答器的制造太昂贵还没有制造或没有实现。同时需要一种廉价的、低功率的和有效的应答器技术，它能通过定位人、财物等扩大无线电定位的应用。为防御目的，也需要一种廉价的更有效的和有用的应答器技术。

在电力线监视和通信中，过去需要在线缆上把放大器(线路放大器)的级连起来以补偿信号的衰减。这是特别昂贵的，可能一个连接单元要花几万美元。接着也可以在线路上仅用少量的放大器，结果是通信带宽非常小。同样，为使通信信号绕过电力线上的变压器和其它基础设施也是很昂贵和复杂的。所以需要一种新的电力线网络上的信号放大原理，它用简单的方法实现，不需要或极少需要改动现有的装置，并且可以实现很宽的传输带宽和更好的灵活性。在现有的技术下，沿着电力线分布式监视的是不可能的，因此现有的解决方案采用昂贵的采用无线电通信的大间隔的装置。所以需要一种新的技术，它在电力线网络的任意位置集成了各种类型的监视和控制，可以沿电力线进行双向通信。

在电力线监视和分布电路上的通信中，数据通信包括所谓的宽带分布式接入网和其它同客户的通信，由于信号的衰减，通信距离被限制在100到300米。线路放大器的实现和安装是非常昂贵的，而间接转发器会减小数据的带宽。因此在客户和如路由器、主机和集线器的其它单元之间传输信号通常是很困难的。在现有的技术条件下，没有一种解决方案，可以以简单和廉价的方式进行信号的中继，而不用电耦合的方式绕过电力网络内部的隔离，即变电站。因此，需要一种新的原理，用来放大电力网络中的信号以便接入数据网络，它用简单的方法实现，对基础设施的改动很小或没有。

在不同种类的通信***中，很容易出现局部阴影区。特别是在GSM、GPRS、UMTS、TETRA及其它移动通信中。到目前为止，实现一种能以简单的方式放大信号去填补覆盖中的盲区或阴影区的廉价的应答器或转发器***是不实际的。已有的技术不能实现对信号的必要的放大，这迫使人们去安装额外的基站为覆盖区中的盲区提供服务。人们不得不接受那些不充分的覆盖，例如沿着公路、在建筑物内、船上、港口(ferries)等等。电力线通常出现在道路旁边，它可以用作小型应答器的载体或宿主并能为他们提供电力，比如可以用感应的方式输送所需求的适当的电力。在现有的技术条件下，把建筑物中具有屏蔽性的房间、船舶等连接到外面的世界来获得无线电覆盖既不容易，成本也不合算。因此，需要一种新的原理，来放大移动通信***中的信号，它用简单廉价的方式实现并且只需要少量能源。相应地，非常需要一种新的技术，它可以为广播和通信的***和设备中的无线电应用实现简单的信号转发或信号放大。特别是在局部的地理区域内。在其它的采用无源RF技术或低发射功率的通信***中，如在RFID标志中，裕量很小，这带来了在各种各样的条件的变化时的通信问题。非常需要一种廉价的节能的应答器技术，它可以容易地双向放大信号，比如它可以被安装在一个小功率设备上，或其旁边。在这里把应答器称为“信号增强器”似乎比较合理。在光信号传输***中，也需要一种新的技术，它和无线电波中的超再生原理的方式是一样的，通过光波导或其它光学媒介的松耦合来放大信号。

发明概述

因此，本发明的主要目的是提供一个应答器和应答器***，它可以尽量避免现有的应答器***中的已知的缺点，同时使应答器***的新的和简单的应用成为可能。

本发明的进一步的主要目的是提供一种非常通用的同时又是廉价、省电的射频信号转发***，以单一或多个的方式，基于一个或几个超再生转发器，这些转发器要容易安装和供电，并且很少或不需要对现有的其它通信技术或基础设施或设备进行改动，使现有的有线或无线的网络***具有更新的信号范围、带宽、性能指标并可在现有的通信基础设施和技术上实现应用。

本发明的另一个目的也是要提供一种装置来实现一种新型的通信***，它基于本发明的简单性和高性能，否则的话就不可能实现或成本过高。

本发明还有一个目的是它既能用于直接转发信号又能用于间接转发信号，可以单向和双向通信，还可以用于询问。

本发明的另一个目的是它在上行链路和下行链路的频段相同和不同时都能工作。本发明的进一步的目标是不论上行链路信号和下行链路信号的动态范围或不同方向的信号相同还是不同，它都能工作。本项发明

第一个方面，在附加的权利要求1中给出的应答器实现了本发明的一些目的。在后面的从属权利要求中进一步给出了有益的特征。

第二个方面，在附加的权利要求33中给出的应答器***实现了所述的其它目标。

在后面的从属权利要求中给出了这个***进一步的特征。

本发明的完全独立的第一个方面将详细实施，将本发明的原理描述为一个猝熄振荡器，可能是超再生方式，并且最好是一个有负阻抗的端口。

本发明的最明显的特点是一个简单的应答器，它表现出非常高的转换增益，并且具有相应的性能，本发明可以转发一个所收到的信号的放大的版本。在控制振荡器的猝熄信号的有效期间部分猝熄振荡器呈现CW自激振荡。锁定的振荡器是一种特殊形式的猝熄振荡器，它对锁定进行了优化，它比非猝熄的注频锁定振荡器的锁定特性要好。在锁定时的工作原理和注频锁定振荡器一样，但振荡器在每个猝熄周期的起振前具有放大，这就极大地提高了锁定带宽。猝熄周期中的非振荡的有效期间使它作为放大器比注频锁定振荡器有更好的特性。这种放大依赖于频率的锁定。如果没有信号输入，它在每个猝熄周期在一个给定的频率上产生高频CW自激振荡。如果没有输入信号，其特点是具有一个高频频谱，在频谱中主频的每一边包含一族衰减的梳状副载波，其间隔等于猝熄频率。其相位噪声是可以接受的。如果没有信号输入和锁定，频谱看上去是对应的，并且相位噪声仍然可以接受。但如果在载波附近有信号输入但没锁定，它通常会在载波的一边呈现出强相位噪声，这相当于具有相似条件下的注频锁定振荡器。猝熄振荡器在锁定条件下的缺点是会因发生失锁而产生相位噪声。作为一个放大器，自激振荡总是会对没有得到锁定的信号造成干扰。猝熄的锁定振荡器有一些好的特点。这种模式很容易实现，并且在振荡器的偏置特性的很大一部分都有效。由于它可以在高电平偏置的振荡器中实现，相应地就可以获得高的功率电平输出。频率锁定提高了转换增益和固有的放大，但它同时严格地限制了信息的带宽和可用的调制类型。还不知道应答器中不锁定的猝熄振荡器的利用。一种采用已知技术的特殊类型的猝熄振荡器的例子是美国专利第3,705,385号，它给出了一种锁定振荡器，其工作原理由包括图11b“锁定振荡器发射频谱”的频谱图11a来描述。载波频率和猝熄频率的比值超过了1e3。这些图也用来证明它描述了一个适用于几千波特的窄带应用的发明。显然，根据图11b，在猝熄周期里这个振荡器进入“不受控振荡”状态，这种状态是注频锁定发生时的特征的振荡的部分。

需要一种新技术，它可以改进猝熄的锁定振荡器的性能和适用性。还需要一种技术，它能广泛地利用猝熄振荡，特别是应用于宽带。

超再生振荡器或放大器也是一种猝熄振荡器。但是由于超再生振荡器不能产生CW自激振荡，我们应把它视为一种独立的技术。超再生振荡器的工作原理主要特征在于当没有输入信号时，在猝熄周期内它达不到完全的起振条件。这意味着它不能产生CW自激振荡，但可能具有扩散的(宽带的)振荡，这种振荡并不一定降低SG放大的品质。在这里，锁定振荡器的猝熄周期中可获得放大的部分非常地大，可能达到50％。在文献和专利中提高占空比的重要性在很大程度上被忽视了。再加上现有的CW自激振荡不能给出阻尼振荡或压缩，导致了超再生放大器的出众的放大特性。它不会有带CW自激振荡的猝熄振荡器的典型的干扰问题。一个振荡器工作在稳定的超再生模式下，如果没有输入信号，它所呈现的频谱的***噪声很小或可忽略，这是很典型的。扩散振荡如果存在的话，它所造成的***噪声会造成非常不对称的，以猝熄频率为间隔的，类似白噪声的频谱。依赖于SG振荡器的实现方法，振荡器响应的频谱可能是对称的或不对称的，并可能有明显的旁瓣或没有旁瓣。SG振荡器的频谱响应表征出它作为放大器的能力。在已知的出版物和专利中，当SG用于接收的目的时，这个事实没有被指出，或被忽略了。这些和其它共同起作用的关系一起，使得SG振荡器是一种掌握起来非常复杂的技术，尽管和基于在许多情况下没有用的超外差原理的解决方案相比，其电路的复杂性仍然是非常简单的。

超再生振荡器作为放大器的转移函数是独立于高频CW载波的频率或相位锁定的。对SG振荡器可以说带宽因子而不是锁定带宽。带宽因子的最佳的定义是响应带宽除以中心频率，其中响应带宽定义为在给定的振幅和频率变量下对弱信号的信噪比。

基于本发明的应答器可被视为一种高频方法，可作为一个具有大或极大增益的端口。这里已经说明信号的输入路径和输出路径是完全一样的并且只需要一个天线。因为是一个端口，输入和输出的隔离度是无定义的并且可以认为是无限高。该放大仅仅依赖于谐振电路的Q因子和有源设备的稳定性判据，并且可以变得非常地大。而动态范围只受有源器件的电源和带宽的限制以及整个电路的噪声系数的限制。当根据本发明的应答器以高增益的方式实现时，转发的信号具有近似恒定的幅度。通常所收到的信号将以附加或不附加调制的方式转发。基于本发明的应答器为了象询问器这样的目的也可以被调制。作为调制器或混频器，基于本发明的应答器具有正的和特别高的转换增益。这意味着为了使发送电平在标准要求范围内而专门设置的限幅器就不再需要了。和现有的应答器相比，这里的最大距离得到了成倍的显著提高。由于调制可以在低电平下产生，在通信频段内的谐波将满意地被衰减，这样不用复杂的滤波器就可以满足标准的严格要求。由于天线和应答器之间是松耦合或所选择的其它耦合方式，在通信频段的谐波频段的无用信号可被容易地衰减。

根据本发明第一个方面的应答器，可以以一种简单的方式容易地实现高灵敏度和低功耗的数据信号的接收。解调的调幅信息信号将获得一个比基于本发明的应答器显著放大的电平，因此和采用了简单的二极管前端的接收机相比，应答器给出了非常高的灵敏度。

根据本发明的应答器使得简化那些需要大的通信区域的固定的或移动的询问器***是可行的。高性能的发送功能允许显著地减小物理尺寸，特别是在固定装置上，这会带来环境上的益处。便携式的询问器可以变得更紧凑和更容易设计。

用基于超再生原理工作的应答器可以解决开始时提到的应答器的问题。用这种新技术，不论是信号的放大、间接重复、发射、接收还是询问都可以被廉价有效地实现。超再生应答器也是一种开关振荡器，但它的工作模式不同于注频锁定振荡器，为了使本发明的所有潜力都得到发挥，必须满足一些特殊的要求。在这些要求被满足以后，超再生电路就具有了出众的优越性，它在任何重要的领域里都不能被注频锁定振荡器替代。因此在实践上超再生原理更实用。超再生应答器主要以一个单端口放大器的方式工作，它具有高的增益并能在一个很宽的频率范围内一样地工作，与美国专利3,705,385的锁定的猝熄振荡器相反，这么宽的频率范围可以包括很多信号。当需要时，猝熄频率的锁定或同步在一个很大的动态范围内都是可能的，这个范围比锁定振荡器的载波频率的锁定范围宽，这意味着比如可以允许应答器链上应答器之间的非常大的衰减。超再生振荡器或应答器也可被看作是一种“采样振荡器”，其中猝熄频率可被认为是采样频率。以这种方式应用超再生特性是新的，因为这样的转发器不可能用其他技术廉价地实现。超再生原理很少被了解和发表，并且超再生原理的专利主要是用于接收的应用，说明这个原理被了解得很少，并且也没有充分实施。一个例子是对猝熄频率的筛选和滤波的重要性的描述和解决的不充分，以隔离超再生电路的输入从而防止谐波毁坏其动态范围。在本发明中为了充分利用超再生原理这是一个决定性的参数。通常却说猝熄频率有一个上限，大约是载波频率(中心频率)的1e3到1e4分之一。猝熄频率对应答器性能具有决定性的影响，通常必须根据偏置和猝熄周期函数来尽可能高地选择。在猝熄周期的一部分施加反偏置就允许更高的猝熄频率。猝熄频率可在SG振荡器的很多点上注入以便获得需要的特性。

超再生应答器是一个振荡器，但不象注频锁定类型的振荡器，它没有稳定的振荡。其有源器件可能有一个输入和输出，在许多情况下会产生两个端口。但输出总是反馈环路的一部分，并且影响其内部的相位的改变，因此没有必要用输入来干扰。SG是一种唯一的已知电路，它可以用有源器件在很宽的频段范围上对若干不同的信号实现很高的增益(40到100dB)，同时输出到输入的隔离度不影响可行性。这和其它技术形成了鲜明的对比，那些技术一般地只能获得最大20dB的放大。此外，它允许低成本的实现，能在大的公差范围内再生产。这个电路包括一个信号增强器或一个直接转发器，但也可通过从一个外部源来注入可能被调制的载波使其用作间接转发器或发射机-接收机装置(收发器)。这个电路的特征是在非常高的频率上(cm和mm波段)实现发射机-接收机装置(收发器)可能的唯一可行的方法。

已知压控振荡器(VCO)和注频锁定振荡器可以由RC耦合的振荡器实现。这种振荡器有宽的锁定带宽。到目前为止不能证明超再生振荡器可以用没有电感器或谐振器的RC网络实现。在超再生的应答器的应用中，这是非常重要的，因为这可以使超再生的应答器在RF频谱的低端实现大的带宽因子。

例如可能利用一个简单的频率范围在4-30MHz的超再生振荡器，在典型的10MHz左右实现超再生功能，在电力线分布的宽带接入通信的许多类型的协议和调制类型(OFDM，DSSS及其它)都用在这一频段。

本发明可用RC网络替代LC、LCR、陶瓷、介质、压电和SAW网络来实现SG振荡器。这里的主要应用是在要求很大的带宽因子的RF频谱的低端，比如1∶5。这可以用RC电路和可能是几个频率范围相互重叠的并联的振荡器实现。

为了获得高的猝熄频率，本发明的进一步的实施例是把初级的猝熄信号从几个点注入振荡器电路。

用来说明本发明相对于应答器中已经应用的已知的技术的优越性的数字的例子是反射型无源应答器或调制的反射器，它们的电流吸取很可能超过一毫安，而转换增益减去天线增益一般是6dB。在本发明中，依赖于带宽和猝熄频率的相应的净增益可能达到40到100dB，而电流吸取则小于一毫安。因此容易看到，本发明在现有的应用中是革命性的，而且是新应用的一把钥匙。

猝熄振荡器和超再生振荡器在现代应用中被忽视的原因之一可能在于描述猝熄和特别是SG振荡器的出版物和专利把注意力放在了微功率应用上，他们可能只要求有非常短的通信范围。看来，人们没有认识到原则上SG可用在任何功率电平上，就像本发明所基于的那样。利用单独的和共同工作的应答器，使得大的通信距离成为可能。SG振荡器把它的能量分散在很宽的频率范围上会产生潜在的干扰问题，这一事实的确可被视为一种不好的特性，而本发明给出了这一特殊特征的解决方案，或者利用它。

本发明的完全独立的第二个方面是这样实现的，本发明第二个方面的原理可以被描述为一个包括一个或多个猝熄型应答器的通信***。如以前所提到的，猝熄的、可能是超再生的应答器的使用以一种有效、简单和低成本的方式提供了大的放大，而不需要在输入和输出之间提供隔离，并且允许应答器和小型天线一起正常工作，或者在有线网络中不需要电耦合到线路或电缆上。分布电容作为本发明的应答器的满意的耦合链路可能足够了，并且在高频上将更有效。采用本发明的超再生应答器可以获得大的信号的放大，而不需要信号频率的变换或利用方向性。无论如何，方向性可以用来抵抗回波、驻波和多径传播，例如在无线***中采用两个方向性天线。在有线***中也是一样，可能会引入定向耦合器。本发明的高放大和独立的输入到输出的隔离度使得简单地实现基于松耦合的定向耦合器成为可能，这种耦合器在低频时通常呈感性，在高频时用作传输线耦合器。基于本发明的应答器可能使用具有双边带、载波和一个边带或仅一个边带的载波。这种方式的接收和转发是由应答器中的滤波和可选的应答器中的调制决定的。边带的选择可用作频率转换的简单的手段以优化网络或使应答器适用于现有技术。考虑到噪声，在对信号的直接重发和有若干超再生的应答器时，***的猝熄频率作为本发明的一部分必须在频率稳定性上必须满足比采用间接信号重发的应答器(它按顺序接收和转发信息)更严格的要求。发送的调制类型(FSK、PSK、QPSK等等)决定了要求的严格程度。相对于锁定振荡器的技术实现上的一个基本的差别是超再生原理没有失锁状态，即使超再生应答器在很多情况下必须把相位锁定在猝熄频率上。区别是猝熄频率非常的低并且发生锁定的环路带宽可以非常小，因此可以用简单的电路实现。RC形式的、晶体或陶瓷的注频锁定的猝熄振荡器是这样一种简单的解决方案。应答器中的猝熄频率可被每个应答器中的一个非常稳定的频率源控制，或者频率和相位被锁定在分布在网络中的一个公共信号，或者相互锁定(自锁定猝熄产生器)。由于固有的高的环路增益和相对窄的锁定带宽，即使在这种简单的解决方案中，猝熄频率产生器的频率和相位的锁定工作于一个大的动态范围，作为一个规律可以低到应答器本身的固有的噪声电平。本发明的各种类型的应答器可以是智能的并且除了仅仅中继收到的信号外也可以执行其它工作。不同的应答器也可以作为网络的连接节点，即信息可以通过应答器双向地传送到例如一台PC或一个传感器平台。

上行链路和下行链路可能有不同的应答器设备。在某一方向上可能需要使用和另一个方向不同的带宽或功率范围。  两个或者若干个应答器可以结合在一个单元里。

本发明的一些应答器可以直接或者间接地并联在一起来增加动态范围或带宽或同时增加这两者。因此，本发明在理论上，对带宽和动态的范围的限制是很宽松的，并且实际的解决方案非常接近于理论值。

因此，本发明允许重发的信号连续通过或多或少的应答器来实现长距离传播，而不会损失有用信号的动态范围或信息带宽。当有回波、驻波或多径问题时，例如对于大的信息带宽，本发明可能引入方向灵敏度，这是由于用于不同传送方向上的不同的应答器可以实现很高的增益。因此本发明可以被设计成每个重发设备由一个应答器***组成用于两个传送方向之一。

在本发明中，为了让超再生应答器实现大的动态范围，高的灵敏度和大的带宽，猝熄信号的注入方法，猝熄信号是如何注入的，同时考虑从何处注入以及如何滤波是很重要的。这可由多种方法实现，只要能进行测试避免猝熄频率的谐波对应答器动态范围的损害。实现这一目的的一种特殊的方法是把超再生电路设计成同时具有输入和输出，其中输入是最灵敏的信号端口并把猝熄信号提供给输出，这里电路对进入的信号具有最低的灵敏度。本发明的这种应用的一个实施例是，通过一个为此目的的滤波器经过偏置电路提供猝熄信号，因而从放大元件固有的输入和输出之间的隔离上受益。用这种方式获得的改善的动态特性可以用于提高猝熄频率以用于更宽的信息带宽。这还可以和高频端的滤波器结合起来以便去掉无用的发射的信号并减少互调和交调产物。当若干应答器共同工作于相同的频段时，这种滤波的应用也能改善性能。如果恒定的阻尼不够的话，高频谐振电路里的激励可由猝熄控制的谐振元件的阻尼去减小。为了优化本发明的性能，有时我们可以在不同级别上加入猝熄控制，例如在谐振网络中控制变容二极管，但在这种方法中，动态范围特性不会被猝熄频率的谐波能量破坏。以不同的电平和不同的猝熄频率引入猝熄是改善超再生性能的一种方法，不同于采用已有技术的原始的、简单的自猝熄的超再生接收机，在那里不可预知的杂散振荡偶尔可能改善超再生功能。这方面最重要的工作是要控制超再生振荡器的周期中的有效部分(有效周期)，而在一个有效周期内要防止稳定的振荡，也就是说如果没有输入信号，就不应有相同周期长度或频率的重复的周期。

在相反的情况下，振荡器的性能会发生彻底地改变，它会变成一个有载波频率和单个间隔为猝熄频率的边带的可锁定的振荡器。

本发明的超再生应答器是一种开关的或调制的振荡器，但它的工作模式和注频锁定振荡器不同，在本发明中要满足一些特殊的条件以便充分利用它的潜力。在无输入信号时，它仅仅发射噪声，而噪声电平主要取决于超再生应答器的动态范围和带宽。偏置和猝熄要匹配以使高频振荡器工作于超再生方式。猝熄信号的曲线函数如果在SG振荡器的猝熄周期的非有效的期间充分提供反偏量就可能满足这一目的。这种作用就能保证在通信信道中的电路能在一个宽的频率范围上工作而没有“失锁”问题。当猝熄频率需要稳定、锁定或这两者时，这可在比载波频率低得多的频率上实现的，那么就可以用窄的环路带宽和廉价、简单、可靠的电路实现。本发明可以采用由RC、晶体或陶瓷类型的谐振器实现的注频锁定猝熄振荡器。廉价的实现可以在泛音电路里用便宜的32kHz时钟晶体产生从32到典型的288kHz的猝熄频率。对于从200kHz直到上MHz范围的猝熄频率，廉价的陶瓷谐振器或晶体是可用的。本发明的一个简单的版本是把猝熄振荡器接到超再生振荡器的“输出”，它包含同步或锁定的信息，来获得相位或频率的锁定。这个连接是通过一个滤波器完成的，这个滤波器可能最好是一个单极或多极的LC滤波器。这里的连接线既用于高频振荡器的猝熄又用于猝熄频率振荡器的锁定。然而，用来猝熄和锁定的电路也可以以复杂性的代价设计为分立的电路。本发明的进一步的实施例是高频振荡器也能够作为一个猝熄频率振荡器，这里猝熄频率的谐波成分可以用带有或不带有猝熄频率的选择性高Q值谐振元件的适当的振荡器电路方案去减小。对成本要求不严的方案，可以用已知技术的更先进的频率和相位锁定电路去解决。如所述的，本发明的超再生应答器的工作原理就像单端的放大器，它具有非常高的增益，这种能力可用来在链接中的两个方向或无线***中的所有方向放大信号。猝熄噪声进入应答器的问题是通过对来自输入端或超再生电路中最敏感的部分的猝熄频率的屏蔽和滤波来解决的以避免谐波对动态范围的减少。利用超再生原理，以实现大的动态范围和带宽，这一点是本发明最基本的实施例。把电路做得小巧紧凑就可以避免大面积和线路上的耦合，这也可以代替屏蔽。用这种方式本发明实现了典型的猝熄频率比采用超再生原理的主要用于接收机应用的已知的技术提高了20到100倍。本发明原则上可用于与任一中心频率通信。但是，实际上它将被用于从几MHz到毫米波的频率范围。对于一特定的超再生应答器，通信信道的带宽将依赖于猝熄频率和按带宽的要求猝熄频率有多高。本发明中，高的猝熄频率在某些情况中是使用具有高增益的有源放大器件结合超再生振荡器的谐振网络的Q因子的阻尼来实现。本发明的超再生应答器是一个没有稳定振荡的振荡器，在如果有两个端口的情况下，它的有源器件有一个输入和一个输出。输出作为反馈环路的一部分，而不损害SG振荡器的特性。本发明允许用现代的器件来完成很高增益(40至100dB)，灵敏度(典型值-90dBm)和高的输出电平(例如+20dBm)，同时还有宽的带宽。本发明的应答器包含的这些特性是由所选择的有源器件和偏置决定的。基于所知的原理，一般而言带有有源电路，应答器的特性和设计必须考虑最重要的参数来选择。动态特性被一些应答器或并行在一起工作的超再生振荡器来进一步决定。优化本发明特性的这些标准对高的性能/价格比没有显著的负面影响。

本发明可以作为一个两路的带有或没有激励连接的信号增强器，或作为一个有大或小信号特性的放大器，这些特性象哪些普通的、单路、带宽受限的放大器。由于放大器件的频率极限的很大提高，本发明能象在毫米频率段的高频上很容易地实现。

在所描述的通信***中，本发明的应答器***允许线路上或无线***中的电平保持在低电平，并且在许多情况下通过使用足够数量的足够靠近的应答器而免除了向主管部门申请执照的要求。

附图的简要描述

下面结合例子并参照附图来详细描述本发明，其中：

图1是对应于已知技术包含了一个模拟和一个数字单元的一个典型应答器***的方框图；

图2是本发明第一个方面的具体实施例的方框图，是基于本发明的最简单、可能的转发的方法；

图3是为了改善对应答器带宽、无用辐射和能量消耗的控制，引入一个分开的振荡器信号的实现的方框图；

图4是放置了检波器和用于接收(下行链路)的放大器，并且接收的不同电平可被一个引入的TR转换器控制的另一个设计版本的方框图；

图5是另一个设计版本的方框图，其中由于本发明所基于的微波技术的简易性被引入微波ASIC，再一次允许在微波ASIC和MMIC中简单和低成本的实现应答器；

图6是一种由图2的设计转变出来的装置的方框图，其中天线被一个不同的耦合器件所代替，同时输入和输出振荡器的信号通路上的滤波器被描述成一个分离的双向的滤波器；

图7是一个方框图，描述了本发明的第二个方面，这里超再生应答器工作在网络结构的一个部分；

图8描述了在网络中一个应答器可连接的各种信号传输媒介；

图9是根据本发明用于网络中协作的应答器的一个特别的设计版本；

图10是一些应答器在网络中用不同的方式连接在一起的一个应用；

图11是一些应答器一起在另一个实施例中的一个应用；以及

图12是应答器沿着传输线或波导分布以增加线路容量的一个例子。

详细描述

在图1中有一个典型的应答器设备18，它包括一个模拟22和一个数字23单元。模拟部分有一个天线1和一个射频应答器24。它通常被设计为包括一个下行链路接收器25和一个唤醒接收器26及一个控制单元25。当应答器设备18包括数字部分时，它包括一个通常组合了接口29的信息单元28。应答器设备18还包括一个常常由电池170组成的电源。

应答器设备18最重要的部分是用于上行链路的应答器24。下行链路信息接收器25或者是应答器设备18的一个分离部分，或者和唤醒接收器26部分集成。数字单元23的信息设备28识别应答器设备18，且数字单元也具有处理信息和通过控制接口27在模拟单元22中进行控制的能力。数字单元23还包含一个面向用户的物理接口29以及包括传感器或激励器。

根据本发明的应答器19的方框图由图2中显示，同时描述了在本发明的帮助下转发的一个简单方法。对本发明的解决方法可同时用于信号的重复、询问和传输。它包括在天线1和带通滤波器3之间的一个双向耦合2，和一个连接振荡器5的双向耦合4，这个振荡器包含分离的部分或根据应答器19的要求被集成到电路中的部分。这涉及到信道带宽的要求、多信道的可能性、无用信号的灵敏度和通信波段内部和外部的辐射及天线的选择。

振荡器5原则上主要包括一个和非稳定放大器一样的随机类型的振荡器电路，并且连接点30原则上包括振荡器中的任意点，这里可达到振荡器的输入和输出的必要的耦合能量，同时保持振荡器5的最小Q值。这给出了满足应答器预期目的的超再生放大。在从短波到厘米和毫米波范围(微波)的应答器中，偏置电路6为振荡器5提供偏置，它包括一个双极型或场效应管。习惯上，振荡器5只包括一个晶体管，但理论上可包括多个，例如当特别的谐振元件被用做谐振电路(储能电路)或它包括一个集成电路，也就是MMIC(微波集成电路)。谐振元件可包括一个以线圈或电容器形式的电感和电容，或以频带滤波器的形式、或以线路的形式、或以陶瓷或电介质谐振元件的形式存在。电介质谐振器仅应用在窄的频率段，但它对通信信道外无用的输入和输出信号有很好的抑制作用。如同谐振元件，一个电介质天线也可被使用。对于一些多信道的应用或非常大的带宽，必须使用低Q值的谐振器，比如电感器和电容。应答器19可经历通信信道或频带外的无用的输入和输出信号。一个电子开关7包括一个具有两个主要位置的二极管或晶体管。一个给出振荡器5的振荡条件，同时另一个结束振荡状态。这种连接振荡器的开关的使用称为“猝熄”。应答器的工作原理是开关7不允许振荡器5连续振荡。通过用开关7改变或交替对振荡器的偏置，或用开关7改变或交替由谐振器5所看见的阻抗(意味着阻抗以电容性、电感性或电阻性连接到高频能量来完成，同时谐振器5将在连接点30产生一个负阻抗，因此对在连接点30的外来的频率成分产生高的放大)。

在下面我们将接收一个没有调制的载波输入信号。由于从连接点30到天线1的信号路径是双向的，这意味着进入天线1的信号(也就是一个未调制的载波频率60)放大后将经过天线转发61。转发信号的相位与接收到信号的相位准确同相。假如控制开关7的控制信号32相对于滤波器3的带宽或振荡器5的谐振器的频率足够高，在天线1唯一转发的信号将是到达天线1并被接收的信号，但是被放大了。假如提到的带宽比控制开关7的频率高，天线1转发的信号将包括两个边带(副载波)，边带与接收信号的间隔对应于控制开关7的频率。假如控制开关7进而又控制了振荡器5的控制信号32叠加了信息的交流信号，通过天线1转发的信号将包括含有这个信息的两个边带。

控制开关7的信号来自调制器17。从调制器来的信号将包括在应答器上传输的信息。调制器17是一个独立的模块或一个包括处理器的集成部件。为减少调制信号39的基波频率的谐波成分，控制信号32由滤波模块8滤波被证明是必须的，该调制信号可以是转发的一个外部提供的信息信号63。

图3是本发明第二个示例的方框图，应答器19可用于信号重复、询问和传输，其中分离的调制器87、17分别用来调制信息65和开关信号31，以改善对应答器带宽、无用辐射和电流损耗的控制。信号39或67可能来自分离的振荡器或处理器或一个相似的能产生一个高频信号的装置，或是在一个不是很重要的应用中可能由振荡器5的自激振荡(自猝熄)所产生的。用于信息和开关的分离调制器使得用脉冲成型网络9和信号39的频率及调制器17的功能能对应答器19的各种特性进行控制成为可能。在应答器19里的信息信号38必须调制振荡器5，这种调制可以以不同的方式产生，这里显示的是用偏置89来调制。这种调制频率可能是主猝熄频率32的一半或少一些。信号38成为两个边带(副载波)的源，其位于比信号32形成的副载波离载波近。猝熄的锁定振荡器以这种方式可以产生好的性能作为混频器/调制器，这就是说从应答器的数据的转发主要处于零拍***。通过给出比第二级猝熄频率(调制)高得多的主级猝熄频率，离载波(输入和输出辐射)较远的主边带将通过使用输入/输出的带通滤波器基本上被衰减。网络9可通过改变信号39对称性来改变应答器19的特性。有时候，它将被要求降低电流消耗和减少通信信道外的辐射。本发明的应答器的一个重要特性是使用开关频率39的可能性，该频率高于信息频率38的最高频率，典型值是10到100倍高。这将保证了应答器19有宽的带宽、意味着有多信道的可能性，能忍耐温度和其他频率的漂移，并保证在振荡器5中产生的无用信号将落在振荡器5或带通滤波器3或天线1的谐振器的带宽外。

图4是根据本发明的应答器的第三种设计版本的方框图，其中用于接收(下行链路)的一个检波器11和一个放大器12被使用，应答器仍被用于信号的重复、询问、传输和接收。这个设计版本还包括一个用于唤醒的频率或电平鉴别放大器13，还包括有一个T/R(发送/接收)开关。

在振荡器中用于传输、接收和唤醒的不同电平被TR开关14控制以控制振荡器5的增益和应答器的电流消耗。这可通过改变振荡器5的偏置条件，或者控制信号39的振荡器特性，或者脉冲成型网络9改变控制信号32的对称性来完成。这样做的目的是为了在应答器的三种提到的模式中获得最佳状态。三种提到的模式的将要控制的参数，输入和输出的无用辐射、接收灵敏度和电流吸引以这种方法转发以保证本发明可以在电池的有效期内工作。

信息(下行链路)接收的工作原理是被相对较松连接到信号路径4的信号35在耦合器95的帮助下送入用于解调和调制天线1接收的信号的检波器11(也就是肖特基二极管)，并被振荡器5放大。耦合器95也可在振荡电路5的其它点被引入，但是通常最优化的点在信号路径4上。所检测到的信号33有相对大的幅度，但必须在象处理器一样的信息部件使用前在放大器12中被放大。放大器12可用使用已知技术的微波功率放大器来实现。

信号34必须被放大，或者滤波并于逻辑电平37实现前通过电路12中的迟滞电路以唤醒信息单元。

图5是根据本发明的应答器的第四种设计版本的方框图，这有一个在微波ASIC(用户专用集成电路)651或MMIC(微波集成电路)使用的“模拟单元”120。这个装置或者仅包括无线电频率应答器120或者包括一个数字单元125、一个时钟振荡器135和输入和输出终端。

或者是ASIC或者是MMIC651的一部分的设计版本仅有两个终端，作为一个负阻抗的放大器，通过终端来设置偏置和调制，或者它包括一个对于一定数量的信号、偏置源和控制信号有三个或更多终端的ASIC或MMIC651。因为本发明是基于一个简单的、微波技术概念，它允许简单和低成本地实现微波ASIC651，并且简单得能用MMIC651来实现。天线1可是外部的并通过信号路径2连接到ASIC或MMIC651，或者在高微波频率时为保证ASIC或MMIC651中有效的电长度，将天线101可集成到ASIC651中。

信号和控制线路710可连接到ASIC 615的管脚715或直接连接到控制单元125，这个控制单元同时也可以是一个信息单元。

图6显示了一个和图2所示的例子非常相似的装置，但它显示了天线1被广义化为更一般类型的耦合元件。此外显示了一个特殊类型的滤波器3，其对两个信号路径上的不同的滤波特性实现了频率漂移的转发信号。

为了保证应答器的振荡器工作于稳定的超再生模式，同时又维持了要的带宽和动态范围，我们可以对超再生的占空比(周期中的有效部分)以及在猝熄频率上叠加的振荡加以控制。在某些情况下，即对于更高的功率电平，可以采用固定的或受控的Q值的阻尼可用于相同的目的。它的一个实现方法是安排一个滤波器以在应答器灵敏度最高的频率范围内减小猝熄频率的泛音(谐波)。这个滤波器要么作为振荡器本身的一部分，要么作为与振荡器相连的一个分离的电路的一部分。这个滤波器提高了超再生的占空比，占空比的提高也就提高了应答器的动态范围和带宽，并且通过采用可能的最高的猝熄频率同时减小了输出信号中来自猝熄信号的干扰。

通过引入第二级猝熄作为叠加在主要级猝熄信号自身之上的振荡，也可以达到同样的优点。第二级猝熄可以在振荡器中影响起振条件的任何一点引入。

获得同样优点的另一种可能是采用来自任意类型的函数发生器的猝熄，这个函数发生器可在应答器内部或独立于应答器，它可以非对称地控制猝熄。

最后，同样类型的可用函数可以通过两个或更多的超再生振荡器或连接在一起的应答器来实现。这需要这些应答器有共同的猝熄或者至少在不同的猝熄信号之间有控制的相位源移的同步。这在原则上就允许了应答器上百分之百的占空比。

图7显示了关于本发明第二个方面的一个框图，这里超再生应答器510用作转发器、放大器或增强器，分离的网络或作为网络体系的一部分或作为网络体系的附加。根据它所处的网络或基础结构的类型，应答器可以以不同的形式出现。应答器510可以是智能的，并且可以通过一个接口电路317，比如PC、传感器或激励器，接收或发送信息。为了使很多应答器一同工作而不相互干扰，猝熄信号311必须用内部或外部的同步加以稳定。猝熄振荡器210的内部同步，在需要时可以由内部的非常稳定的参考212来完成。猝熄产生器210包括函数发生器和滤波器。频率源的外部同步靠同步于外部的同步信号31实现，或通过同步于网络中的一个应答器511上固有的猝熄信号32来实现。

猝熄频率的同步包含对来自超再生应答器信号的占空比的同步解调的可能性。为了某些应用，这是希望的或必需的，例如当信息带宽比猝熄频率宽时。在其它情况下，在应答器或接收机/解调器中的接收来自应答器信号的带通滤波器就可以解决这个问题。

猝熄信号或开关信号311可以施加到振荡器355上，以这种方式可以用来减小在振荡器355的输入303、304上的猝熄信号311的谐波。该注入311也与振荡器355上定义的输出305、306的偏置相连，以减小在输入303、304上的注入311的干扰作用。猝熄线路311既能实现猝熄功能由可以在来自振荡器355的接收信号的帮助下实现对猝熄振荡器210的同步功能。将组合的输入输出303、304连接到一个电路200用来接收和发送51收到的高频信号50，这个高频信号可以被应答器510调制，也可以不被调制。为了在不需要的方向上衰减信号，采用了对方向敏感的连接装置223。图7中的应答器可以是智能的，例如，通过使用一个在本发明第一个方面的描述中提到过的处理器，使得它们可以发送它们自己的信息信号33，并且它们可以独立于超再生振荡器之外或在超再生振荡器之内包含采用已知技术的接收装置，例如象以前所提到的那样。这个接收装置可以利用超再生振荡器上所拥有的高增益。图7也显示了如何采用一个定向耦合器223衰减信号线92上某一个方向上的信号的增益，这里的定向耦合器可以采用电容的和感应的、传输线方案(微波传输带、微波带状线、无衬底线)的或循环器的组合。

图8显示了图7所述的基于本发明的应答器/应答器***可以应用的不同的媒质，包括：

在天线或探头的帮助下，在真空、气体、液体或固体材料中的自由空间传播400，

包括多芯电缆或类似电缆的基础结构的传输线410，

包括一个开路的电线或相当于开路电线的装置的传输线420，传输线或一个线路***包括由一个或多个线路的漂移天线***430，这里传输是相对于地的，

传输线440作为一个带开口表面的波导，即所谓的来赫线，当电波的波长短时，就被俘获在电线附近，并呈现出低衰减，

传输线450，这是一个封闭波导，以及

传输线460，是一个光波导。

与线的连接可以利用感应装置141，电容装置142，电阻装置143或者这三者的组合，或者利用微带形式的传输线实现松耦合。在有些情况下，141、142、143类型的耦合装置可以单独使用或者组合使用以从寄主基础结构向应答器供电。

图9显示了根据图7和图8的应答器512，在振荡器355上定义了一个输出305、306，使得端口303、304成为输入或输入输出口，而端口305、306是一个有更高电平的输出口，和更低灵敏度的输入口。装置221、222连接了端口303、304和305、306用于接收和发送信号，用于信息的转发71、81和/或接收72、82和信息的发送71、81及可能的同步/锁定72、82的接收72、82和可能的同步/锁定的发送71、81。该耦合装置221、222可以具有方向灵敏度，以便在需要时例如完成对回波的必要的衰减。

为了在一个或几个方向150、151上改善信号的动态特性，图10说明了根据图7和图9所述的若干应答器单元213是如何利用公共耦合90或利用分立的耦合装置210、211、212，在耦合器装置210里连接在一起的，并且相应地说明了若干应答器214、215、216是如何安排以提高带宽和动态范围，它们可以利用公共耦合90或利用分立的耦合装置210、211、212一起连接在耦合器装置210里，其中的应答器214、215、216具有不同的指标。

根据图7和图10，图11说明了若干应答器单元216、217、218是如何利用一个公共耦合或传输线90连接在一起的，以允许耦合装置210、222在物理位置221和不同的物理位置222的信号171、172之间发送信号161、162，例如从一个房间221到另一个房间。

图12显示了一个例子，图7到图11所述的应答器219沿着传输线或波导91分布，使这些线路适于用作非常宽的带宽和更远距离的传输媒质，而用其它方法是做不到这一点的。这种结构进一步使得应答器219能够在线路91和应答器219所构成的网络中成为一个智能的或非智能的节点，这里可以将其它的通信基础结构121连结到媒质91上，并且与应答器219的通信可以在带有天线95的无线电单元129和用于与外界60进行单向和双向通信或询问目的的接口的帮助下利用无线电波完成。

本发明的超再生振荡器的工作方式使得其在无信号时，在一个猝熄周期内达不到完全的起振条件。

因此它没有CW自激振荡，但却可能有杂散(宽带的)振荡，它不一定减小SG增益。猝熄周期中能获得增益的那部分应当尽可能地做到接近猝熄周期的50％。利用猝熄信号函数形成或其它装置可以把本发明中的占空比提高到超过这一水平。这一点再加上没有CW自激振荡所导致的激励和压缩，使得本发明的SG振荡器作为“应答器”呈现出非常突出的增益特性。由CW自激振荡所产生的干扰问题不会出现或是可忽略的。依赖于本发明中SG振荡器的实现方式，SG振荡器的频谱可以是对称的或非对称的，可能有大的旁瓣或没有旁瓣。根据那些所需实现的最重要的特性，当频谱包含类似高斯分布的对称曲线的白噪声时，本发明通常会获得最好的应答器性能。例如，这可以用一个带通滤波器实现。本发明的SG振荡器/放大器的转移函数与高频CW载波的频率和相位锁定无关，这使得大的信息带宽成为可能。

在本发明中，当SG振荡器用作应答器时，它既是一个非常有效的混频器/调制器又是一个放大器(转发器)。混频器特性可以在当应答器需要把来自应答器或连接到应答器上的接口的信息进行调制时加以利用。这在无线电***和基于有线的***中都将见到应用。本发明的信号转发特性也可以加以利用。

本发明的装置中的部分加上猝熄的振荡器和锁定振荡器是有广泛用途的。它适用于***的解决方案，其中详细的解决方案类似如带通滤波器、猝熄原理、多于一个边带***的使用、方向灵敏度等等。

利用已有的技术，可以让应答器靠频率变换或频率的漂移利用方向性衰减来避免应用中的问题。固态技术正在获得如此之大的进展，使得用ASIC技术实现本发明的部件而制造非常低成本的和功耗的应答器的将是可能的。

在对于所发射的信号应避免计算机位(时钟再生)的中短距离的定位***中，本发明就有助于在这个***中容易地实现低成本、低电流和有效的应答器。这同样也适用于距离的测量。它既可以用于被定位的设备也可以用于定位***中的基础结构，例如，为了改善几何尺寸、或实现遥控的基线或***中类似的东西。本发明同样适用于由人或物体携带的需要被定位或寻找的廉价的应答器。

定位***的工作原理主要是两者之一，要么是测量时间(相位)要么是多普勒频移。还有第三个原理是利用天线的特性来测向。时间测量站或者具有单个天线(一维定位-雷达和距离测量)或者是有具有给定几何关系的两个或多个天线(基线，孔径-二-三维定位)。多普勒测量站要么利用物体的速度进行测量要么靠测量站天线运动的合成产物。被测量的物体有时要靠无源反射器来测量。通过在被定位的物体上应用一个应答器，可以提高最大距离和测量能力，而我们希望从被定位的物体上发出的信号具有已知的、校准的频率相位关系。相对于被定位物体上只有一个发射机(信标)的情况，对于时间和多普勒频移测量，这既简化了***又改善了性能。和采用信标的方案相反，未知的相位变量被避免了，并且在两个信号方向上都可以进行测量。这导致了改善的或更高的更新率、以及精度和对测量的时间或相位的模糊的计算。应答器19、219利用其增益特性和作为调制器/混频器的发射，是实现这个新的低成本的方式。本发明允许将要实现的定位询问器作为一个零拍***。这在相位相关上是有利的。

此外，本发明在两个主要领域里引入了崭新的解决定位问题的机会。一个是改善和/或便利了测量站(特别是机动的或可移动的)的几何尺寸。另一个是定位***阴影区的局部覆盖。通过把信号发送给安装在最佳几何位置上的应答器，在本发明的应答器19、219的帮助下，就可以获得我们所能获得的覆盖和精度，使得被定位的物体能感知到作为基线***或孔径的应答器。考虑到固定几何位置的不同的时延和地理位置，***必须校准。

任何定位***都可以被反向。一个反向的***可以指例如测量和计算发生在被定位的物体上。这里，本发明至少也是一样的。例如，在当前的定位业务的区域里，本发明可以使几何基线以本发明的应答器19、219的形式成为“睡眠的”。根据本发明，定位的物体发射一个测量信号给它们，可以激活应答器19、219，比如，在基于自身包含的或辅助的相位测量的帮助下，计算出自己的一维、二维或三维位置。

根据本发明的应答器19、219的一个相应的用途是，当一个区域位于定位***(例如具有GPS(全球定位***)的卫星导航)的阴影区时，被能同时看到轨道上的卫星和被定位的目标的应答器所覆盖。相应于DGPS，一个校准站可以发送数据给定位物体的GPS接收机，以获得不规则几何的校正。因此就可以使用标准的GPS接收机，这个接收机用PRN码或也用GPS信号的相位来计算位置。这个接收机必须有进行外部校准的能力，或者有专用的软件和查找表。由于GPS的采用了扩频，本发明的应答器适用于这种用途。

本发明可用于通信和定位方面的新的机会。它涉及电子防御(ECM，电子对抗)。由于应答器的高性能，可以播撒一些本发明的应答器19、219，让它们复制无线和雷达信号，使敌人定位原始信号的工作变得更复杂。

采用SG振荡器的这项发明，作为一个放大器，可以很好地适应现代调制体制和传输协议，因为它们大都被设计成能够于其它噪声和信号共存。它们很容易采用扩频技术把信息的能量在时域和频域上扩展开。本发明采用SG振荡器的相位响应在一个宽的频率范围内呈现线性的相位响应。

扩频通信中也采用的PSK的形式，就象DSSS和FHSS那样，本发明也可以方便地采用。对于象OFDM这样的多音多载波的形式，只要能充分考虑OFDM的动态范围的特殊需求，本发明也能很好地适应。

猝熄频率的同步包含对来自超再生应答器信号的占空比的解调的同步的可能性。为了某些目的，这是证明是希望的或必需的，例如当信息带宽比猝熄频率宽时。在其它情况下，在应答器或接收机/解调器中的接收来自应答器信号的带通滤波器就可以满足要求。

超再生占空比的控制和叠加在猝熄频率的振荡是保证振荡器处于超再生模式并稳定工作而同时满足带宽和动态范围的要求的措施。

本发明中的大的带宽因子可以由频率范围相互交叠或相邻的若干个超再生振荡器并联耦合来实现。

Claims (50)

1.应答器，用于把进入接收元件(1)，如天线所收到的信号(60)放大成用于转发的信号(61)，所述转发信号(61)可能具有叠加的信息，其特征在于该应答器作为一个放大元件包括一个猝熄振荡器(5)。

2.如权利要求1所述的应答器，

其特征在于所述振荡器(5)是一个超再生振荡器。

3.如权利要求1所述的应答器，

其特征在于所述振荡器(5)对于收到的信号(60)呈现负阻抗(30)。

4.如权利要求1所述的应答器，

其特征在于将所述振荡器(5)连结到一个猝熄开关(7)，用于把猝熄信号(31)耦合进振荡器。

5.如权利要求1所述的应答器，

其特征在于振荡器(5)可以把转发的信号(61)发送到和来自接收元件(1)所收到的信号(60)的路径完全相同的路径(2，3，4)上，这样该信号路径(2，3，4)是双向的。

6.如权利要求1所述的应答器，

其特征在于振荡器(5)包含一个任意类型的谐振元件，但它必须具有Q因子以便适合于给转发的信号(6)以大到很大的放大。

7.如权利要求4所述的应答器，

其特征在于猝熄开关(7)用于将偏置电压(6)切换到振荡器(5)。

8.如权利要求4所述的应答器，

其特征在于猝熄开关(7)操作用于切换振荡器(5)所看到的输入和输出阻抗。

9.如权利要求4所述的应答器，

其特征在于通过调制器(17)用开关信号(32)去控制猝熄开关(7)。

10.如权利要求5所述的应答器，

其特征在于在天线(1)和振荡器(5)之间的双向的信号路径(2，3，4)包括一个附加的带通滤波器(3)。

11.如权利要求9所述的应答器，

其特征在于调制器(17)操作用于接收一个调制信号(63)，这个调制信号是一个携带信息的信号，并产生开关信号(32)作为调制信号(63)的函数，因而该猝熄信号(31)导致在转发的信号(61)上叠加一个调制信号。

12.如权利要求9所述的应答器，

其特征在于将振荡器(5)连接到一个额外的调制器(87)用于将信息信号(38)提交给不依赖于猝熄开关(7)和先前提到的调制器(17)的振荡器(5)，所述的信息信号(38)是由附加的调制器(87)根据包含信息的附加调制信号(63)而产生的。

13.如权利要求12所述的应答器，

其特征在于所述开关信号(32)具有预先确定的频率，该频率比信息信号(38)的最高的频率成分要高，直到高出几倍。

14.如权利要求9所述的应答器，

其特征在于包括至少一个收发开关(14)，它连接到振荡器(5)的至少一个偏置装置(6)，一个调制器(17，87)和一个开关信号(39，32)的脉冲成型网络(9)，用于控制开关信号和偏置电压。

15.如权利要求10所述的应答器，

其特征在于进一步包括一个检波器装置(11)，比如肖特基二极管，以高频方式耦合到振荡器(5)，最好是用一个耦合器(95)松耦合到靠近振荡器(5)的信号路径(4)，用这种方式，携带接收信号(62)的信息被振荡器(5)放大，以便提高检波装置(11)后的检测信号(33，34)的振幅。

16.如权利要求15所述的应答器，

其特征在于包括一个放大器(12)，它连接到随后的检波器(11)，用来对检测信号(33)进行放大和可能的滤波，使之变为具有所需幅度和动态特性的信息信号(36)。

17.如权利要求15所述的应答器，

其特征在于包括一个唤醒电路(13)，它连接到随后的检波器(11)，以利用检测信号(34)产生一个唤醒信号(37)。

18.如权利要求10所述的应答器，

其特征在于带通滤波器(3)用于滤除由猝熄信号(31)的频率造成的所有的边带，以使转发的信号(61)变成一个干净的所接收的信号(60)的放大版本，从而实现了一个模拟的中继链。

19.如权利要求10所述的应答器，

其特征在于带通滤波器(3)被分为两个方向并且包含两个方向性滤波器，以便获得一个具有频率偏移的转发信号。

20.如权利要求9和10所述的应答器，

其特征在于集成了至少两个这里所述的应答器元件：接收元件(1)，带通滤波器(3)，进一步的信号路径(2，4)，振荡器(5)，猝熄开关(7)和调制器(17)。

21.如权利要求1所述的应答器，

其特征在于集成电路(ASIC，651)和模拟电路(120)的实现是由用户定制的。

22.如权利要求21所述的应答器，

其特征在于ASIC电路(651)也包括数字模块(125，135)。

23.如权利要求21所述的应答器，

其特征在于ASIC电路包括带有或不带有频率转换的双工收发器。

24.如权利要求1所述的应答器，

其特征在于它是作为一个使用模拟电路(120)的微波集成电路(MMIC，651)来实现的。

25.如权利要求1所述的应答器，

其特征在于接收元件(1)是作为一个到传输媒介比如传输线的耦合器或探头来实现的。

26.如权利要求1所述的应答器，

其特征在于振荡器(5)操作为一个带输入和输出的双端口，其中输入是振荡器中对信号敏感的点，比如晶体管的基极、栅极、源极或发射极，而输出是得到的最高可能的能量电平的点，比如晶体管的集电极、漏极、发射极或源极。

27.如权利要求26所述的应答器，

其特征在于这个双端口被耦合到一个定向衰减装置，以便利用应答器的全部动态范围。

28.如权利要求26所述的应答器，

其特征在于所述双端口被耦合到分离的接收元件和发射元件。

29.如权利要求1所述的应答器，

其特征在于通过调整滤波器以在应答器灵敏度最大的频率范围内减小来自振荡器(5)的猝熄频率的谐波泛音，这个滤波器是振荡器的一部分，或者是连接到振荡器(5)的分离的电路的一部分(8)。

30.如权利要求1所述的应答器，

其特征在于在能影响振荡器(5)的振荡条件的点上，通过一个装置(87)用于引入第二级猝熄作为叠加在第一级猝熄振荡之上的振荡。

31.如权利要求1所述的应答器，

其特征在于函数发生器(9)用于猝熄频率振荡的非对称控制。

32.如权利要求1所述的至少一个应答器的应用，在一个无线或有线网络中，应答器的接收元件(1)被作为到网络传输媒介(92，400，460)比如传输线(410，460)的耦合器或探头(141，142，143，223)来实现的。

33.应答器***，应用于无线或有线网络，包括若干应答器(19，601，606，213，219)，用于将进入一个接收元件(1，141，143，200，220，223)例如一个天线或一个探头所接收到的信号(60)放大成一个用于转发的信号(61)，其中转发的信号(61)具有叠加的信息，从而使应答器以智能或非智能的网络连接方式工作，该网络是基于通过几个可能的传输媒介(92，400，460)中的至少一种传输的，其特征在于，作为一个放大器件，每个应答器包括一个猝熄振荡器(5，355)。

34.如权利要求33所述的应答器***，

其特征在于至少有一个振荡器(5，355)是超再生类型的。

35.如权利要求33所述的应答器***，

其特征在于至少有一个应答器是多端口应答器。

36.如权利要求33所述的应答器***，

其特征在于至少有一个应答器操作用于接收来自专用猝熄发生器(210)的猝熄信号。

37.如权利要求33所述的应答器***，

其特征在于至少有两个应答器操作用于接收来自公共的猝熄发生器(210)的猝熄信号。

38.如权利要求33所述的应答器，

其特征在于至少有两个应答器操作为接收一个控制信号用于自身的猝熄发生器(210)的同步。

39.如权利要求33所述的应答器，

其特征在于至少有一个应答器仅利用一个耦合元件耦合到网络上，该耦合元件和接收元件是一样的。

40.如权利要求39所述的应答器***，

其特征在于所述耦合元件是一个在真空、气体或物质中的天线或探头。

41.如权利要求39所述的应答器，

其特征在于所述耦合元件是由松耦合到线路的，以电感的、电容的、电阻的或它们的组合的方式构成的。

42.如权利要求35所述的应答器***，

其特征在于至少有一个应答器是用两个耦合元件耦合到网络上的，其中第一个是连到应答器的第一个端口的接收元件，而第二个是连到应答器的第二个端口的发射元件。

43.如权利要求42所述的应答器，

其特征在于至少一个耦合元件包括在真空的、气体的或物质中的天线或在真空的、气体的或物质的探头，且是由感的、电容的、电阻的或它们的组合的耦合方式松耦合到线路上。

44.如权利要求33所述的应答器***，

其特征在于至少有两个振荡器或应答器被安排为相互耦合，它们有共同的猝熄或者用于对不同的猝熄信号之间的相位偏移进行控制的同步的猝熄，以便使应答器电路获得长的活动周期(有效周期)。

45.如权利要求33所述的应答器***，

其特征在于至少一种类型的扩频技术被应用于有线或无线网络中。

46.如权利要求33所述的应答器***，

其特征在于包括所述应答器***的有线或无线网络是基于一种变换协议，这个协议是根据或基于UMTS、GSM、GPRS、TETRA、蓝牙、无线局域网和DOCSIS以及其它线缆调制解调器协议的通信***之中的至少一种。

47.如权利要求33所述的应答器***，

其特征在于至少有一个应答器是通过电感的、电容的、电阻的或这些耦合类型的组合方式，从询问的传输媒介(410，460)中获得电源的。

48.如权利要求33所述的应答器***，

其特征在于振荡器(5)是一个呈现CW振荡的猝熄振荡器。

49.如权利要求33所述的应答器***的应用，在非对称的通信***中，如线缆调制解调器，从而使该通信***使用非同轴电缆的介质。

50.如权利要求1所述的至少一个应答器的应用，在使用任何原理的无线电定位方案中利用应答器(19，219)的协助，以便在无线电定位方案中建立任意的几何位置。

Images