RU2709790C1 - Передатчик системы ближнепольной магнитной связи - Google Patents
Передатчик системы ближнепольной магнитной связи Download PDFInfo
- Publication number
- RU2709790C1 RU2709790C1 RU2019114549A RU2019114549A RU2709790C1 RU 2709790 C1 RU2709790 C1 RU 2709790C1 RU 2019114549 A RU2019114549 A RU 2019114549A RU 2019114549 A RU2019114549 A RU 2019114549A RU 2709790 C1 RU2709790 C1 RU 2709790C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- transistors
- signal
- modulator
- bridge
- Prior art date
Links
- 238000004891 communication Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 230000007274 generation of a signal involved in cell-cell signaling Effects 0.000 claims description 4
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 abstract description 7
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 abstract description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B5/00—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
- H04B5/40—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems characterised by components specially adapted for near-field transmission
- H04B5/48—Transceivers
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B13/00—Transmission systems characterised by the medium used for transmission, not provided for in groups H04B3/00 - H04B11/00
- H04B13/02—Transmission systems in which the medium consists of the earth or a large mass of water thereon, e.g. earth telegraphy
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B5/00—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
- H04B5/20—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems characterised by the transmission technique; characterised by the transmission medium
- H04B5/24—Inductive coupling
- H04B5/26—Inductive coupling using coils
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Transmitters (AREA)
Abstract
Изобретение относится к технике связи, в частности магнитной связи, предназначено для организации канала передачи информации посредством модулирования низкочастотных магнитных полей и может быть использовано при разработке различных подземных, подводных и других систем связи. Передатчик содержит цифровой модулятор с двумя выходами, на первом выходе формируется одноразрядный дискретный частотно- или фазоманипулированный сигнал, а на втором выходе - цифровой сигнал, соответствующий амплитуде передаваемого сигнала. Выходы модулятора подключены к мостовому инвертору напряжения, причем число транзисторов в каждом верхнем плече мостовой схемы соответствует числу уровней амплитуд сигналов выбранного вида цифровой манипуляции. Выбор рабочей пары транзисторов верхних плеч происходит с использованием мультиплексора, управляемого сигналом со второго выхода модулятора, а частота и фаза переключения транзисторов задаются схемой управления транзисторами мостовой схемы по сигналу с первого выхода модулятора. Техническим результатом изобретения является повышение спектральной эффективности системы ближнепольной магнитной связи при одновременном обеспечении широкой полосы пропускания передающей магнитной антенны. 2 ил.
Description
Изобретение относится к области передачи информации, а более конкретно - к устройствам для организации канала связи посредством модулирования низкочастотных магнитных полей и может быть использовано для передачи информации между различными подземными, подводными и другими объектами.
Известен способ беспроводной передачи данных посредством модулирования магнитных полей и устройство для его осуществления [Патент США US 2008/0171512, МПК Н04В 5/0, опубл. 17.06.2008]. Передатчик устройства выполнен на основе схемы прямого цифрового синтеза (ПЦС), предназначенной для формирования сигнала с двоичной частотной или фазовой манипуляцией. Для управления схемой ПЦС используется микроконтроллер. Выходной сигнал схемы ПЦС через развязывающий трансформатор поступает на усилитель мощности, а затем на передающую антенну.
Недостатком известного устройства является низкая спектральная эффективность системы связи, что является результатом применения простейших видов цифровой модуляции. Тогда как при малых расстояниях между передатчиком и приемником системы связи наблюдается, как правило, большой энергетический запас, который можно использовать для увеличения пропускной способности системы связи при фиксированной полосе частот.
Известен также способ формирования магнитных полей и устройство для его осуществления [Патент США US 2009/0322640, МПК HO1Q 7/08, опубл. 31.12.2009]. Сигнал от модулятора системы связи поступает на линейный усилитель мощности, нагрузкой которого является первичная обмотка трансформатора на тороидальном сердечнике. Вторичная обмотка трансформатора подключается к передающей рамочной магнитной антенне.
Недостатком известного устройства является низкая энергетическая эффективность, что связано с применением линейного усилителя мощности для формирования сигнала в передающей рамочной магнитной антенне.
Известно также портативное устройство для связи через землю, выбранное в качестве прототипа [Патент США US 2013/0196593, МПК Н04В 13/02, опубл. 01.08.2013, (прототип)]. Передатчик устройства содержит цифровой сигнальный процессор, выполняющий функции модулятора полезного сигнала. Применяемый вид цифровой модуляции - четырехпозиционная фазовая манипуляция (QPSK). Выход цифрового сигнального процессора подключен к микроконтроллеру, выполняющему функцию широтно-импульсного модулятора. Выходной сигнал с микроконтроллера преобразовывается в аналоговый вид с помощью цифро-аналогового преобразователя, а затем подается на драйверы, нагрузкой которых являются затворы полевых транзисторов схемы мостового инвертора напряжения. Нагрузкой мостовой схемы является резонансная передающая магнитная антенна.
Недостатками конструкции-прототипа являются узкая полоса частот резонансной передающей магнитной антенны и низкая спектральная эффективность системы связи. Последнее связано с применением созвездий цифровой модуляции с низкой позиционностью, что оправдано на больших расстояниях между передатчиком и приемником системы связи. Однако это не позволяет эффективно использовать спектральный ресурс канала связи при малых расстояниях в подвижных системах ближнепольной магнитной связи, когда наблюдается существенный энергетический запас.
Техническим результатом изобретения является повышение спектральной эффективности системы ближнепольной магнитной связи при одновременном обеспечении широкой полосы пропускания передающей магнитной антенны.
Заявляемый результат достигается тем, что в передатчике системы ближнепольной магнитной связи, включающем цифровой модулятор, схему мостового инвертора напряжения, драйверы транзисторов, передающую магнитную антенну, новым является то, что цифровой модулятор имеет два выхода, на первом выходе формируется одноразрядный частотно- или фазоманипулированный сигнал, который подается на схему формирования сигналов управления транзисторами мостовой схемы, с выхода которой сигналы подаются напрямую на драйверы управления транзисторами нижних плеч мостовой схемы и через два мультиплексора на драйверы управления транзисторами верхних плеч мостовой схемы, при этом управляющие входы мультиплексоров подключены ко второму выходу цифрового модулятора, формирующему сигнал управления амплитудой, мостовая схема содержит по два или более транзисторов в каждом верхнем плече, которые запитаны от отдельных источников питания, а нагрузкой мостовой схемы является передающая магнитная антенна.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием цифрового модулятора, имеющего два выхода - сигнал на первом выходе промодулирован по частоте/фазе, а сигнал с второго выхода содержит информацию об амплитуде передаваемого сигнала.
Вторым существенным отличием является наличие схемы мостового инвертора напряжения, в которой в каждом верхнем плече имеется по два или более транзисторов, запитанных от отдельных источников питания. Выбор рабочей пары транзисторов верхних плеч осуществляется с помощью мультиплексора, управляемого цифровым модулятором.
Данное изобретение поясняется чертежами: на фиг. 1 показана блок-схема передатчика системы ближнепольной магнитной связи, а на фиг. 2 показан пример формируемого передатчиком созвездия - амплитудно-фазовая манипуляция с шестнадцатипозиционным созвездием.
Передатчик системы ближнепольной магнитной связи включает в себя (фиг. 1) цифровой квадратурный амплитудный модулятор (1), ко входу которого подключен сигнал от внешнего источника данных. Модулятор (1) имеет два выхода: первый выход подключен к блоку (2) формирования сигналов управления транзисторами мостовой схемы; второй выход подключен к управляющим входам мультиплексоров (3) и (4). Выходы блока (2) формирования сигналов управления транзисторами мостовой схемы подключены через мультиплексоры (3) и (4) к драйверам (5) транзисторов верхних плеч мостовой схемы (6) и подключены напрямую к драйверам (7) транзисторов (8) нижних плеч мостовой схемы. Выходы драйверов (5) и (7) подключены к транзисторам мостовой схемы (6) и (8), нагрузкой (9) которой является передающая магнитная антенна. Мостовая схема имеет два транзистора (8) нижнего плеча, а число транзисторов (6) в каждом верхнем плече равно числу выходов мультиплексоров (3) и (4), числу силовых конденсаторов (10) мостовой схемы, числу питающих напряжений устройства и числу дискретных уровней амплитуды усилителя мощности. В случае, если для построения схемы мостового инвертора напряжения используются полевые транзисторы с технологическими диодами, дополнительно используются элементы, предотвращающие протекание токов между источниками питания А, Б (фиг. 1) через технологические диоды транзисторов верхних плеч. Для этой цели могут использоваться, например, последовательно соединенные диоды, полевые транзисторы противоположной проводимости и др. С помощью передатчика системы ближнепольной магнитной связи, выполненного согласно блок-схеме (фиг. 1), можно реализовать, например, шестнадцатипозиционную амплитудно-фазовую манипуляцию (фиг. 2).
Передатчик системы ближнепольной магнитной связи работает следующим образом. Цифровой сигнал от внешнего источника данных поступает на вход (фиг. 1) квадратурного амплитудного модулятора (1), формирующего сигнальное созвездие фазовой манипуляции (PSK), амплитудно-фазовой манипуляции (APSK) или частотной манипуляции (FSK), причем вид манипуляции определяется на программном уровне и может изменяться в процессе работы устройства для эффективного использования спектрального и энергетического ресурса канала связи. В силу того, что мощность сигнала изменяется обратно пропорционально шестой степени от расстояния между передатчиком и приемником, при расположении приемника системы связи вблизи передатчика используют спектрально-эффективные виды манипуляции высокого порядка, а на больших расстояниях - энергетически-эффективные виды манипуляции. Модулятор (1) выполняет перенос спектра полезного сигнала на несущую частоту и выдает на своем первом выходе, подключенном к блоку (2) формирования сигналов управления транзисторами мостовой схемы, одноразрядный дискретный сигнал, промодулированный по частоте/фазе, а на втором выходе, подключенном к мультиплексорам (3) и (4) выдает цифровой код, соответствующий амплитуде передаваемого сигнала. Например, для амплитудно-фазовой манипуляции APSK-16 (фиг. 2) сигнал на первом выходе модулятора (1) модулируется по фазе с дискретностью 30°, а два значения одноразрядного сигнала на втором выходе соответствуют двум значениям амплитуды передаваемого сигнала. При этом с помощью мультиплексоров (3) и (4) происходит выбор рабочей пары транзисторов верхних плеч мостовой схемы, подключенных к разным источникам питающего напряжения (Питание А, Б на фиг. 1). Блок (2) формирования сигналов управления транзисторами мостовой схемы формирует задержку переключения транзисторов полумостовых схем во избежание протекания сквозных токов (dead-time), а также обеспечивает защиту мостовой схемы от протекания сквозного постоянного тока через нагрузку. Драйверы (5) и (7) транзисторов (6) и (8) формируют управляющие сигналы для управления транзисторами (6) и (8) в импульсном режиме. Таким образом, мостовой инвертор напряжения формирует в нагрузке (9) промодулированный передаваемыми данными сигнал. В случае, если в качестве нагрузки (9) используется высокодобротная нерезонансная магнитная рамочная антенна, в процессе работы устройства происходит обмен реактивной энергией между индуктивной нагрузкой (9) и блоками силовых конденсаторов (10).
Заявляемое устройство передатчика системы ближнепольной магнитной связи было изготовлено и испытано. За счет того, что в передатчике возможно переключение между различными видами цифровой манипуляции с высокой спектральной эффективностью и с высокой энергетической эффективностью удается максимально использовать доступные возможности канала ближнепольной магнитной связи. Одновременно с этим усилитель мощности передатчика выполнен по простой схеме мостового инвертора напряжения без использования широтно-импульсной модуляции, что позволяет получить высокую энергетическую эффективность устройства в целом.
Claims (1)
- Передатчик системы ближнепольной магнитной связи, включающий цифровой модулятор, схему мостового инвертора напряжения, драйверы транзисторов, передающую магнитную антенну, отличающийся тем, что цифровой модулятор имеет два выхода, на первом выходе формируется одноразрядный частотно- или фазоманипулированный сигнал, который подается на схему формирования сигналов управления транзисторами мостовой схемы, с выхода которой сигналы подаются напрямую на драйверы управления транзисторами нижних плеч мостовой схемы и через два мультиплексора на драйверы управления транзисторами верхних плеч мостовой схемы, при этом управляющие входы мультиплексоров подключены ко второму выходу цифрового модулятора, формирующему сигнал управления амплитудой, мостовая схема содержит по два или более транзисторов в каждом верхнем плече, которые запитаны от отдельных источников питания, а нагрузкой мостовой схемы является передающая магнитная антенна.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019114549A RU2709790C1 (ru) | 2019-05-13 | 2019-05-13 | Передатчик системы ближнепольной магнитной связи |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019114549A RU2709790C1 (ru) | 2019-05-13 | 2019-05-13 | Передатчик системы ближнепольной магнитной связи |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2709790C1 true RU2709790C1 (ru) | 2019-12-20 |
Family
ID=69006990
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019114549A RU2709790C1 (ru) | 2019-05-13 | 2019-05-13 | Передатчик системы ближнепольной магнитной связи |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2709790C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2738410C1 (ru) * | 2020-06-26 | 2020-12-14 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" (ФИЦ КНЦ СО РАН, КНЦ СО РАН) | Цифровой передатчик ближнепольной магнитной системы связи с амплитудно-фазовой манипуляцией |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2123760C1 (ru) * | 1994-02-08 | 1998-12-20 | Российский институт мощного радиостроения | Передатчик амплитудно-модулированных сигналов |
| US20130196593A1 (en) * | 2010-07-16 | 2013-08-01 | Michael Roper | Portable through-the-earth radio |
| RU148832U1 (ru) * | 2014-09-24 | 2014-12-20 | Открытое акционерное общество "Научно-технический центр современных навигационных технологий "Интернавигация" | Радиопередающее устройство для длинноволновой станции дальней радионавигации |
| RU2663228C2 (ru) * | 2016-06-27 | 2018-08-02 | Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Московской области "Университет "Дубна" (Государственный университет "Дубна") | Генератор амплитудно-модулированных сигналов |
-
2019
- 2019-05-13 RU RU2019114549A patent/RU2709790C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2123760C1 (ru) * | 1994-02-08 | 1998-12-20 | Российский институт мощного радиостроения | Передатчик амплитудно-модулированных сигналов |
| US20130196593A1 (en) * | 2010-07-16 | 2013-08-01 | Michael Roper | Portable through-the-earth radio |
| RU148832U1 (ru) * | 2014-09-24 | 2014-12-20 | Открытое акционерное общество "Научно-технический центр современных навигационных технологий "Интернавигация" | Радиопередающее устройство для длинноволновой станции дальней радионавигации |
| RU2663228C2 (ru) * | 2016-06-27 | 2018-08-02 | Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Московской области "Университет "Дубна" (Государственный университет "Дубна") | Генератор амплитудно-модулированных сигналов |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2738410C1 (ru) * | 2020-06-26 | 2020-12-14 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" (ФИЦ КНЦ СО РАН, КНЦ СО РАН) | Цифровой передатчик ближнепольной магнитной системы связи с амплитудно-фазовой манипуляцией |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101036359B (zh) | 用于全数字正交调制器的方法和设备 | |
| WO2003105334A1 (en) | Multimode modulator employing a phase lock loop for wireless communications | |
| RU2014129827A (ru) | Селективный усилитель мощности | |
| JPH07143014A (ja) | 振幅変調方法及び同装置 | |
| CN111066257B (zh) | 用于通过反向散射生成波束成形信号的通信节点和方法 | |
| JP6252478B2 (ja) | 送信機 | |
| KR100599148B1 (ko) | Ｄ급 증폭기를 제어하는 시스템 | |
| US8693959B1 (en) | System and apparatus for a direct conversion receiver and transmitter | |
| KR20010071736A (ko) | 디지털 데이터를 변조시키는 방법 및 장치 | |
| RU2709790C1 (ru) | Передатчик системы ближнепольной магнитной связи | |
| CN101432963A (zh) | 相位调制器 | |
| US9054921B2 (en) | Method and apparatus for generating a plurality of modulated signals | |
| JPWO2016174805A1 (ja) | 無線アクセスシステム及びその制御方法 | |
| US8059968B2 (en) | Modulation device for generating optical signal with quadruple frequency and method thereof | |
| CN105556910A (zh) | 使用脉宽调制的开关模式高线性度发射机 | |
| US10298428B2 (en) | Wireless transmission device and wireless transmission method | |
| US8174333B1 (en) | Power-efficient spectrum shaping for a magnetic link | |
| JP2005295097A (ja) | ハーモニックミキサ及びこれを備えた無線装置 | |
| US10749543B1 (en) | Programmable polar and cartesian radio frequency digital to analog converter | |
| RU2738410C1 (ru) | Цифровой передатчик ближнепольной магнитной системы связи с амплитудно-фазовой манипуляцией | |
| KR100912901B1 (ko) | 혼돈신호를 이용한 통신장치 및 그 제어방법 | |
| US8014684B2 (en) | Modulation light signal generating device and FSK modulation signal generating device | |
| US20240171182A1 (en) | Multi-phase clock generator circuit | |
| KR100613861B1 (ko) | 주파수편이 변조를 이용한 공진형 송신기 | |
| US20130082756A1 (en) | Signal input device of digital-rf converter |