基于backscatter的无源阵列收发技术研究

摘要

随着通信技术发展，广播信号、电视信号以及手机信号等无线信号无处不在。每时每刻存在的这些无线信号能量除了满足正常的通信实际上有很大一部分被浪费。如果能收集利用这些信号能量来为通信提供能量将会节省很大的能量开销。现有的无线收发系统中由于有低噪放，功放，本振发生器等，导致系统的功耗很大，同时体积也比较大。RFID只实现了读卡器与标签之间的通信，而且其之间的通信速率很低。针对以上存在的问题，本文提出一种基于ESPAR (electronically steerable passive array radiator）的无源阵列收发技术。首先无源阵列天线收集能量来供电，同时接收空间信号来进行再调制，这种调制基于backscatter由模拟电路来实现数字调制，相比较传统的数字调制其功耗很低。 本文主要对于基于 backscatter 的无源阵列收发技术的研究。首先本文引入一种新型的天线ESPAR 来作为backscatter 模拟调制的天线，相比于其他阵列天线，其功耗很低。其是通过调节有源振子与无源阵子之间的耦合来对其方向性的控制来提高天线增益。本文的另一个研究内容是基于backscatter的模拟调制，其基本原理是利用电路匹配与反射系数来实现不同的数字调制。相比于简单RFID其传输速率更大，能实现通信。在数字通信的时代模拟调制实现数字通信的方式还有待进一步研究。本文希望在已有的研究基础上能在 backscatter 调制技术上有所突破以期能带来一种调制方式的同时实现功耗的降低。研究内容如下： 1）介绍 backscatter 模拟调试的特点与国内外发展现状。同时分析了基于backscatter调制的通信链路，针对其特点提出一种与ESPAR阵列相结合的通信系统。并提出了其通信链路结构。 2）基于ESPAR 的backscatter模拟调制的设计基础。本文介绍了模拟调制的技术原理、不同调制方式的设计要求及其实现方式，同时介绍了ESPAR的原理及实现形式。并且仿真与实际制作测试ESPAR阵列天线。 3）backscatter调制收发系统设计。本文设计分别设计了ASK、4ASK、4QAM、16QAM四种模拟方式的调制。首先对于不同的调制方式先设计计算不同的星座点同时计算出其对应的模拟调制所需的对应阻抗。其次画出四种模拟调制的原理图并进行PCB设计，最后利用ADS仿真软件辅助焊接调试。测试了系统直连情况和无线情况下的 ASK、4ASK、4QAM 三种调制的情况，并且依据测试结果对backscatter调制系统的链路进行计算和预算。

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