CN108390682B - 一种基于射频混频技术的多频段变频*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于射频混频技术的多频段变频***,包括:依次连接的滤波电路、射频开关电路、前端放大电路、混频电路、信号放大电路。混频电路包括变频芯片U10和与之连接的单片机U9、第一电路和第二电路,第一电路包括电感L7、电感L8、电阻R16、电容C31、电容C32、电容C34、电容C35;第二电路包括电容C39、电容C42、电容C44、电容C45、电感L10,其中变频芯片U10的第二十三脚依次与电容C44、电容C45、电容C42连接;变频芯片U10的第二十四脚依次与电容C39、电感L10、电容C42连接。本发明为广电在1GHz以下的低频段提供了一种高可靠性无线通信方法。
Description
技术领域
本发明属于无线通信技术,具体地是涉及一种基于射频混频技术的多频段变频***。
背景技术
传统的WiFi协议是基于ISM频段的无线通信协议,技术成熟度高,室内和近距离应用广泛。但是受限于其高频段射频特性,在室外或城市无线通信应用中,传统WiFi的信号穿透、衍射性能和覆盖范围等方面,相对于1GHz以下的低频段信号(如广电700MHz,免执照频段)弱很多。
IEEE组织已在兼容传统WiFi协议的基础上,基于广电频段(470–790MHz)起草IEEE802.11af,将应用于共享电视白频谱空间;基于1GHz以下免执照频段,起草IEEE802.11ah,将应用于智慧电网和长距离无线局域网;目前没有任何主流芯片和设备厂商实际投入产品开发。
因此,本发明的发明人亟需构思一种新技术以改善其问题。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明提供了一种基于射频混频技术的多频段变频***。
本发明的技术方案是:
一种基于射频混频技术的多频段变频***,包括:依次连接的滤波电路、射频开关电路、前端放大电路、混频电路、信号放大电路,其中所述混频电路包括变频芯片U10和与之连接的单片机U9、第一电路和第二电路,其中所述第一电路包括电感L7、电感L8、电阻R16、电容C31、电容C32、电容C34、电容C35;电感L7与电阻R16并联在所述变频芯片U10的第十七脚和第十八脚之间;电容C32一端与所述变频芯片U10的第十八脚连接,另一端与电容C34连接后接地;电感L8一端与所述变频芯片U10的第十七脚连接,另一端依次经过电容C31、电容C35后接地;所述第二电路包括电容C39、电容C42、电容C44、电容C45、电感L10,其中所述变频芯片U10的第二十三脚依次与电容C44、电容C45、电容C42连接;所述变频芯片U10的第二十四脚依次与电容C39、电感L10、电容C42连接。
优选地,所述前端放大电路包括功率限幅器D1、功率限幅器D3、滤波器U5、滤波器U7、信号放大器U6,其中所述功率限幅器D1的第一脚与所述射频开关电路连接,第二脚与所述滤波器U5连接;所述功率限幅器D3的第二脚与所述射频开关电路连接,第一脚与所述信号放大器U6的第四脚连接,所述信号放大器U6的第三脚与所述滤波器U7连接。
优选地,所述信号放大电路包括滤波器U11、驱动放大器U12、射频开关U16、接口J2、电容C70、电容C72、电容C96、电容C99、电感L15,其中滤波器U11的第二脚与混频电路连接,第五脚经过电容C70、电感L15后与驱动放大器U12的第三脚连接,驱动放大器U12的输出端经过电容C72、电容C96后与射频开关U16连接,射频开关U16的第二脚经过电容C99后与接口J2连接。
优选地,所述射频开关电路包括射频开关U8、电容C14、电容C18,射频开关U8第二脚与所述滤波电路连接,第四脚经过电容C18后与所述前端放大电路连接,第六脚经过电容C14后与所述前端放大电路连接。
优选地,所述滤波电路包括接口J1、电容C5、电容C7、电容C8、滤波器U1,其中所述电容C5一端与所述接口J1连接,另一端分别与所述电容C7和滤波器U1连接,电容C7与电容C8连接后接地。
优选地,所述混频电路还包括第三电路,所述第三电路包括电感L4、电感L5、电阻R14、电容C21、电容C22、电容C23、电容C24;电感L4与电阻R14并联在所述变频芯片U10的第二十七脚和第二十八脚之间;电容C22一端与所述变频芯片U10的第二十七脚连接,另一端与电容C23连接后接地;电感L5一端与所述变频芯片U10的第二十八脚连接,另一端依次经过电容C21、电容C24后接地。
优选地,所述混频电路还包括第四电路,所述第四电路包括电容C50、电容C52、电容C53、电容C54、电容C55、电感L12、电感L13,其中电容C52一端与所述变频芯片U10的第十三脚连接,另一端分别与电容C50和电感L12连接,电感L12的另一端与电容C53连接;电容C54一端与所述变频芯片U10的第十四脚连接,另一端分别与电容C55和电感L13连接,电容C55的另一端与电容C53连接。
优选地,所述变频芯片U10为RFFC2071变频芯片。
优选地,所述单片机U9为BL21P01单片机。
优选地,所述射频开关U8、射频开关U16为SKY13370-374LF射频开关。
采用上述技术方案,本发明至少包括如下有益效果:
本发明所述的基于射频混频技术的多频段变频***,为广电在1GHz以下的低频段(如400,500,600,700,800MHZ)提供了一种高可靠性无线通信方法,对于广电行业提高频谱利用率、降低新协议和芯片开发成本和周期、快速产品化落地和推广具有很强的实际意义。此外,模块化设计且本振(LO)是可编程的频率范围:85MHz到2700MHz,可节省成本和缩短开发周期,更能满足于更多的行业的需求。
附图说明
图1为本发明所述的基于射频混频技术的多频段变频***的结构示意图;
图2为本发明所述的滤波电路的电路图;
图3为本发明所述的射频开关电路和前端放大电路的电路图;
图4a为本发明所述的混频电路的电路图;
图4b为本发明所述的第一电路的电路图;
图4c为本发明所述的第二电路的电路图;
图4d为本发明所述的第三电路的电路图;
图4e为本发明所述的第四电路的电路图;
图4f为本发明所述的混频器电路的***电路图;
图5a为本发明所述的信号放大电路的部分电路图;
图5b为本发明所述的信号放大电路的部分电路图;
图5c为本发明所述的信号放大电路的部分电路图;
图5d为本发明所述的信号放大电路的部分电路图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
如图1至图5所示,为符合本发明的一种基于射频混频技术的多频段变频***,包括:依次连接的滤波电路、射频开关电路、前端放大电路、混频电路、信号放大电路,其中所述混频电路包括变频芯片U10和与之连接的单片机U9、第一电路和第二电路,其中所述第一电路包括电感L7、电感L8、电阻R16、电容C31、电容C32、电容C34、电容C35;电感L7与电阻R16并联在所述变频芯片U10的第十七脚和第十八脚之间;电容C32一端与所述变频芯片U10的第十八脚连接,另一端与电容C34连接后接地;电感L8一端与所述变频芯片U10的第十七脚连接,另一端依次经过电容C31、电容C35后接地;所述第二电路包括电容C39、电容C42、电容C44、电容C45、电感L10,其中所述变频芯片U10的第二十三脚依次与电容C44、电容C45、电容C42连接;所述变频芯片U10的第二十四脚依次与电容C39、电感L10、电容C42连接。
优选地,所述前端放大电路包括功率限幅器D1、功率限幅器D3、滤波器U5、滤波器U7、信号放大器U6,其中所述功率限幅器D1的第一脚与所述射频开关电路连接,第二脚与所述滤波器U5连接;所述功率限幅器D3的第二脚与所述射频开关电路连接,第一脚与所述信号放大器U6的第四脚连接,所述信号放大器U6的第三脚与所述滤波器U7连接。
优选地,所述信号放大电路包括滤波器U11、驱动放大器U12、射频开关U16、接口J2、电容C70、电容C72、电容C96、电容C99、电感L15,其中滤波器U11的第二脚与混频电路连接,第五脚经过电容C70、电感L15后与驱动放大器U12的第三脚连接,驱动放大器U12的输出端经过电容C72、电容C96后与射频开关U16连接,射频开关U16的第二脚经过电容C99后与接口J2连接。
所述信号放大电路还包括滤波器U15、功率限幅器D4、驱动放大器U14、滤波器U13、电容C82、电容C83、电容C84、电容C97;射频开关U16的第四脚通过电容C98、电容C97后与滤波器U13连接,滤波器U13的第五脚与驱动放大器U14连接,驱动放大器U14的第十脚经过电容C83、电容C84后与功率限幅器D4的第一脚连接,功率限幅器D4的第二脚与滤波器U15的第二脚连接。
优选地,所述射频开关电路包括射频开关U8、电容C14、电容C18,射频开关U8第二脚与所述滤波电路连接,第四脚经过电容C18后与所述前端放大电路连接,第六脚经过电容C14后与所述前端放大电路连接。
优选地,所述滤波电路包括接口J1、电容C5、电容C7、电容C8、滤波器U1,其中所述电容C5一端与所述接口J1连接,另一端分别与所述电容C7和滤波器U1连接,电容C7与电容C8连接后接地。
优选地,所述混频电路还包括第三电路,所述第三电路包括电感L4、电感L5、电阻R14、电容C21、电容C22、电容C23、电容C24;电感L4与电阻R14并联在所述变频芯片U10的第二十七脚和第二十八脚之间;电容C22一端与所述变频芯片U10的第二十七脚连接,另一端与电容C23连接后接地;电感L5一端与所述变频芯片U10的第二十八脚连接,另一端依次经过电容C21、电容C24后接地。
优选地,所述混频电路还包括第四电路,所述第四电路包括电容C50、电容C52、电容C53、电容C54、电容C55、电感L12、电感L13,其中电容C52一端与所述变频芯片U10的第十三脚连接,另一端分别与电容C50和电感L12连接,电感L12的另一端与电容C53连接;电容C54一端与所述变频芯片U10的第十四脚连接,另一端分别与电容C55和电感L13连接,电容C55的另一端与电容C53连接。
优选地,所述变频芯片U10为RFFC2071变频芯片。
优选地,所述单片机U9为BL21P01单片机。
优选地,所述射频开关U8、射频开关U16为SKY13370-374LF射频开关。
本发明的工作原理在于:WIFI的发射信号从J1输入经过U1滤波器,到U8射频开关,当工作在TX发射模式时,信号从U8的RF2端口输出到D1功率限幅器,然后经过U5滤波器输入到U10变频芯片,转化为1GHz以下的低频段(如700MHz)信号,1GHz以下的低频段信号出来进入U12信号放大器,信号放大后进入U16射频开关,最后通过U16的RFC管脚输出到J2接口,完成整个变频过程。
具体地,所述的射频信号调理设计是采用了带通滤波器,TX/RX信号切换、功率限幅器和Balun设计,分别调理高频2.4G信号和1GHz以下的低频段(如400,500,600,700,800MHZ)信号;滤波器是抑制2.4G和1GHz以下的低频段(如400,500,600,700,800MHZ)的带外信号;TX/RX信号切换是使用Skyworks的SKY13370-374LF做射频开关,利用信号检波放大技术生成射频开关的控制信号,并且控制开关信号延时小于1.5us,从而实现对WiFi信号传输的无线半双工模式无损变频;功率限幅器是限制2.4G和1GHz以下的低频段(如400,500,600,700,800MHZ)的幅度,使其大小满足后级混频器的输入范围;Balun设计是将单端的射频信号转换为双端射频信号,进入后级混频电路;详见详细电路图。
所述的混频电路设计是选用Qorvo的双通道同步混频器RFFC2071(内部集成VCO)和可编程的MCU控制RFFC2071的VCO和PLL产生1700MHz的LO信号,对经过调理的2.4GHz无线信号进行混频,其中一个通道把2.4GHz的WiFi TX信号下变频至1GHz以下的低频段(如400,500,600,700,800MHZ)的TX信号,另一个通道把1GHz以下的低频段(如400,500,600,700,800MHZ)的RX信号上变频至2.4GHz频段的RX信号;其中LO信号是通过对MCU进行编程实现LO可调,进而可以调整输出同的射频信号,如900MHz等。
信号TX、RX放大电路实现方法包含了Qorvo的RFPA3805做PA信号放大,使用Skyworks的SKY67105-306LF做LNA信号放大的电路设计,使用Skyworks的SKY13370-374LF做射频开关,实现TX输出1瓦,RX增益38dB的700MHz频段无线规格,采用的PA和LNA具有输入频率范围广,增加等优点。
WiFi是一种高吞吐量的无线通信技术,如果降频运用到广电的1GHz以下的低频段,能够很好的改善传统WiFi在ISM频段的穿透、覆盖和衍射能力弱的问题,可以有效的改善信号穿墙难和覆盖距离近的痛点。
本发明为广电在1GHz以下的低频段(如400,500,600,700,800MHZ)提供了一种高可靠性无线通信方法,对于广电行业提高频谱利用率、降低新协议和芯片开发成本和周期、快速产品化落地和推广具有很强的实际意义。
此外,模块化设计且本振(LO)是可编程的频率范围:85MHz到2700MHz,可节省成本和缩短开发周期,更能满足于更多的行业的需求。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (3)
1.一种基于射频混频技术的多频段变频***,其特征在于,用于1GHz以下的低频段,包括:依次连接的滤波电路、射频开关电路、前端放大电路、混频电路、信号放大电路,其中所述混频电路包括变频芯片U10和与之连接的单片机U9、第一电路和第二电路,所述单片机U9为BL21P01单片机,其中所述第一电路包括电感L7、电感L8、电阻R16、电容C31、电容C32、电容C34、电容C35;电感L7与电阻R16并联在所述变频芯片U10的第十七脚和第十八脚之间;电容C32一端与所述变频芯片U10的第十八脚连接,另一端与电容C34连接后接地;电感L8一端与所述变频芯片U10的第十七脚连接,另一端依次经过电容C31、电容C35后接地;所述第二电路包括电容C39、电容C42、电容C44、电容C45、电感L10,其中所述变频芯片U10的第二十三脚依次与电容C44、电容C45、电容C42连接;所述变频芯片U10的第二十四脚依次与电容C39、电感L10、电容C42连接;
所述前端放大电路包括功率限幅器D1、功率限幅器D3、滤波器U5、滤波器U7、信号放大器U6,其中所述功率限幅器D1的第一脚与所述射频开关电路连接,第二脚与所述滤波器U5连接;所述功率限幅器D3的第二脚与所述射频开关电路连接,第一脚与所述信号放大器U6的第四脚连接,所述信号放大器U6的第三脚与所述滤波器U7连接;
所述信号放大电路包括滤波器U11、驱动放大器U12、射频开关U16、接口J2、电容C70、电容C72、电容C96、电容C99、电感L15,其中滤波器U11的第二脚与混频电路连接,第五脚经过电容C70、电感L15后与驱动放大器U12的第三脚连接,驱动放大器U12的输出端经过电容C72、电容C96后与射频开关U16连接,射频开关U16的第二脚经过电容C99后与接口J2连接;
所述射频开关电路包括射频开关U8、电容C14、电容C18,射频开关U8第二脚与所述滤波电路连接,第四脚经过电容C18后与所述前端放大电路连接,第六脚经过电容C14后与所述前端放大电路连接;所述射频开关U8、射频开关U16为SKY13370-374LF射频开关;
所述滤波电路包括接口J1、电容C5、电容C7、电容C8、滤波器U1,其中所述电容C5一端与所述接口J1连接,另一端分别与所述电容C7和滤波器U1连接,电容C7与电容C8连接后接地;
所述变频芯片U10为RFFC2071变频芯片。
2.如权利要求1所述的基于射频混频技术的多频段变频***,其特征在于:所述混频电路还包括第三电路,所述第三电路包括电感L4、电感L5、电阻R14、电容C21、电容C22、电容C23、电容C24;电感L4与电阻R14并联在所述变频芯片U10的第二十七脚和第二十八脚之间;电容C22一端与所述变频芯片U10的第二十七脚连接,另一端与电容C23连接后接地;电感L5一端与所述变频芯片U10的第二十八脚连接,另一端依次经过电容C21、电容C24后接地。
3.如权利要求1-2任一所述的基于射频混频技术的多频段变频***,其特征在于:所述混频电路还包括第四电路,所述第四电路包括电容C50、电容C52、电容C53、电容C54、电容C55、电感L12、电感L13,其中电容C52一端与所述变频芯片U10的第十三脚连接,另一端分别与电容C50和电感L12连接,电感L12的另一端与电容C53连接;电容C54一端与所述变频芯片U10的第十四脚连接,另一端分别与电容C55和电感L13连接,电容C55的另一端与电容C53连接。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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