CN109600177A - 一种射频信号探测装置和射频信号接收设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种射频信号探测装置和射频信号接收设备。其中，射频信号探测装置包括：机电谐振器，用于与射频信号接收器连接，且在所述射频信号接收器向所述机电谐振器施加射频信号时产生机械振动；光学探测器，置于所述机电谐振器至少一侧，用于探测所述机电谐振器的机械形变。本发明实施例采用机电谐振器和光学探测器代替传统的射频探测器，实现对射频信号的探测，在射频信号施加至机电谐振器时，机电谐振器产生机械振动，通过光学探测器探测机电谐振器由于机械振动引起的机械形变，进而探测出射频信号，可进一步提高射频信号探测的灵敏度。

Description

一种射频信号探测装置和射频信号接收设备

技术领域

本发明实施例涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种射频信号探测装置和射频信号接收设备。

背景技术

随着无线通信技术的发展，无线通信***已经从1G发展到5G，频谱资源越来越昂贵和稀缺，工作频率越来越高，带宽越来越宽，现有的电磁波(射频信号)接收和发送***成为了数据无线通信进一步发展的瓶颈。

对微弱信号的接收能力，即信号灵敏度是射频探测器信号接收能力的关键指标，其性能状态直接影响到整个射频接收设备的接收性能。现有的射频探测器以电子元器件和集成电路为主，其架构和工作原理源自100多年前的无线电，包括超外差式和零差式等。现有的射频探测器主要包括低噪声放大器、混频器、本地振荡器和检波器，通过电子探测的方法实现对射频信号的探测。但现有的射频探测器的射频信号探测灵敏度已经到达极限，以致无法探测到一些更微弱的射频信号，从而无法改进整个射频接收设备的接收性能。

因此，如何在无线通信***中进一步提高射频信号探测的灵敏度成为业界一大难题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提出一种射频信号探测装置和射频信号接收设备，以提高射频信号探测的灵敏度。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一方面，本发明实施例提供了一种射频信号探测装置，包括：

机电谐振器，用于与射频信号接收器连接，且在所述射频信号接收器向所述机电谐振器施加射频信号时产生机械振动；

光学探测器，置于所述机电谐振器至少一侧，用于探测所述机电谐振器的机械形变。

可选的，所述机电谐振器的固有频率与所述射频信号的频率一致。

可选的，所述机电谐振器的固有频率可调。

可选的，所述光学探测器包括激光干涉仪。

可选的，所述机电谐振器为压电谐振器，所述机电谐振器包括压电薄膜和至少一层电极，或者衬底和至少一层电极；

其中，所述压电薄膜包括相对的第一表面和第二表面，所述第一表面一侧和/或所述第二表面一侧形成有所述电极，所述至少一层电极用于与所述射频信号接收器连接。

可选的，所述光学探测器置于一所述电极远离所述压电薄膜的一侧。

可选的，所述光学探测器包括探测光发射部和探测光接收部，所述压电薄膜还包括第三表面和第四表面；

所述探测光发射部置于所述第三表面一侧，所述探测光接收部置于所述第四表面一侧，所述探测光发射部用于向所述第三表面发射探测光，所述探测光接收部用于接收通过所述压电薄膜的所述探测光。

可选的，所述机电谐振器为静电谐振器，所述机电谐振器包括：

谐振器主体；

偏压电极板，置于所述谐振器主体的一侧，包括至少一块偏压电极，所述偏压电极用于为所述谐振器主体提供偏置电压；

驱动电极，置于所述谐振器主体的一侧；在垂直于所述谐振器主体所在平面的方向上，所述驱动电极与所述谐振器主体相交叠；所述驱动电极与所述谐振器主体之间具有间隙，所述驱动电极用于与所述射频信号接收器连接；

导电固定块，与所述谐振器主体电连接，用于支撑所述谐振器主体，且将所述谐振器主体固定于所述偏压电极板上。

可选的，所述光学探测器与所述谐振器主体相对设置。

另一方面，本发明实施例还提供了一种射频信号接收设备，包括射频信号接收器和本发明任一实施例提供的射频信号探测装置；

其中，所述射频信号接收器与所述射频信号探测装置中的机电谐振器连接，所述射频信号接收器用于接收射频信号并将所述射频信号施加至所述机电谐振器。

本发明的有益效果是：本发明实施例提供的射频信号探测装置，在将射频信号施加到机电谐振器上时，机电谐振器通过逆压电效应或者静电力产生机械振动，进而引起机械形变，再利用光学探测器对机电谐振器的机械形变进行光学探测，从而实现对射频信号的探测。由此，本发明的技术方案采用射频信号到机械形变，再到光学探测的二级信号转换的新物理机制，可进一步提高射频信号探测的灵敏度。

附图说明

下面将通过参照附图详细描述本发明的示例性实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本发明的上述及其他特征和优点，附图中：

图1是本发明实施例提供的射频信号探测装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的压电谐振器的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的另一种压电谐振器的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的又一种压电谐振器的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的具有压电谐振器的射频信号探测装置的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的具有压电谐振器的另一种射频信号探测装置的结构示意图；

图7是本发明实施例提供的静电谐振器的结构示意图；

图8是本发明实施例提供的具有静电谐振器的射频信号探测装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1是本发明实施例提供的射频信号探测装置的结构示意图。该射频信号探测装置适用于探测微弱射频信号的情况，可配置于基站和手机等任何一种具有射频信号接收功能的设备中。如图1所示，本发明实施例提供的射频信号探测装置包括机电谐振器1和光学探测器2；

其中，机电谐振器1用于与射频信号接收器(图中未示出，设置于射频信号接收设备中，可以为射频天线)连接，且在射频信号接收器向机电谐振器1施加射频信号时产生机械振动；

光学探测器2，置于机电谐振器1至少一侧，用于探测机电谐振器1的机械形变。

本发明实施例中，机电谐振器1可以为薄膜谐振器，也可以为非薄膜谐振器，具体可以为压电谐振器，也可以为静电谐振器，本发明对该机电谐振器1的类型以及具体结构不作限制，只要该机电谐振器1在射频信号接收器向其施加射频信号时可以产生机械振动即可。

另外，图1仅示例性地示出了光学探测器2置于机电谐振器1的一侧，但是本发明对光学探测器2相对机电谐振器1的位置分布以及光学探测器2的数量亦不作限制，只要光学探测器2可以探测到机电谐振器1的机械形变即可。

本实施例中，可参考图1，光学探测器2可向机电谐振器1发生机械形变的表面发射探测光(例如激光)，同时该光学探测器2接收由机电谐振器1反射回来的探测光，进而可以通过对探测光特征状态(如相位变化)的分析实现对机电谐振器1的振动分析，从而实现对机电谐振器1机械形变的光学探测。

上述技术方案中，在射频信号接收器将射频信号施加到机电谐振器1上时，机电谐振器1通过逆压电效应(对应压电谐振器)或者静电力(对应静电谐振器)产生机械振动，进而引起机械形变，再利用光学探测器2对机电谐振器1的机械形变进行光学探测，从而实现对射频信号的探测。由此，本发明的技术方案采用射频信号到机械形变，再到光学探测的二级信号转换的新物理机制，且光学探测器2的探测灵敏度较高，可以探测到机电谐振器1的微弱振动，从而可实现对微弱射频信号的探测，因此，本发明提供的射频信号探测装置可进一步提高射频信号探测的灵敏度。

可选的，机电谐振器的固有频率与射频信号的频率一致。通过设计机电谐振器的几何结构，可以使得机电谐振器的固有频率与待接收的射频信号的频率一致，从而将射频信号施加到机电谐振器上时，可在机电谐振器中产生共振，机电谐振器的形变将会达到普通压电力或者静电力驱动情况下所产生形变的Q(其中Q是机电谐振器的品质因数，可以达到500甚至更高)倍。因此，通过设置机电谐振器的固有频率与射频信号的频率一致，可以大大增加机电谐振器的振动幅度，使得光学探测器更容易探测到机电谐振器的机械形变，从而进一步提高了射频信号探测的灵敏度。

可选的，机电谐振器的固有频率可调。此时，通过调节机电谐振器的固有频率，可使得机电谐振器的固有频率与待接收的射频信号的频率一致，从而在机电谐振器中产生共振，以便于实现对射频信号的探测。

可选的，光学探测器可以包括激光干涉仪。由于激光干涉技术探测灵敏度极高，近年被用作引力波探测并在2015年9月14日成功检测到引力波信号。因此，本发明技术方案中的光学探测器采用激光干涉仪，可大幅提高射频信号探测的灵敏度。

基于上述技术方案，本发明实施例提供了多种机电谐振器。

示例性的，机电谐振器为压电谐振器，机电谐振器包括压电薄膜和至少一层电极，或者衬底和至少一层电极；其中，压电薄膜包括相对的第一表面和第二表面，第一表面一侧和/或第二表面一侧形成有电极，至少一层电极用于与射频信号接收器连接。

可选的，电极为平面电极或叉指电极。上述电极与压电薄膜可以接触，也可以不接触。压电薄膜的材料可以是氮化铝、砷化镓、铌酸锂和钽酸锂等压电材料。

具体的，如图2所示，上述机电谐振器为压电谐振器，该压电谐振器包括压电薄膜11、第一平面电极12和第二平面电极13，其中，压电薄膜包括相对的第一表面和第二表面，第一平面电极12形成于第一表面一侧，第二平面电极13形成于第二表面一侧，第一平面电极12和第二平面电极13分别与射频信号接收器的正负输出端连接。该压电谐振器中，第一平面电极12和第二平面电极13用于激发纵向的振动模式。

在本发明另一实施例提供的压电谐振器中，如图3所示，该压电谐振器包括压电薄膜11、第一叉指电极14和第二叉指电极15，其中，压电薄膜包括相对的第一表面和第二表面，第一叉指电极14形成于第一表面一侧，第二叉指电极15形成于第二表面一侧，其中，第一叉指电极14中的电极可与射频信号接收器的正负输出端交替连接，第二叉指电极15中的电极可与射频信号接收器的正负输出端交替连接。该压电谐振器中，第一叉指电极14和第二叉指电极15用于激发横向的振动模式。

在本发明又一实施例提供的压电谐振器中，如图4所示，该压电谐振器包括压电薄膜11和第三叉指电极16，其中，压电薄膜包括相对的第一表面和第二表面，第三叉指电极16形成于第一表面一侧，其中，第三叉指电极16中的电极可与射频信号接收器的正负输出端交替连接。该压电谐振器中，第三叉指电极16用于激发横向的振动模式。

基于上述实施例，本实施例以图2所示的压电谐振器为例对本发明提供的射频信号探测装置进行说明。

可选的，光学探测器置于一电极远离压电薄膜的一侧。示例性的，参考图5，该射频信号探测装置中，光学探测器2为激光干涉仪，压电谐振器的固有频率与待接收的射频信号的频率一致，光学探测器2置于第一平面电极12远离压电薄膜11的一侧(也可置于第二平面电极13远离压电薄膜11的一侧)，光学探测器2向第一平面电极12发射激光，同时该光学探测器2接收由第一平面电极12反射回来的激光，进而可以通过对激光相位变化的分析实现对机电谐振器1的振动分析，从而实现对机电谐振器1机械形变的光学探测，以便提取相对应的射频信号。

可选的，光学探测器包括探测光发射部和探测光接收部，压电薄膜还包括第三表面和第四表面；探测光发射部置于第三表面一侧，探测光接收部置于第四表面一侧，探测光发射部用于向第三表面发射探测光，探测光接收部用于接收通过压电薄膜的探测光。示例性的，参考图6，该射频信号探测装置中，光学探测器2为激光干涉仪，压电谐振器的固有频率与待接收的射频信号的频率一致，光学探测器2包括探测光发射部21和探测光接收部22，探测光发射部21置于第三表面一侧，探测光接收部22置于第四表面一侧，其中，第三表面和第四表面可以为相对的表面(如图6所示)，第三表面和第四表面也可以为相邻的表面，只要适当放置探测光发射部21和探测光接收部22，使探测光发射部21向第三表面发射的激光通过压电薄膜11后，可被探测光接收部22接收到即可。该实施例中，激光可通过压电薄膜11，此时压电薄膜11相当于光波导，在将射频信号施加到压电谐振器上时，压电谐振器产生的机械振动会影响在压电薄膜11传输的激光的相位，进而可以通过对激光相位变化的分析实现对机电谐振器1的振动分析，从而实现对机电谐振器1机械形变的光学探测，以便提取相对应的射频信号。

采用上述实施例提供的射频信号探测装置探测射频信号，可超过现有技术射频信号探测灵敏度的极限。例如，现有的手机射频信号接收灵敏度一般在-105dBm(数值越小灵敏度越高)，而将上述射频信号探测装置配置于手机中，射频信号接收灵敏度可小于-105dBm，如可达到-108dBm，甚至更小。

另外，为实现机电谐振器的固有频率简单可调，本发明实施例还提供了一种静电谐振器。如图7所示，可选的，机电谐振器为静电谐振器，该机电谐振器包括：

谐振器主体101；

偏压电极板102(图中示出4块)，置于谐振器主体101的一侧，包括至少一块偏压电极1021，偏压电极1021用于为谐振器主体101提供偏置电压；

驱动电极103，置于谐振器主体101的一侧；在垂直于谐振器主体101所在平面的方向上，驱动电极103与谐振器主体101相交叠；驱动电极103与谐振器主体101之间具有间隙，驱动电极103用于与射频信号接收器连接；

导电固定块104，与谐振器主体101电连接，用于支撑谐振器主体101，且将谐振器主体101固定于偏压电极板102上。

该实施例中，谐振器主体101可以为方板谐振器(也可以为其他形状)，此时导电固定块104可以为四块，分别与谐振器主体101的四个角一一对应电连接。在垂直于谐振器主体101所在平面的方向上，驱动电极103与谐振器主体101相交叠，即驱动电极103与谐振器主体101具有正对面积，以在驱动电极103与谐振器主体101之间形成静电力。偏压电极1021连接于直流电压源V_P，通过调节直流电压源V_P的输出电压，可以改变为谐振器主体101提供的偏置电压，使得谐振器主体101的固有频率可调。谐振器主体101受力可上下振动，在射频信号作用于驱动电极103上时，由于射频信号的幅值不断变化，在驱动电极103上形成交流电，谐振器主体101与驱动电极103之间形成静电力，谐振器主体101与驱动电极103相交叠的部分受静电力吸引向下移动，而驱动电极103上的电信号不断变化，使得静电力的大小不断变化，进而使得谐振器主体101不断上下移动，从而谐振器主体101产生振动。

基于此，本发明实施例还提供了一种射频信号探测装置。如图8所示，光学探测器2与谐振器主体101相对设置。其中，光学探测器2为激光干涉仪，谐振器主体101的固有频率与待接收的射频信号的频率一致，偏压电极板102与驱动电极103置于谐振器主体101的同一侧，光学探测器2置于谐振器主体101的另一侧。光学探测器2向谐振器主体101发射激光，同时该光学探测器2接收由谐振器主体101反射回来的激光，在将射频信号施加到驱动电极103上时，谐振器主体101产生的机械振动，使得激光的相位发生变化，进而可以通过对激光相位变化的分析实现对谐振器主体101的振动分析，从而实现对谐振器主体101机械形变的光学探测，以便提取相对应的射频信号。

此外，本发明实施例还提供了一种射频信号接收设备，包括射频信号接收器和本发明任一实施例提供的射频信号探测装置；

其中，射频信号接收器与射频信号探测装置中的机电谐振器连接，射频信号接收器用于接收射频信号并将射频信号施加至机电谐振器。

该射频信号接收设备可以为基站和手机等，射频信号接收器可以为射频天线。

本发明实施例所提供的射频信号接收设备，包括本发明实施例所提供的射频信号探测装置，具备相应的功能和有益效果。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种射频信号探测装置，其特征在于，包括：

机电谐振器，用于与射频信号接收器连接，且在所述射频信号接收器向所述机电谐振器施加射频信号时产生机械振动；

光学探测器，置于所述机电谐振器至少一侧，用于探测所述机电谐振器的机械形变。

2.根据权利要求1所述的射频信号探测装置，其特征在于，所述机电谐振器的固有频率与所述射频信号的频率一致。

3.根据权利要求1所述的射频信号探测装置，其特征在于，所述机电谐振器的固有频率可调。

4.根据权利要求1所述的射频信号探测装置，其特征在于，所述光学探测器包括激光干涉仪。

5.根据权利要求1所述的射频信号探测装置，其特征在于，所述机电谐振器为压电谐振器，所述机电谐振器包括压电薄膜和至少一层电极，或者衬底和至少一层电极；

其中，所述压电薄膜包括相对的第一表面和第二表面，所述第一表面一侧和/或所述第二表面一侧形成有所述电极，所述至少一层电极用于与所述射频信号接收器连接。

6.根据权利要求5所述的射频信号探测装置，其特征在于，所述光学探测器置于一所述电极远离所述压电薄膜的一侧。

7.根据权利要求5所述的射频信号探测装置，其特征在于，所述光学探测器包括探测光发射部和探测光接收部，所述压电薄膜还包括第三表面和第四表面；

所述探测光发射部置于所述第三表面一侧，所述探测光接收部置于所述第四表面一侧，所述探测光发射部用于向所述第三表面发射探测光，所述探测光接收部用于接收通过所述压电薄膜的所述探测光。

8.根据权利要求1所述的射频信号探测装置，其特征在于，所述机电谐振器为静电谐振器，所述机电谐振器包括：

谐振器主体；

偏压电极板，置于所述谐振器主体的一侧，包括至少一块偏压电极，所述偏压电极用于为所述谐振器主体提供偏置电压；

驱动电极，置于所述谐振器主体的一侧；在垂直于所述谐振器主体所在平面的方向上，所述驱动电极与所述谐振器主体相交叠；所述驱动电极与所述谐振器主体之间具有间隙，所述驱动电极用于与所述射频信号接收器连接；

导电固定块，与所述谐振器主体电连接，用于支撑所述谐振器主体，且将所述谐振器主体固定于所述偏压电极板上。

9.根据权利要求8所述的射频信号探测装置，其特征在于，所述光学探测器与所述谐振器主体相对设置。

10.一种射频信号接收设备，其特征在于，包括射频信号接收器和如权利要求1-9任一所述的射频信号探测装置；

其中，所述射频信号接收器与所述射频信号探测装置中的机电谐振器连接，所述射频信号接收器用于接收射频信号并将所述射频信号施加至所述机电谐振器。