CN113285731B - 信号传输装置与电缆连接电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种信号传输装置与电缆连接电路，所述信号传输装置包括射频处理电路以及电缆连接电路。电缆连接电路包括第一扼流电感、第一旁路电容、第一耦合电容以及第二旁路电容。第一扼流电感的一端耦接在射频收发器的收发端，第一扼流电感的另一端耦接射频天线控制器的第一控制端，且收发端耦接第一导体。第一旁路电容耦接在第一扼流电感的第二端以及数字接地端之间。第一耦合电容耦接在数字接地端以及射频接地端之间，第二导体在射频电缆的第二连接端处耦接射频接地端以及射频天线控制器的第二控制端。第二旁路电容耦接在射频天线控制器的第二控制端以及数字接地端之间。

Description

信号传输装置与电缆连接电路

技术领域

本发明涉及一种射频天线的信号传输技术，尤其涉及一种通过射频电缆对主动式天线收发控制信息的信号传输装置与电缆连接电路。

背景技术

现今的电子装置常具备无线通信功能而配置天线。为使天线在有限空间内实现多频、超宽带或是符合人体辐射接收规范的设计，天线会更进一步整合其他电路而成为主动式天线，进而实现多频段、高效率等高效能或多功能的规格。

另一方面，电子装置通常使用同轴电缆作为射频电缆(RF cable)，以从主动式天线收发射频信号。若是电子装置要对主动式天线收发相应的控制信号，则需要另外装设导线或电缆来实现主动式天线的控制。因此，若是电子装置需要控制主动式天线或是通过主动式天线来感测外部环境的话，将无可避免地增加用于传输控制信号的连接导线与连接器的成本，却也因此而占用电子装置中的部分印刷电路板空间作为信号传输端点。

发明内容

本发明提供一种信号传输装置，其通过射频电缆将控制信号传递给主动式天线模块，或从主动式天线模块传递信号到射频天线控制器，且在不调整射频电缆的结构的情况下调整射频电缆两端的电缆连接电路，从而节省了用于传递控制信号的电线的相关成本且避免占用电子装置中的部分印刷电路板空间作为信号传输端点。

本发明实施例的信号传输装置包括射频处理电路以及电缆连接电路。射频处理电路耦接射频电缆的第一连接端。射频处理电路具备第一收发端以及第二收发端。第一收发端耦接射频电缆中的第一导体且第二收发端耦接射频电缆中的第二导体。电缆连接电路耦接射频电缆的第二连接端、射频收发器以及射频天线控制器。电缆连接电路包括第一扼流电感、第一旁路电容、第一耦合电容以及第二旁路电容。第一扼流电感的一端耦接在射频收发器的收发端，第一扼流电感的另一端耦接射频天线控制器的第一控制端，且收发端耦接第一导体。第一旁路电容耦接在第一扼流电感的另一端以及数字接地端之间。第一耦合电容耦接在数字接地端以及射频接地端之间。第二导体在射频电缆的第二连接端处耦接射频接地端以及射频天线控制器的第二控制端。第二旁路电容耦接在射频天线控制器的第二控制端以及数字接地端之间。

本发明实施例的电缆连接电路适用于射频电缆的连接端、射频收发器以及射频天线控制器的电子装置。电缆连接电路包括第一扼流电感、第一旁路电容、第一耦合电容以及第二旁路电容。第一扼流电感的一端耦接在射频收发器的收发端，第一扼流电感的另一端耦接射频天线控制器的第一控制端，且收发端耦接射频电缆的第一导体。第一旁路电容耦接在第一扼流电感的另一端以及数字接地端之间。第一耦合电容耦接在数字接地端以及射频接地端之间。射频电缆的第二导体在射频电缆的连接端处耦接射频接地端以及射频天线控制器的第二控制端。第二旁路电容耦接在射频天线控制器的第二控制端以及数字接地端之间。

基于上述，本发明实施例所述的信号传输装置与电缆连接电路通过射频电缆中互不接触两个导体(也就是，射频电缆中的内部导线以及外部的网状导电体)、且利用电容在高频信号域具有低阻抗特性进而产生虚拟短路以及电感在高频信号域具有高阻抗特性进而产生虚拟断路的效果，以将电子装置中的射频收发器的高频信号能通过天线来接收与发射，并使射频天线控制器与主动式天线模块间能通过射频电缆交换控制信号。借此，在不调整射频电缆的结构的情况下调整射频电缆两端的电缆连接电路和/或射频处理电路，便可通过此射频电缆来传递主动式天线模块的控制信号或主动天线所获得的感测信号，而不需另外增加用于传输控制信号或感测信号的连接导线、连接器与印刷电路板上的端点，从而节省了用于传递控制信号的电线的相关成本且避免占用电子装置中的部分印刷电路板空间作为信号传输端点。

附图说明

图1是依照本发明第一实施例的一种信号传输装置的示意图；

图2是依照本发明第二实施例的一种信号传输装置的详细示意图；

图3是图2的信号传输装置在高频信号域时各组件连接关系的示意图；

图4是图2的信号传输装置在低频信号域时各组件连接关系的示意图。

附图标记说明

100、200：信号传输装置；

110、210：射频处理电路；

112：射频数字电路；

114：第二耦合电容；

120、220：电缆连接电路；

121：第一扼流电感；

122：第一旁路电容；

123：第一耦合电容；

124：第二旁路电容；

130：射频电缆；

131：射频电缆的第一连接端；

132：射频电缆的第二连接端；

133：射频电缆的第一导体；

134：射频电缆的第二导体；

140：射频收发器；

150：射频天线控制器；

160：天线；

212、225：直流阻挡电容；

213：第二扼流电感；

214：第三旁路电容；

215：第四旁路电容；

TN1：射频处理电路的第一收发端；

TN2：射频处理电路的第二收发端；

TN3：射频收发器的收发端；

TN11：数字电路的射频输出端；

TN12：数字电路的第二控制信号接收端；

TN13：数字电路的第一控制信号接收端；

GNDrf：射频接地端；

GNDdig：数位接地端；

CN1：射频天线控制器的第一控制端；

CN2：射频天线控制器的第二控制端；

P1-P3：路径。

具体实施方式

现将详细地参考本发明的示范性实施例，示范性实施例的实例说明于附图中。只要有可能，相同组件符号在附图和描述中用来表示相同或相似部分。

图1是依照本发明第一实施例的一种信号传输装置100的示意图。信号传输装置100适用于具备天线160的电子装置中，且此电子装置利用射频电缆130以传输天线160所收发的射频信号。

本实施例的天线160可以是被动式天线，或是天线160与射频处理电路110可相互整合以作为主动式天线，例如是可调式天线(tunable antenna)或混合式天线(hybridantenna)，应用本实施例者可依其需求采用不同类型的天线来实现，例如，具备有可调整式指向性天线、可改变波束扫描方向的电子扫描天线数组、可通过控制信号来调整频率响应或滤波强度的天线等。

信号传输装置100主要包括射频处理电路110以及电缆连接电路120。在本实施例中，电子装置中的射频处理电路110与电缆连接电路120之间使用射频电缆130连接。射频处理电路110耦接射频电缆130的第一连接端131。射频处理电路110还耦接至天线160。电缆连接电路120耦接射频电缆130的第二连接端132、射频收发器140以及射频天线控制器150。也就是说，射频电缆130的第一连接端131用来连接射频处理电路110，射频电缆130的第二连接端132用来连接电缆连接电路120。射频处理电路110具备第一收发端TN1以及第二收发端TN2。第一收发端TN1耦接射频电缆130中的第一导体133，且第二收发端TN2耦接射频电缆130中的第二导体134。

本实施例的射频电缆130是以同轴电缆实现。同轴电缆具备最内里的内部导线(对应本案实施例所述的第一导体133)、铺设于内部导线上的绝缘体(通常以塑料材质构成)、位于绝缘体外层的网状导电体(对应本案实施例所述的第二导体134)、以及最外层的绝缘材料。内部导线通常为铜线。

本实施例的电缆连接电路120、射频收发器140以及射频天线控制器150可设置于同一个印刷电路板上，并且利用电缆连接电路120作为与射频电缆130的第二连接端132相连的端口。射频收发器140用以通过射频电缆130接收来自或传送至天线160的射频信号。射频天线控制器150用以从其第一控制端CN1与第二控制端CN2产生控制信号，从而通过射频电缆130控制主动式天线的射频处理电路110。另一方面，射频天线控制器150也可以从其第一控制端CN1或第二控制端CN2，通过射频电缆130接收来自主动式天线中射频处理电路110的感测信号。射频天线控制器150可能受控于电子装置中的母板控制器或其他处理器。

电缆连接电路120主要耦接射频电缆130的第二连接端132、射频收发器140以及射频天线控制器150。电缆连接电路120包括第一扼流电感121、第一旁路电容122、第一耦合电容123以及第二旁路电容124。第一扼流电感121的一端耦接在射频收发器140的收发端TN3。第一扼流电感121的另一端耦接射频天线控制器150的第一控制端CN1。射频收发器140的收发端TN3耦接射频电缆130的第一导体133(也就是，射频电缆130的内部导线)。第一旁路电容122耦接在第一扼流电感121的另一端以及数字接地端GNDdig之间。

第一耦合电容123耦接在数字接地端GNDdig以及射频接地端GNDrf之间。射频电缆130的第二导体134(也就是，射频电缆130的网状导电体)在射频电缆130的第二连接端132处耦接射频接地端GNDrf以及射频天线控制器150的第二控制端CN2。第二旁路电容124耦接在射频天线控制器150的第二控制端CN2以及数字接地端GNDdig之间。

本实施例的数字接地端GNDdig用以作为电子装置中的内部***接地端，射频接地端GNDrf则是用以作为电子装置中射频电缆130与主动式天线的射频接地端。这两个接地端因未直接相连而有不同的电压电平，因此本实施例特别标示这两种不同的接地端，并利用适当设计的第一耦合电容123相互耦接，以达到两者的高频电压电平相当。

借此，本发明实施例所述的信号传输装置100与电缆连接电路120通过射频电缆130中互不接触两个导体133、134(也就是，射频电缆130中的内部导线以及外部的网状导电体)、且利用电容(如，第一旁路电容122、第一耦合电容123以及第二旁路电容124)在高频信号域产生虚拟短路以及电感(如，第一扼流电感121)在高频信号域产生虚拟断路的效果，以将射频收发器140所需要传送或接收的高频信号能通过包含天线160与射频处理电路110的主动式天线进行收发，并将射频天线控制器150提供的控制信号或欲接收的感测信号通过射频电缆130与主动式天线中的射频处理电路110相互交换。借此，本实施例在不调整射频电缆130的结构的情况下，调整射频电缆130中第二连接端132的电缆连接电路120与第一连接端131的射频处理电路110，便可通过此射频电缆130来传递主动式天线的控制信号或主动天线所获得的感测信号，而不需另外增加用于传输控制信号或感测信号的连接导线、连接器与印刷电路板上的端点，从而节省了用于传递控制、感测信号的电线的相关成本且避免占用电子装置中的部分印刷电路板空间作为信号传输端点。

射频处理电路110除了用来控制主动式天线的射频数字电路112以外，还包括第二耦合电容114。第二耦合电容114耦接在射频接地端GNDrf以及数字接地端GNDdig之间。

射频处理电路110还耦接至天线160。射频处理电路110利用第一收发端TN1以及第二收发端TN2以通过射频电缆130从射频天线控制器150的第一控制端CN1与第二控制端CN2获得控制信号，并依据此控制信号控制天线160；或是，通过射频电缆130、第一控制端CN1或第二控制端CN2来提供感测信号至射频天线控制器150。详细来说，射频天线控制器150所提供的控制信号或接收的感测信号是直流信号(或是，低频信号)，射频天线控制器150的第一控制端CN1通过第一扼流电感121耦接射频电缆130的第一导体133，且射频天线控制器150的第二控制端CN2直接耦接射频电缆130的第二导体134。

天线160所接收或发射的射频信号则是高频交流信号。因此，天线160所获得的或欲发射的射频信号会通过射频处理电路110的第一收发端TN1以及射频电缆130传输给或来自于射频收发器140的收发端TN3。

如此一来，在高频信号域时(也就是，在高频信号的传递情况下)，图1中的第一旁路电容122、第一耦合电容123、第二旁路电容124与第二耦合电容114的两端将会产生虚拟短路的效果，从而让射频接地端GNDrf以及数字接地端GNDdig的电压电平相同，并让射频电缆130的第二导体134连接到射频接地端GNDrf以及数字接地端GNDdig。另一方面，在高频信号域时(也就是，在高频信号的传递情况下)，图1中的第一扼流电感121的两端将会产生虚拟断路的效果，从而让图1中射频电缆130的第一导体133不会耦接到射频天线控制器150的第一控制端CN1，使得由天线160接收的射频信号或欲发射的射频信号能顺利地通过射频电缆130的第一导体133传递到或接收自射频收发器140的收发端TN3。也就是，在高频信号域时，从射频收发器140的收发端TN3看向第一扼流电感121的方向为高阻抗(highimpedance)状态。

在低频信号域时(也就是，在低频信号的传递情况下)，图1中的第一旁路电容122、第一耦合电容123、第二旁路电容124与第二耦合电容114的两端将会产生虚拟断路的效果，使得射频天线控制器150的第一控制端CN1与第二控制端CN2不会耦接到射频接地端GNDrf以及数字接地端GNDdig。射频接地端GNDrf与数字接地端GNDdig的直流电压电平可能因为第一耦合电容123与第二耦合电容114的断路而有所差异。并且，在低频信号域时(也就是，在低频信号的传递情况下)，图1中的第一扼流电感121的两端将会产生虚拟短路的效果，使得由射频天线控制器150的第一控制端CN1与第二控制端CN2产生的直流控制信号能够通过射频电缆130的第一导体133与第二导体134传递到射频处理电路110的第一收发端TN1以及第二收发端TN2。反之，由射频处理电路110的第一收发端TN1或第二收发端TN2产生的直流感测信号亦能通过射频电缆130的第一导体133或第二导体134传递到射频天线控制器150的第一控制端CN1或第二控制端CN2。

图2是依照本发明第二实施例的一种信号传输装置200的详细示意图。图1与图2之间的主要差异在于，图2中信号传输装置200的射频处理电路210与电缆连接电路220揭示更多符合本发明实施例的电路结构。

图2中的射频处理电路210除了射频数字电路112与第二耦合电容114以外，还包括直流阻挡电容212、第二扼流电感213、第三旁路电容214以及第四旁路电容215。射频数字电路112包括射频输出端TN11、第一控制信号接收端TN13以及第二控制信号接收端TN12。射频数字电路112的射频输出端TN11用以传送主动式天线160所获得的或欲发射的射频信号。射频数字电路112的第一控制信号接收端TN13以及第二控制信号接收端TN12用以接收射频天线控制器150所传递的控制信号。此外，第一控制信号接收端TN13或第二控制信号接收端TN12也用以传递射频天线控制器150所接收的感测信号。射频数字电路112的第二控制信号接收端TN12与射频处理电路210的第二收发端TN2直接耦接。

直流阻挡电容212耦接在射频处理电路210的第一收发端TN1以及射频数字电路112的射频输出端TN11之间。第二扼流电感213耦接在射频处理电路210的第一收发端TN1以及射频处理电路210的第一控制信号接收端TN13之间。第三旁路电容214耦接在射频处理电路210的第二收发端TN2以及数字接地端GNDdig之间。第四旁路电容215耦接在射频处理电路210的第一控制信号接收端TN13以及数字接地端GNDdig之间。电缆连接电路220还包括直流阻挡电容225。

图3是图2的信号传输装置200在高频信号域时各组件连接关系的示意图。请参照图3，在高频信号域时(也就是，在高频信号的传递情况下)，图3中的第一旁路电容122、第一耦合电容123、第二旁路电容124、第二耦合电容114、直流阻挡电容212、第三旁路电容214、第四旁路电容215与直流阻挡电容225的两端将会产生虚拟短路的效果，从而让射频接地端GNDrf以及数字接地端GNDdig的电压电平相同，并让射频电缆130的第二导体134通过第三旁路电容214连接到数字接地端GNDdig。并且，直流阻挡电容212与直流阻挡电容225不会阻挡由天线160接收的或欲发射的射频信号，使其从射频数字电路112通过射频缆线130传送到或接收自射频收发器140。

在高频信号域时(也就是，在高频信号的传递情况下)，图3中的第一扼流电感121与第二扼流电感213的两端将会产生虚拟断路的效果，从而让图2中射频电缆130的第一导体133不会耦接到射频数字电路112的第一控制信号接收端TN13。也就是，在高频信号域时，从射频处理电路210的第一收发端TN1看向第二扼流电感213的方向为高阻抗状态。因此，主动式天线160所获得的或欲发射的射频信号通过路径P1以从射频数字电路112的射频输出端TN11经过直流阻挡电容212、射频电缆130的第一导体133与直流阻挡电容225以让射频收发器140的收发端TN3接收或传递。

图4是图2的信号传输装置200在低频信号域时各组件连接关系的示意图。在低频信号域时(也就是，在低频信号的传递情况下)，图4中的第一旁路电容122、第一耦合电容123、第二旁路电容124、第二耦合电容114、直流阻挡电容212、第三旁路电容214、第四旁路电容215与直流阻挡电容225的两端将会产生虚拟断路的效果，在低频信号域时(也就是，在低频信号的传递情况下)，图4中的第一扼流电感121与第二扼流电感213的两端将会产生虚拟短路的效果。因此，图4中射频电缆130的第一导体133所传输的一部分控制信号通过路径P2以从射频天线控制器150的第一控制端CN1经过第一扼流电感121、射频电缆130的第一导体133、第二扼流电感213输入到射频数字电路112的第一控制信号接收端TN13。反之，射频数字电路112的第一控制信号接收端TN13的感测信号亦可通过路径P2到达射频天线控制器150的第一控制端CN1。图4中射频电缆130的第二导体134所传输的另一部分控制信号通过路径P3以从射频天线控制器150的第二控制端CN2经过射频电缆130的第二导体134输入到射频数字电路112的第二控制信号接收端TN12。反之，射频数字电路112的第二控制信号接收端TN12的感测信号亦可通过路径P3到达射频天线控制器150的第一控制端CN2。

本实施例的射频收发器140可用无线广域网(Wireless Wide Area Network；WWAN)收发器模块作为实现范例，应用本实施例者可依其需求来以不同应用的射频收发器140加以实现。本实施例所述的耦合电容(如，第一耦合电容123与第二耦合电容114)的电容值需要较大的数值才比较容易实现。在本实施例中，在数字接地端GNDdig以及射频接地端GNDrf之间的第一耦合电容123与第二耦合电容114可以由金属绝缘体金属(Metal-Insulator-Metal；MIM)电容组件来实现。

综上所述，本发明实施例所述的信号传输装置与电缆连接电路通过射频电缆中互不接触两个导体(也就是，射频电缆中的内部导线以及外部的网状导电体)、且利用电容在产生虚拟短路以及电感在高频信号域产生虚拟断路的效果，以将电子装置中的射频收发器的高频信号能通过天线来接收与发射，并使射频天线控制器与主动式天线模块间能通过射频电缆交换控制信号。借此，在不调整射频电缆的结构的情况下调整射频电缆两端的电缆连接电路和/或射频处理电路，便可通过此射频电缆来传递主动式天线模块的控制信号或主动天线所获得的感测信号，而不需另外增加用于传输控制信号或感测信号的连接导线、连接器与印刷电路板上的端点，从而节省了用于传递控制信号的电线的相关成本且避免占用电子装置中的部分印刷电路板空间作为信号传输端点。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (11)

1.一种信号传输装置，其特征在于，包括：

射频处理电路，耦接射频电缆的第一连接端，其中所述射频处理电路具备第一收发端以及第二收发端，其中所述第一收发端耦接所述射频电缆中的第一导体且所述第二收发端耦接所述射频电缆中的第二导体；以及

电缆连接电路，耦接所述射频电缆的第二连接端、射频收发器以及射频天线控制器，

其中，所述电缆连接电路包括：

第一扼流电感，其一端耦接在所述射频收发器的一收发端，所述第一扼流电感的另一端耦接所述射频天线控制器的第一控制端，且所述收发端耦接所述第一导体；

第一旁路电容，其耦接在所述第一扼流电感的所述另一端以及数字接地端之间；

第一耦合电容，其耦接在所述数字接地端以及射频接地端之间，其中所述第二导体在所述射频电缆的所述第二连接端处耦接所述射频接地端以及所述射频天线控制器的第二控制端；以及

第二旁路电容，其耦接在所述射频天线控制器的所述第二控制端以及所述数字接地端之间。

2.根据权利要求1所述的信号传输装置，其特征在于，所述射频处理电路还耦接至天线，所述射频处理电路利用所述第一收发端以及所述第二收发端以通过所述射频电缆从所述射频天线控制器的所述第一控制端与所述第二控制端获得控制信号，并依据所述控制信号控制所述天线，

所述天线所获得的射频信号通过所述射频处理电路的所述第一收发端以及所述射频电缆传输给所述射频收发器的所述收发端。

3.根据权利要求2所述的信号传输装置，其特征在于，所述控制信号是直流信号，所述射频信号是交流信号。

4.根据权利要求2所述的信号传输装置，其特征在于，所述天线与所述射频处理电路合称为可调式天线或混合式天线。

5.根据权利要求1所述的信号传输装置，其特征在于，所述射频处理电路包括第二耦合电容，所述第二耦合电容耦接在所述射频接地端以及所述数字接地端之间。

6.根据权利要求5所述的信号传输装置，其特征在于，所述射频处理电路还包括：

直流阻挡电容，耦接在所述射频处理电路的所述第一收发端以及射频输出端之间，其中所述射频输出端用以传送所述天线所获得的射频信号；

第二扼流电感，其耦接在所述射频处理电路的所述第一收发端以及所述射频处理电路的第一控制信号接收端之间；

第三旁路电容，其耦接在所述第二收发端以及所述数字接地端之间；以及

第四旁路电容，其耦接在所述射频处理电路的所述第一控制信号接收端以及所述数字接地端之间。

7.根据权利要求6所述的信号传输装置，其特征在于，所述射频处理电路的所述第二收发端作为所述射频处理电路的第二控制信号接收端，且所述射频处理电路通过所述第一控制信号接收端与所述第二控制信号接收端获得控制信号。

8.根据权利要求5所述的信号传输装置，其特征在于，所述第一耦合电容以及所述第二耦合电容皆是金属绝缘层金属电容组件。

9.根据权利要求1所述的信号传输装置，其特征在于，所述射频处理电路的所述第二收发端作为所述射频处理电路的第二控制信号接收端，且所述射频处理电路通过所述第一控制信号接收端与所述第二控制信号接收端获得控制信号。

10.根据权利要求1所述的信号传输装置，其特征在于，所述射频电缆是同轴电缆。

11.一种电缆连接电路，适用于包括射频电缆的连接端、射频收发器以及射频天线控制器的电子装置，其特征在于，所述电缆连接电路包括：

第一扼流电感，其一端耦接在所述射频收发器的收发端，所述第一扼流电感的另一端耦接所述射频天线控制器的第一控制端，且所述收发端耦接所述射频电缆的第一导体；

第一旁路电容，其耦接在所述第一扼流电感的所述另一端以及数字接地端之间；

第一耦合电容，其耦接在所述数字接地端以及射频接地端之间，其中所述射频电缆的第二导体在所述射频电缆的所述连接端处耦接所述射频接地端以及所述射频天线控制器的第二控制端；以及

第二旁路电容，其耦接在所述射频天线控制器的所述第二控制端以及所述数字接地端之间。

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