CN101884151B - 便携式无线电装置及电池组配置 - Google Patents

Abstract

一种在爆炸性环境应用中有利于更高的可用发射功率的便携式无线电装置及电池组配置包括：无线电设备(302)和可拆移地附连到所述无线电设备的电池组(304)。所述电池组包括音频功率放大器(346)和射频(RF)功率放大器(356)中的至少一个，以及用于向所述无线电设备和向所述音频功率放大器和RF功率放大器中的至少一个供电的电池(306)。

Description

便携式无线电装置及电池组配置

技术领域

本发明总体上涉及无线电通信领域，更特别地涉及本质安全的便携式无线电系统。

背景技术

便携式无线电系统有时用在潜在爆炸性环境中。

应该将用在潜在爆炸性环境中的便携式无线电系统设计为满足通常被称作ATEX的欧洲联盟的欧洲议会和理事会指令94/9/EC的安全性标准，其中ATEX来源于法语词ATmosphères EXplosibles。可将满足ATEX标准的便携式无线电系统称作具有“本质安全”级别。当具有本质安全级别的便携式无线电系统在爆炸性环境中操作时，使爆炸性环境点火的可能性很小。

图1为公知的便携式无线电系统101的简化图的剖开立体图100。公知的便携式无线电系统101包括公知的无线电设备102和公知的电池组104。公知的电池组104包括电池106和限流保护电路108。公知的电池组104具有接口系统110，用于与公知的无线电系统102上的互补接口系统(未示出)耦合。接口系统110包括逻辑接触111，和包括正接触112和负接触114的直流(DC)电源接触。在公知的电池组104内，正接触112和负接触114分别连接到电池106的正端子和负端子。公知的无线电设备102还包括显示器122、小键盘124、频道选择旋钮126、音量控制旋钮128、天线132、音频功率放大器146、扬声器148、射频功率放大器156以及其它电子器件(未示出)。

利用本质安全的无线电系统，任何暴露于爆炸性环境中的短路电能不应该引起点火。应将在DC电源接触的打火花限制到足够低的能量使得即使当在公知的便携式无线电系统101中存在组件故障和/或短路时，爆炸性环境也不会点火。如果公知的便携式无线电系统101落入爆炸性环境中，或者当公知的无线电设备102和公知的电池组104在爆炸性环境中彼此断开或重新连接时，可能在接口系统110的DC电源接触处发生打火花。低到1.5安培的打火花电流能够具有足够的能量来使爆炸性环境点火。

限制短路电能的公知方法利用快速限流保护电路108以在接触短路条件下将电流限制到小于大约1安培，由此降低点火能量“允许通过(let through)”发生的可能性。短语“接触短路”意指可导致足够引起点火的能量的接触之间的任何电流通路。术语“允许通过”意指在限流保护电路能够中断或者降低接触电流之前，在接触可用的能量的量。然而，限制点火能量的电路存在至少一个缺点。为了充分限制可用的短路点火能量，电流限制阈值应该相对低且也极其快。然而，正常操作的公知的无线电设备102可向电池组104要求高峰值DC电流，以用于无线电发射机的正常运行。典型地，取决于电容，在无线电设备102内的发射机需要1.0安培到1.8安培。用于防止点火的允许通过的能量限制和用于完全支持正常的无线电发射的允许通过的能量能力可能重叠，因此是麻烦的。当考虑实际复杂的电路容差时，该重叠变得更加麻烦。用于防止点火的能量限制和用于完全支持正常的无线电发射的能量能力的互相冲突的需求，导致无线电设计性能的折衷，包括将发射机输出RF功率限制到非期望低的水平。限流保护电路应该具有低的能量跳闸阈值以防止点火。限流保护电路应该具有高的能量跳闸阈值以支持全功率下的无线电传输。在试图防止这两个需求重叠时，便携式无线电系统的性能可能退化。

对这个问题，公知的解决方案是使得电路容差尽可能小，且将无线电电路电流要求优化到尽可能低，尤其是在发射峰值功率情况下。然而，即使经过这些努力，防止点火的允许通过能量限制和完全支持正常的无线电发射的允许通过能量能力也会重叠，因此，出现次优的性能。

图2为公知的便携式无线电系统101的简化的功能框图200。公知的无线电设备102包括接收机140和发射机150。接收机140和发射机150耦合到发射/接收切换器134。发射/接收切换器134耦合到天线132。公知的无线电设备102的其它的电子器件160包括接收机电路142、音频合成音频驱动器144、载波合成电路152、调制器和射频驱动器154、微处理器170、与显示器122关联的电路172、与小键盘124关联的电路174，以及与附件(未示出)关联的电路176。在图2中，公知的电池组104的正接触112和负接触114被示出为分别耦合到公知的无线电设备102的正接触182和负接触184。

因此，存在克服如上面所讨论的现有技术中的问题的需求。

发明内容

简而言之，根据本发明，公开了一种便携式无线电系统，所述便携式无线电系统包括无线电设备，和可拆移地附连到所述无线电设备的电池组。所述电池组包括用于增大来自所述无线电设备的信号的功率的RF功率放大器，和用于向所述RF功率放大器和向所述无线电设备供电的电池。

在另一个实施例中，公开了一种电池组，所述电池组包括RF功率放大器和音频功率放大器中的一个；电池，其耦合到所述RF功率放大器和所述音频功率放大器中的一个；以及耦合到所述电池的接口系统。所述接口系统包括用于将来自所述电池组的DC功率提供给无线电设备的DC电源接口，其中所述无线电设备与所述电池组分离，且可拆移地附连到所述电池组。

在另一个实施例中，公开了一种发射机，所述发射机包括无线电设备中的RF驱动器，电池组中的RF功率放大器，以及在所述无线电设备用于可拆移地将所述无线电设备附连到所述电池组的装置。所述RF功率放大器用于增大来自所述RF驱动器的信号的功率。所述电池组与所述无线电设备是分离的。

附图说明

在附图中，遍及独立的视图相似的附图标记指相同的或者功能上相似的元素，且附图与下面的详细描述一起被合并并形成说明书的部分，用于进一步说明各个实施例和用于解释完全根据本发明的各个原理和优势。

图1为公知的便携式无线电系统的简化图的剖开立体图，其中所述便携式无线电系统包括公知的无线电设备和公知的电池组；

图2为图1中公知的便携式无线电系统的简化的功能框图；

图3为根据本发明的便携式无线电系统的简化图的立体图，所述便携式无线电系统包括无线电设备和电池组；

图4为图3的电池组的简化图的剖视图；

图5为图3的便携式无线电系统的简化的功能框图；

图6为便携式无线电系统的可替代实施例的简化图的立体图，其中所述便携式无线电系统的可替代实施例包括所述无线电设备的可替代实施例和所述电池组的可替代实施例；以及

图7为图6的电池组的可替代实施例的简化图的剖视图。

具体实施方式

根据需要，在这里公开了本发明的详细实施例。然而，应理解的是所公开的实施例仅是可以以多种形式具体实施的本发明的例子。因此，这里公开的特定结构的和功能的细节不应被理解为限制，而是仅作为用于权利要求的基础和作为用于教导本领域技术人员以实际上任何适当详细结构不同地具体实施本发明的代表性基础。此外，在这里所用的术语和短语并不企图限制；而是提供对本发明的可理解的描述。

如这里所用的术语“一个”被定义为一个或多于一个。如这里所用的术语“多个”被定义为两个或多于两个。如这里所用的术语“另一个”被定义为至少第二个或者更多。如这里所用的术语“包括”和/或“具有”被定义为“包含”(即，开放的语言)。如这里所用的术语耦合被定义为连接，然而不必是直接地连接，和不必是在机械地连接。

术语“便携式无线电系统”意在广泛地覆盖多种类型的设备，所述设备可以无线地发射信号，并且可选地，可无线地接收信号，并且也可与无线通信系统结合操作。例如，并不为了任何限制目的，便携式无线电系统可包括下列中的任一个或者组合：双向无线电装置、移动电话、无线电话、蜂窝电话、无绳电话、双向寻呼机、无线消息收发设备、膝上型电脑/计算机、自动网关、家用网关，以及无线接口卡。

图3为根据本发明的便携式无线电系统301的简化图的立体图。便携式无线电系统301包括无线电设备302和电池组304。电池组304可拆移地附连到无线电设备302。在图3中，电池组304被示为可从无线电设备302拆卸。无线电设备302包括显示器322、小键盘324、附件端口325以及其它电子器件(未示出)。在便携式无线电电力系统中，仅存在少量需要高峰值DC功率的组件。要求高峰值输入DC功率的电路组件为向天线提供RF功率的射频(RF)功率放大器，和向扬声器提供音频功率的音频功率放大器。有利地，无线电设备302既不包括音频功率放大器，也不包括RF功率放大器，并且作为结果，无线电设备302比包括公知的无线电设备102的公知的无线电设备消耗更少的电流。

电池组304包括电池306(见图4)、天线332、频道选择旋钮326，以及音量控制旋钮328。电池组304具有用于可拆卸地与无线电设备302上的互补接口系统(见图5)耦合的接口系统310。接口系统310包括DC电源接口311(其包括正接触312和负接触314)、逻辑接口315、316和317、同轴接口318，及另一个同轴接口319。在电池组内，电池组304的接口系统310的正接触312和负接触314连接到电池306的相应端子。无线电设备302的互补接口系统具有对应于电池组304的正接触312、负接触314、逻辑接口315、316和317、同轴接口318，及另一个同轴接口319的接口(见图5)。当无线电设备302和电池组304在机械上附连到一起时，电池组304的接口系统310和无线电设备302的互补接口系统紧密配合在一起。

图4为电池组304的简化图的剖视图，在该剖视图中可看到电池306。如在这里所用的术语“电池”包括单电池单元电池和多电池单元电池。如在这里所用的术语“电池单元”包括任何类型的电化学电池单元，电化学电池单元包括电解电池单元、原电池单元、伏打电池单元、燃料电池单元以及液流电池单元。电池组304也包括耦合到电池306的限流保护电路308。限流保护电路308检测非正常的电流水平，且充分限制并降低接触电流和允许通过能量以防止任何点火。在2006年12月5日以Geren等人名义发布的，题为“BATTERY PROTECTIONCIRCUIT FOR SIMULATING AN OVERCURRENT CONDITIONBASED ON BATTERY CURRENT FLOW”的U.S.专利号7,145,313中描述了限流保护电路。

根据本例子，电池组304进一步包括扬声器348、耦合到电池306和扬声器308的音频功率放大器346、耦合到电池306和天线332的RF功率放大器356，以及另一个附件端口327。同轴接口318在电池组304内耦合到RF功率放大器356的输入355(见图5)。RF功率放大器356的输入355(见图5)通过无线电设备302的同轴接口368接收来自无线电设备302的调制的信号。电池组304的同轴接口319通过在电池组内的连接耦合到天线332。无线电设备302上的相应的同轴接口369(见图5)与电池组304上的同轴接口319紧密配合。电池组304的逻辑接口317与无线电设备302的逻辑接口367紧密配合。音频功率放大器346和RF功率放大器356被布置在电池组304中而不是在无线电设备302中的结果是，与在公知的电池组和公知的无线电设备间流过的电流相比，较少的电流流过电池组的正接触312和负接触314(且在无线电设备上，较少的电流流过分别与此紧密配合的正接触和负接触)。在无线电设备302和电池组304之间流过较少的电流的结果是，在无线电设备302和电池组304之间的接口系统310发生火花的可能性降低，且因此点火爆炸性环境的可能性降低。

图5为便携式无线电系统301的简化功能框图501。根据本例子，无线电设备302包括接收机340和发射机350。接收机340和发射机350耦合到发射/接收切换器334。无线电设备302包括接收机电路342、音频合成音频驱动器344、载波合成电路352、调制器及射频驱动器354、微处理器370、与显示器322关联的电路372、与小键盘324关联的电路374，以及与附件(未示出)关联的电路376。无线电设备302的互补接口系统包括逻辑接口367、同轴接口368、另一个同轴接口369，以及包括正接触382和负接触384的DC电源接口。在图5中，电池组304的正接触312和负接触314被示出分别耦合到无线电设备302的正接触382和负接触384。与电池组304的另一个同轴接口319紧密配合的无线电设备302的另一个同轴接口369，在无线电设备302中，耦合到接收机电路342的输入。接收机电路342的输入通过同轴接口369接收来自电池组304上的天线332的RF信号。音频合成音频驱动器344的输出343经由电池组304上的逻辑接口317和经由无线电设备302上的接口367耦合到音频功率放大器146的输入145。电池组304的接口系统310上的逻辑接口315和316(见图3)用作多种控制目的，例如，但是不限于：调整功率放大器增益，和调整音频放大器增益。

图6为便携式无线电系统601的可替代实施例的简化图的立体图，其中所述便携式无线电系统的可替代实施例包括无线电设备602的可替代实施例和电池组604的可替代实施例。电池组604的可替代实施例可拆移地附连到无线电设备602的可替代实施例。在图6中，电池组604的可替代实施例和无线电设备602的可替代实施例被示出没有彼此附连在一起。无线电设备602的可替代实施例包括显示器622、小键盘624、附件端口625、频道选择旋钮626、音量控制旋钮628、音频功率放大器(未示出)、扬声器(未示出)以及其它电子器件(未示出)。有利地，无线电设备602的可替代实施例不包括RF功率放大器。无线电设备602的可替代实施例的组件与无线电设备302的相似命名的组件用作相同的功能；因此，不再进一步详细地描述无线电设备602的可替代实施例的这样的组件。

电池组的可替代实施例包括电池606(见图7)、天线632，以及另一个附件端口627。电池组604的可替代实施例具有用于可拆卸地与无线电设备602的可替代实施例上的补充接口系统(未示出)耦合的接口系统610。接口系统610包括DC电源接口611(其包括正接触612和负接触614)、逻辑接口615和616、同轴接口618，以及另一个同轴接口619。电池组604的接口系统610上的逻辑接口615和616(见图6)用于多种控制目的，例如，但是不限于：调整功率放大器增益，及调整音频放大器增益。电池组604的可替代实施例的组件与电池组304的相似命名的组件用作相同的功能；因此，不再进一步详细地描述电池组304的可替代实施例的这样的组件。

图7为电池组604的可替代实施例的简化图的剖视图，其中可看到电池606。电池组604的可替代实施例还包括耦合到电池606的限流保护电路608，以及耦合到限流保护电路608和天线632的RF功率放大器656。

根据本发明的便携式无线电系统301消除了公知的便携式无线电系统的性能约束问题。通过在电池组304和无线电设备302之间重新分布峰值功率要求组件，在接口系统310的峰值电流和峰值“允许通过”能量限制被降低。电池组304和无线电设备302之间的功率要求组件的其他重新分布是可预见的。

对电池组304重新分布峰值功率组件的结果是，与诸如接口系统110的公知的电池组对无线电设备接口系统相比，电池组304的接口系统310具有另外的接口。这些另外的接口包括，但不限于，用于音频信号、RF信号、调制信号以及控制信号的接口。便携式无线电系统301的多种实施例使用下列技术中的一个或者多个来管理在电池组对无线电设备边界上的另外接口：a)电接触的直接电连接可用于这些信号中的任一个；b)RF信号可以是通过空中无线地耦合，例如使用紧密地耦合的线圈或者紧密耦合的波导管；c)音频、调制及控制信号可以使用诸如蓝牙的短距离无线来无线地耦合；d)音频信号可以是使用紧密地耦合的音频“管线”，例如使用电感的或者电容的耦合在接口310上无线地传输(ported)；e)在接口上可以通过光束的调制耦合信号。其它的接口耦合技术是可预见的。便携式无线电系统301期望在电池组304中布置功率要求组件和使用多种接口耦合技术的任何组合。

通过重新配置便携式无线电系统301，使得RF功率放大器356和/或音频功率放大器346不对电池组对无线电设备DC电源接口311加负担，极大地降低了在DC电源接口需要的峰值功率。RF功率放大器356和/或音频功率放大器346所需要的峰值电流，由电池组304内的电池306和安全电路308提供。这在峰值DC功率没有穿过无线电设备302的外部边界的情况下完成，在便携式无线电系统301内组件的这种新分布的结果是，降低了在DC电源接口311的峰值对平均的功率需求。便携式无线电系统301解决了公知的便携式无线电系统的峰值功率需求和点火能量需求之间的问题冲突。例如，在典型的公知的便携式无线电系统101中，在接口系统110的峰值电流可达到2.5安培。这个大的峰值电流值太高，而不能保证如果接触在电学上短路，爆炸性环境将不发生点火。然而，利用便携式无线电系统301，典型地在接口系统310的峰值电流最大值仅0.5安培。使用高速限流电路，恰好在防止点火的合理范围内。利用便携式无线电系统301，在不降低RF或音频功率输出性能的条件下，在接口系统310的峰值电流有利地降低到原来的1/5。RF功率放大器356和音频功率放大器346仅代表便携式无线电系统301的总费用的小部分。音频功率放大器346和RF功率放大器356可花费相对低的费用负担。因此，当取代包括音频功率放大器346和RF功率放大器356的电池组304时，取代费用负担是不大的。

功率RF放大器356消耗大约2.0安培。音频功率放大器346消耗大约0.4安培。其它的电路和附件消耗大约1.6安培。例如，微处理器消耗大约250毫安到500毫安，显示器的背光消耗大约200毫安到300毫安，且可选的“man-down”特征消耗大约460毫安。可替代地，便携式无线电系统301包括内置的闪光灯和彩色而不是单色的显示器。有利地，在点火能量允许通过的发生的最小可能性的条件下，便携式无线电系统301消耗可高达大约4.0安培。

有利地，与公知的限流保护电路，诸如公知的电池组104的限流保护电路108相比，根据本发明的限流保护电路308可以是更简单的，因此可消耗较少的电流。因为不包括RF功率放大器356的无线电设备302比诸如公知的无线电设备102的公知的无线电设备消耗较少的电流，所以限流保护电路308比公知的电池组104的限流保护电路108更简单。

可以以ATEX便携式无线电装置，和以其中短路电路能量应该被限制以防止在灵敏的使用环境中点火或点燃的相似的安全相关的产品方式来使用便携式无线电系统301。

虽然已经公开了本发明的特定的实施例，但是本领域技术人员应理解在不偏离本发明精神和范围的前提下可对特定的实施例作出改变。因此，本发明的范围并不限制于特定的实施例，而是意在所附权利要求覆盖本发明范围内的任何或者所有的这些应用、修改，和实施例。

Claims (8)

1.一种便携式无线电系统，包括：

无线电设备；以及

可拆移地附连到所述无线电设备的电池组，所述电池组包括射频(RF)功率放大器和电池，所述射频(RF)功率放大器用于增大耦合到所述射频(RF)功率放大器的输入的信号的功率，所述电池用于向所述射频(RF)功率放大器和所述无线电设备供电，其中所述无线电设备包括接收机电路和发射机电路，且其中所述发射机电路不包括射频(RF)功率放大器，并且其中所述电池组包括耦合系统，所述耦合系统用于将所述电池组中的所述射频(RF)功率放大器可拆卸地耦合到所述无线电设备中的所述发射机电路。

2.根据权利要求1所述的便携式无线电系统，其中所述电池组包括耦合到所述射频(RF)功率放大器的天线接口。

3.根据权利要求1所述的便携式无线电系统，其中所述电池组包括耦合到所述电池的音频功率放大器和耦合到所述音频功率放大器的扬声器。

4.根据权利要求1所述的便携式无线电系统，包括接收机和发射机，所述发射机进一步包括所述发射机电路和所述射频(RF)功率放大器，所述接收机进一步包括所述接收机电路和音频功率放大器，其中所述无线电设备包括所述接收机电路和所述发射机电路，且其中所述电池组包括所述射频(RF)功率放大器和所述音频功率放大器。

5.一种电池组，包括：

射频(RF)功率放大器；

耦合到所述射频(RF)功率放大器的电池；以及

耦合到所述电池的接口系统，所述接口系统包括用于将来自所述电池组的DC功率提供给无线电设备的DC电源接口，其中所述无线电设备与所述电池组分离，且可拆移地附连到所述电池组，

其中所述射频(RF)功率放大器具有用于接收来自无线电设备的调制的信号的输入，并且其中所述接口系统包括耦合到所述射频(RF)功率放大器的所述输入的接口。

6.根据权利要求5所述的电池组，包括音频功率放大器，所述音频功率放大器具有用于接收来自无线电设备的音频信号的输入，且其中所述接口系统包括耦合到所述音频功率放大器的所述输入的接口。

7.根据权利要求5所述的电池组，包括用于可拆移地将所述电池组附连到无线电设备的装置。

8.一种发射机，包括：

无线电设备中的射频(RF)驱动器；

电池组中的射频(RF)功率放大器，所述射频(RF)功率放大器用于增大来自所述射频(RF)驱动器的信号的功率，所述电池组与所述无线电设备分离；以及

在所述无线电设备用于可拆移地将所述无线电设备附连到所述电池组的装置。

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