CN104467693A - 一种通讯信号补偿器及补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种通讯信号补偿器及方法，包括信号探测器、补偿开关和信号放大电路以及输出接口，通过信号探测器来探测当前的信号强度，当信号微弱到一定的阈值时，则开启补偿开关，通过信号放大电路对信号进行放大，而且信号放大的比例与信号强弱成比例，该信号补偿器可以通过输出接口与手机、电脑或者其他需要无线上网的电子设备连接，根据网络信号的强弱自动开启并进行信号补偿。该方案具有探测信号强度和信号放大功能，且具有智能自动信号补偿开启功能，不需要加入其它额外操作，该方案中信号放大电路中使用的是砷化镓射频放大器，具有响应速度快，放大倍数高，对通讯波段感应灵敏，对环境适应能力强等诸多优点。

Description

一种通讯信号补偿器及补偿方法

技术领域

本发明涉及一种信号补偿的放大器，具体地说是一种通讯信号补偿器及补偿方法。

背景技术

随着网络技术的发展，数字通信影响了人们的日常生活，如手机、电脑等电子设备的上网应用日益普及，已经成为人们日常生活中必不可少的一部分。目前全球拥有70亿人口，手机用户超过60亿，由此可见人们的生活与通讯密不可分。但是很多地区因为基础建设不发达，信号塔比较少，信号覆盖面较窄，存在通讯信号极弱的状况，无法满足正常的通讯要求，给人们的生活带来极大的不方便。即便在发达的城市里面也存在很多通讯死角，如电梯，地下车库等等，因此需要通讯信号补偿器来放大、增强微弱通讯信号，实现全方位无障碍实时通讯。

如中国专利文献CN2641956Y中公开了一种手机收发信号放大器，包括接收信号放大电路和发射信号放大电路，由接收天线、信号接收模块、以及过滤电路、功率放大电路、二级振荡稳定电路、信号放大电路、三级振荡稳定电路和信号发射模块组成，接收天线输出端与一级振荡稳定电路的输入端相连接，一级振荡稳定电路的输出端与功率放大电路的输入端连接，功率放大电路的输出端与二级振荡稳定电路的输入端连接，二级振荡稳定电路的输出端与信号放大电路的输入端连接，信号放大电路的输出端与三级振荡稳定电路的输入端连接，该方案可以为手机信号较弱的地区或场合增强信号，提高手机的接通率和通话质量。但是，该信号放大器在对信号进行放大时，根据预设的放大倍数执行信号放大，不管目前的网络信号是强还是弱，其功能均相同，由于有些地方的信号并不稳定，当该区域信号强时，并不需要放大，当该区域信号弱时，才需要放大，因此该设备在信号不稳定的区域使用时，当该区域信号强时，会造成资源浪费，当该区域信号弱时，信号的强弱程度并不稳定，该方案保持一个固定的放大倍数不变，容易导致放大后的信号也不稳定。此外，上述设备一般固定在某些信号弱或不稳定的区域，不利于随身携带，实时发挥作用。目前砷化镓芯片几乎垄断了手机制造中的功率放大市场，而磷化铟射频与微波芯片则垄断了更为高端的军事和民用通讯系统。

在中国专利文献CN101053151A中公开了一种半导体器件及功率放大器，在输入端子和输出端子之间并联连接多个放大电路以构成半导体器件，放大电路由HBT、在输入端子和HBT的基极之间连接的振荡稳定电路、在偏置端子和HBT的基极之间连接的镇流电阻。在该方案中公开了一种使用HBT的放大器，虽然其可以实现对信号的放大，但是仍然无法实现根据信号的强弱来实现不同的放大程度。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术中的信号放大器放大倍数保持不变、造成资源浪费、放大后信号不稳定的问题，从而提出一种放大倍数自动调整、节约能源且放大后信号稳定的信号放大装置。

为解决上述技术问题，本发明提供一种通讯信号补偿器，包括：

信号探测器，探测当前的信号强度；

补偿开关，与所述信号探测器连接，信号弱时闭合，信号强时断开；

接收信号放大电路，其通过补偿开关与所述信号探测器连接，根据所述信号探测器探测的信号的强弱进行信号放大，使得信号强度保持在一定的范围内；

输出接口，与所述接收信号放大电路连接，且提供外设的接入接口，其将接收信号放大电路输出的放大信号发送给外设的信号输入端。

所述的通讯信号补偿器，还包括发送信号放大电路，其与外设的信号输出端连接，接收外设的信号输出端输出的信号并进行信号放大后发送。

所述的通讯信号补偿器，所述接收信号放大电路或发送信号放大电路分别包括多级放大电路，根据所述信号探测器探测的信号的强弱，所述补偿开关启动部分或全部放大电路。

所述的通讯信号补偿器，所述接收信号放大电路或发送信号放大电路包括依次连接的一级放大电路、二级放大电路和三级放大电路。

所述的通讯信号补偿器，每级放大电路中包括振荡稳定电路和砷化镓放大器，振荡稳定电路包括一个电容和与之并联的电阻，所述振荡稳定电路与砷化镓放大器的基极连接，所述砷化镓放大器的集电极与外设连接，同时该集电极通过一个扼流线圈与集电极电源端子连接，所述砷化镓放大器的发射极接地。

所述的通讯信号补偿器，所述HBT功率放大器的基极还与热保护电阻连接。

所述的通讯信号补偿器，所述通讯信号补偿器可植入电子设备的芯片中或作为独立的设备。

所述的通讯信号补偿器，所述信号探测器为手机信号探测仪，所述输出接口包括USB接口、串口或蓝牙接口。

所述的通讯信号补偿器的通讯补偿方法，包括如下步骤：

信号探测器实时监测当前环境的信号强度；

当信号强度达到一定阈值时，补偿开关断开，当信号强度小于该阈值时，补偿开关根据该信号强度选择接通部分或全部接收信号放大电路，对当前的信号进行放大后发送给外设的信号输入端；

信号探测器继续实时监测当前环境的信号强度，当信号强度的变化达到一定程度时，重复上一步，重新断开或接通补偿开关，以及重新确定接通部分或全部放大电路。

所述的通讯补偿方法，还包括当外设向外发送信号时，将外设的输出信号通过部分或全部发送信号放大电路进行信号放大，然后将放大后的信号进行发送。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点，

（1）本发明提供一种通讯信号补偿器，包括信号探测器、补偿开关和接收信号放大电路以及输出接口，通过信号探测器来探测当前的信号强度，当信号微弱到一定的阈值时，则开启补偿开关，通过接收信号放大电路对信号进行放大，而且信号放大的比例与信号强弱成比例，该信号补偿器可以通过输出接口与手机、电脑或者其他需要无线上网的电子设备连接，根据网络信号的强弱自动开启并进行信号补偿。该方案具有探测信号强度和信号放大功能，且具有智能自动信号补偿开启功能，不需要加入其它额外操作，有效解决了现有技术中的信号放大器只能一直处于放大状态，造成资源浪费、放大后信号不稳定的问题，是一种放大倍数自动调整、节约能源且放大后信号稳定的便携式的通讯信号补偿器。

（2）本发明所述的通讯信号补偿器，外设的信号输出端将输出的信号发送给发送信号放大电路的信号输入端，该发送信号放大电路将外设的输出信号放大后发送，该通讯信号补偿器还可以对输出的信号进行放大，由于在信号弱的地方，其发送出的信号也会比较弱，影响信号的传输，因此在信号不好的区域，对输入的信号进行放大的同时，也会进一步对输出的信号进行放大，同时提高了外设的输入信号和输出信号的强度，为信号的稳定传输提供保障。

（3）本发明所述的通讯信号补偿器，具有体较小，质量轻，携带方便，拆卸便捷等特点，可以镶嵌或者接入到个人通讯终端系统，如通过外部接口与外设连接，对其信号进行补偿；或者还可以将该通讯信号补偿器植入手机或电脑的芯片中，当信号弱时启动，不占用额外空间，为个人通讯终端提供信号补偿的功能。

（4）本发明所述的通讯信号补偿器，包括多级放大电路，如包括依次连接的一级放大电路、二级放大电路和三级放大电路或更多级别的放大电路，也可以选择放大倍数可控的其他放电电路，根据所述信号探测器探测的信号的强弱，启动部分或全部放大电路，实现了对不同强弱信号采用不同的放大倍数的处理方式，保证了信号的稳定性。

（5）本发明所述的通讯信号补偿器，每级放大电路中包括一个砷化镓射频放大器，该方案中信号放大电路中使用的是砷化镓射频放大器，具有响应速度快，放大倍数高，对通讯波段感应灵敏，对环境适应能力强等诸多优点。

（6）本发明所述的通讯信号补偿器，所述输出接口包括USB接口、串口或蓝牙接口以及其他类型的接口，通过上述接口实现和外设连接，如连接笔记本电脑、ipad、手机等电子上网设备，为这些终端提供弱信号下的通讯信号补偿功能。

（7）本发明所述的通讯信号补偿器，放大电路中包括振荡稳定电路，振荡稳定电路包括一个电容和与之并联的电阻，其作用是阻止低频噪声信号，让RF通讯信号通过，所述振荡稳定电路与HBT的基极连接，所述砷化镓放大器的集电极与外设连接，同时连接一个扼流线圈，此处的扼流线圈的作用是防止被砷化镓HBT放大的高频信号从集电极电源端子Vcc泄露，所述砷化镓HBT的发射极接地。所述砷化镓HBT的基极还连接有热保护电阻，其作用是防止砷化镓HBT因电流过大而温度过高。

（8）本发明提供一种通讯信号补偿方法，通过信号探测器检测当前的信号强度，根据信号强度断开或闭合补偿开关，以及确定补偿开关接通的信号放大电路的个数，从而使得当前的信号放大到合适的程度，当前环境信号放生变化后，重新进行补偿开关的开断判断，从而达到了对信号的合理补偿，保持了信号的稳定性。进一步，该方法中还可以对外设输出的信号进行补偿，将外设输出的信号进行合理放大，可以通过相同的放大电路或者不同的信号放大电路来实现，节约能源，提高信号强度。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1是本发明所述的通讯信号补偿器的一个实施例的信号放大原理图；

图2是本发明所述的通讯信号补偿器的另一个实施例的信号放大原理图；

图3是本发明所述的通讯信号补偿器的一个实施例的信号放大电路图。

具体实施方式

实施例1：

本实施例中提供一种通讯信号补偿器，包括信号探测器、补偿开关以及接收信号放大电路和输出接口，如图1所示，虚线部分为本实施例所述的通讯信号补偿器。信号探测器用于探测当前的信号强度。通过信号探测器来探测个人移动终端接收信号的强度并反馈给信号放大电路。补偿开关与所述信号探测器连接，信号弱时闭合，信号强时断开。补偿开关起到接收信号放大电路的开关作用。当信号减弱时，开启信号放大电路，补偿信号损失，保证通讯质量；当信号良好时，关闭信号放大电路，节省能源，提高能源利用率。接收信号放大电路，通过补偿开关与所述信号探测器连接，根据所述信号探测器探测的信号的强弱进行信号放大，使得信号强度保持在一定的范围内，所述接收信号放大电路输出的放大信号发送给外设的信号输入端连接。此处的信号放大电路可以选择放大倍数可控的放大器，根据所述信号探测器探测到的信号的强度来进行合理放大，使其达到一定的信号强度范围即可。如果信号非常弱，达到该信号强度需要放大的倍数较大，则选择较大的放大倍数，如果该信号强度并不是很弱，需要放大较小的倍数即可满足，则选择放大较小的倍数即可。通过控制信号放大电路的放大倍数，来节约能耗且保证信号的稳定。信号放大电路接收来自补偿开关的开关动作，开启或者关闭放大功能。开启时，将对接收的信号进行放大，放大倍数和信号减弱程度程正比，始终保持通讯的正常进行，此处可以通过放大倍数可控的放大电路实现，或者通过多级放大电路来实现，根据信号的强度选择接通部分或全部放大线路。放大电路中的核心器件为砷化镓射频放大器，砷化镓放大器具有响应速度快，放大倍数高，对通讯波段感应灵敏，对环境适应能力强等诸多优点。输出接口与所述接收信号放大电路连接，且提供外设的接入接口。通过该输出接口将接收信号放大电路输出的放大信号发送给外设的信号输入端，从而实现与个人通讯终端的连接，通过标准接口与个人手机/电脑等个人终端相连接，为个人终端提供弱信号下通讯信号自动补偿的功能。

作为可以变换的实施方式，所述信号探测器可以选择为手机信号探测器或其他微波信号探测器。此处的所述接收信号放大电路可以设置为包括三级放大电路或者更多级别的放大电路，即一级放大电路、二级放大电路和三级放大电路等依次连接，这样通过选择不同级别不同个数的放大电路来实现放大倍数的可控，根据需要对信号进行放大。根据所述信号探测器探测的信号的强弱程度，启动部分或全部放大电路。放大电路可采用砷化镓放大器（如HBT），具有响应速度快，放大倍数高，对通讯波段感应灵敏，对环境适应能力强等诸多优点。

本实施例中的通讯信号补偿器对应的通讯信号补偿方法如下：通过信号探测器实时监测当前环境的信号强度，由信号探测器来探测当前的信号强度。当信号强度达到一定阈值时，认为该信号为正常信号，不需要补偿，此时补偿开关断开，当检测到的信号为正常信号时，则该信号直接送入外部设备如手机芯片中。当检测到的信号强度小于一定阈值时，认定该信号为小信号，需要进行补偿。补偿开关根据该信号强度选择接通部分或全部信号放大电路，对于放大倍数可控的放大电路，可以选择合适的放大倍数，通过信号放大电路对当前的信号进行放大，然后发送给外设的信号输入端，如手机的芯片中。该流程参见图1的框图。信号探测器还会继续实时监测当前环境的信号强度，当信号强度的变化达到一定程度时，重新进行判断，断开或接通补偿开关，以及重新确定接通部分或全部放大电路。通过这种方式，使得信号放大电路的功耗保持在合理的所需的程度，节约了能源，且保证了信号的稳定性。

实施例2：

本实施例中提供另外一种通讯信号补偿器，在本实施例中，该通讯信号补偿器除具备上述实施例1中的结构外，还具有一个外设输出信号的放大功能，如图2所示，虚线部分为本实施例所述的通讯信号补偿器。该通讯信号补偿器，通过信号探测器探测信号的强弱，在检测到的信号弱于一定的程度时，通过补偿开关Ⅰ打开接收信号放大电路，对接收到的信号进行信号放大。如果是正常的信号强度，则不需要进行放大。在本实施例中，对于外设发送的信号同样进行放大，对于外设发送的传输信号，通过补偿开关Ⅱ来开启或断开发送信号放大电路，对外设输出的信号进行放大，同样可根据当前信号的强弱进行合理的信号放大。

作为可变换的实施方式，外设的信号输出端连接的发送信号放大电路，可通过补偿开关Ⅰ一起控制，或者设置另外单独的开关（如此处的补偿开关Ⅱ）来控制，此处的发送信号放大电路可以选择与接收信号放大电路复用来实现，也可以通过单独的信号放大电路来实现。此处对外设输出信号的补偿也选择与输入信号补偿相类似的方式，根据当前环境信号强度的大小来进行合理补偿，保持其输出信号的稳定。外设将输出的信号发送给所述发送信号放大电路的信号输入端，该信号放大电路将外设的输出信号放大后发送，实现了该通讯信号补偿器对外设输出的信号进行放大的功能，由于在信号弱的地方，其发送出的信号也会比较弱，影响信号的传输，因此在信号不好的区域，对输入的信号进行放大的同时，也会进一步对输出的信号进行放大，同时提高了外设的输入信号和输出信号的强度，为信号的稳定传输提供保障。

本实施例中的通讯信号补偿器的补偿方法如下：信号探测器实时监测当前环境的信号强度，当信号强度达到一定阈值时，补偿开关Ⅰ断开，信号正常输入外设，当信号强度小于该阈值时，补偿开关Ⅰ根据该信号强度选择接通部分或全部接收信号放大电路，通过信号放大器Ⅰ对当前的信号进行放大后发送给外设的信号输入端。当外设向外发送信号时，通过补偿开关Ⅱ控制，当信号正常时，外设正常发送信号，当信号弱时，补偿开关Ⅱ通过发送信号放大电路将外设的输出信号进行信号放大，然后将放大后的信号进行发送。信号探测器继续实时监测当前环境的信号强度，当信号强度的变化达到一定程度时，重复上一步，重新断开或接通补偿开关，以及重新确定接通部分或全部放大电路，从而使得接收和输出的信号达到合理的补偿，保持信号的稳定性。

本发明所述的通讯信号补偿器，具有体较小，质量轻，携带方便，拆卸便捷等特点，可以镶嵌或者接入到个人通讯终端系统，如通过外部接口与外设连接，对其信号进行补偿，此处输出接口可选择USB接口、串口或蓝牙接口；或者还可以将该通讯信号补偿器植入手机或电脑的芯片中，当信号弱时启动，不占用额外空间，为个人通讯终端提供信号补偿的功能。

实施例:3：

本实施例中提供一种通讯信号补偿器，包括信号探测器、补偿开关以及接收信号放大电路和发送信号放大电路输出接口。

具体地，信号探测器为手机信号探测器，或者采用其他类型的信号探测设备或信号接收设备，也可以是手机芯片中的RF信号探测器，用于检测信号强度，可以探测到当前环境中的信号的强弱即可。补偿开关可以选择可控的电子开关，也可以选择达到一定强度即可开启的电力电子开关组成的开关电路，如CMOS、IGBT等组成的开关电路。当探测到的手机信号强度衰减到一定程度时，则该补偿开关闭合，使得信号放大电路工作。

接收信号放大电路和发送信号放大电路都是通过处理将小信号脉冲编码调制成大信号脉冲编码，然后输出大信号。为了保证输出的信号的质量，需要经过多次信号放大和滤波处理，因此在信号放大电路中可以包含多级放大电路。本实施例中的一级信号放大电路的具体结构如图3所示，其中的放大器选择砷化镓放大器，一般砷化镓放大器为砷化镓HBT，如GaAs HBT或InPHBT，放大电路中包括振荡稳定电路，振荡稳定电路包括一个电容C和与之并联的电阻R1，其作用是阻止低频噪声信号，让RF通讯信号通过，所述振荡稳定电路与砷化镓HBT的基极B连接，砷化镓HBT的集电极C与外设连接，同时通过扼流线圈R3与集电极电源端子连接，此处的扼流线圈R3的作用是防止被砷化镓HBT放大的高频信号从集电极电源端子Vcc泄露，所述砷化镓HBT的发射极E接地。所述砷化镓HBT的基极B还连接有热保护电阻R2，其作用是防止砷化镓HBT因电流过大而温度过高。

上述放大电路中的砷化镓放大器为HBT，即异质结双极型晶体管，具有功率密度和增益高、相位噪声低、线性度好、单电源工作、芯片面积小和价格性能比低等特点，满足无线通讯所需的低噪声、高效率、高线性、高稳定性和多级放大等射频和微波放大器的要求。目前，HBT已被广泛应用于无线移动通讯领域，特别是手机和iPad等平板电脑以及高速光通信系统，如光调制驱动电路、时钟提取、数据恢复、MUX/DEMUX和光接收机电路。目前异质结双极型晶体管主要是基于成熟的砷化镓外延技术和器件制作工艺，采用n型（宽禁带镓铝砷（GaAlAs）或铟镓磷（InGaP）作为发射极，高掺杂的p型砷化镓（GaAs）薄层作为基极，n型砷化镓（GaAs）或铟镓磷（InGaP）作为收集极。HBT的如参考文献1所述，与传统的AlGaAs/GaAs HBT相比较，具有材料的热稳定性好、缺陷少、电流增益高、工艺重复性好和器件可靠性高等优点，以InGaP作为发射极或收集极的单异质结双极晶体管（SHBT）和双异质结双极晶体管（DHBT）具有高击穿电压、低偏移电压,低1/f噪声电流等特点，消除了高频放大时收集极电荷累积的问题，适合于作为低噪声高频通讯放大器。砷化镓放大器的相关介绍具体可参见：RF technologies for low power wirelesscommunications,Edited by Tatsuo Itoh,George Haddad,James Harvey,(2001)John Wiley&Sons,Inc.

本实施例中的通讯信号补偿器，其中的信号放大电路采用砷化镓HBT射频放大器技术，可以将微弱的无线通讯信号放大到足可以满足日常通讯需求的程度，让通讯再无死角，让用户时刻接收和发送高质量的通讯信号。

作为与外设连接的输出接口，其可以设置为USB接口、串口或蓝牙接口等标准接口设备，与手机、电脑等个人终端直接连接，或者采用芯片置入的方式放入电子设备的芯片内部，在信号较弱时自动启动来增强信号，使得无线通信更加畅通。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种通讯信号补偿器，其特征在于，包括：

信号探测器，探测当前的信号强度；

补偿开关，与所述信号探测器连接，信号弱时闭合，信号强时断开；

接收信号放大电路，其通过补偿开关与所述信号探测器连接，根据所述信号探测器探测的信号的强弱进行信号放大，使得信号强度保持在一定的范围内；

输出接口，与所述接收信号放大电路连接，且提供外设的接入接口，其将接收信号放大电路输出的放大信号发送给外设的信号输入端。

2.根据权利要求1所述的通讯信号补偿器，其特征在于：还包括发送信号放大电路，其与外设的信号输出端连接，接收外设的信号输出端输出的信号并进行信号放大后发送。

3.根据权利要求1或2所述的通讯信号补偿器，其特征在于：所述接收信号放大电路或发送信号放大电路分别包括多级放大电路，根据所述信号探测器探测的信号的强弱，所述补偿开关启动部分或全部放大电路。

4.根据权利要求3所述的通讯信号补偿器，其特征在于：所述接收信号放大电路或发送信号放大电路包括依次连接的一级放大电路、二级放大电路和三级放大电路。

5.根据权利要求1-4任一所述的通讯信号补偿器，其特征在于：每级放大电路中包括振荡稳定电路和砷化镓放大器，振荡稳定电路包括一个电容和与之并联的电阻，所述振荡稳定电路与砷化镓放大器的基极连接，所述砷化镓放大器的集电极与外设连接，同时该集电极通过一个扼流线圈与集电极电源端子连接，所述砷化镓放大器的发射极接地。

6.根据权利要求5所述的通讯信号补偿器，其特征在于：所述砷化镓放大器的基极还与热保护电阻连接。

7.根据权利要求1-6任一所述的通讯信号补偿器，其特征在于：所述通讯信号补偿器可植入电子设备的芯片中或作为独立的设备。

8.根据权利要求1所述的通讯信号补偿器，其特征在于：所述信号探测器为手机信号探测仪，所述输出接口包括USB接口、串口或蓝牙接口。

9.一种使用权利要求1-8任一所述的通讯信号补偿器的通讯补偿方法，其特征在于，包括如下步骤：

信号探测器实时监测当前环境的信号强度；

当信号强度达到一定阈值时，补偿开关断开，当信号强度小于该阈值时，补偿开关根据该信号强度选择接通部分或全部接收信号放大电路，对当前的信号进行放大后发送给外设的信号输入端；

信号探测器继续实时监测当前环境的信号强度，当信号强度的变化达到一定程度时，重复上一步，重新断开或接通补偿开关，以及重新确定接通部分或全部放大电路。

10.根据权利要求9所述的通讯补偿方法，其特征在于：还包括当外设向外发送信号时，将外设的输出信号通过部分或全部发送信号放大电路进行信号放大，然后将放大后的信号进行发送。