CN106059617B - 一种集成天线的通用型无线通信模块 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种集成天线的通用型无线通信模块，包括电路板以及设置在所述电路板上的天线、匹配电路、射频前端电路、通信芯片、外围电路、高阻抗电路、接口转换电路、接口电路和接地电路组成，所述通信芯片分别与外围电路、射频前端电路、高阻抗电路和接口转换电路连接，所述射频前端电路另一端连接有所述匹配电路，所述匹配电路另一端连接有所述天线，所述高阻抗电路和接口转换电路并联于所述通信芯片上，它们的另一端连接有所述接口电路，高阻抗电路和接口转换电路使得本发明与外部通信并从外部获得电源的同时，射频性能不受外部环境的影响。达到集成天线的无线通信模块工作性能不随工作环境变化而变化的目标。

Description

一种集成天线的通用型无线通信模块
技术领域
本发明 涉及通信领域，特别涉及一种集成天线的通用型无线通信模块。
背景技术
被称为第三次工业革命的物联网因其巨大的市场容量被业内广大公司给予厚望。无论是PC时代的巨头英特尔、移动时代巨头ARM 还是手机芯片巨头高通、三星都将物联网市场作为他们下一个十年的最重要市场。物联网由三个重要部分组成，分别是：感知、传输、后台数据中心。传输部分主要由无线通信技术实现。目前，物联网无线传输技术还没有统一的标准，由各种无线标准组成，如WiFi，蓝牙 (BT)，Zigbee,Z-wave,LoRa,NB-IOT，6LoWPAN,Thread等等。
业界一般使用上述无线标准中的一种或者几种无线标准的通信芯片做成无线通信模块应用于物联网。上述方法做成的无线通信模块，或者集成了天线，或者使用外置天线，共同组成了物联网无线传输部分。但是，这样做成的物联网无线传输系统存在天线的性能随无线通信模块工作环境的不同，而随之变化的严重问题，这极大地影响了物联网技术的广泛应用。
发明内容
本发明 所要解决的技术问题是提供一种集成天线的通用型无线通信模块，以解决现有技术中导致的上述多项缺陷。
为实现上述目的，本发明集成天线的通用型无线通信模块提供以下的技术方案：本发明公开了一种集成天线的通用型无线通信模块，包括电路板以及设置在所述电路板上的天线、匹配电路、射频前端电路、通信芯片、外围电路、高阻抗电路、接口转换电路、接口电路和接地电路组成，所述通信芯片分别与外围电路、射频前端电路、高阻抗电路和接口转换电路连接，所述射频前端电路另一端连接有所述匹配电路，所述匹配电路另一端连接有所述天线，所述高阻抗电路和接口转换电路并联于所述通信芯片上，它们的另一端连接有所述接口电路，所述高阻抗电路具体跟接口电路中的电源和地连接，所述接口转换电路具体跟接口电路中的通信信号连接，所述接口电路与外部电路的连接方式可以采用连接器或者柔性电路板FPC或者排线或者跳线的方式连接也可以是在电路板PCB上设置有焊盘将接口电路连接至焊盘处。
优选的，所述天线包含贴片天线，螺旋天线，单极子天线，倒F 天线，PIFA，偶极子天线，圆环天线，微带天线，口径耦合天线以及天线阵列中的任意一种或者多种的组合。
优选的，所述高阻抗电路由贴片电感，绕线电感，螺旋电感和分布式电感其中任意一种或多种组合组成。
优选的，所述射频前端电路可以在通信芯片的内部，也可以在通信芯片的外部。
优选的，所述接口电路与外部电路的连接方式可以采用连接器或者柔性电路板FPC或者排线或者跳线的方式连接也可以是在电路板 PCB上设置有焊盘将接口电路连接至焊盘处。
采用以上技术方案的有益效果是：本发明 集成天线的无线通信模块工作于不同的工作环境，天线的性能(谐振频率)不变，达到了集成天线的无线通信模块工作性能不随工作环境变化而变化的通用化应用目标。
附图说明
图1是本发明 的结构框图。
图2是本发明 射频前端电路内置形式的结构框图。
图3是本发明 接口转换电路的原理图。
图4是本发明 无线通信模块与外部电路采用栅格阵列LGA连接方式时的俯视图。
图5是本发明 无线通信模块与外部电路采用栅格阵列LGA连接式时的侧视图。
图6是本发明 无线通信模块与外部电路采用邮票孔连接方式时的俯视图。
图7是本发明 无线通信模块与外部电路采用邮票孔连接方式时的侧视图。
图8是本发明 无线通信模块高阻抗电路的原理图。
其中，1-电路板，2-天线，3-匹配电路，4-射频前端电路，5-通信芯片，6-外围电路，7-接口转换电路，8-接地电路，9-高阻抗电路，10- 接口电路。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明 的优选实施方式。
图1-图8出示本发明 的具体实施方式：一种集成天线的通用型无线通信模块，包括电路板1以及设置在电路板1上的天线2、匹配电路3、射频前端电路4、通信芯片5、外围电路6、高阻抗电路 9、接口转换电路7、接口电路10、和接地电路8组成。所述通信芯片5分别与外围电路6、射频前端电路4、高阻抗电路9和接口转换电路7连接，所述射频前端电路4另一端连接有所述匹配电路3，所述匹配电路3另一端连接有所述天线2。所述天线2、匹配电路3、射频前端电路4以及通信芯片5实现了射频信号的收发处理功能。所述外围电路6辅助通信芯片5工作。所述通信芯片5负责将射频信号调制、解调为基带信号。所述高阻抗电路9和接口转换电路7并联于所述通信芯片5上，它们的另一端连接有所述接口电路10，高阻抗电路9具体跟接口电路10中的电源和地连接，高阻抗电路9保证直流电源的通过并隔断射频信号。接口转换电路7具体跟接口电路10 中的通信信号连接。接口电路10负责整个无线通信模块和外部电路的电源和通信信号的连接，所述接口电路10传输的信号有电源信号 (包含地信号)和通信信号，实现无线通信模块和外部电路的通信。外部电源信号(包含地信号)经过高阻抗电路9后，为通信芯片5、外围电路6、射频前端电路)以及接口转换电路7提供电源。所述高阻抗电路9让电源直流信号通过，将射频信号隔断。所述接口转换电路7实现无线通信模块和外部电路之间通信的同时保证射频信号的隔离，具体实现方法是：接口转换电路7将来自无线通信模块外部的控制信号转成光信号后，再转成电信号与通信芯片5通信，或者将来自通信芯片5的信号经接口转换电路7转成光信号后，再转成电信号与无线通信模块的外部信号通信。高阻抗电路9和接口转换电路7共同将工作于无线通信模块上的射频信号与外部电路隔开，高阻抗电路 9和接口转换电路7让本发明 能够与外部通信并从外部获得电源的同时，射频性能不受外部环境的影响，所述接口电路10与外部电路的连接方式可以采用连接器或者柔性电路板FPC或者排线或者跳线的方式连接也可以在电路板1上用大的焊盘，将接口电路10的信号连接至焊盘处(栅格阵列LGA或者邮票孔)，无线通信模块通过焊盘焊接至外部电路的焊盘上，实现外部电路与无线通信模块的电性能连接。
在本实施例中，所述天线2包含贴片天线，螺旋天线，单极子天线，倒F天线，PIFA，偶极子天线，圆环天线，微带天线，口径耦合天线以及天线阵列中的任意一种或者多种的组合。
在本实施例中，所述高阻抗电路9由贴片电感，绕线电感，螺旋电感和分布式电感等其中任意一种或多种组合的电感组成，电感的取值根据公示ωL＝2×π×f×L大于10，其中π为圆周率(π取值3.14)， f为无线通信模块无线射频信号的工作频率，单位为赫兹(Hz)，L 为电感的感值，单位为亨(H)。当ωL>10，一般取ωL＝500～1000，在对应的工作频段，电感对射频信号有反射作用，阻止射频信号的通过。当插入电感L以后，以电感的两端为参考平面，为简化分析，假设传输线两端的特性阻抗相同都为Z0，即Z1＝Z2＝Z0，V1+为端口1的入射波电压，V1-为端口1的反口2的入射波电压，V2-为端口2的反射波电压。由传输线理论可知
|S21|2表示由端口1传输到端口2的射频能量。由公式(2)可见，当时，|S21|2的值已经小于0.1，也就是仅有10％以下的能量由端口1传输到了端口2，其它能量都在端口1处反射回去了。因此，在电源走线和地走线上，分别串接电感，该电感的感值根据公示(2)选择一定的范围，使得|S21|2的数值小于0.05，工程上，就可以看做电感起到了很好的隔离射频信号的作用。
在本实施例中，所述射频前端电路4包括低噪声放大器、功率放大器、滤波器、射频开关，噪声放大器、功率放大器、滤波器、射频开关依次连接且射频前端电路4可以在通信芯片5的内部，也可以在通信芯片5的外部。
在本实施例中，所述接口电路10与外部电路的连接方式可以采用连接器或者柔性电路板FPC或者排线或者跳线的方式连接也可以在电路板1上用大的焊盘，将接口电路10的信号连接至焊盘处(栅格阵列LGA或者邮票孔)，无线通信模块通过焊盘焊接至外部电路的焊盘上，实现外部电路与无线通信模块的电性能连接。
基于上述，本发明 集成天线的无线通信模块工作于不同的工作环境，天线的性能(谐振频率)不变，达到了集成天线的无线通信模块工作性能不随工作环境变化而变化的通用化应用目标。
以上所述的仅是本发明 的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明 创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明 的保护范围。

Claims (4)

1.一种集成天线的通用型无线通信模块，其特征在于：包括电路板以及设置在所述电路板上的天线、匹配电路、射频前端电路、通信芯片、外围电路、高阻抗电路、接口转换电路、接口电路和接地电路组成，所述通信芯片分别与外围电路、射频前端电路、高阻抗电路和接口转换电路连接，所述射频前端电路另一端连接有所述匹配电路，所述匹配电路另一端连接有所述天线，所述高阻抗电路和接口转换电路并联于所述通信芯片上，它们的另一端连接有所述接口电路，所述高阻抗电路具体跟接口电路中的电源和地连接，所述接口转换电路具体跟接口电路中的通信信号连接，所述接口电路与外部电路的连接方式可以采用连接器或者柔性电路板FPC或者排线或者跳线的方式连接也可以是在电路板PCB上设置有焊盘将接口电路连接至焊盘处。
2.根据权利要求1所述的一种集成天线的通用型无线通信模块，其特征在于，所述天线包含贴片天线，螺旋天线，单极子天线，倒F天线，PIFA，偶极子天线，圆环天线，微带天线，口径耦合天线以及天线阵列中的任意一种或者多种的组合。
3.根据权利要求1所述的一种集成天线的通用型无线通信模块，其特征在于，所述高阻抗电路由贴片电感，绕线电感，螺旋电感和分布式电感其中任意一种或多种组合组成。
4.根据权利要求1所述的一种集成天线的通用型无线通信模块，其特征在于，所述射频前端电路可以在通信芯片的内部，也可以在通信芯片的外部。
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