CN106470040A - 双频带发射机 - Google Patents

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Abstract

一种在第一频带和第二频带发射数据的双频带发射机，所述双频带发射机包括：天线，用于接收和发送第一频带和第二频带的信号；天线阻抗匹配网络，所述天线阻抗匹配网络连接到第一节点并用于将天线阻抗匹配至预定值；其中，天线阻抗匹配网络包括串联连接的第一天线匹配网络和第二匹配网络，所述第一天线匹配网络用于在第一频带时将天线阻抗匹配至所述预定值，所述第二天线匹配网络用于在第二频带时将天线阻抗匹配至所述预定值，同时不影响第一天线匹配网络对第一频带匹配的结果。

Description

双频带发射机
技术领域
本申请涉及双频带发射机，特别是用于远程遥控无钥匙进入(RKE)或被动无钥匙进入系统(PEPS)的双频带发射机。
背景技术
近年来，越来越多的汽车制造者遇到在远程遥控无钥匙进入(RKE)或被动无钥匙进入系统(PEPS)的UHF信号通信期间的信号干扰问题。在单个频带的情况下有时可以采用跳频来改善这种问题。但是如果干扰信号比较强并且是宽频带，那么这种在频带中的跳频仍然不能解决干扰问题。如果在两个频带中出现跳频，那么通信成功的几率就会极大的提高。在汽车门禁系统中，通常包括密钥卡用于发射信号和接收机用于接收该信号。为了在密钥卡中设计双频带发射机，有时可能会使用具有RF开关的两个天线或者单天线来实现双频带发射，但是这种方案会导致占用较大的PCB面积，以及RF开关会导致成本上升，并且设计这样的双频带发射机在硬件和软件的实现上也是非常复杂的。
申请内容
本申请的目的是为了提供一种低成本、低损耗并且易于实现的双频带发射机。
本申请提供一种在第一频带和第二频带发射数据的双频带发射机，所述双频带发射机包括：
天线，用于第一频带和第二频带的接收和发射；
天线阻抗匹配网络，所述天线阻抗匹配网络连接到第一节点并用于将天线阻抗匹配至预定值；
其中，天线阻抗匹配网络包括串联连接的第一天线匹配网络和第二匹配网络，所述第一天线匹配网络用于在第一频带时将天线阻抗匹配至所述预定值，所述第二天线匹配网络用于在第二频带时将天线阻抗匹配至所述预定值，并且不影响第一天线匹配网络对第一频带的匹配。
优选地，所述第一频带和第二频带的信号是UHF信号。
优选地，所述预定值是50欧姆。
优选地，所述第一天线匹配网络包括耦合在第一节点和地之间的第一电容以及耦合在第一节点和第二节点之间的第一电感。
优选地，所述第一天线匹配网络还包括第二电容，其中所述第二电容耦合在第二节点和地之间。
优选地，所述第二天线匹配网络包括以下两组：耦合在第二节点和第三节点之间的串联连接的第三电容和第二电感，耦合在第三节点和地之间的并联连接的第三电感和第四电容；以上两组在第一频带处均发生谐振。
优选地，所述天线阻抗匹配网络还包括补偿电容，所述补偿电容串联耦合在第二天线匹配网络和天线阻抗测试点之间。
优选地，发射机包括功率放大器。
优选地，所述功率放大器为C类放大器，E类放大器，F类放大器。
优选地，包括放大器阻抗匹配网络，用于在第一频带时和在第二频带时将负载阻抗匹配至所述预定值。
优选地，所述放大器阻抗匹配网络包括耦合在第五节点和第六节点之间的第四电感，耦合在第六节点和负载之间的第五电容，耦合在第六节点和地之间的第六电容，耦合在第六节点和第七节点之间的厄流电感以及耦合在第七节点和地之间的第七电容，其中在第一频带时调谐第四电感、第五电容、第六电容、厄流电感和第七电容从而使负载阻抗匹配至所述预定值。
优选地，所述放大器阻抗匹配网络还包括以下三组：第六电感、第七电感和第八电容；第八电感和第九电容；第九电感和第十电容；这三组在第一频带处都发生谐振。
优选地，第七电感并联第八电容后与第六电感串联耦合在第四电感和第六节点之间，第八电感与第九电容并联耦合在第六节点和地之间，第九电感和第十电容串联耦合在第五电容和负载之间。
本申请的双频带发射机通过合理的设计阻抗匹配电路，可以同时实现两个频带的阻抗匹配，并且实现低损耗的目的。相对于现有技术而言，由于不需要对天线进行修改，也不需要额外的开关，因此本申请的双频带发射机大大节约了成本，并且易于实现和测试。
附图说明
图1示出了根据本申请的发射机的原理框图；
图2示出了根据本申请的发射机的操作流程图；
图3示出了根据本申请的发射机中的天线匹配网络的一个实施例；
图4示出了根据本申请的发射机中的放大器匹配网络的一个实施例；
图5是在第一频带时图4的等效电路图；
图6是在第二频带时图4的等效电路图。
具体实施方式
在汽车门禁系统中，密钥卡也被当作是远程控制器。它将经过加密的信号通过指定的UHF频带发射到汽车接收机。一个或多个频带可以被用于调制基带频带。在远程无钥匙进入中最常用的是一个频带或靠近的跳频拓扑。有时这可以增强通信协议的鲁棒性，但是当干扰很强时就不能去除干扰。
在汽车门禁应用中，目前普遍使用以下频带：
频带A-315MHz
频带B-434MHz
频带C-868MHz
频带D-925MHz
为了实现双频带传输协议，发射机要支持双频带而不需要硬件的改变，只是需要利用软件来实现双频带的配置并发送信号。
在RKE/PEPS密钥卡应用中，常用的是PCB环形天线。原因是手持对天线性能的影响是大的，并且也限制了PCB的大小。环形天线比较小并且具有多种形状。它可以有效减少手持的影响。由于PCB面积小的原因，不能将两个天线设置在密钥卡设计中。所以双频带发射机中使用一个天线是更好的选择。
图1示出了根据本申请的发射机100的天线阻抗匹配的原理框图。发射机100包括，天线101、第一天线匹配网络102、第二天线匹配网络103。
为了实现双频带发射机，发射机100需要集成小数分频锁相环，其中只有一个晶振来产生至少两个频带的载波信号，否则就不能实施双频带传输协议。在测试点A(TPA)处的阻抗Zload_ant是经过天线匹配网络后的天线阻抗，所需要的天线阻抗为预定值，在应用中通常为50欧姆。在本实施例中，天线101可以是用于第一频带和第二频带的电磁波信号发射、接收的媒介。当天线101接收的信号在第一频带时，由第一天线匹配网络102进行阻抗匹配，使天线101经过第一天线匹配网络102后的天线阻抗达到预定值，第二天线匹配网络103不影响第一天线匹配网络在第一频带匹配。在第一天线匹配网络102完成对第一频带的阻抗匹配后，由第二天线匹配网络103对第二频带进行阻抗匹配。即，当天线101接收的信号在第二频带时，由第二天线匹配网络103进行阻抗匹配，使天线101经过第二天线匹配网络103后的天线阻抗达到预定值。在本申请的其它实施例中，发射机100还可以包括补偿电容104，用于将天线阻抗更精确地匹配到预定值。第一频带不同于第二频带，并且第二频带不是第一频带的整数倍。在可选的实施例中，第一频带是315MHz，第二频带是434MHz。在另一个可选的实施例中，第一频带是868MHz，第二频带是925MHz。
在本实施例中，第一天线匹配网络102和第二天线匹配网络103依次串联，在本申请的其它实施例中，第一天线匹配网络102和第二天线匹配网络103的位置可以互换。
图2示出了根据本申请的发射机的操作流程图。按钮被设置在密钥卡板上。
在步骤201中，按动按钮开始。在步骤202中，通过应用代码配置第一频带信号。在步骤203中，发送第一频带信号。在步骤204中，等待预定的时间。在步骤205中，通过应用代码配置第二频带信号。在步骤206中，发送第二频带信号，在步骤207中操作结束。
图3示出了根据本申请的发射机300中的天线阻抗匹配的一个实施例。
在本实施例中，发射机300包括天线301，第一天线匹配网络302，第二天线匹配网络303。第一天线匹配网络302包括各自耦合在节点305和306与地之间的电容Ca1和Ca2，以及耦合在节点305和306之间的电感La1。第二天线匹配网络303包括耦合在节点306和节点307之间的电容Ca3和电感La2的串联布置结构，以及各自耦合在节点307和308与地之间的电感La3和电容Ca4。在本申请其它实施例中，发射机300还包括与第一天线匹配网络302和第二匹配网络303串联的补偿电容Ca5。
首先，介绍在第一频带时的匹配。在图3中，电容Ca1、电容Ca2和电感La1用于在第一频带时将测试点A处的天线阻抗匹配至预定值，该预定值通常是50欧姆。电容Ca1、电容Ca2和电感La1并不都是必须的。根据天线特性和其过滤形式，在本申请的其它实施例中，也可以选择“电容Ca1和电感La1”或“电容Ca2和电感La1”来得到所需要的阻抗。
以下介绍在第二频带时的匹配。通常，第二天线匹配网络303包括四个元件，即电容Ca3、电感La2、电感La3和电容Ca4。第二天线匹配网络303需要满足以下条件：
1)电容Ca3和电感La2在第一频带的频率处发生谐振；
2)电感Ca4和电容La3在第一频带的频率处发生谐振；
3)电容Ca3和电感La2以及电感La3和电容Ca4的等效阻抗将天线阻抗变换到50欧姆用于第二频带。
通过上述标准可以找到合适的元件用于对双频带的天线阻抗在TPA处匹配到50欧姆。在实际的应用中，由于PCB和元件的寄生参数的存在，可以采取一定的措施来补偿该寄生参数，因此可以使用电容Ca5使天线阻抗在TPA处更精确地匹配到50欧姆。
在RKE/PEPS应用中，信号的传输符合横电磁波(TEM波)，因此该阻抗匹配方案同样也适用于接收机天线匹配用于双频带。
图4示出了根据本申请的发射机中的放大器匹配网络的一个实施例。
发射机芯片中可以集成不同类型的功率放大器，常用的有C类、E类和F类。本实施例中使用的是一种电感-前置E类放大器(源自传统的E类放大器)。本领域技术人员可以理解的是其它类型的放大器也可以根据本申请的思想进行阻抗匹配。
为了实现对于两个频带都具有很小的损失的双频带传输，并在PAOUT处获得最佳负载阻抗，功率放大器的匹配网络需要优化。
如图4所示，发射机400包括第一组元件，包括：放大器(PA)，电感L1，电容C1，电容C2，厄流电感Lchoke和电容C0。电感L1耦合在PAOUT端和节点416之间，电容C1耦合在节点416和负载414之间，电容C2耦合在节点416和地之间，厄流电感Lchoke耦合在节点416和415之间，电容C0耦合在节点415和地之间。其中电感L1，电容C1，电容C2，厄流电感Lchoke和电容C0是用于第一频带的元件。
图5是在第一频带时图4的等效电路图。
在图5中，PA阻抗匹配网络包括电感L1，电容C1，电容C2，厄流电感Lchoke和电容C0。调谐这些元件以确定所需要的负载阻抗用于第一频带。在图4中的电感L1，电容C1，电容C2，厄流电感Lchoke和电容C0的值分别与图5中相应的元件的值相等。
回到图4，发射机还包括以下三组元件：电感L6，电感L2和电容C6；电容C7和电感L7；电容C8和电感L8。这三组元件在第一频带处都分别发生谐振。因此对于第一频带，相当于只有电感L1，电容C1，电容C2，厄流电感Lchoke和电容C0组成的匹配网络在工作。
图6是在第二频带时图4的等效电路图。
在图6中，PA阻抗匹配网络包括电感L4，电容C4，电容C5，厄流电感Lchoke和电容C0。调谐这些元件以确定所需要的负载阻抗用于第二频带。为了简便起见，厄流电感Lchoke和C0可以采用与图5用于第一频带的相应元件相同的值。
回到图4，图4中的元件和图6中的元件所取的阻抗值需要满足以下公式：
ZC4＝ZC1+ZL8+ZC8 (1-3)
其中ZL1，ZC1，ZC2，ZL4，ZC4，ZC5，ZL2，ZL6，ZC6，ZL7，ZC7，ZL8和ZC8分别表示L1，C1，C2，L4，C4，C5，L2，L6，C6，L7，C7，L8和C8的阻抗。由于L1，C1，C2，L4，C4和C5的阻抗值可以在实际印刷电路板调谐第一频带匹配(如图5所示)和第二频带调谐匹配(如图6所示)时确定。通过上述公式1-1、1-2和1-3可以确定图4中的L2，L6，C6，L7，C7，L8和C8的阻抗值。最终，PA匹配网络基于天线阻抗的预定值(例如，50欧姆)来调谐PA的负载阻抗，从而得到了对于两个频带都最佳的负载阻抗值，从而实现发射功率和性能的最优化。
在本申请的其它实施例中，为了节约PCB空间，可以根据实际情况评估将图4中的一些串联和并联元件进行修改或组合成一个元件。
在本实施例中使用的是电感-前置E类放大器的匹配网络。本申请同样也适用于C类，E类或F类功率放大器。
本领域的技术人员通过以上的说明可以看出，在下面附带的权利要求所限定的本申请的原理和范围内可以实现各种各样的修改，并且本申请并非仅限于所述的实施例。文字“包括”并不排除在权利要求书中所列之外的其他元件或步骤地存在。

Claims (13)

1.一种在第一频带和第二频带发射数据的双频带发射机，其特征在于，所述双频带发射机包括：
天线，用于第一频带和第二频带的接收和发射；
与天线串联连接的天线阻抗匹配网络，所述天线阻抗匹配网络连接到第一节点并用于将天线阻抗匹配至预定值；
其中，天线阻抗匹配网络包括串联连接的第一天线匹配网络和第二匹配网络，所述第一天线匹配网络用于在第一频带时将天线阻抗匹配至所述预定值，所述第二天线匹配网络用于在第二频带时将天线阻抗匹配至所述预定值，并且不影响第一天线匹配网络对第一频带的匹配。
2.根据权利要求1所述的发射机，其特征在于，所述第一频带和第二频带的信号是UHF信号。
3.根据权利要求1所述的发射机，其特征在于，所述预定值是50欧姆。
4.根据权利要求1所述的发射机，其特征在于，所述第一天线匹配网络包括耦合在第一节点和地之间的第一电容以及耦合在第一节点和第二节点之间的第一电感。
5.根据权利要求4所述的发射机，其特征在于，所述第一天线匹配网络还包括第二电容，其中所述第二电容耦合在第二节点和地之间。
6.根据权利要求1所述的发射机，其特征在于，所述第二天线匹配网络包括以下两组：耦合在第二节点和第三节点之间的串联连接的第三电容和第二电感，耦合在第三节点和地之间的并联连接的第三电感和第四电容；以上两组在第一频带处均发生谐振。
7.根据权利要求1所述的发射机，其特征在于，所述天线阻抗匹配网络还包括补偿电容，所述补偿电容串联耦合在第二天线匹配网络和天线阻抗测试点之间。
8.根据权利要求1所述的发射机，其特征在于，包括功率放大器。
9.根据权利要求8所述的发射机，其特征在于，所述功率放大器为C类放大器，E类放大器，F类放大器。
10.根据权利要求9所述的发射机，其特征在于，包括放大器阻抗匹配网络，用于在第一频带时和在第二频带时都将负载阻抗匹配至所述预定值。
11.根据权利要求10所述的发射机，其特征在于，所述放大器阻抗匹配网络包括第一组元件：包括耦合在第五节点和第六节点之间的第四电感，耦合在第六节点和负载之间的第五电容，耦合在第六节点和地之间的第六电容，耦合在第六节点和第七节点之间的厄流电感以及耦合在第七节点和地之间的第七电容；其中在第一频带时调谐第一组元件从而使负载阻抗匹配至所述预定值。
12.根据权利要求11所述的发射机，其特征在于，所述放大器阻抗匹配网络还包括以下三组元件：第六电感、第七电感和第八电容；第八电感和第九电容；第九电感和第十电容；这三组在第一频带处都发生谐振。
13.根据权利要求12所述的发射机，其特征在于，第七电感并联第八电容后与第六电感串联耦合在第四电感和第六节点之间，第八电感与第九电容并联耦合在第六节点和地之间，第九电感和第十电容串联耦合在第五电容和负载之间。
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