CN107005258A - 用于机动车辆的rf信号覆盖的系统、方法和模块 - Google Patents

Abstract

用于机动车辆的天线系统包括位于机动车辆外部的外部天线、包括RF辐射电缆并且位于机动车辆内部的内部天线、以及无线通信模块。内部天线连接在外部天线和无线通信模块之间，使得由外部天线接收和发送的所有信号通过内部天线来接收和发送。

Description

用于机动车辆的RF信号覆盖的系统、方法和模块

技术领域

本发明涉及为车辆提供RF信号覆盖，更具体地，本发明涉及同时在机动车辆内部和外部提供RF信号覆盖。

背景技术

联网和汽车技术的最新发展已经导致希望在机动车辆内部和外部提供RF信号覆盖。已经尝试了各种技术来实现机动车辆内部和外部的RF信号覆盖，特别是解决与机动车辆车体相关联的问题，机动车辆车体通常由金属制成，因此提供了将两个期望的RF信号覆盖区域分离的电磁屏蔽。

在机动车辆内部和外部提供RF信号覆盖的已知方法包括简单地使用RF组合器或RF开关将RF信号分成两个信号路径：第一信号路径，用于在机动车辆外部提供RF信号覆盖的外部天线；以及第二信号路径，用于在机动车辆内部提供RF信号覆盖的内部天线。例如，内部天线提供无线局域网(WLAN)以与机动车辆内的WLAN兼容设备(例如便携式计算机、后座娱乐控制台、用户游戏设备等)连接，或者提供个人区域网络(PAN)以与PAN兼容设备(例如蜂窝电话或其他类似设备的免提蓝牙连接)连接。外部天线提供到例如WiFi热点、住宅的接入点、经销商服务中心等的无线连接。

虽然RF开关提供了外部天线和内部天线之间的低插入损耗和高隔离性，但是RF开关只允许在任何给定时间连接外部天线和内部天线中的一个。外部天线101和内部天线102通常通过例如图6所示的单刀双掷(SPDT)开关110的时分控制来切换，并且，由于外部天线101和内部天线102不能同时进行通信，因此总通信吞吐量较低。也就是说，依靠SPDT 110来组合到内部天线102和外部天线101的信号路径导致内部天线102和外部天线101不能同时发送或接收RF信号的问题。

RF组合器或诸如RF分配器或RF分离器之类的类似设备允许外部天线101和内部天线102同时进行通信。然而，诸如RF组合器、分配器或分离器之类的设备111(其示例在图7中示出)通常具有外部天线101和内部天线102之间的高插入损耗和低隔离性，这降低了信号质量，并导致吞吐量损耗和连接距离降低。具体地，使用这样的设备111将到内部天线102和外部天线101的信号路径进行组合导致到外部天线101的高插入损耗(例如约3.5dB)以及在内部天线101和外部天线102之间的低隔离性(例如约3.5dB)。

此外，用于在机动车辆的外部和内部两者提供RF信号覆盖的上述方法需要两个不同的天线和相当长的RF布线，这导致实现这种方法的高成本和复杂性。

虽然已知的RF辐射电缆为例如隧道或建筑物提供了RF信号覆盖，但是RF辐射电缆没有被设计或布置成为机动车辆应用提供天线。

发明内容

为了克服上述问题，本发明的优选实施例提供了一种用于在机动车辆的外部和内部两者提供RF信号覆盖的系统、方法和模块。根据本发明的优选实施例，根据RF辐射电缆和/或定向耦合器的布置，减少了用于在机动车辆内部和外部提供RF信号覆盖的天线的数量和/或RF布线的长度。因此，同时在机动车辆的内部和外部两者执行通信，而没有任何显著的数据速度或吞吐量的降低。

此外，本发明的优选实施例以成本高效的方式提供机动车辆外部和内部两者的RF信号覆盖。

本发明的优选实施例的用于机动车辆的天线系统包括位于机动车辆外部的外部天线、包括RF辐射电缆并且位于机动车辆内部的内部天线、以及无线通信模块。内部天线连接在外部天线和无线通信模块之间，使得由外部天线接收和发送的所有信号通过内部天线来接收和发送。

优选地，所述无线通信模块包括具有第一接收电路和第一发射电路的IC，并且所述第一接收电路和所述第一发射电路接收和发送具有第一频率的第一信号。

所述无线通信模块优选地包括连接在所述内部天线和所述IC之间的双工器，使得所述第一接收电路与所述第一发射电路隔离，并且使得使用所述内部天线和所述外部天线来接收和发送所述第一信号。所述无线通信模块优选地包括连接在所述双工器和所述第一发射电路之间的功率放大器。所述无线通信模块包括连接在所述双工器和所述第一接收电路之间的低噪声放大器。

优选地，所述IC包括第二接收电路和第二发射电路，并且所述第二接收电路和所述第二发射电路接收和发送具有第二频率的第二信号。优选地，所述无线通信模块包括连接在所述内部天线和所述IC之间的双工器，并且所述双工器分离和组合第一信号和第二信号。

所述无线通信模块优选地包括连接到双工器、第一接收电路和第一发射电路的第一开关。所述无线通信模块优选地包括连接在第一开关和第一发射电路之间的第一功率放大器。所述无线通信模块优选地包括连接在第一开关和第一接收电路之间的第一低噪声放大器。

所述无线通信模块优选地包括连接到双工器、第二接收电路和第二发射电路的第二开关。所述无线通信模块优选地包括连接在第二开关和第二发射电路之间的第二功率放大器。无线通信模块优选地包括连接在第二开关和第二接收电路之间的第二低噪声放大器。

优选地，所述IC包括第三接收电路和第三发射电路，并且所述第三接收电路和所述第三发射电路接收和发送具有第三频率的第三信号。

优选地，所述IC包括第三接收电路和第三发射电路，并且所述第三接收电路和所述第三发射电路接收和发送具有第三频率的第三信号。第二开关连接到第三接收电路和第三发射电路。

根据以下参考附图对本发明的优选实施例的详细描述，本发明的上述和其它特征、元件、特性、步骤和优点将变得更加明显。

附图说明

图1示出了根据本发明的第一优选实施例的外部天线和内部天线的布置。

图2示出了根据本发明的第一优选实施例的无线通信系统。

图3示出了根据本发明的第一优选实施例的另一无线通信系统。

图4示出了根据本发明的第二优选实施例的外部天线和内部天线的布置。

图5示出了根据本发明的第二优选实施例的无线通信系统。

图6示出了外部天线和内部天线的已知布置。

图7示出了外部天线和内部天线的另一已知布置。

具体实施方式

根据如图1-3所示的本发明的第一优选实施例，仅需要一个天线来覆盖机动车辆的外部和内部两者。单个天线包括位于一端的外部天线1和位于另一端的内部天线2，外部天线1优选地是典型的天线，其包括例如鞭形天线、棒形天线或鲨鱼鳍形天线，内部天线2是RF辐射电缆。内部天线2的一端可以连接到RF端口3。机动车辆内部的RF信号覆盖由用来覆盖机动车辆内部且作为天线操作的内部天线2来提供。机动车辆外部的无线覆盖优选被外部天线1所覆盖。根据如图1所示的这种布置，针对机动车辆的外部和内部两者的RF信号覆盖，仅需要一根RF电缆，并且单个天线覆盖两个区域。

图2示出了根据本发明的第一优选实施例的无线通信系统。如图2所示，无线通信系统包括外部天线1、内部天线2和无线通信模块10。如图1和2所示，内部天线2优选为RF辐射电缆，外部天线1优选为典型的天线。

图2所示的无线通信模块10还包括双工器11、功率放大器12、低噪声放大器13和具有发射电路Tx和接收电路Rx的IC芯片14。发射电路Tx通过功率放大器12和双工器11连接到内部天线2和外部天线1。接收电路Rx通过低噪声放大器13和双工器11连接到内部天线2和外部天线1。双工器11将接收电路Rx与发射电路Tx隔离，同时允许接收电路Rx和发射电路Tx共享内部天线2和外部天线1。然而，根据本发明的优选实施例，可以使用RF开关代替图2所示的双工器11，同时仍然保持高数据速度和吞吐量。

根据本发明的第一优选实施例，无线通信模块10优选地是包括多个接收电路和/或多个发射电路的组合模块。图3示出了根据本发明的第一优选实施例的另一无线通信系统。

图3所示的无线通信系统包括外部天线1、内部天线2和无线通信模块20。如图1和3所示，内部天线2优选为RF辐射电缆，外部天线1优选为典型的天线。图3所示的无线通信模块还包括分离和组合2.4GHz信号和5GHz信号的双工器21、开关25、功率放大器22、低噪声放大器23和IC芯片24。IC芯片24优选地是“片上系统”(SoC)，其包括例如5GHz Tx和Rx电路、2.4GHz Tx和Rx电路以及蓝牙(BT)Tx/Rx电路。信号从图3所示的无线通信系统发送并由其接收，如下：

1)5GHz Tx电路通过上功率放大器22、上开关25、双工器21、内部天线2和外部天线1发送信号。

2)5GHz Rx电路从内部天线2、外部天线1、双工器21、上开关25和上低噪声放大器23接收信号。

3)2.4GHz Tx电路通过下功率放大器22、下开关25、双工器21、内部天线2和外部天线1发送信号。

4)2.4GHz Rx电路从内部天线2、外部天线1、双工器21、下开关25和下低噪声放大器23接收信号。

5)蓝牙Tx/Rx电路通过下开关25、双工器21、内部天线2和外部天线1发送和接收信号。

因此，根据本发明的第一优选实施例，在从外部天线发送和由其接收的信号低衰减的情况下，可以在机动车辆的内部和外部两者同时执行通信。

根据如图4和5所示的本发明的第二优选实施例，通过内部天线32和外部天线31提供机动车辆的RF信号覆盖，所述内部天线32和外部天线32由定向耦合器34耦合到无线通信模块40的RF端口33。

图5示出了根据本发明的第二优选实施例的无线通信系统。如图5所示，无线通信系统包括内部天线32、外部天线31和无线通信模块40。定向耦合器34操作为无线通信模块40的RF信号组合器和RF信号分离器，并且优选地被包括在无线通信模块40中，如图5所示。然而，定向耦合器34可以被包括为连接到无线通信模块的RF端口(即，天线端口)的分离元件。

图5所示的无线通信模块40还包括分离和组合2.4GHz信号和5GHz信号的双工器41、开关45、功率放大器42、低噪声放大器43和IC芯片44。优选地，双工器41、开关45、功率放大器42、低噪声放大器43和IC芯片44与上文关于图2和3描述的那些类似。

如图5所示，无线通信系统可以包括用于内部天线32和外部天线31的一个或两个RF电缆35。例如，内部天线32和外部天线31两者都可以是典型的天线，或者，外部天线31可以是典型的天线，内部天线32被布置为RF辐射天线。典型的外部天线包括例如鞭形天线、棒形天线或鲨鱼鳍形天线。典型的内部天线包括例如图案天线、芯片天线和倒F天线。

如图4和图5所示，定向耦合器34包括三个端口，包括输入端口T、输出端口O和耦合端口C。输入端口I例如经由无线通信模块40的RF端口连接到无线通信模块的双工器41。输出端口O连接到外部天线31，并且耦合端口C连接到内部天线32。

优选地，从输出端口O输出提供给输入端口I的信号，其衰减仅为约几十分之一dB。还从耦合端口C输出提供给输入端口I的信号，但优选地衰减约6至15dB。然而，可以根据需要调整耦合端口C处的衰减。

优选地，从输入端口I输出提供给输出端口O的信号，其衰减仅为约几十分之一dB。还从耦合端口C输出提供给输出端口O的信号，但是优选地从耦合端口C仅输出小信号，例如衰减约20dB至约40dB。

优选地，从输入端口I输出提供给耦合端口C的信号，例如衰减约6dB至约15dB。然而，可以根据需要调整耦合端口C处的衰减。还从输出端口O输出提供给耦合端口C的信号，但是优选地从输出端口O仅输出小信号，例如衰减约20dB至约40dB。

因此，根据本发明的第二优选实施例，可以使用定向耦合器作为RF信号组合器和RF信号分离器，在机动车辆的内部和外部两者提供RF信号覆盖。因此，显著地减少或最小化了从外部天线发送和由其接收的信号的RF信号损耗。具体地，由于机动车辆内部的RF信号覆盖区域受到限制，所以通过定向耦合器，从内部天线发送和由其接收的信号可以承受RF信号损耗，而不显著降低数据速度或吞吐量。此外，定向耦合器提供了内部天线和外部天线之间的高隔离性，这提高了从内部天线和外部天线发送和由其接收的信号的质量。

应当理解，上述描述仅仅是本发明的说明。在不脱离本发明的情况下，本领域技术人员可以设计出各种替代和修改。因此，本发明旨在包含落在所附权利要求范围内的所有这些替代、修改和变化。

Claims (16)

1.一种用于机动车辆的天线系统，包括：

位于机动车辆外部的外部天线；

位于机动车辆内部并包括RF辐射电缆的内部天线；以及

无线通信模块；其中

所述内部天线连接在所述外部天线和所述无线通信模块之间，使得由所述外部天线接收和发送的所有信号通过所述内部天线来接收和发送。

2.根据权利要求1所述的天线系统，其中：

所述无线通信模块包括具有第一接收电路和第一发射电路的IC；以及

所述第一接收电路和所述第一发射电路接收和发送具有第一频率的第一信号。

3.根据权利要求2所述的天线系统，其中，所述无线通信模块包括连接在所述内部天线和所述IC之间的双工器，使得所述第一接收电路与所述第一发射电路隔离，并且使得使用所述内部天线和所述外部天线来接收和发送所述第一信号。

4.根据权利要求3所述的天线系统，其中，所述无线通信模块包括连接在所述双工器和所述第一发射电路之间的功率放大器。

5.根据权利要求3所述的天线系统，其中，所述无线通信模块包括连接在所述双工器和所述第一接收电路之间的低噪声放大器。

6.根据权利要求2所述的天线系统，其中：

所述IC包括第二接收电路和第二发射电路；以及

所述第二接收电路和所述第二发射电路接收和发送具有第二频率的第二信号。

7.根据权利要求6所述的天线系统，其中：

所述无线通信模块包括连接在所述内部天线和所述IC之间的双工器；以及

所述双工器分离和组合所述第一信号和所述第二信号。

8.根据权利要求7所述的天线系统，其中，所述无线通信模块包括连接到所述双工器、所述第一接收电路和所述第一发射电路的第一开关。

9.根据权利要求8所述的天线系统，其中，所述无线通信模块包括连接在所述第一开关和所述第一发射电路之间的第一功率放大器。

10.根据权利要求8所述的天线系统，其中，所述无线通信模块包括连接在所述第一开关和所述第一接收电路之间的第一低噪声放大器。

11.根据权利要求7所述的天线系统，其中，所述无线通信模块包括连接到所述双工器、所述第二接收电路和所述第二发射电路的第二开关。

12.根据权利要求11所述的天线系统，其中，所述无线通信模块包括连接在所述第二开关和所述第二发射电路之间的第二功率放大器。

13.根据权利要求11所述的天线系统，其中，所述无线通信模块包括连接在所述第二开关和所述第二接收电路之间的第二低噪声放大器。

14.根据权利要求6所述的天线系统，其中：

所述IC包括第三接收电路和第三发射电路；以及

所述第三接收电路和所述第三发射电路接收和发送具有第三频率的第三信号。

15.根据权利要求11所述的天线系统，其中：

所述IC包括第三接收电路和第三发射电路；以及

所述第三接收电路和所述第三发射电路接收和发送具有第三频率的第三信号。

16.根据权利要求15所述的天线系统，其中，所述第二开关连接到所述第三接收电路和所述第三发射电路。