CN111800149B - 射频前端电路和追踪器 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例公开一种射频前端电路和追踪器，涉及天线领域。射频前端电路包括第一天线和第二天线，第一天线作为接收高频信号的分集天线和接收中频信号的主集天线，第二天线作为接收中频信号的分集天线和接收高频信号的主集天线，第一天线上接收来自基站的主集中频信号和分集高频信号，第二天线上接收来自基站主集高频信号和分集中频信号，收发器通过分集接收模式接收高频信号和低频信号，可以提高高频和低频下蜂窝网络信号的质量，提高蜂窝网络定位的精确度。

Description

射频前端电路和追踪器
技术领域
本发明涉及天线领域，尤其涉及一种射频前端电路和追踪器。
背景技术
追踪器用于通过蜂窝网络定位、GPS定位、WLAN定位或蓝牙定位中的一种或多种将自身的位置通知给用户，适用于个人定位、车辆定位、宠物定位或贵重物品定位等应用场景。追踪器具有体积小和重量轻的特点，一般使用内置的天线来接收卫星导航信号、WLAN信号和蜂窝网络信号，各个信号之间的干扰较大，信号质量不佳，如何提高追踪器接收信号的质量是目前亟待解决的问题。
发明内容
本申请实施例提供了射频前端电路和追踪器，可以解决相关技术中追踪器接收信号的质量不佳导致定位不准的问题。所述技术方案如下：
第一方面，本申请实施例提供了一种射频前端电路，包括：第一天线、第二天线、第一频分器、第二频分器和收发器；
其中，所述第一天线的信号端口与所述第一频分器的第一端口连接，所述第一频分器的第二端口与所述收发器的低频收发端口连接，所述第一频分器的第三端口与所述收发器的中频主集接收端口连接，所述第一频分器的第四端口与所述收发器的高频分集端口连接；
所述第二天线的信号端口与所述第二频分器的第一端口连接，所述第二频分器的第二端口与所述收发器的中频分集端口连接，所述第二频分器的第三端口与所述收发器的高频主集收发端口连接。
在一种可能的设计中，还包括：第三天线、第三频分器和短距离无线通信芯片；
其中，所述第三天线的通信端口与所述第三频分器的第一端口连接，所述第三频分器的第二端口与所述收发器的卫星导航信号端口连接，所述第三频分器的第三端口与所述短距离无线通信芯片的通信端口连接。
在一种可能的设计中，还包括：控制器，所述第一天线包括切换组件、n个天线匹配网络和辐射部，n为大于1的整数；
所述控制器，与所述切换组件连接，用于在传输信号为低频信号时，根据所述传输信号的频率生成切换指令，以及向所述切换组件发送切换指令；
所述切换组件，用于根据所述切换指令从n个天线匹配网络选择一个天线匹配网络，控制所述第一频分器的通信端口通过选择的天线匹配网络与所述辐射部连接。
在一种可能的设计中，其特征在于，n＝4，所述切换组件为单刀四掷开关，所述单刀四掷开关设置有动端、第一不动端、第二不动端、第三不动端、第四不动端和控制端；
其中，所述控制器通过所述控制端与所述单刀四掷开关相连，所述第一不动端通过第一天线匹配网络与所述第一频分器的第一端口连接，所述第二不动端通过所述第二天线匹配网络与所述第一频分器的第一端口连接，所述第三不动端通过第三天线匹配网络与所述第一频分器的第一端口连接，所述第四不动端通过第四天线匹配网络与所述第一频分器的第一端口相连，所述动端与所述辐射部相连。
在一种可能的设计中，n＝2m，m为大于或等于1的整数，切换组件设置的控制端的数量为m个。
在一种可能的设计中，所述切换组件与所述第一天线的馈电点的距离大于或等于10cm。
在一种可能的设计中，所述第一天线、所述第二天线和所述第三天线的辐射部为追踪器的中框中的一段，且各个辐射部之间存在预设长度的间隙。
在一种可能的设计中，所述第一天线的辐射部和所述第二天线的辐射部的极化方向相互垂直。
在一种可能的设计中，所述第一天线和所述第二天线为PIFA天线。
第二方面，本申请实施例提供了一种追踪器，包括：上述的任意一种射频前端电路、控制器和壳体；所述射频前端电路和所述控制器设置于所述壳体内。
本申请一些实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
射频前端电路包括第一天线和第二天线，第一天线作为接收高频信号的分集天线和接收中频信号的主集天线，第二天线作为接收中频信号的分集天线和接收高频信号的主集天线，第一天线上接收来自基站的主集中频信号和分集高频信号，第二天线上接收来自基站主集高频信号和分集中频信号，收发器通过分集接收模式接收高频信号和低频信号，可以提高高频和低频下蜂窝网络信号的质量，提高蜂窝网络定位的精确度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的射频前端电路的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的射频前端电路的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的射频前端电路的结构示意图；
图4是本发明实施例提供天线匹配网络的电路图；
图5是本发明实施例提供的天线匹配网络的电路图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供实施例的一种射频前端电路的示意图，射频前端电路包括：第一天线10、第二天线11、第一频分器20、第二频分器21和收发器30。其中，为提高第一天线10和第二天线11和分集接收中频信号和高频信号时的性能，第一天线10的辐射部和第二天线11的辐射部的极化方向相互垂直。为减低第一天线10和第二天线11在追踪器的内部所在的空间，第一天线10和第二天线11可以PIFA(平面倒F天线)。
其中，第一天线10的通信端口与第一频分器20的第一端口1相连，第一频分器10的第二端口2与收发器30的低频收发端口LB TRX相连，第一频分器20的第三端口3与收发器30的中频主集接收端口MB PRX相连，第一频分器20的第四端口4与收发器30的高频分集端口HB DRX相连。收发器30的低频收发端口LB TRX用于发射和接收低频信号；收发器30的中频主集接收端口MB PRX用于接收主集中频信号，收发器30的高频信号收发端口HB DRX用于接收分集高频信号和发射高频信号。第一频分器用于将来自第一天线10的接收信号根据频率传输至对应的端口，在接收信号为低频信号，将接收信号通过第二端口2传输至收发器30；在接收信号为中频信号时，将信号通过第三端口3传输至收发器30；在信号的频率为高频信号时，将接收信号通过第四端口4传输至收发器30。例如：频率为600MHz～960MHz的信号为低频信号，频率为1710MHz～2690MHz的信号为中频信号，频率为2690～3500MHz的信号为高频信号。可以理解的是，低频信号、中频信号和高频信号的频带划分方式可以根据实际需求而定，本申请不作限制。
第二天线20的通信端口与第二频分器21的第一端口1相连，第二频分器21的第二端口2与收发器30的中频分集端口MB DRX连接，第二频分器21的第三端口3与收发器30的高频主集接收端口HB PRX连接。收发器30的中频分集端口MB DRX用于接收分集中频信号和发射中频信号，收发器30的高频主集接收端口HB PRX用于接收主集高频信号。第二频分器21用于将来自第二天线11的接收信号根据频率传输至不同的端口，在接收信号的频率为中频信号时，将接收信号通过第二端口2传输至收发器30；在接收信号的频率为高频信号时，将接收信号通过第四端口3传输至收发器30。其中，第一天线10和第二天线20用于与基站进行通信，第一天线10和第二天线20接收来自基站的射频信号，以及将射频信号发射给基站，基站可以是2G基站、3G基站、4G基站或5G基站，本实施例不作限制。
容易看出，本实施例并没有采用分集方式接收低频信号和发射低频信号，也没有采用分集方式发射中频信号和高频信号，这是有追踪器的工作特定决定，追踪器主要进行接收信号，利用接收信号进行定位，发射信号的几率相对于接收信号较小。
在本实施例中，第一天线10作为接收中频信号的主集天线和接收高频信号的分集天线，第二天线11作为接收中频信号的分集天线和接收高频信号的主集天线。收发器30将中频主集接收端口MB PRX接收到的主集中频信号和中频分集端口MB DRX接收到的分集中频信号进行合并处理得到最终的中频信号；收发器30将高频主集接收端口HB PRX接收到的主集高频信号和高频分集端口HB DRX接收到的分集高频信号进行合并得到最终的高频信号。通过分集模式接收来自基站的中频信号和高频信号，能过提高接收到的蜂窝信号质量，从而提高蜂窝网络定位精度。
在一个或多个可能的实施例中，参见图1所示，天线射频装置还包括：第三天线、第三频分器和短距离无线通信芯片(图1中未画出)；第三天线的通信端口与第三频分器的第一端口连接，第三频分器的第二端口与收发器30的卫星导航信号端口GNSS连接，第三频分器的第三端3与短距离无线通信芯片连接。卫星导航信号端口GNSS用于接收来自卫星导航系统的卫星导航信号，卫星导航系统可以是GPS、GLONASS卫星导航系统、GALILEO卫星导航系统或北斗卫星导航系统。短距离无线通信芯片可以为WiFi芯片或蓝牙芯片。第三天线用于接收卫星导航信号和短距离无线通信信号(例如：WiFi信号)，第三频分器用于根据接收信号的频率传输至不同的端口，在接收信号为WiFi信号时，将接收信号传输至短距离无线通信芯片；在接收信号为卫星导航信号时，第三频分器将接收信号传输至收发器30。
在一个或多个实施例中，射频前端电路还包括：控制器，第一天线包括切换组件、n个天线匹配网络和辐射部，n为大于1的整数；
控制器，与切换组件连接，用于在传输信号为低频信号时，根据传输信号的频率生成切换指令，以及向所述切换组件发送切换指令；
所述切换组件，用于根据所述切换指令从所述n个天线匹配网络中一个天线匹配网络，控制所述第一频分器的通信端口通过选择的天线匹配网络与辐射部连接。
其中，控制器可以采用数字信号处理(digital signal processing，DSP)、现场可编程门阵列(field－programmable gate array，FPGA)、可编程逻辑阵列(programmablelogic Array，PLA)中的至少一种硬件形式来实现。控制器读取存储或预配置的多个频带，然后检测传输信号(来自基站的接收信号和发送给基站的发射信号)的频率所在的频带，根据频带和天线匹配网络之间的映射关系，生成切换信号，切换信号可以是数字脉冲信号，切换信号中携带比特位，比特位的值表示选择的天线匹配网络的序号。例如：切换信号中携带的比特位为00时，表示选择第1个天线匹配网络；切换信号中携带的比特位为01，表示选择第2个天线匹配网络。切换组件接收来自控制器的切换指令，以及根据切换指令从n个天线匹配网络中选择一个天线匹配网络，控制辐射部通过选择的天线匹配网络与第一频分器的第一端口连接。辐射部为第一天线10中辐射信号的部分，辐射部上设置有馈电点和接地点，辐射部的形状可以是环形、矩形、条形或其他形状。天线匹配网络和辐射部进行配合决定第一天线10的谐振频率，使第一天线10在传输特定频率的信号时性能达到最优。
例如：n＝4，射频前端电路设置有4个天线匹配网络：天线匹配网络1、天线匹配网络2、天线匹配网络3和天线匹配网络4，低频信号的频带为低频600～960MHz，将低频信号的频带划分为4个子频带：B71(612MHz～698MHz)、B12/B13/20(698MHz～787MHz)、B5(824MHz～894MHz)、B8(880MHz～960MHz)；在经过第一天线10的传输信号的频率位于612MHz～698MHz时，控制器选择天线匹配网络1，控制第一天线10的辐射部通过天线匹配网络1与第一频分器20的第一端口相连；传输信号的频率位于698MHz～787MHz时，控制器选择天线匹配网络2，控制第一天线10的辐射部通过天线匹配网络2与第一频分器20的第一端口相连；传输信号的频率位于824MHz～894MHz时，控制器选择天线匹配网络3，控制第一天线10的辐射部通过天线匹配网络3与第一频分器20的第一端口相连；传输信号的频率位于880MHz～960MHz时，控制器选择天线匹配网络4，控制第一天线10的辐射部通过天线匹配网络3于第一频分器20的第一端口相连。
在一个或多个实施例中，天线匹配网络(或主天线匹配网络)的电路结构可参照图4和图5所示。
在图4中，天线匹配网络包括第一电感L1、第二电感L2和第一电容C1，第一电感L1的一端接地，第一电感L1的另一端与第一电容C1的一端和第二电感L2的一端连接，第一电容C1的另一端接地以及第一电容C1的另一端与单刀多掷开关的不动端连接。第二电感L2的另一端与单刀多掷开关的不动端连接。
在图5中，天线匹配网络包括第三电感L3、第二电容C2和第三电容C3。第二电容C2的一端接地以及与第三电感L3的一端连接，第二电容C2的另一端接地，且与第三电容C3的另一端连接；第三电感L3的另一端与第三电容C3的一端连接，且与单刀多掷开关的不动端连接，第三电容C3的另一端也与单刀多掷开关的不动端连接。
本实施例可以通过设置电感的阻值、电容的容值和电感的感值以调节第一天线10的谐振频率。
在一个或多个实施例中，参见图2所示，第一天线10包括：天线匹配网络101、天线匹配网络102、天线匹配网络103、天线匹配网络104、单刀四掷开关105和辐射部106，单刀四掷开关105设置有动端、第一不动端1、第二不动端2、第三不动端3、第四不动端4和控制端；
其中，控制器100通过控制端与单刀四掷开关105相连，第一不动端通过天线匹配网络101与第一频分器20的第一端口连接，第二不动端2通过天线匹配网络102与第一频分器20的第一端口连接，第三不动端通过天线匹配网络103与第一频分器20的第一端口连接，第四不动端通过天线匹配网络104与第一频分器20的第一端口相连。控制器100通过控制动端与第一不动端1相连时，以使辐射部106通过天线匹配网络101与第一频分器20相连；控制器100通过控制动端与第二不动端相连时，以使辐射部106通过天线匹配网络102与第一频分器20相连；控制器100通过控制动端与第三不动端3相连时，以使辐射部106通过天线匹配网络103与第一频分器20相连；控制器100通过控制动端与第四不动端4相连时，以使天线匹配网络104与第一频分器20相连。
需要说明的是，经过第一天线20的传输信号为中频信号或高频信号时，不需要通过图2所示的天线匹配网络，中频信号或高频信号可以直接传输至第一频分器20或通过其他网络传输至第一频分器20。
在一个或多个实施例中，n＝2m，m为大于或等于1的整数，切换组件设置的控制端的数量为m个。
例如：参见图2所示，n＝4，单刀四掷开关设置有2个控制端，控制器100生成的切换信号为比特位，比特位为00时，选择天线匹配网络1；比特位为01时，选择天线匹配网络2；比特位为10时，选择天线匹配网络3；比特位为11时，选择天线匹配网络4。
在一种可能的实施例中，为降低切换组件和第一天线的辐射部之间的干扰，所述切换组件与所述第一天线的馈电点的距离大于或等于10cm。
在一种可能的实施例中，所述第一天线、所述第二天线和所述第三天线的辐射部为追踪器的中框中的一段，且各个辐射部之间存在预设长度的间隙。
例如：参见图3所示，第一天线10的辐射部为追踪器的侧框，第二天线11的辐射部为追踪器的另一侧框，第三天线12的辐射部为追踪器的底框。两个侧框和底框之间设置有预设大小的间隙。其中，底框上设置有馈电点，底框由于和两个侧框之间设置有间隙，因此底框包括主体和两个末端，馈电点到任意一个末端的距离大于间隙的距离。例如：底框的长度为5cm，间隙的长度为5mm，那么馈电点到底框的两个末端之间的距离需要满足大于5mm。
实施本申请的实施例可以带来至少如下的有益效果：射频前端电路包括第一天线和第二天线，第一天线作为高频信号的分集天线和中频信号的主集天线，第二天线作为中频信号的分集天线和高频信号的主集天线，第一天线上接收来自基站的主集中频信号和分集高频信号，第二天线上接收来自基站主集高频信号和分集中频信号，收发器通过分集接收模式接收高频信号和低频信号，可以提高高频和低频下蜂窝网络信号的质量，提高蜂窝网络定位的精确度。
本申请实施例还提供了一种追踪器，包括上述的射频前端电路、控制器和壳体，射频前端电路和控制器设置于壳体内
以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种射频前端电路，其特征在于：包括：第一天线、第二天线、第一频分器、第二频分器和收发器；
其中，所述第一天线的信号端口与所述第一频分器的第一端口连接，所述第一频分器的第二端口与所述收发器的低频收发端口连接，所述第一频分器的第三端口与所述收发器的中频主集接收端口连接，所述第一频分器的第四端口与所述收发器的高频分集端口连接；
所述第二天线的信号端口与所述第二频分器的第一端口连接，所述第二频分器的第二端口与所述收发器的中频分集端口连接，所述第二频分器的第三端口与所述收发器的高频主集收发端口连接。
2.根据权利要求1所述的射频前端电路，其特征在于，还包括：第三天线、第三频分器和短距离无线通信芯片；
其中，所述第三天线的通信端口与所述第三频分器的第一端口连接，所述第三频分器的第二端口与所述收发器的卫星导航信号端口连接，所述第三频分器的第三端口与所述短距离无线通信芯片相连。
3.根据权利要求1所述的射频前端电路，其特征在于，还包括：控制器；所述第一天线还包括：切换组件、n个天线匹配网络和辐射部，n为大于1的整数；
所述控制器，与所述切换组件相连，用于在传输信号为低频信号时，根据传输信号的频率生成切换指令，以及向所述切换组件发送切换指令；
所述切换组件，用于根据所述切换指令从所述n个天线匹配网络中选择一个天线匹配网络，控制所述第一频分器的通信端口通过选择的天线匹配网络与所述辐射部连接。
4.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，n＝4，所述切换组件为单刀四掷开关，所述单刀四掷开关设置有动端、第一不动端、第二不动端、第三不动端、第四不动端和控制端；
其中，所述控制器通过所述控制端与所述单刀四掷开关相连，所述第一不动端通过第一天线匹配网络与所述第一频分器的第一端口连接，所述第二不动端通过所述第二天线匹配网络与所述第一频分器的第一端口连接，所述第三不动端通过第三天线匹配网络与所述第一频分器的第一端口连接，所述第四不动端通过第四天线匹配网络与所述第一频分器的第一端口相连；所述动端与所述辐射部相连。
5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，n＝2m，m为大于或等于1的整数，切换组件设置的控制端的数量为m个。
6.根据权利要求3至5任意一项所述的电路，其特征在于，所述切换组件和所述辐射部的馈电点之间的距离大于或等于10cm。
7.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述第一天线、所述第二天线和所述第三天线的辐射部为追踪器的中框中的一段，且各个辐射部之间存在预设长度的间隙。
8.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第一天线的辐射部和所述第二天线的辐射部的极化方向相互垂直。
9.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第一天线和所述第二天线为平面倒F天线PIFA。
10.一种追踪器，其特征在于，包括如权利要求1至9任意一项所述的射频前端电路。
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