CN216016858U - 一种用于WiFi无线自组网的射频模块 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种用于WiFi无线自组网的射频模块，包括频合变频电路、第一单刀双掷开关、定向耦合器、检波器和比较器；定向耦合器与WiFi无线网卡连接，用于耦合WiFi无线网卡发射的WiFi频段信号；频合变频电路通过单刀双掷开关与定向耦合器连接；检波器与定向耦合器连接，用于将WiFi频段信号转换成对应的直流电压；比较器与检波器连接，用于将直流电压与门限电压相比较。本申请提供的射频模块，能够无需外部收发控制信号，降低了设计成本和设计难度，同时也能降低线缆间的相互干扰，提高设备电磁兼容性。

Description

一种用于WiFi无线自组网的射频模块

技术领域

本申请涉及网络传输技术领域，更具体地说，尤其涉及一种用于WiFi无线自组网的射频模块。

背景技术

无线自组网是由多个可移动节点组成的一个临时多跳自治系统，它不依赖于预设的基础设施，具有可临时组网、快速展开、无控制中心、抗毁性强等特点，在军事方面和民事方面都具有广阔的应用前景。

由于WiFi芯片具有方案成熟、价格低廉、体积小、功耗低、吞吐量高等优势，特别是在2006年提出的802.11s草案标准，让所有基于 IEEE802.11a/b/g/n协议的设备都具备自组网功能后，理论上WIFI芯片可以直接应用在无线自组网设备上，但WiFi芯片工作的WiFi频段(如2.4GHz) 使用设备较多，容易造成干扰，且该频段波长较短，传播过程不易发生衍射，能量衰减较大，故需要通过变频将WiFi频段转变成更适合无线传输的低频段。

基于WiFi无线网卡的无线自组网设备通常由基带板模块和射频模块组成，基带模块上MCU通过PCIE信号与射频模块上WiFi芯片进行通信，射频模块上的频合、变频电路实现WiFi频段与专网用户需要的频段变换。

但是基于WiFi无线网卡的无线自组网设备会存在一个问题，射频模块与 WiFi无线网卡间只有射频信号连接，没有低频控制信号连接，射频模块收发切换不受WiFi芯片控制，射频模块要么强制工作在接收状态，要么强制工作在发射状态，但不管工作在哪种状态，无线自组网设备间都不能实现相互通信。通过飞线将WiFi芯片管脚的控制信号接到射频模块，虽然可以解决通信问题，但会存在可靠性差及飞线容易受到干扰问题。

因此，设计一种能够实现控制信号连接且能满足可靠性及抗干扰效果的，用于WiFi无线自组网的射频模块，是本领域技术人员函待解决的问题。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本申请提供一种用于WiFi无线自组网的射频模块，解决现有方案在数据传输时采用一应一答机制，即集中器点名后，无线传感节点再上传数据的方式，导致获取所有无线传感节点数据的时间较长，进而影响无线传感节点从唤醒到完成数据上传的效率的问题。

本申请提供的技术方案如下：

一种用于WiFi无线自组网的射频模块，包括频合变频电路、第一单刀双掷开关、定向耦合器、检波器和比较器；

所述定向耦合器与WiFi无线网卡连接，用于耦合所述WiFi无线网卡发射的WiFi频段信号；

所述频合变频电路通过所述单刀双掷开关与所述定向耦合器连接；

所述检波器与所述定向耦合器连接，用于将所述WiFi频段信号转换成对应的直流电压；

所述比较器与所述检波器连接，用于将所述直流电压与门限电压相比较。

优选的，还包括第二单刀双掷开关、带通滤波器、低噪声放大器、第一功放器、第二功放器和天线；

所述带通滤波器和所述低噪声放大器相连，且设置在所述第一单刀双掷开关和所述第二单刀双掷开关之间的第一通路上；

所述第一功放器和所述第二功放器依次设置在所述第一单刀双掷开关和所述第二单刀双掷开关之间的第二通路上；

所述第二单刀双掷开关与所述天线连接。

优选的，所述检波器为RMS响应检波器。

优选的，多个所述射频模块共用一个时钟信号。

优选的，所述定向耦合器方向性大于或等于20dB。

优选的，所述射频模块默认保持在接收状态。

本实用新型提供的用于WiFi无线自组网的射频模块，通过设置定向耦合器、检波器和比较器，将通过定向耦合器进入检波器的WiFi频段信号检波转换成对应的直流电压，并将直流电压与门限电压比较，根据比较结果，让比较器输出不同电压，来控制在发射链路和接收链路之间的切换，从而使得即使WiFi无线网卡不需提供外部放大器工作使能，及设置收发开关来提供控制信号，通过对WiFi无线网卡发射信号的耦合处理及检波处理，满足射频模块接收状态和发射状态之间的切换，可以实现无线自组网设备之间的互相通信。

因此，此射频模块无需WiFi无线网卡生产厂商重新设计，额外引出收发控制信号，可以直接使用市面上普通的WiFi无线网卡。在多天线无线自组网设备中，因无需外部收发控制信号，降低了设计成本和设计难度，同时也能降低线缆间的相互干扰，提高设备电磁兼容性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，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为本实用新型实施例提供的射频模块的一种结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的射频模块的另一种结构示意图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将对本申请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申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

须知，本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本申请可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本申请所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本申请所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

本实用新型实施例采用递进的方式撰写。

本实施例公开了一种用于WiFi无线自组网的射频模块，如图1所示，包括频合变频电路1、第一单刀双掷开关2、定向耦合器3、检波器4和比较器 5；

定向耦合器3与WiFi无线网卡连接，用于耦合WiFi无线网卡发射的WiFi 频段信号；

频合变频电路1通过单刀双掷开关与定向耦合器3连接；

检波器4与定向耦合器3连接，用于将WiFi频段信号转换成对应的直流电压；

比较器5与检波器4连接，用于将直流电压与门限电压相比较。

射频模块的比较器5的输出电平信号会经过双非门芯片转换成TX＿CTR和 RX＿CTR两个控制信号。

射频模块工作在接收状态时，WiFi无线网卡不会输出WiFi频段信号，检波器4检波输出的直流电压低于门限电压，比较器5输出低电平，该低电平信号经过双非门芯片转换后得到低电平TX＿CTR信号及高电平RX＿CTR信号，低电平TX＿CTR信号无法使能发射链路工作，高电平RX＿CTR信号使能接收链路上放大器工作，低电平TX＿CTR信号及高电平RX＿CTR信号控制链路上第一单刀双掷开关2切换到接收链路上，即第一单刀双掷开关2切换到接收链路，整个接收链路上有源器件正常供电，接收到其它无线自组网设备发射的信号后，进入频合变频电路1，将专网用户工作的频段信号变频到WiFi频段信号，最后由WiFi无线网卡进行数字化处理。

而射频模块工作在发射状态时，WiFi无线网卡输出WiFi频段信号，检波器4检波输出的直流电压大于门限电压，比较器5输出高电平，该高电平信号经过双非门芯片转换后得到高电平TX＿CTR信号及低电平RX＿CTR信号，高电平TX＿CTR信号使能发射链路工作，低电平RX＿CTR信号无法使能接收链路工作，高电平TX＿CTR信号及低电平RX＿CTR信号控制链路上第一单刀双掷开关2切换到发射链路上。即WiFi无线网卡输出的WiFi频段信号，首先进入定向耦合器3，定向耦合器3耦合部分WiFi频段信号进入检波器4，检波器4 将WiFi频段信号检波转换成对应的直流电压，比较器5将该直流电压与门限电压做比较，当检波器4输出的直流电压大于门限电压时，比较器5输出高电平，发射链路上正常供电并且将第一单刀双掷开关2切换到发射链路，WiFi 无线网卡发射的WiFi频段信号发射出去。

另外，在实际使用中，第一单刀双掷开关2可以根据实际需要及使用场景选择不同的种类，例如小封装的MMIC或者继电器，但是由于射频模块的信号为射频信号，因此不可选用模拟开关。

在实际使用中，通过合理的设置检波器输入功率及门限电压，不会出现检波直流电压等于门限电压情况，因此本实施例未对检波直流电压等于门限电压的情况进行相应的设置。

门限电压是在与直流电压进行比较前进行了提前的预先设置，而不是根据实时状态生成的随机数值，并且在预设完毕后，门限电压直接发送至比较器5，方便由比较器5将直流电压和预设的门限电压进行即时比较，不需要再从其它部件或者模块重新获取门限电压。当然，也不排除门限电压可以是根据当时的实时环境或其它状态参数所生成的随机门限电压，总之只要有能与直流电压进行比较的门限电压即可，而门限电压的具体生成方式和存储位置可在不影响运行效果的前提下，由本领域技术人员进行选择。

本实施例提供的用于WiFi无线自组网的射频模块，通过设置定向耦合器 3、检波器4和比较器5，将通过定向耦合器3进入检波器4的WiFi频段信号检波转换成对应的直流电压，并将直流电压与门限电压比较，根据比较结果，让比较器5输出不同电压，来控制在发射链路和接收链路之间的切换，从而使得即使WiFi无线网卡不需提供外部放大器工作使能，及设置收发开关来提供控制信号，通过对WiFi无线网卡发射信号的耦合处理及检波处理，满足射频模块接收状态和发射状态之间的切换，可以实现无线自组网设备之间的互相通信。

因此，此射频模块无需WiFi无线网卡生产厂商重新设计，额外引出收发控制信号，可以直接使用市面上普通的WiFi无线网卡。在多天线11无线自组网设备中，因无需外部收发控制信号，降低了设计成本和设计难度，同时也能降低线缆间的相互干扰，提高设备电磁兼容性。

优选的，如图2所示，还包括第二单刀双掷开关6、带通滤波器7、低噪声放大器8、第一功放器9、第二功放器10和天线11；

带通滤波器7和低噪声放大器相连，且设置在第一单刀双掷开关2和第二单刀双掷开关6之间的第一通路上；

第一功放器9和第二功放器10依次设置在第一单刀双掷开关2和第二单刀双掷开关6之间的第二通路上；

第二单刀双掷开关6与天线11连接。

在实际使用中，当WiFi无线网卡输出的WiFi频段信号进入定向耦合器3 时，可以采取小部分WiFi频段信号通过定向耦合器3进入检波器4，此时射频模块仍处于接收状态，绝大部分WiFi频段信号通过定向耦合器3的直通端，进入接收链路混频器输出端，因射频模块采用高线性混频器，端口间隔离度在35dB以上，且低噪声放大器8反向隔离度会在20dB以上，不会存在WiFi 频段信号经过变频从接收链路发射出去的问题。

当射频模块工作在接收状态时，整个接收链路上有源器件即带通滤波器7 和低噪声放大器正常供电，发射链路上的第一功放器9和第二功放器10处于断电不工作状态，天线11接收到其它无线自组网设备发射的信号后，经过低噪声放大器8放大、带通滤波器7滤除带外干扰信号后进入频合变频电路1。

当射频模块工作在发射状态时，WiFi无线网卡输出的WiFi频段信号，首先进入射频模块定向耦合器3，定向耦合器3耦合部分WiFi频段信号进入检波器4，检波器4将WiFi频段信号检波转换成对应直流电压，比较器5将该直流电压与设定门限电压做比较，当检波器4输出的直流电压大于门限电压时，比较器5输出高电平，控制接收链路的低噪声放大器断电，发射链路的第一功放器9和第二功放器10正常供电。

需要注意的是，此处的第一功放器9和第二功放器10均为功率放大器，其与低噪声放大器的区别在于，低噪声放大器8，主要用于接收电路设计中。因为接收电路中的信噪比通常是很低的，往往信号远小于噪声，通过放大器的时候，信号和噪声一起被放大的话非常不利于后续处理，这就要求放大器能够抑制噪声。而功率放大器简称功放，主要功能是功率放大，以满足系统要求，最重要的指标就是输出功率大小，其次线性如何等等，一般用在发射机的最后一级。

优选的，检波器4为RMS响应检波器4。

在本实施方式中，无线自组网设备主要采用QPSK、16QAM、64QAM、128QAM 这些调制方式，这几种调制方式属于非恒包络调制。因此，检波器4不选用包络检波器4，需选用RMS响应检波器4。

因为包络检波器属于幅度检波，检波输出直流电压跟随射频信号包络变化，使用包络检波器检波非恒包络调制信号，检波输出直流电压跟随射频信号包络变化，变化幅度超过500mV，当检波器4输出直流电压低于门限电压时，比较器5输出低电平，射频模块会由发射状态切换到接收状态，而此时WiFi 无线网卡正处在发射信号过程，而射频模块处于接收状态，出现发射信号丢失问题。

而RMS响应检波器4检波输出直流电压与波形和调制无关，只与输入端射频信号功率有关，使用RMS响应检波器4检波非恒包络调制信号，检波输出直流电压基本不跟随射频信号包络变化，不会存在WiFi无线网卡发射信号过程射频模块误切换到接收状态问题。

优选的，多个射频模块共用一个时钟信号。

在本实施方式中，可以采用MIMO多天线技术，多个射频模块共用一个时钟信号。射频模块上的时钟作为频合变频电路1中频率合成器的参考时钟，多个射频模块共用同一个时钟信号可以确保每个射频模块上的频率合成器，输出的本振信号频率和相位一致，经过频合变频电路1变频后能够保证每根天线11间信号相位一致，充分发挥MIMO多天线技术的优势。此时，直接拥有时钟信号的射频模块作为主射频模块，其它射频模块作为从射频模块，均共用主射频模块的时钟信号。

优选的，定向耦合器3方向性大于或等于20dB。

在本实施方式中，由于定向耦合器3方向性有限，射频模块接收信号过程中会有部分信号通过定向耦合器3进入检波器4，检波器4将该部分信号检波成直流电压，并与设定门限电压做比较，比较器5输出高电平或低电平。

无线自组网设备在接收中、小信号时，通过定向耦合器3进入检波器4 信号功率较小，检波器4输出的直流电压小于设定门限电压，比较器5输出低电平，射频模块保持接收状态；但在接收强信号时，若定向耦合器3方向性较小，可能出现检波器4输出的直流电压超过设定门限电压，比较器5输出高电平，射频模块切换到发射状态，接收信号丢失，无线自组网设备间通信断链问题，为避免设备接收强信号时，误切换到发射状态，要求定向耦合器3方向性至少要大于或等于20dB。

优选的，射频模块默认保持在接收状态。

在本实施方式中，为了降低功耗，射频模块默认工作在接收状态，只有在需要转换至发射状态时，才将第一单刀双掷开关2切换到发射链路，控制接收链路断电，发射链路正常供电。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法和装置，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个模块或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口，设备或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其它形式的。

另外，在本实用新型各实施例中的各功能模块可以全部集成在一个处理器中，也可以是各模块分别单独作为一个器件，也可以两个或两个以上模块集成在一个器件中；本实用新型各实施例中的各功能模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种用于WiFi无线自组网的射频模块，其特征在于，包括频合变频电路、第一单刀双掷开关、定向耦合器、检波器和比较器；

所述定向耦合器与WiFi无线网卡连接，用于耦合所述WiFi无线网卡发射的WiFi频段信号；

所述频合变频电路通过所述单刀双掷开关与所述定向耦合器连接；

所述检波器与所述定向耦合器连接，用于将所述WiFi频段信号转换成对应的直流电压；

所述比较器与所述检波器连接，用于将所述直流电压与门限电压相比较。

2.根据权利要求1所述的射频模块，其特征在于，还包括第二单刀双掷开关、带通滤波器、低噪声放大器、第一功放器、第二功放器和天线；

所述带通滤波器和所述低噪声放大器相连，且设置在所述第一单刀双掷开关和所述第二单刀双掷开关之间的第一通路上；

所述第一功放器和所述第二功放器依次设置在所述第一单刀双掷开关和所述第二单刀双掷开关之间的第二通路上；

所述第二单刀双掷开关与所述天线连接。

3.根据权利要求2所述的射频模块，其特征在于，所述检波器为RMS响应检波器。

4.根据权利要求1所述的射频模块，其特征在于，多个所述射频模块共用一个时钟信号。

5.根据权利要求1所述的射频模块，其特征在于，所述定向耦合器方向性大于或等于20dB。

6.根据权利要求1所述的射频模块，其特征在于，所述射频模块默认保持接收状态。

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