CN216313089U - 一种射频电路、ZigBee传感器以及电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种射频电路、ZigBee传感器以及电子设备，所述射频电路包括射频模块、阻抗匹配模块、信号收发模块、过滤模块以及调压模块，阻抗匹配模块、过滤模块以及调压模块均连接于射频模块的不同接口，信号收发模块通过阻抗匹配模块连接于所述射频模块，调压模块连接于射频模块与外部电源之间；射频模块用于将待发送数据转换为射频信号，以及将接收的射频信号转换为数据；阻抗匹配模块用于匹配信号收发模块的特征阻抗与射频模块的特征阻抗；信号收发模块用于将射频信号辐射至空间，以及接收空间中辐射的射频信号；过滤模块用于对电源进行过滤；调压模块用于调节对射频模块进行供电的电压。本电路可以改善射频性能，增强无线传输能力。

Description

一种射频电路、ZigBee传感器以及电子设备

技术领域

本申请涉及电路技术领域，特别涉及一种射频电路、ZigBee传感器以及电子设备。

背景技术

射频电路是指处理信号的电磁波长与电路或器件尺寸处于同一数量级的电路，在实际应用中，常通过使用集成芯片外接天线等发射模块的方式实现射频信号的传输。在实际射频电路设计中，由于射频电路中产生的阻抗，常常会导致传输的信号产生反射，造成射频电路性能较差，无线通信距离较短。

实用新型内容

鉴于上述问题，本实用新型提供一种射频电路、ZigBee传感器以及电子设备，以改善射频电路性能，增加传输距离。

第一方面，本申请实施例提供了一种射频电路，所述射频电路包括射频模块、阻抗匹配模块、信号收发模块、过滤模块以及调压模块，所述阻抗匹配模块、过滤模块以及调压模块均连接于所述射频模块的不同接口，所述信号收发模块通过所述阻抗匹配模块连接于所述射频模块，所述调压模块连接于所述射频模块与外部电源之间；所述射频模块用于将待发送数据转换为射频信号，以及将接收的射频信号转换为数据；所述阻抗匹配模块用于匹配所述信号收发模块的特征阻抗与所述射频模块的特征阻抗；所述信号收发模块用于将所述射频模块生成的射频信号辐射至空间，以及接收空间中辐射的射频信号传输至所述射频模块；所述过滤模块用于对电路中的交流信号进行过滤，抑制高频干扰信号；所述调压模块用于过滤电路中的交流信号，稳定电路电压。在一种可能的实施方式中，所述阻抗匹配模块包括第一匹配单元以及第二匹配单元，所述第一匹配单元的输入端连接于所述射频模块的射频信号接口，所述第一匹配单元的输出端连接于所述第二匹配单元的输入端，所述第二匹配单元的输出端连接于所述信号收发模块；所述第一匹配单元与所述第二匹配单元均用于匹配其对应的输入端与输出端的阻抗。

在一种可能的实施方式中，所述第一匹配单元包括第一电感以及第一电容，所述第一电容一端接地，所述第一电容的另一端作为所述第一匹配单元的输出端连接于所述第一电感的一端，所述第一电感的另一端作为所述第一匹配单元的输入端连接于所述射频模块的射频信号接口。

在一种可能的实施方式中，所述第二匹配单元包括第二电感、第二电容以及第三电容，所述第二电容的一端接地，所述第二电容的另一端作为所述第二匹配单元的输入端连接于所述第二电感的一端，所述第三电容的一端接地，所述第三电容的另一端作为所述第二匹配单元的输出端连接于所述第二电感的另一端。

在一种可能的实施方式中，所述信号收发模块包括天线，所述天线连接于所述阻抗匹配模块；所述天线用于将所述阻抗匹配模块传输的第一射频信号辐射至空间中，所述第一射频信号由所述射频模块生成；所述天线还用于接收空间中辐射的第二射频信号，并将所述第二射频信号通过所述阻抗匹配模块传输至所述射频模块。

在一种可能的实施方式中，所述信号收发模块还包括射频连接器，所述天线通过所述射频连接器连接于所述阻抗匹配模块的端口；所述射频连接器用于为所述天线提供插口，以使所述天线电连接于所述阻抗匹配模块。

在一种可能的实施方式中，所述调压模块包括第四电容以及第五电容，所述第四电容以及所述第五电容并联，所述第四电容的一端以及所述第五电容的一端均接地，所述第四电容的另一端以及所述第五电容的另一端均连接于所述射频模块的第一电压调节接口以及外部电源。

在一种可能的实施方式中，所述过滤模块包括第三电感，所述第三电感一端连接于所述射频模块的第二电压调节接口以及外部电源，所述第三电感的另一端连接于所述射频模块的射频信号接口。

第二方面，本申请实施例还提供一种ZigBee传感器，所述ZigBee传感器包括第一壳体以及上述第一方面提供的射频电路，所述射频电路设置于所述第一壳体内。

第三方面，本申请实施例还提供一种电子设备，所述电子设备包括第二壳体以及上述第一方面提供的射频电路，所述射频电路设置于所述第二壳体内。

本申请实施例提供的方案，通过在射频模块以及收发模块之间增添阻抗匹配模块用以匹配收发模块的阻抗以及射频模块的阻抗，减少射频信号的震荡损失，使输出功率最大限度地传输至收发模块，提高电路的发射功率以及接收灵敏度，增加无线通信距离。

本申请实施例的这些方面或其他方面在以下实施例的描述中会更加简明易懂。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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示出了本申请实施例提供的射频电路的一种结构示意图；

图2示出了本申请实施例提供的阻抗匹配模块的结构示意图；

图3示出了本申请实施例提供的第一匹配单元的结构示意图；

图4示出了本申请实施例提供的第二匹配单元的结构示意图；

图5示出了本申请实施例提供的信号收发模块的一种结构示意图；

图6示出了本申请实施例提供的调压模块的结构示意图；

图7示出了本申请实施例提供的过滤模块的结构示意图；

图8示出了本申请实施例提供的信号收发模块的另一结构示意图；

图9示出了本申请实施例提供的滤波模块的结构示意图；

图10示出了本申请实施例提供的射频电路的连接示意图；

图11示出了本申请实施例提供的ZigBee传感器的结构示意图；

图12示出了本申请实施例提供的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”等等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

随着科技水平的进步，射频电路被广泛地用于各种电子设备中。在纯电阻电路中，我们通常将实际电压源，等效为一个理想电压源跟一个电阻串联的模型，对于一个给定的信号源，其内阻是固定的，而负载是可选的，当负载跟信号源内阻相等时，负载可获得最大输出功率即阻抗匹配的情况。当交流电路中含有容性或感性阻抗时，还需要考虑信号源与负载阻抗的共轭匹配，即实部相等，虚部互为相反数。在实际的高频电路中，我们还会考虑反射的问题，当信号频率很高时，信号的波长就很短，当波长短得跟传输线长度可以比拟时，反射信号叠加在原信号上将会改变原信号的形状，如果传输线的特征阻抗与负载阻抗不匹配时，在负载端就会产生反射。因此，实际的射频电路中，由于信号发送端与传输线之间、传输线与接收端之间的阻抗不匹配，常常会导致传输的信号产生反射，造成射频电路性能较差，无线通信距离较短。

针对上述问题，发明人经过长时间的研究，提出了本实用新型提供的射频电路、ZigBee传感器以及电子设备，能够匹配负载阻抗以及内源阻抗，发射功率以及接收灵敏度都有明显的提升，通信信号的传输距离也更远。

下面结合附图对本申请实施例提供的射频电路进行详细地介绍。

图1示出了本实用新型一个示例性实施例提供的一种射频电路100的结构示意图。该射频电路100包括射频模块110、阻抗匹配模块130、信号收发模块150、过滤模块170以及调压模块160。其中，阻抗匹配模块130、过滤模块170以及调压模块160均连接于射频模块110的不同接口，信号收发模块150通过阻抗匹配模块130连接于射频模块110，调压模块160连接于射频模块110与外部电源之间。本申请实施例中，射频模块110用于将模拟信号或数字信号用高频电流进行调制，形成射频信号，通过固定引脚传输至信号收发模块150，以及接收外部输入的射频信号并将其解调还原为模拟信号或数字信号。信号收发模块150用于接收空间中的辐射信号并将其耦合至电路中传输到射频模块110，也用于将射频模块110发送的射频信号辐射至空间中。阻抗匹配模块130连接于射频模块110以及信号收发模块150之间，用于匹配射频模块110的阻抗与信号收发模块150的阻抗。过滤模块170用于对电路中的交流信号进行过滤，从而抑制高频干扰信号；调压模块160用于过滤电路中的交流信号，稳定电路电压。

其中，射频即射频电流，是一种高频交流变化的电磁波的简称。在电子学理论中，交变电流通过导体，导体周围会形成交变的电磁场，称为电磁波，其中具有远距离传输能力的高频电磁波称为射频。射频模块110用于实现射频调制，即把逻辑电路处理过的发射基带信息调制成发射中频，并把该发射中频信号频率变为高频信号，经功放放大后通过固定引脚传输至信号收发模块150；射频电路100还用于将信号收发模块150发送过来的电磁波转化为微弱交流信号，经过滤波，高频放大后，送入中频内进行解调，得到接收基带信息，送到逻辑电路进行进一步处理。

其中，阻抗匹配是指负载阻抗与激励源内部阻抗互相适配，得到最大功率输出的一种工作状态，它反映了输入电路与输出电路之间的功率传输关系。当电路实现阻抗匹配时，将获得最大的功率传输，反之，当电路阻抗失配时，不但得不到最大的功率传输，还可能会对电路产生损害。阻抗匹配常见于各级放大电路之间、放大器与负载之间、测量仪器与被测电路之间、天线与接收机或发信机与天线之间等。故为了使信号和能量有效地传输，必须使电路工作在阻抗匹配状态，即使信号源或功率源的内阻等于电路的输入阻抗，电路的输出阻抗等于负载的阻抗。在本申请中信号源或功率源的内阻即射频模块110的内阻，负载的阻抗即信号收发模块150的阻抗，即通过加入阻抗匹配模块130使阻抗匹配模块130的输入阻抗等于射频模块110的内阻，使阻抗匹配的输出阻抗等于信号收发模块150的阻抗。

图2示出了本申请实施例中阻抗匹配模块130的内部结构示意图，阻抗匹配模块130包括第一匹配单元131以及第二匹配单元133，其中第一匹配单元131的输入端作为阻抗匹配模块130的输入端，连接于射频模块110的射频信号接口111，该射频信号接口111即为射频模块110对外输出射频模拟信号以及接收外部射频模拟信号的固定接口，第一匹配单元131的输出端连接于第二匹配单元133的输入端，第二匹配单元133的输出端作为阻抗匹配模块130的输出端，连接于信号收发模块150。其中，第一匹配单元131用于匹配其输入端阻抗与输出端阻抗，第二匹配单元133用于匹配其输入端阻抗以及输出端阻抗，通过第一匹配单元131以及第二匹配单元133的阻抗匹配后，可以使该条信号传输线路的阻抗基本匹配，即射频模块110阻抗与信号收发模块150阻抗相匹配。

在一些实施方式中，如图3所示，第一匹配单元131包括第一电感L1以及第一电容C1。其中，第一电容C1的一端接地，第一电容C1的另一端作为第一匹配单元131的输出端连接于第一电感L1的一端，第一电感L1的另一端作为第一匹配单元131的输入端连接于射频模块110的射频信号接口111。同时，第一匹配单元131的输入端连接于射频模块110的射频信号接口111，第一匹配单元131的输出端连接于第二匹配单元133的输入端。第一匹配单元131的连接结构通常被称为“L”型阻抗匹配电路，该电路主要用于在纯电阻电路中匹配前后级阻抗。例如，第一电容C1可以为1.5pF(皮法)大小的电容，第一电感L1可以为2.7nH(纳亨)大小的电感，也可以为其他大小但整体上能实现相同功能的电容和电感，此处仅为示例。

在一些实施方式中，如图4所示，第二匹配单元133包括第二电感L2、第二电容C2以及第三电容C3。其中，第二电容C2的一端接地，第二电容C2的另一端作为第二匹配单元133的输入端连接于第二电感L2的一端，第二电感L2的另一端连接于第三电容C3的一端，第三电容C3的另一端作为第二匹配单元133的输出端接地。同时第二匹配单元133的输入端连接于第一匹配单元131的输出端，第二匹配单元133的输出端连接于信号收发模块150。第二匹配单元133的连接结构为“π”型阻抗匹配电路，该电路主要用于匹配高频电路中前后级之间的阻抗。例如，第二电感L2可以为1.5nH(纳亨)大小的电感，第三电容C3可以为0.5pF(皮法)大小的电容，也可以为其他大小但整体上能实现相同功能的电容和电感，此处仅为示例。

在一些实施方式中，如图5所示，射频电路100的信号收发模块150包括天线151，该天线151在实际电路制造中可以是陶瓷天线等，天线151连接于阻抗匹配模块130，具体地讲，天线151连接于第二匹配单元133的输出端。天线151用于将射频模块110通过射频信号接口111发出的经过阻抗匹配模块130的第一射频信号辐射至空间中，并接收空间中的第二射频信号并将其耦合至电路中经阻抗匹配模块130传输至射频模块110的射频信号接口111。

作为一种可能的实施方式，射频电路100的信号收发模块150还可以包括射频连接器153，天线151通过射频连接器153连接于阻抗匹配模块130，具体地讲，天线151通过射频连接器153连接于第二匹配单元133的输出端。射频连接器153是一种安装在电缆或设备上，供传输线系统电连接的可分离元件，在此射频电路中主要用于为电路连接外部设备如天线151，并通过这一连接结构使天线151的选择更加多样化。在此实施方式中，天线151用于将射频模块110通过射频信号接口111发出的第一射频信号辐射至空间中，并接收空间中的第二射频信号并将其耦合至电路中传输至射频模块110的射频信号接口111。在电路的具体实施中，该信号收发模块150的天线151可以是能够实现相同功能的所有类型的天线或设备，在此不做限定。

在一些实施方式中，如图6所示，射频电路100的调压模块160可以包括：调压模块160包括第四电容C4以及第五电容C5，其中第四电容C4与第五电容C5并联，第四电容C4的一端以及第五电容C5的一端均接地，第四电容C4的另一端以及第五电容C5的另一端均连接于射频模块110的第一电压调节接口113以及外部电源，即外部电源连接于射频模块110的第一电压调节接口113。例如，第四电容C4可以为47pF(皮法)大小的电容，第五电容C5可以为100nF(纳法)大小的电容，但本申请提供的元件大小仅供参考，射频电路100的调压模块160还可以为整体能够实现相同功能的其他大小或其他连接方式的元件，在此不做限定。射频电路100的调压模块160通过上述电容连接方式可以消耗电路中的波动信号，保证接地端电势为零，使电路的电压更稳定。

在一些实施方式中，射频电路100的过滤模块170的具体连接方式可以如图7所示：过滤模块170包括第三电感L3，第三电感L3一端连接于射频模块110的第二电压调节接口115以及外部电源，即外部电源连接于射频模块110的第二电压调节接口115，第三电感L3的另一端连接于射频模块110的射频信号接口111，即外部电源可通过第三电感L3驱动射频信号传输至信号收发模块150。在本申请实施方式中，第三电感L3可以为1.8nH(纳亨)大小的电感，但本申请提供的元件大小仅供参考，实际电路连接中，该过滤模块170的电感可以为能够实现相同功能的其他元件。该实施方式中射频电路的过滤模块170，通过将电感连接于外部电源与射频信号传输线路之间，过滤掉电源中可能存在的高频干扰信号，使电源中的直流成分驱动从射频模块110的射频信号接口111输出的射频信号至信号收发模块150。

本申请实施例通过在射频模块110与信号收发模块150之间添加阻抗匹配模块130，以及通过使用L型阻抗匹配电路以及π型阻抗匹配电路的组合连接使射频电路传输前后级阻抗匹配，即负载阻抗与内源阻抗之间达成匹配，调整负载功率，使射频模块110发出的信号能够无损耗地传输至信号收发模块150，提高了信号传输效率，抑制信号反射。

在一些实施方式中，如图9所示，射频电路100中还可以包括滤波模块180，所述滤波模块180可以包括第六电容C6，第六电容C6一端接地，另一端连接于射频模块110的信号转换接口。所述滤波模块180用于对地滤波，即过滤该电路中可能存在的波动部分。

在一些实施方式中，如图10所示，射频电路100中的射频模块110可以为能够产生射频信号的JN5169芯片(图10中仅示出JN5169芯片的部分结构)，射频信号接口111可以是该芯片的RF_IO引脚，信号转换接口可以是该芯片的ADC2引脚，第一电压调节接口113可以是该芯片的VB_RF1引脚，第二电压调节接口115可以是该芯片的VB_RF2引脚，外部电源可以是3.3V外部直流电源。

本实用新型还提供一种ZigBee传感器200，如图11所示，所述ZigBee传感器200包括第一壳体210以及上述实施例的射频电路100，射频电路100设置于ZigBee传感器200的第一壳体210内。

本申请的另一实施例还提供了一种电子设备300，如图12所示，所述电子设备300包括第二壳体310以及上述实施例的射频电路100，射频电路100设置于所述电子设备300的第二壳体310内。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不驱使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种射频电路，其特征在于，包括射频模块、阻抗匹配模块、信号收发模块、过滤模块以及调压模块，所述阻抗匹配模块、过滤模块以及调压模块均连接于所述射频模块的不同接口，所述信号收发模块通过所述阻抗匹配模块连接于所述射频模块，所述调压模块连接于所述射频模块与外部电源之间；

所述射频模块用于将待发送数据转换为射频信号，以及将接收的射频信号转换为数据；

所述阻抗匹配模块用于匹配所述信号收发模块的特征阻抗与所述射频模块的特征阻抗；

所述信号收发模块用于将所述射频模块生成的射频信号辐射至空间，以及接收空间中辐射的射频信号传输至所述射频模块；

所述过滤模块用于对电路中的交流信号进行过滤，抑制高频干扰信号；

所述调压模块用于过滤电路中的交流信号，稳定电路电压。

2.根据权利要求1所述的射频电路，其特征在于，所述阻抗匹配模块包括第一匹配单元以及第二匹配单元，所述第一匹配单元的输入端连接于所述射频模块的射频信号接口，所述第一匹配单元的输出端连接于所述第二匹配单元的输入端，所述第二匹配单元的输出端连接于所述信号收发模块；

所述第一匹配单元与所述第二匹配单元均用于匹配其对应的输入端与输出端的阻抗。

3.根据权利要求2所述的射频电路，其特征在于，所述第一匹配单元包括第一电感以及第一电容，所述第一电容一端接地，所述第一电容的另一端作为所述第一匹配单元的输出端连接于所述第一电感的一端，所述第一电感的另一端作为所述第一匹配单元的输入端连接于所述射频模块的射频信号接口。

4.根据权利要求2所述的射频电路，其特征在于，所述第二匹配单元包括第二电感、第二电容以及第三电容，所述第二电容的一端接地，所述第二电容的另一端作为所述第二匹配单元的输入端连接于所述第二电感的一端，所述第三电容的一端接地，所述第三电容的另一端作为所述第二匹配单元的输出端连接于所述第二电感的另一端。

5.根据权利要求1-4任一项所述的射频电路，其特征在于，所述信号收发模块包括天线，所述天线连接于所述阻抗匹配模块；

所述天线用于将所述阻抗匹配模块传输的第一射频信号辐射至空间中，所述第一射频信号由所述射频模块生成；

所述天线还用于接收空间中辐射的第二射频信号，并将所述第二射频信号通过所述阻抗匹配模块传输至所述射频模块。

6.根据权利要求5所述的射频电路，其特征在于，所述信号收发模块还包括射频连接器，所述天线通过所述射频连接器连接于所述阻抗匹配模块的端口；

所述射频连接器用于为所述天线提供插口，以使所述天线电连接于所述阻抗匹配模块。

7.根据权利要求1-4任一项所述的射频电路，其特征在于，所述调压模块包括第四电容以及第五电容，所述第四电容以及所述第五电容并联，所述第四电容的一端以及所述第五电容的一端均接地，所述第四电容的另一端以及所述第五电容的另一端均连接于所述射频模块的第一电压调节接口以及外部电源。

8.根据权利要求1-4任一项所述的射频电路，其特征在于，所述过滤模块包括第三电感，所述第三电感一端连接于所述射频模块的第二电压调节接口以及外部电源，所述第三电感的另一端连接于所述射频模块的射频信号接口。

9.一种ZigBee传感器，其特征在于，所述ZigBee传感器包括第一壳体以及如权利要求1至8任意一项所述的射频电路，所述射频电路设置于所述第一壳体内。

10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括第二壳体以及如权利要求1至8任意一项所述的射频电路，所述射频电路设置于所述第二壳体内。

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