一種基於soc的射頻裝置的製作方法

2023-06-13 17:17:31 1

專利名稱：一種基於soc的射頻裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於無線通訊領域，涉及一種射頻裝置。
背景技術：
在無線通訊領域，第三代和第四代無線寬帶技術正在逐步的得到發展，其有效提供的系統容量至原有系統的10倍以上，而系統的建置成本需降至原有1/10以下，隨之對原有設備尤其是射頻裝置無論是成本還是裝置性能上都提出了更高的要求。傳統的射頻裝置功放效率低，非線形化從而使得射頻單元無法獲得良好的性能。同時，傳統天線設計吸收較多的能量，產生較大的回波，因而使得天線轉換效率低和體積較大，由此可見在第三代和第四代無線寬帶系統中射頻裝置起到了關鍵性的作用。然而，射頻裝置存在的系統大，功耗大，維護和更新等問題，嚴重阻礙了無線寬帶通信的發展，同時還 極大增加了運營商的運營成本，這些與業界提出的綠色能源、低功耗等需求以及發展的趨勢產生了嚴重牴觸。因此，急需一種射頻裝置既能夠滿足未來通訊技術對設備的性能要求，而且該裝置能夠適用於多種場合，即射頻裝置需小型化，這已成為通訊領域極為迫切需要解決的問題。

發明內容
為了解決現有的射頻裝置中存在的問題，本發明提供了一種基於SOC的射頻裝置，通過SOC技術和電磁複合材料天線實現該裝置的小型化和良好的通訊效果，為了實現上述發明目的，採用以下技術方案—種基於SOC的射頻裝置,包括S0C單兀、低噪聲放大與功放模塊、電磁複合材料天線以及給所述SOC單元供電的電源模塊，所述SOC單元的通訊端經低噪聲放大與功放模塊與所述電磁複合材料天線相連。進一步地，所述SOC單元包括核處理器和存儲器以及內置於所述存儲器的DSP軟體。進一步地，所述存儲器中存儲有通訊協議軟體信息。進一步地，所述SOC單元還包括作為所述SOC單元通訊端的雙工器以及用於數據處理的上變頻模塊、下變頻模塊、數模轉換模塊、濾波模塊、模數轉換模塊、低噪放大模塊和鎖相環。進一步地，所述射頻裝置還包括設置於所述低噪聲放大與功放模塊和所述電磁複合材料天線之間的衰減模塊。進一步地,所述電磁複合材料天線包括介質基板、饋線、附著在介質基板一表面的金屬片，所述饋線通過耦合方式饋入所述金屬片，所述金屬片上鏤空有微槽結構以在金屬片上形成金屬走線，所述電磁複合材料天線預設有供電子元件嵌入的空間。進一步地，所述空間設置在饋線、饋線與金屬片之間及金屬片這三個位置的至少一個上。
進一步地，所述電子元件為感性電子元件、容性電子元件或者電阻。進一步地，所述電磁複合材料天線為雙極化天線或多極化天線。進一步地，所述電源模塊為太陽能電池模組。本發明基於SOC的射頻裝置極大地減少了整體空間需求，降低了電能的消耗，應用SOC提高了射頻的功放效率，降低了功耗；應用的電磁複合材料天線體積小，吸收的能量少，損耗低，提高了天線的轉換效率；本發明射頻裝置製造成本低，實用性強，能夠適用於多種場合。



圖I是本發明基於SOC的射頻裝置的第一實施例的結構示意圖；圖2是本發明基於SOC的射頻裝置的SOC單元的一種結構示意圖；圖3是本發明基於SOC的射頻裝置中電磁複合材料天線一種結構示意圖；圖4是本發明基於SOC的射頻裝置中電磁複合材料天線的另一種結構示意圖；圖5是圖4的另一視角的結構示意圖；圖6是圖4結構的一種實施方式的結構示意圖。
具體實施例方式下面將結合附圖及具體實施例對本發明作進一步說明。圖I所示為本發明基於SOC的射頻裝置的第一實施例，該射頻裝置包括電源模塊USOC單元2、低噪聲放大與功放模塊4以及電磁複合材料天線3，電源模塊I為SOC單元2提供電能，該電源模塊I可以是乾電池組，也可以是太陽能電池模組，由於SOC單元2高度集成化，能夠延長電源模塊I的持續供電時間。低噪聲放大與功放模塊4位於SOC單兀2與電磁複合材料天線3之間，電磁複合材料天線3接收外界的數據經低噪聲放大與功放模塊4低噪聲放大輸出給SOC單元2，電磁複合材料天線3還接收SOC單元2輸出的經低噪聲放大與功放模塊4功放後的數據，並將該數據發射出去，在低噪聲放大與功放模塊4和電磁複合材料天線3之間還可以增加衰減模塊51、52，分別對應SOC單元2數據的輸出與輸入。低噪聲放大與功放模塊4在SOC單元2之前對數據進行處理，增大了 SOC單元2的數據處理範圍和處理能力，衰減模塊51、52的設置有效地降低了由於數據功率過大造成的器件超負荷工作引起的損壞等問題。本發明使用的電磁複合材料天線3，相對與普通天線，有效地減小了天線的體積，並且提高了轉化效率，降低了損耗。如圖2所示為本發明基於SOC的射頻裝置的SOC單元的一種結構，該SOC單元2包括核處理器21和存儲器22，存儲器21中內置DSP軟體，存儲器22中還存儲通訊協議軟體信息，該通訊協議可以是ZigBee協議、藍牙協議等。該SOC單元2還包括雙工器、上變頻模塊、下變頻模塊、數模轉換模塊、濾波模塊、模數轉換模塊、低噪放大模塊和鎖相環，雙工器作為SOC單元2數據輸入與輸出的通訊端，上變頻模塊、下變頻模塊、數模轉換模塊、濾波模塊、模數轉換模塊、低噪放大模塊在核處理器21及DSP軟體的控制下對數據進行處理。在應用中相同的數據處理模塊如數模轉換模塊、濾波模塊、模數轉換模塊、低噪放大模塊在處理數據不是很大的情況下可以只有一個，通過核處理器21分配來對輸入與輸出的數據進行處理。
在應用時，SOC單元2得到供電後，加載位於存儲器22內置的DSP軟體，數據經雙工器傳入，核處理器21和DSP軟體控制相應處理模塊依次對數據進行低噪放大、模數轉換、濾波、數模轉換、下變頻處理，並將結果輸出到存儲器22 ；S0C單元2數據需要對外輸出時，核處理器21和DSP軟體控制相應處理模塊依次對數據進行低噪放大、模數轉換、濾波、數模轉換、上變頻處理，經雙工器輸出，核處理器21控制鎖相環使得數據頻率和相位均與輸入數據保持確定關係，提聞抗幹擾能力。圖3所示為本發明中的電磁複合材料天線3的結構，該電磁複合材料天線3是單極天線，採用了透視圖畫法，在圖中未畫出其接線腳。電磁複合材料天線3包括介質基板31、饋線32、附著在介質基板31 —表面的金屬片34，饋線32通過耦合方式饋入金屬片34，金屬片34上鏤空有微槽結構341和在金屬片34上形成的金屬走線342，電磁複合材料天線3上預設有供電子元件嵌入的空間，圖3中351為預設的電子元件嵌入的空間，363、365、366,367為預設的空間已嵌入電子元件。饋線32圍繞金屬片34設置實現耦合，金屬片34與饋線32可以接觸，也可以不接觸。當金屬片34與饋線32接觸時,饋線32與金屬片34之間感性耦合；當金屬片34與饋線32不接觸時，饋線32與金屬片34之間容性耦合。
在饋線32與金屬片34之間預設有嵌入容性電子元件的空間363，預設的嵌入電子元件空間的位置可以是饋線32與金屬片34之間的任意位置。饋線32與金屬片34之間本身具有一定的電容，這裡通過嵌入容性電子元件調節饋線與金屬片34之間的信號耦合，運用公式f=l/ (In^LC)，可知電容值的大小和工作頻率的平方成反比，所以當需要的工作頻率為較低工作頻率時，通過適當的嵌入電容或感性電子元件實現。加入的容性電子元件的電容值範圍通常在0-2pF之間，不過隨著電磁複合材料天線工作頻率的變化嵌入的電容值也可能超出0-2pF的範圍。當然，也可以在饋線32與金屬片34之間預設多個空間。同樣，在未連接有電子元件的空間中，採用導線短接。在金屬片的金屬走線342上預留有嵌入感性電子元件和/或電阻的空間，嵌入電子元件的空間不僅僅局限於圖中給出的365和366，其他位置只要滿足條件均可。此處嵌入感性電子元件的目的是增加金屬片內部諧振結構的電感值，從而對電磁複合材料天線的諧振頻率及工作帶寬起到調節的作用；此處嵌入電阻的目的是改善電磁複合材料天線的輻射電阻。至於是嵌入感性電子元件還是電阻，則根據需要而定。另外在未嵌入電子元件的空間中，採用導線短接。在微槽結構341上預留有嵌入容性電子元件的空間，並且所述空間連接兩側的金屬走線342。嵌入電子元件的空間不僅僅局限與圖3中給出的367，其他位置只要滿足條件均可。嵌入容性電子元件可以改變金屬片的諧振性能，最終改善電磁複合材料天線的Q值及諧振工作點。作為公知常識，我們知道，通頻帶BW與諧振頻率《O和品質因數Q的關係為BW = wo/Q,此式表明，Q越大則通頻帶越窄，Q越小則通頻帶越寬。另有Q = wL/R =1/wRC，其中，Q是品質因素；w是電路諧振時的電源頻率；L是電感；R是串的電阻；(是電容，由Q = wL/R = 1/wRC公式可知，Q和C呈反比，因此,可以通過加入容性電子元件來減小Q值，使通頻帶變寬。本發明中的電磁複合材料天線3上的空間預留位置不限於上述幾種形式，空間只要設置在電磁複合材料天線上即可，例如，空間還可以設置在介質基板上。本發明中電子元件為感性電子元件、容性電子元件或者電阻。在電磁複合材料天線的預留空間中加入此類電子元件後，可以改善電磁複合材料天線的各種性能。並且通過加入不同參數的電子元件，可以實現電磁複合材料天線性能參數的可調。因此，本發明的電磁複合材料天線在不加入任何元件之前可以是一樣的結構，只是通過在不同位置加入不同的電子元件，以及電子元件的參數(電感值、電阻值、電容值)，來實現不同電磁複合材料天線的性能參數。即實現了通用性。可以大幅降低生產成本。本發明的空間可以是焊盤，也可以是一個空缺。焊盤的結構可以參見普通的電路板上的焊盤。當然，其尺寸的設計根據不同的需要會有所不同。另外，本發明中，介質基板由陶瓷材料、高分子材料、鐵電材料、鐵氧材料或鐵磁材料製成。優選地，由高分子材料製成，具體地可以是FR-4、F4B等高分子材料。金屬片為銅片或銀片。優選為銅片，價格低廉，導電性能好。饋線選用與金屬片同樣的材料製成。優選為銅。本發明中，關於電磁複合材料天線的加工製造，只要滿足本發明的設計原理，可以 採用各種製造方式。最普通的方法是使用各類印刷電路板(PCB)的製造方法，當然，金屬化的通孔，雙面覆銅的PCB製造也能滿足本發明的加工要求。除此加工方式，還可以根據實際的需要引入其它加工手段，比如RFID (RFID是Radio Frequency Identification的縮寫，即射頻識別技術，俗稱電子標籤)中所使用的導電銀漿油墨加工方式、各類可形變器件的柔性PCB加工、鐵片天線的加工方式以及鐵片與PCB組合的加工方式。其中，鐵片與PCB組合加工方式是指利用PCB的精確加工來完成電磁複合材料天線微槽結構的加工，用鐵片來完成其它輔助部分。另外，還可以通過蝕刻、電鍍、鑽刻、光刻、電子刻或離子刻的方法來加工。圖4、圖5是本發明中電磁複合材料天線3的另一種結構示意圖，該圖中所示電磁複合材料天線為一種雙極化天線，同樣採用了透視畫法，在圖中未畫出接線腳。電磁複合材料天線3包括介質基板31、附著在介質基板31相對兩表面的第一金屬片34及第二金屬片37，圍繞第一金屬片34設置有第一饋線32、第二饋線33，圍繞第二金屬片37設置有第三饋線38、第四饋線39，所述第一饋線32及第二饋線33均通過耦合方式饋入所述第一金屬片34，所述第三饋線38及第四饋線39均通過耦合方式饋入所述第二金屬片37，所述第一金屬片34上鏤空有第一微槽結構341以在第一金屬片上形成第一金屬走線342,所述第二金屬片37上鏤空有第二微槽結構371以在第二金屬片上形成第二金屬走線372，所述第一饋線32與第三饋線38電連接，所述第二饋線33與第四饋線39電連接，所述電磁複合材料天線3預設有供電子元件嵌入的空間36。此種設計等效於電磁複合材料增加了天線物理長度(實際長度尺寸不增加)，這樣就可以在極小的空間內設計出工作在極低工作頻率下的射頻天線。解決傳統天線在低頻工作時天線受控空間面積的物理局限。第一饋線32與第三饋線38通過在介質基板31上開的金屬化通孔310電連接，所述第二饋線33與第四饋線39通過在介質基板31上開的金屬化通孔320電連接。圖4所示為本發明的電磁複合材料天線的結構示意圖，圖5為圖4所示的另一視角圖。綜合兩個圖可以看出，介質基板的a表面及b表面上附著的結構相同。即第一饋線、第二饋線、第一金屬片在b表面的投影分別與第三饋線、第四饋線、第二金屬片重合。當然，這只是一個優選的方案，a表面與b表面的結構根據需要也可以不同。第一饋線32與第二饋線33均圍繞第一金屬片34設置以實現信號耦合。另外第一金屬片34與第一饋線32與第二饋線33可以接觸,也可以不接觸。當第一金屬片34與第一饋線32接觸時，第一饋線32與第一金屬片34之間感性耦合；當第一金屬片34與第一饋線32不接觸時，第一饋線32與金屬片34之間容性耦合。同樣，當第一金屬片34與第二饋線33接觸時，第二饋線33與第一金屬片34之間感性耦合；當第一金屬片34與第二饋線33不接觸時，第二饋線33與第一金屬片34之間容性耦合。第三饋線38與第四饋線39均圍繞第二金屬片37設置以實現信號耦合。另外第二金屬片37與第三饋線38、第四饋線39可以接觸，也可以不接觸。當第二金屬片37與第三饋線38接觸時，第三饋線38與第二金屬片37之間感性耦合；當第二金屬片37與第三饋線38不接觸時，第三饋線38與金屬片37之間容性耦合。同樣，當第二金屬片37與第四饋線39接觸時，第三饋線38與二金屬片37之間感性耦合；當二金屬片37與第四饋線39不接觸時，第四饋線39與第二金屬片37之間容性耦合。本發明中，所述介質基板兩相對表面的第一金屬片與第二金屬片可以連接，也可以不連接。在第一金屬片與第二金屬片不連接的情況下，所述第一金屬片與第二金屬片之 間通過容性耦合的方式饋電；此種情況下，通過改變介質基板的厚度可以實現第一金屬片與第二金屬片的諧振。在第一金屬片與第二金屬片電連接的情況下(例如通過導線或金屬化通孔的形式連接)，所述第一金屬片與第二金屬片之間通過感性耦合的方式饋電。通過改變饋線的饋電位置可以得到不同極化方式的電磁複合材料天線，因此，通過改變第一饋線與第三饋線、第二饋線與第四饋線饋電位置的不同可以得到雙極化電磁複合材料天線。優選地，第一饋線與第三饋線的饋電方式為水平極化，第二饋線與第四饋線的饋電方式為垂直極化，每種極化方式根據不同的需要實現以下幾種情況(I)水平極化與垂直極化中的一種極化方式只用於接收電磁波，另一種極化方式用於發射電磁波。(2)水平極化與垂直極化中的一種極化方式只用於接收電磁波，另一種極化方式用於發射和接收電磁波。(3)水平極化與垂直極化中的兩種極化方式均用於發射和接收電磁波。圖6所示為圖4和圖5中電磁複合材料天線的一種進一步實施方式，圖6中351為預設的電子元件嵌入的空間，362、363、364、365、366、367為預設的空間已嵌入電子元件。圖6中各位置嵌入電子元件與圖3中對應空間嵌入電子元件所起的作用相同，在此不作展開敘述。其中嵌入電子元件的空間位置、介質基板材質、金屬片材質以及電磁複合材料天線的製造方法等均可與圖3所示電磁複合材料天線相同。圖3-圖6所示的電磁複合材料天線，也就是超材料天線，不僅保證了射頻裝置的功能，而且也極大地減小了天線的體積。以上僅是對本發明的實施例的描述，不能構成本發明的限制，在不脫離本發明宗旨的情況的衍變均處於本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種基於SOC的射頻裝置，其特徵在於，包括soc單元、低噪聲放大與功放模塊、電磁複合材料天線以及給所述SOC單元供電的電源模塊，所述SOC單元的通訊端經所述低噪聲放大與功放模塊與所述電磁複合材料天線相連。
2.根據權利要求I所述的射頻裝置，其特徵在於，所述SOC單元包括核處理器和存儲器以及內置於所述存儲器的DSP軟體。
3.根據權利要求2所述的射頻裝置，其特徵在於，所述存儲器中存儲有通訊協議軟體信息。
4.根據權利要求I所述的射頻裝置，其特徵在於，所述SOC單元還包括作為所述SOC單元通訊端的雙工器以及用於數據處理的上變頻模塊、下變頻模塊、數模轉換模塊、濾波模塊、模數轉換模塊、低噪放大模塊和鎖相環。
5.根據權利要求I所述的射頻裝置，其特徵在於，所述射頻裝置還包括設置於所述低噪聲放大與功放模塊和所述電磁複合材料天線之間的衰減模塊。
6.根據權利要求1-5任一項所述的射頻裝置，其特徵在於，所述電磁複合材料天線包括介質基板、饋線、附著在介質基板一表面的金屬片，所述饋線通過耦合方式饋入所述金屬片，所述金屬片上鏤空有微槽結構以在金屬片上形成金屬走線，所述電磁複合材料天線預設有供電子元件嵌入的空間。
7.根據權利要求6所述的射頻裝置，其特徵在於，所述空間設置在饋線、饋線與金屬片之間及金屬片這三個位置的至少一個上。
8.根據權利要求6所述的射頻裝置，其特徵在於，所述電子元件為感性電子元件、容性電子元件或者電阻。
9.根據權利要求1-5任一項所述的射頻裝置，其特徵在於，所述電磁複合材料天線為雙極化天線或多極化天線。
10.根據權利要求1-5任一項所述的射頻裝置，其特徵在於，所述電源模塊為太陽能電池模組。
全文摘要
一種基於SOC的射頻裝置包括SOC單元、低噪聲放大與功放模塊、電磁複合材料天線以及給SOC單元供電的電源模塊，SOC單元的通訊端經低噪聲放大與功放模塊與電磁複合材料天線相連。本發明基於SOC的射頻裝置極大地減少了整體空間需求，降低了電能的消耗，應用SOC提高了射頻的功放效率，降低了功耗；應用的電磁複合材料天線體積小，吸收的能量少，損耗低，提高了天線的轉換效率；本發明射頻裝置製造成本低，實用性強，能夠適用於多種場合。
文檔編號H04B1/40GK102882546SQ20111019699
公開日2013年1月16日 申請日期2011年7月14日 優先權日2011年7月14日
發明者劉若鵬, 趙治亞, 尹武 申請人:深圳光啟高等理工研究院, 深圳光啟創新技術有限公司