專利名稱：低成本無(wú)線毫米波戶外裝置(odu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)線戶外裝置的領(lǐng)域，更確切地說(shuō)，本發(fā)明涉及使用微波單片集成電路(MMIC)的毫米波無(wú)線地面室外裝置。
(2)背景技術(shù)高速、高數(shù)據(jù)傳輸速率通信的需求增長(zhǎng)產(chǎn)生了對(duì)寬帶接入相關(guān)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的迫切需求。新的應(yīng)用包括計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)的通信、游戲以及基于視頻的服務(wù)。無(wú)線解決方案所提供的便利在于可輕松地配置而不需要為了布置光纖而破壞街道。無(wú)線解決方案同時(shí)還提供了進(jìn)一步的靈活性，當(dāng)添加新的用戶時(shí)新的通信連接可以添加到網(wǎng)絡(luò)中。另外，無(wú)線傳輸方案與光纖及硬線連接方案相比成本更低。
毫米波(MMW)頻帶的使用允許無(wú)線連接的數(shù)據(jù)容量達(dá)到數(shù)字用戶環(huán)路(DSL)或有線調(diào)制解調(diào)器、系統(tǒng)的約一千倍，并且在較低的操作頻率下提供一個(gè)比現(xiàn)有的更高的帶寬。目前，許多地面無(wú)線系統(tǒng)以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式、單點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)方式、本地多點(diǎn)分布服務(wù)(LMDS)以及網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)等來(lái)構(gòu)造。每一個(gè)連接終端都包括一個(gè)室內(nèi)裝置(IDU)和一個(gè)戶外裝置(ODU)。室內(nèi)裝置通常包括一個(gè)調(diào)制解調(diào)器和一個(gè)功率電源。戶外裝置，大約占據(jù)連接成本的百分之六十，典型地包括一些組件如毫米波發(fā)射機(jī)和接收機(jī)或者集成的收發(fā)機(jī)、頻率源如頻率合成電路、功率電源、控制器以及監(jiān)視電路。
不同的廠商通常會(huì)制造這些組件。一個(gè)戶外裝置的制造就是將組件裝配在一個(gè)大的外殼中并且將這些組件用電纜和帶狀線連接起來(lái)。戶外裝置要接受測(cè)試，同時(shí)實(shí)現(xiàn)它基于溫度而變化的工作特性，這個(gè)過(guò)程一般需要幾個(gè)小時(shí)來(lái)完成。
這種裝配和測(cè)試戶外裝置的方法花費(fèi)昂貴，需要許多手工勞動(dòng)，并導(dǎo)致較低的操作可靠性。
(3)發(fā)明內(nèi)容因此本發(fā)明的一個(gè)發(fā)明目的是提供一種能夠克服上文所述的缺點(diǎn)戶外裝置。
本發(fā)明有利地減小了在高速、高數(shù)據(jù)傳輸率無(wú)線通信中所使用的傳統(tǒng)寬帶戶外裝置的體積以及成本。本發(fā)明提供一個(gè)較小體積的戶外裝置，并方便地將戶外裝置集成于現(xiàn)有的通信系統(tǒng)的硬件組件，如將戶外裝置組裝在現(xiàn)有的天線上。它可以方便地集成在發(fā)射塔裝置中，并且可以縮減成本同時(shí)使網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商為用戶提供一種更能承受的服務(wù)。
毫米波戶外裝置適合裝載在天線上并且配有一個(gè)帶散熱片的外殼以及專為天線裝載的設(shè)計(jì)的裝配組件。裝配組件包括發(fā)射和接受的波導(dǎo)孔。毫米波收發(fā)機(jī)板是由陶瓷材料所制成的，并裝配在外殼內(nèi)還含一個(gè)毫米波的收發(fā)電路，該收發(fā)電路包括微波單片集成電路(MMIC)芯片，可以通過(guò)發(fā)射和接收孔進(jìn)行操作。
中頻(IF)板裝配在外殼中，它具有一些組件以組成一個(gè)可由毫米波收發(fā)電路操作的中頻電路。頻率合成器板裝配在外殼內(nèi)。控制器板裝配在外殼內(nèi)并且表面貼裝了直流和低頻分離元件，由此組成了電源和控制電路為其它板上的其它電路提供各自的電源和控制信號(hào)。電路接觸組件將不同板之間的電路互相連接起來(lái)使其中的電纜和硬線的使用達(dá)到最小化。一個(gè)快速連接/斷開組件可供外殼使用以使外殼與天線可以迅速連接或斷開連接。
本發(fā)明的一個(gè)方面，快速連接/斷開組件包括扣件。外殼分離部件可以分離各自的收發(fā)機(jī)和控制板并且頻道化，至少有一個(gè)電磁干擾墊圈幫助把板上的各個(gè)電路隔離開。中頻電路可用來(lái)接受由室內(nèi)裝置的調(diào)制解調(diào)器所輸出的低頻發(fā)射信號(hào)并且將該信號(hào)變換成中頻信號(hào)并進(jìn)行放大。它也可接受來(lái)自毫米波收發(fā)機(jī)板所輸出的中頻信號(hào)并將其傳輸?shù)绞覂?nèi)裝置之前變換成環(huán)低頻信號(hào)。
本發(fā)明的另一個(gè)方面，發(fā)射和接收微帶至波導(dǎo)的轉(zhuǎn)換是在毫米波收發(fā)機(jī)板上形成的并且可由各自的發(fā)射和接收波導(dǎo)孔來(lái)控制。外殼部件還包含一塊蓋板，在該蓋板的上面構(gòu)造了波導(dǎo)孔。頻率合成板裝配在一個(gè)浮置的非機(jī)械附著的接口中，以允許相對(duì)移動(dòng)與熱膨脹系數(shù)的不匹配并減少相位沖突?？刂瓢宓难b配可用于固定散熱片。
本發(fā)明的另一個(gè)方面，毫米波收發(fā)機(jī)主板靠近中頻板裝配并且兩端相平。電路連接組件可以把各自板上的電路互相連接起來(lái)，并且各自都包括一個(gè)外殼部件，該部件具有一個(gè)插座的夾子和電路板固定用的表面，并且至少一個(gè)導(dǎo)電的夾子具有在夾子插座內(nèi)容納的另一端。夾子部件的一端可固定在一個(gè)板子的電路上，另一端加偏壓使之連接到另一塊板子上的電路。微控制器裝配在控制板上可有效地連接到至少一個(gè)微波單片集成電路芯片，可以有效地控制收發(fā)增益與輸出功率。這個(gè)微控制器可以響應(yīng)所檢測(cè)到的溫度。收發(fā)機(jī)主板可以在選擇的頻帶下進(jìn)行操控，并且很容易從外殼中拆下，以便于允許可在不同頻帶下工作的收發(fā)機(jī)板進(jìn)行替換。控制板是由聚四氟乙烯合成材料所制成。
(4)


本發(fā)明的其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)有下面結(jié)合附圖的詳細(xì)描述將會(huì)變得更加清晰。其中圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的地面戶外裝置的等距視圖。
圖2是本發(fā)明能夠用于毫米波頻率上的戶外裝置的方框圖。
圖3是一例自調(diào)諧毫米波收發(fā)機(jī)微控制器電路的示例方框圖，它可以修改與圖2的戶外裝置一起使用，具有本發(fā)明的增強(qiáng)電路功能。
圖4是顯示外殼組件的等距分解視圖，顯示了一例相對(duì)于作為分離板的平板和外殼組件部分定位的主板的實(shí)例。
圖5是顯示了本發(fā)明能使用的基板和元件的局部大致等距視圖，并顯示了一例典型的高頻微波單片集成電路(MMIC)芯片、濾波器、低成本表面貼裝組件以及各組件之間的互連的實(shí)例。
圖6是顯示一例本發(fā)明中能使用的單層基板實(shí)例的局部分解視圖，并顯示了射頻電路、粘結(jié)以及射頻接地層。
圖7是顯示一例本發(fā)明中能使用的單層基板實(shí)例的局部分解視圖，它包含了設(shè)置在基板上的絕緣層和電導(dǎo)層。
圖8是本發(fā)明中能使用的微帶至波導(dǎo)轉(zhuǎn)換的分解平面圖。
圖9是本發(fā)明中能使用的微帶至波導(dǎo)轉(zhuǎn)換的另一分解平面圖。
圖10是本發(fā)明中能使用的表面貼裝、壓力接觸的接插件的分解剖面視圖，并顯示了板與板，如本發(fā)明能使用的陶瓷板和控制板或者“軟”板，之間的連接。
圖11是諸如圖10所示的一些接插件的等距視圖，這些接插件定位在第一塊印刷電路板上的相鄰位置，它們用來(lái)形成可以在上部協(xié)同層(如陶瓷板和控制板或者“軟”板)之間傳遞高頻率射頻信號(hào)、地、直流信號(hào)的連接系統(tǒng)。
圖12顯示了裝配在天線上的本發(fā)明的戶外裝置。
圖13是顯示現(xiàn)有技術(shù)的調(diào)制器解調(diào)器結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖14是顯示本發(fā)明中室內(nèi)和戶外裝置中不同系統(tǒng)之間互連的方框圖。
圖15是本發(fā)明能使用的多路復(fù)用器/解復(fù)用器的電路圖。
圖16是監(jiān)視和控制調(diào)制器的方框圖，用來(lái)實(shí)現(xiàn)室內(nèi)(調(diào)制解調(diào)器和IF硬件)與戶外(IF至RF轉(zhuǎn)換器硬件)裝置之間的通信。
圖17是本發(fā)明的調(diào)制器的電路圖。
圖18是本發(fā)明的解調(diào)器的方框圖。
圖19是本發(fā)明能使用的解調(diào)器的有源濾波器的電路圖。
圖20是本發(fā)明能使用的解調(diào)器的包絡(luò)檢波器的電路圖。
(5)具體實(shí)施方式
下文將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行更全面地描述，附圖中顯示了本發(fā)明的較佳實(shí)施例。當(dāng)然，本說(shuō)明可以許多不同的形式來(lái)實(shí)施但分析不應(yīng)僅限于此。確切地說(shuō)，提供這些具體實(shí)施方法是為了使本披露公開地更加徹底與全面，同時(shí)也將本發(fā)明涵蓋的內(nèi)容傳遞給本技術(shù)領(lǐng)域熟練的技術(shù)人員。全文中相同的數(shù)字指相同的元件。
本發(fā)明有利地減小了在高速、高數(shù)據(jù)傳輸率無(wú)線通信中所使用的傳統(tǒng)的寬帶戶外裝置的體積以及成本。本發(fā)明與數(shù)字用戶環(huán)路(DSL)、有線電視調(diào)制解調(diào)器或者類似的通信系統(tǒng)相比更具優(yōu)勢(shì)，它可以應(yīng)用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、單點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)、本地多點(diǎn)分布式服務(wù)(LMDS)以及網(wǎng)狀通信結(jié)構(gòu)中。本發(fā)明縮減了戶外裝置的體積，使其更易于集成于現(xiàn)有的通信系統(tǒng)部件中，如將戶外裝置裝配在現(xiàn)有的天線上。本發(fā)明的戶外裝置也很容易集成到發(fā)射塔裝置中。整個(gè)戶外裝置成本的降低也使網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商為用戶提供一個(gè)更能承受的服務(wù)。
本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于提供一個(gè)輕型的、高集成、低成本、緊湊的戶外裝置，它還限制了連線裝置和連接電纜的使用。本發(fā)明的戶外裝置包括一個(gè)動(dòng)態(tài)熱管理系統(tǒng)，它使得戶外裝置能夠處于一個(gè)安全的溫度中，從而增強(qiáng)了電子器件的可靠性，雖然戶外裝置整體尺寸很小。適用于本發(fā)明的戶外裝置的模塊化設(shè)計(jì)使得一個(gè)單獨(dú)的平臺(tái)可以適用于很寬的頻率范圍的使用。另外，戶外裝置可以享用一個(gè)通用標(biāo)準(zhǔn)接口來(lái)連接天線，使其與天線可以迅速地連接或斷開連接。
圖1圖示說(shuō)明了一個(gè)在地面通信中使用的典型的現(xiàn)有技術(shù)的無(wú)線戶外裝置30。如圖所示，現(xiàn)有技術(shù)的戶外裝置30有一些組件，彼此功能獨(dú)立，需要單獨(dú)測(cè)試而且仔細(xì)地選擇和制造來(lái)構(gòu)造地面無(wú)線戶外裝置。外殼的四周31支撐著電路和其它的裝配板32，在該板上裝配毫米波(MMW)發(fā)射機(jī)33、毫米波接收機(jī)(MMW)34以及頻率合成器35。中頻(IF)處理器電路與其它電路相分離或是其中的一部分，它可以控制頻率合成器、發(fā)射機(jī)和接收機(jī)。功率電源36提供發(fā)射機(jī)、接收機(jī)和頻率合成器所需的電源。波導(dǎo)濾波器37提供響應(yīng)的信號(hào)濾波使其正常工作。
在這種類型的現(xiàn)有技術(shù)的戶外裝置30中，如圖所示，各種組件使用昂貴的連線裝置和同軸電纜38來(lái)連接。同時(shí)，正如前文所述，不同的廠商生產(chǎn)不同的組件。無(wú)線電制造商從不同的廠商處購(gòu)買這些組件，在組裝前對(duì)各部分進(jìn)行獨(dú)立測(cè)試，組裝后對(duì)整個(gè)戶外裝置進(jìn)行測(cè)試。戶外裝置的溫度特性測(cè)試一般要在很大的環(huán)境腔體中進(jìn)行。這種類型的戶外裝置通常超過(guò)20磅，在目前的經(jīng)濟(jì)時(shí)期下，根據(jù)所需的性能和最終使用情況，一般需要花費(fèi)約在5000美元至10000美元之間。
圖2是圖示說(shuō)明了本發(fā)明的戶外裝置40的基本組件的高質(zhì)量的方框圖。如圖所示，本發(fā)明的戶外裝置40包含了發(fā)射機(jī)電路鏈42、接收機(jī)電路鏈44以及本機(jī)振蕩電路鏈46。部分中頻電路，同時(shí)也是構(gòu)成了發(fā)射機(jī)電路鏈42和接收機(jī)電路鏈44的一部分，典型地安裝在中頻(IF)板(或卡)48上。毫米波收發(fā)機(jī)電路包含了發(fā)射機(jī)電路鏈42、接收機(jī)電路鏈44和本機(jī)振蕩電路鏈46的部分，裝配在(RF)收發(fā)板(或卡)50上，邊沿與中頻板(或卡)48對(duì)齊。頻率合成器電路52裝配在頻率合成器板(或卡)54上。功率電源電路56可以與調(diào)節(jié)器/控制器電路58裝配在一起，調(diào)節(jié)器/控制器電路包括一個(gè)裝配在功率電源/控制器板(或卡)60上的微處理器或者其它微控制器電路。
外殼62把各塊板裝配在一起實(shí)現(xiàn)功能上的配合動(dòng)作，如圖4所示，主外殼和散熱片62a、外殼中間部件62b(作為外殼隔離板)和蓋板62c的組合構(gòu)成了外殼的主要部件。這些組件可以用鋁或其它類似材料制成。收發(fā)機(jī)(射頻)板50和邊沿相連的中頻板48通過(guò)以及形成頻道化的64a的隔離版64與功率電源/控制器板60分隔開。中頻板48和邊沿相連的收發(fā)機(jī)板50裝配在外殼中間部份62b一側(cè)，并通過(guò)外殼中間部份62b與頻率合成器板52分隔開，其中外殼中間部分包括了一個(gè)電磁干擾墊圈66。隔離板64有一個(gè)用于保護(hù)收發(fā)機(jī)板50的擴(kuò)展部件64b，它也很容易拆卸外殼以及邊沿相連的中頻板。頻率合成器板52裝配在外殼中間部件62b靠近蓋板62c的另一側(cè)。外殼62包括一些扣件，它們可以嵌入在合適的扣件位置63，用于在裝配時(shí)把各部件固定在一起。發(fā)射和接收波導(dǎo)孔62d、62e可定位在蓋板62c上，用來(lái)發(fā)射和接收各自的無(wú)線信號(hào)。
圖2的方框示說(shuō)明了電路的基本組件，其中低頻發(fā)射機(jī)信號(hào)可從室內(nèi)裝置(IDU)的調(diào)制解調(diào)器接收，然后通過(guò)進(jìn)入輸入/輸出端68a輸入到同向雙工器68。從同向雙工器68，信號(hào)可以沿著收發(fā)機(jī)電路鏈42通過(guò)，并上變換成中頻(IF)并放大。如圖所示，同向雙工器的信號(hào)輸出至混頻器69，當(dāng)混頻器69將該信號(hào)與由70所產(chǎn)生的本機(jī)振蕩信號(hào)進(jìn)行混頻，其中本機(jī)振蕩器作為頻率合成器電路52的一部分用于生成適當(dāng)?shù)闹蓄l信號(hào)。帶通濾波器71通過(guò)適當(dāng)?shù)臑V波消除某些竇生信號(hào)和竇生頻率。可變?cè)鲆娣糯笃?2(可以由微控制器來(lái)控制)為沿著發(fā)射電路鏈42傳輸?shù)绞瞻l(fā)機(jī)板上的信號(hào)提供附加增益。可變?cè)鲆娣糯笃?2輸出的信號(hào)可由混頻器73與另一個(gè)本機(jī)振蕩器信號(hào)進(jìn)行混頻，形成所需的發(fā)射頻率。帶通濾波器74濾去所不需要的信號(hào)和竇生信號(hào)。發(fā)射高增益放大器75進(jìn)一步放大待發(fā)射信號(hào)。波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器76允許信號(hào)轉(zhuǎn)換成發(fā)射信號(hào)同時(shí)允許一個(gè)信號(hào)環(huán)路通過(guò)反饋環(huán)電路77進(jìn)行分析。
在收發(fā)機(jī)端，波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器78接收信號(hào)并將該信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)至低噪聲放大器79和帶通濾波器80，然后輸入混頻器81與頻率合成器電路52所生成的本機(jī)振蕩信號(hào)進(jìn)行混頻，構(gòu)成適當(dāng)?shù)闹蓄l信號(hào)通過(guò)接收機(jī)電路鏈44。這個(gè)中頻信號(hào)饋至具有可變?cè)鲆娣糯笃?2的中頻板48。信號(hào)傳至帶通濾波器82a和混頻器82b，混頻器將該信號(hào)與本機(jī)振蕩器83所生成的本機(jī)振蕩信號(hào)進(jìn)行混頻，其中本機(jī)振蕩器作為頻率合成器電路的一部分。在混頻之后，信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)到同向雙工器，然后再由同向雙工器通過(guò)輸入/輸出端口68a發(fā)送給室內(nèi)裝置(圖中未示)。接收信號(hào)強(qiáng)度指示電路84通過(guò)耦合器85進(jìn)行耦合來(lái)接收小部分的接收信號(hào)并確定所接收到的信號(hào)的強(qiáng)度。
頻率合成器電路52通過(guò)壓控振蕩電路來(lái)產(chǎn)生各種所需的本機(jī)振蕩信號(hào)，其中壓控振蕩器電路可以用相位鎖定晶振。電路52包括了主振蕩電路86，它將本機(jī)振蕩信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)給多路復(fù)用器87和帶通濾波器88，用于消除不需要的信號(hào)和竇生信號(hào)。分離器89將發(fā)射機(jī)電路鏈42和接收機(jī)電路鏈44的各自信號(hào)進(jìn)行分離。
這是適合本發(fā)明的一個(gè)方面，戶外裝置與室內(nèi)裝置之間更適合用一根單獨(dú)的同軸電纜相連，可以通過(guò)在同一根電纜上傳輸?shù)拈_/關(guān)鍵控來(lái)使用遙控系統(tǒng)。同向雙工器68將接收機(jī)電路鏈44和發(fā)射機(jī)電路鏈42上的中頻信號(hào)、直流信號(hào)以及控制和命令語(yǔ)音分離開，這些信號(hào)都是頻率復(fù)用在同一根電纜上的，這些將在下文中更具體地解釋。功率電源電路56將高電壓直流信號(hào)例如大于24伏特的直流電轉(zhuǎn)換成控制放大器和其它任何電路所需要的較低電平和直流信號(hào)。如圖所示，頻率合成器電路52和各種振蕩器電路包括主振蕩器電路86，它將所產(chǎn)生的振蕩信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)至乘法器87，接著通過(guò)帶通濾波器88輸入分離器89。
調(diào)節(jié)器/控制器電路58可以包括諸如微處理器之類的微控制器，用于提供控制與監(jiān)視(C&M)功能以及與室內(nèi)裝置的接口。微控制器電路提供了“智能”收發(fā)功能，通過(guò)微控制器的操作來(lái)增強(qiáng)電路的功能。接收機(jī)電路鏈44和發(fā)射機(jī)電路鏈42可以在中頻(IF)板(或卡)48的中頻信號(hào)下工作。組成這些電路的組件一半都定位在陶瓷基板上，例如基板是陶瓷材料，如95％或96％的氧化鋁材料，這些組件都可以轉(zhuǎn)發(fā)和接收室內(nèi)裝置的預(yù)定中頻信號(hào)X中頻工作。收發(fā)機(jī)(RF)板也可以如圖4所示，類似地構(gòu)成而且邊沿相接。
以上所描述的任何放大器一般都可以微波單片集成電路(MMIC)芯片的方式構(gòu)成。來(lái)自調(diào)節(jié)器/控制器電路58中的微控制器的增益控制信號(hào)可以控制任一個(gè)可變?cè)鲆娣糯笃鞯脑鲆妗＝邮招盘?hào)強(qiáng)度電路84可以確定信號(hào)強(qiáng)度并且產(chǎn)生接收信號(hào)強(qiáng)度指示信號(hào)給微控制器。自然，微控制器也可以通過(guò)各種傳感器來(lái)接收輸入信號(hào)，比如溫度傳感器，這在下文會(huì)進(jìn)一步解釋，又或者是用戶的輸入，或者預(yù)先定義的標(biāo)準(zhǔn)控制信號(hào)。微控制器可以輸出增益控制信號(hào)并且放大門偏置信號(hào)。
如前文所述及圖2所示，戶外裝置也包括一個(gè)信號(hào)反饋環(huán)電路77，并且可由發(fā)射機(jī)電路鏈42、接收機(jī)電路鏈46以及本機(jī)振蕩器電路鏈46控制。信號(hào)反饋回路77包括混頻器90和振蕩器91(頻率合成器電路52的一部分)。所產(chǎn)生的振蕩信號(hào)在混頻器90中與波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器78所接收到的信號(hào)進(jìn)行混頻，然后耦合輸出到本機(jī)振蕩電路46的另一個(gè)輸出端。收發(fā)機(jī)板(或卡)包括混頻器92和檢波電路93作為信號(hào)反饋電路的77的一部分來(lái)對(duì)發(fā)射信號(hào)進(jìn)行檢波，這兩個(gè)信號(hào)也通過(guò)耦合器94耦合至混頻器90。檢波電路90的輸出信號(hào)也可以轉(zhuǎn)發(fā)至微控制器，用于分析和輔助控制收發(fā)功能。這整個(gè)電路可以工作在各種頻率下，包括Ka頻段。需要理解的是，本機(jī)振蕩(LO)信號(hào)可以由一個(gè)振蕩器如X射線帶(9-10GHz)低成本介質(zhì)諧振振蕩器(DRO)(自由運(yùn)行或相位鎖定)或乘法VCO相乘來(lái)產(chǎn)生。傳感器電路95的信號(hào)，例如，溫度或者電壓，可以轉(zhuǎn)發(fā)至調(diào)節(jié)器/控制器58，用于分析和改變?nèi)龢O管偏置和其它條件以及改變整個(gè)裝置的工作。
微控制器更適合合并于調(diào)節(jié)器/控制器電路和微處理器電路中，它同樣裝配在控制器板60表面。這一類型的板可以構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的“軟”板或者控制器板，如前文所述，某些情況下也可以包括功率電源。與適用于較高頻率組件裝配的陶瓷板相比，這些組件與其它低頻組件可以裝配在“軟”板即控制器板上。微控制器可提供控制和監(jiān)視功能以及與室內(nèi)裝置的接口。微控制器還能提供邏輯“智能”，這是控制裝置中各個(gè)MMIC芯片所需的，比如使用一個(gè)電路功能，該功能在共同轉(zhuǎn)讓的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)09/863,052，題為“自調(diào)諧毫米波射頻收發(fā)模塊”一文中敘述過(guò)，該申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容通過(guò)參考合并于此。
為了減少相位沖突，這較典型地由外殼(和它的組件)或者印刷線路板材料與溫度不同的膨脹率所引起的，或者頻率合成器板54沒有用任何扣件與外殼連接在一起。在外殼蓋板之間的滑動(dòng)是允許的，也可以用中間部件62構(gòu)成隔離板或者部件。外殼蓋板與隔離板上的EMI墊圈可以用來(lái)在空間上支撐電路板并且提供電路間所需的絕緣隔離以減少空間沖突。這個(gè)具有優(yōu)勢(shì)的“浮置”設(shè)計(jì)在共同轉(zhuǎn)讓的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)6,489,551，題為“微波單片集成電路(MMIC)中的毫米波(MMW)模塊”一文中敘述過(guò)，該申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容通過(guò)參考合并于此。
如微控制器電路110的一個(gè)沒有限制的實(shí)例，它可以改進(jìn)成適用于本發(fā)明使用以控制微波單片集成電路芯片和自偏置電路，下面將結(jié)合圖3來(lái)描述。當(dāng)然，也可以設(shè)計(jì)其它的電路。下文結(jié)合圖3所描述的電路只給出了一個(gè)可以用于本發(fā)明中的能實(shí)現(xiàn)功能的微控制器電路的類型的范例。圖3圖示說(shuō)明了一個(gè)可用的低成本電路的范例，并且解釋了本發(fā)明所討論的微控制器功能的目的。整個(gè)電路可以用低成本的現(xiàn)有的大批量生產(chǎn)的(COTS)表面貼裝的芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)。
自調(diào)諧毫米波收發(fā)機(jī)模塊110如圖所示，它包括了一個(gè)射頻微波單片集成電路芯片，作為一個(gè)模塊制成并如虛線112所示，表面貼裝的數(shù)字微控制器可由虛線114所示。
微波單片集成電路模塊與典型的微波單片集成電路芯片一樣，可包括眾多放大器，但為了簡(jiǎn)化只畫出了一個(gè)放大器116用來(lái)描述。射頻信號(hào)輸入并且通過(guò)濾波器118，然后輸入放大器118，放大器118具有正常的柵極、源極以及漏極。從放大器116輸出的射頻信號(hào)又輸入另一放大器116a(如果存在)。微波單片集成電路芯片112可以在一塊芯片上包括許多個(gè)放大器116。表面貼裝的數(shù)字控制器114包括了一個(gè)數(shù)字電位計(jì)120，它有一個(gè)非易失性的存儲(chǔ)器電路。電位計(jì)的一個(gè)實(shí)例包含了一個(gè)AD5233電路。電位計(jì)120能夠處理大約-3伏特的偏置電壓。
電流傳感器122，如漏極電壓為3-12伏特的MAX471，通過(guò)漏極與地線和放大器116相耦合。電流傳感器122連接著多通道采樣及模轉(zhuǎn)數(shù)電路124，如AD7812。其它電流傳感器連接著其它放大器(圖中未示)，也連接到模轉(zhuǎn)數(shù)電路124。溫度傳感器126與頻道采樣A/D電路相連接，用來(lái)測(cè)量微波單片集成電路模塊的溫度。微處理器128屬于表面貼裝的數(shù)字控制器的一部分，與EEPROM129以及其它組件相連接，包括多通道采樣A/D電路124和非易失性的存儲(chǔ)器數(shù)字電位計(jì)120。如圖所示，電位計(jì)120與MMIC上的其它放大器相連，可以對(duì)各自的放大器的柵極電壓進(jìn)行單步調(diào)整并提供獨(dú)立控制。
同樣，如圖中闡述的，放大器116輸出的射頻信號(hào)通過(guò)無(wú)源耦合器130饋至電源監(jiān)視二極管或者其它與地相連接的檢波器電路132。這個(gè)與無(wú)源耦合器130的連接也可以轉(zhuǎn)發(fā)至多通道采樣A/D電路124。
通過(guò)測(cè)量由漏極吸入的電流量(Id)和檢波器電路132測(cè)量放大器輸出(如果有效的話)，電路可以自動(dòng)調(diào)節(jié)放大器的柵極電壓(Vg)直到放大器116達(dá)到它最佳工作環(huán)境。這可以通過(guò)控制(通過(guò)數(shù)字串行接口)數(shù)模(D/A)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換電位計(jì)120所產(chǎn)生的輸出電壓來(lái)獲得。D/A轉(zhuǎn)換器包含非易失性存儲(chǔ)器，目前可購(gòu)得的四通道轉(zhuǎn)換器大約不足3美元。
隨著柵極電壓的變化，電流傳感器122可提供一個(gè)與放大器116所汲入的漏極電流成正比的電壓輸出。多通道串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)24對(duì)電流傳感器的輸出數(shù)字化，即，將漏極電流值數(shù)字化。漏極電流值與預(yù)存的最佳放大器漏極電流值相比較，預(yù)存的電流值存放在EEPROM 129。柵極偏置電壓可進(jìn)行調(diào)整直至達(dá)到到最佳漏極電流值。MMIC芯片上具有的或外部附加的檢波器電路通過(guò)測(cè)量輸出功率來(lái)確認(rèn)漏極電流的設(shè)置是否已達(dá)到最佳值。檢測(cè)器輸出132與預(yù)存的預(yù)期放大器輸出的正常值作比較。
漏極電流的調(diào)整、電流檢測(cè)以及檢測(cè)器輸出測(cè)量都可以通過(guò)使用低成本微處理器或者用在模塊測(cè)試中所完成的一次性設(shè)置以實(shí)時(shí)持續(xù)的調(diào)整模式來(lái)實(shí)現(xiàn)。EEPROM 129用來(lái)存放預(yù)置的芯片特性，例如最佳漏極電流和射頻電路在不同環(huán)節(jié)中的預(yù)期輸出。
電流測(cè)量傳感器122也支持對(duì)電路中的各個(gè)放大器進(jìn)行診斷。電流測(cè)量電路也可檢測(cè)在電流汲取中的任何非預(yù)期的衰落和增加。通過(guò)監(jiān)測(cè)溫度傳感器126，微處理器128可確定電流(Id)的變化是不是由溫度變化和故障所引起的。各個(gè)放大器116都可通過(guò)數(shù)字串行接口報(bào)告狀態(tài)。
如果直流功率的消耗是熱量方面最為關(guān)注的問(wèn)題，則任何一個(gè)放大器116都可以通過(guò)柵極電壓控制來(lái)調(diào)節(jié)，使得放大器汲入最少的電流。用戶可以選擇一個(gè)最大的溫度，則微處理器會(huì)通過(guò)控制直流功率在MMIC芯片中的耗散將收發(fā)機(jī)維持在該溫度或低于該溫度。
控制RF模塊中增益和輸出功率的傳統(tǒng)方法是在發(fā)射電路鏈中使用有源衰減器。這種方法效率較低，因?yàn)殒溨兴械姆糯笃鞫紩?huì)消耗功率。通過(guò)使用數(shù)字電位計(jì)120，就可以單獨(dú)或者分組控制各個(gè)放大器的增益與輸出功率。本發(fā)明使模塊可以不受限制地控制增益和輸出電壓，而不需要在各個(gè)放大器后增加有源衰減器，這樣，降低了成本并且消除了不必要的直流功率的消耗。
RF功率檢測(cè)可以，利用將部分放大器的輸出功率(15至20分貝)耦合至無(wú)源耦合器130通過(guò)功率監(jiān)視二極管和檢測(cè)器電路132來(lái)獲得。二極管132a可以檢測(cè)耦合器的輸出。二極管132a的輸出并由串行A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行放大和數(shù)字化。
數(shù)字電位計(jì)120、各個(gè)放大器的電流傳感器122以及溫度傳感器126允許模塊在溫度功能變化時(shí)能夠自己調(diào)整它的增益。當(dāng)模塊的溫度變化時(shí)，通過(guò)將放大器所預(yù)置的電流吸入值維持恒定來(lái)實(shí)現(xiàn)這一功能。在本發(fā)明中，模塊增益和輸出功率都可以高精度地控制。
用戶能夠編制模塊中發(fā)射機(jī)、接收機(jī)(甚至是本機(jī)振蕩器)電路鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)的增益，從而提高了平衡關(guān)鍵性能參數(shù)的靈活性，比如發(fā)射機(jī)對(duì)于互調(diào)電平(IM)的噪聲系數(shù)(NF)的調(diào)節(jié)，而不需要更改電路設(shè)計(jì)。實(shí)時(shí)單獨(dú)的芯片控制可以使用戶能在希望的條件下進(jìn)行工作，例如，適用于高速調(diào)制通信的線性模式。
應(yīng)該理解的是，本文所描述的自優(yōu)化技術(shù)也可以用于具有MMIC芯片的不同器件上，如混頻器、乘法器和衰減器。在裝配期間出于安全的考慮，通過(guò)夾斷(最大負(fù)柵極偏置)，發(fā)射鏈上的所有放大器都可以具有高度衰減(超過(guò)50分貝)。本發(fā)明不需要附加的開關(guān)或硬件。
微處理器128和上文提到的芯片控制電路的使用使得制造商能夠只激活那些客戶所需要的特殊應(yīng)用的性能，如前文所描述的戶外裝置。雖然硬件是類同的，但性能是可以由軟件來(lái)控制的。這就可以在許多不同的應(yīng)用中靈活地使用同一個(gè)模塊或電路板(或卡)，包括無(wú)線點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、單點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)、甚至很小的操作終端。另外，微處理器和標(biāo)準(zhǔn)接口的使用提供了設(shè)備的在線可編程性能和軟件升級(jí)(提供附加特性)，而不需要拆卸它們。
微控制器114的使用、輔助微處理器128以及板上EEPROM129的使用提供了各種功能的修正與調(diào)試。在這個(gè)具體討論的功能中，修正可能包括但不僅限于(a)增益與溫度的變化，(b)功率監(jiān)視電路以溫度和頻率的作為函數(shù)的線性化，(c)增益以頻率的作為函數(shù)的量化，和(d)以頻率和溫度作為函數(shù)的功率衰減的線性化。微處理器128可用于控制器件中的各個(gè)有源器件，而EEPROM 129可用于存儲(chǔ)修正因子，這就提供了相當(dāng)高的靈活度，也使模塊或其它器件能夠高精確度、高性能地工作。模塊在溫度和頻率方面的特性數(shù)據(jù)(增益、功率、噪聲系數(shù))可在測(cè)試過(guò)程中予以收集。修正因子可用于普通模塊或其它器件的工作中以得到期望的性能。
本發(fā)明中的微控制器可以檢測(cè)各種工作狀況，例如但也不限于，溫度，發(fā)射機(jī)的輸出功率、發(fā)射機(jī)的增益以及接收信號(hào)強(qiáng)度(RSS)。基于這些信號(hào)和室內(nèi)裝置的所發(fā)出的選擇信息，微控制器能夠自動(dòng)地和連續(xù)地調(diào)整收發(fā)機(jī)增益和輸出功率，以維持在各種溫度和天氣條件下的期望性能。
收發(fā)機(jī)(RF)板50上所使用的微波單片集成電路(MMIC)芯片可以采用傳統(tǒng)的表面貼裝方法裝配在首選的陶瓷板上。陶瓷板可以用于毫米波(MMW)射頻電路，而控制器(軟)板60可以裝配微控制器和所有直流和低頻信號(hào)組件。MMIC芯片可以采用另一項(xiàng)技術(shù)直接附加在陶瓷板上，該技術(shù)在共同轉(zhuǎn)讓的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)10/091,382，題為“毫米波(MMW)射頻收發(fā)機(jī)模塊及其構(gòu)成方法”一文中敘述過(guò)，該申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容通過(guò)參考合并于此。
控制器或“軟”板60可以包括各種表面貼裝組件和相關(guān)電路組件，而且可以有效地與各種同軸接插件和其它接插件相連接，用來(lái)連接在任何“軟”板與陶瓷板之間的電路，例如控制器板和收發(fā)機(jī)板之間的電路如圖4所示。蓋板62c包括發(fā)射和接收波導(dǎo)孔62d、62e，它可采用各種電路連接結(jié)構(gòu)和技術(shù)有效地連接著各種MMIC芯片?？刂破骰颉败洝卑?0可包括各種表面貼裝部件，和相關(guān)的電路部件，并可以有效地連接同軸接插件，同時(shí)使用下文將要描述的接觸式接插件來(lái)連接各種控制器或“軟”板和用于收發(fā)機(jī)射頻板50以及也可能是用于中頻板48的陶瓷板上的各種電路。
382號(hào)申請(qǐng)書中揭示了現(xiàn)有技術(shù)“芯片和線”制造技術(shù)的改進(jìn)技術(shù)，它可以用于本發(fā)明中。毫米波(MMW)射頻收發(fā)機(jī)模塊包括了一塊基板。大部分的微波單片集成電路(MMIC)芯片可以由基板支撐，一個(gè)方面，可分為接收機(jī)部分、本機(jī)振蕩器部分和發(fā)射機(jī)部分。大部分濾波器和射頻的互連都形成在基板上，并可與接收機(jī)部分、本機(jī)振蕩器和/或發(fā)射機(jī)部分一起工作和/或相互連接。大部分電氣互連可與接收機(jī)部分、本機(jī)振蕩器部分和/或發(fā)射機(jī)部分一起工作和/或相互連接。
圖5-8圖示說(shuō)明了一個(gè)本發(fā)明所使用的電路類型、主板結(jié)構(gòu)以及在包括MMIC芯片的功能電路組件間的互相連接不受限制的的類型。當(dāng)然，也可以使用其它電路結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)。
如圖5所示，大部分微波單片集成電路(MMIC)芯片由較佳是由陶瓷所制成的基板支撐，例如氧化鋁板，并且可分為接收機(jī)電路254、本機(jī)振蕩器電路256以及發(fā)射機(jī)電路258。大部分濾波器259和射頻的互連形成在基板上，可與接收機(jī)部分254、本機(jī)振蕩器256和/或發(fā)射機(jī)部分258一起工作和/或相互連接。任一濾波器259和射頻互連260(圖6)首選使用本技術(shù)領(lǐng)域熟練的技術(shù)人員皆知的厚膜工藝技術(shù)制成，如低溫陶瓷共融技術(shù)，并且可作為頂層電路261的一部分。大部分電氣互連可與接收機(jī)部分254、本機(jī)振蕩器部分256和/或發(fā)射機(jī)部分258控制。在本發(fā)明的一個(gè)方面，電氣互連是使用本技術(shù)領(lǐng)域熟練的技術(shù)人員皆知的印刷電路技術(shù)(如果需要也包括厚膜工藝)印刷在基板上的，可作為電路層261的一部分。
圖5顯示了單層陶瓷板248、具有MMIC芯片的頂層采用厚膜工藝和/或其它工藝印刷在其之上(圖6)的RF互連(電路)的實(shí)施例。底層包括形成在陶瓷板基板另一側(cè)上的射頻和接地層262。如圖6中的電路層261所示，電氣互連(電路)與射頻互連(電路)一般都一起印刷在頂層上。
本發(fā)明的另一方面，至少一列接地的過(guò)孔264形成在這個(gè)基板上，并提供至少是在發(fā)射機(jī)254和接收機(jī)258電路之間的隔離。過(guò)孔264從基板的上部一直貫穿到底部直至射頻層和接地層262。接地的過(guò)孔264在發(fā)射機(jī)模塊中如發(fā)射機(jī)和接收機(jī)電路鏈之間提供大于70分貝的高隔離度。過(guò)孔264的間隔典型地是大約四分之一個(gè)波長(zhǎng)，過(guò)孔的密度可以根據(jù)隔離的要求進(jìn)行調(diào)整。在較低的隔離要求情況下，單牌接地過(guò)孔264的間隔大約是0.4倍波長(zhǎng)。在較高的隔離度要求情況下，還可以使用第二個(gè)補(bǔ)償過(guò)孔。
本發(fā)明的另一方面，單陶瓷基板248可以由大約90％至100％的氧化鋁來(lái)制成，且在一個(gè)較佳實(shí)施例中，為大約95％或96％至99％的氧化鋁。基板248可以具有不同的厚度，范圍在約5密耳至10密耳，而從本發(fā)明的角度來(lái)說(shuō)較佳為10至15密耳厚。
如圖5所示，高頻電容器嵌在陶瓷基板的上表面。嵌入式電容器可消除高頻率MMIC芯片所使用的傳統(tǒng)的和普遍的高成本金屬板電容器的需要。有可能在電容器的介質(zhì)材料中添加一些阻性材料，從而優(yōu)化電容器的諧振頻率。在嵌入式電容器的電容值不足以抑制振蕩的情況下，貼片(SMT)電容器也可以采用環(huán)氧樹脂粘結(jié)在陶瓷基板的頂層。
如圖5和圖6所示，有可能在MMIC芯片下形成用導(dǎo)電材料填充的散熱(或者可以是RF)過(guò)孔268，以獲得滿意的電氣性能和改良的熱導(dǎo)電性。這些過(guò)孔268可從MMIC芯片延伸到射頻和粘結(jié)的接地層262。如果MMIC芯片還是產(chǎn)生大量的熱量，可以在陶瓷基板中切割一個(gè)開口270，如用激光切割器切割成的，可以使MMIC芯片附件的熱擴(kuò)散系數(shù)與托架或散熱片相匹配，這也是底盤的一部分。
圖7圖示說(shuō)明了一例陶瓷基板248包括一層射頻接地層272的實(shí)施例。如圖所示，直流電路層274和粘結(jié)的接地層276由兩層絕緣層278與陶瓷基板分隔開。射頻過(guò)孔280將射頻電路層261有效地連接到射頻接地層272。DC過(guò)孔282將基板上表面的嵌入式電容器266有效地連接到DC電路層274。熱過(guò)孔268將MMIC芯片252通過(guò)過(guò)陶瓷基板248和兩層絕緣層278有效地連接到粘結(jié)的接地層276。
圖5如圖所示說(shuō)明了射頻電路261的一部分所形成的50歐姆微帶線286和作為電氣互連(電路)形成的直流信號(hào)引線帶288。發(fā)射機(jī)部分258和接收機(jī)部分254包括直流和中頻連接焊盤290，它可有效地通過(guò)50歐姆微帶線和直流信號(hào)引線連接到作為接收機(jī)電路和發(fā)射機(jī)電路一部分的各種微波單片集成電路芯片。
在某些情況下，任何所選擇的外殼部件，如隔離板64、外殼/散熱片62a、中間部件64a或者蓋板62c，都可以包含電磁感干擾(EMI)墊圈，該墊圈可設(shè)置在陶瓷基板(或其它板)的上表面和MMIC芯片的周圍，并且當(dāng)外殼組件固定時(shí)可由陶瓷基板支撐。圖5所示的陶瓷基板248也同樣包含電磁干擾接地連接帶295，該連接帶環(huán)繞著所有的發(fā)射機(jī)電路258，接收機(jī)電路254以及本機(jī)振蕩器256，同時(shí)當(dāng)外殼組件固定時(shí)嚙合了一個(gè)干擾墊圈。
如圖5所示，發(fā)射機(jī)電路258、接收機(jī)電路254和本機(jī)振蕩器256都彼此充分地隔離以增強(qiáng)絕緣性和減少振蕩。外殼組件62的任何一個(gè)部件都可包括一部分已形成射頻信道的表面，例如，正如具有頻道化的64a的隔離板64所示，任何射頻頻道周圍都包含了電磁干擾墊圈，這樣當(dāng)外殼組裝完成時(shí)，就能容納墊圈并裝配在接收機(jī)電路、發(fā)射機(jī)電路和本機(jī)振蕩器電路的四周。也有可能包含裝配在部分外殼部件62中的射頻頻道/回聲吸收性材料以增強(qiáng)絕緣度。
射頻模塊的布置可以不同部件來(lái)頻道化，以便于提供高隔離度并且避免可能的振蕩。頻道閘門可以使用在關(guān)鍵區(qū)域以提高隔離度。如圖5所示，發(fā)射機(jī)電路258、接收機(jī)電路254以及本機(jī)振蕩器256以相對(duì)較直和窄的方式構(gòu)造，如前文所述，而且彼此充分地隔離。這特別適用于高增益放大器級(jí)聯(lián)應(yīng)用的情況。
中頻、射頻以及DC連接可以使信號(hào)在陶瓷基板上傳送。DC和中頻信號(hào)可以使用壓力接觸式接插件在陶瓷板上傳入和送出，例如，可使用高頻自調(diào)微型同軸接插件(SMA)，還如共同代理的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)10/200,517，2002年7月22日所提交的文中圖9-13所示，該申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容通過(guò)參考合并于此。
射頻信號(hào)可以在陶瓷基板上的信號(hào)引線中輸入和輸出，如微帶，它使用寬帶、低損耗的微帶至波導(dǎo)轉(zhuǎn)換310(圖8)，它對(duì)應(yīng)于圖2所示發(fā)射機(jī)和接收機(jī)電路鏈42、44的波導(dǎo)轉(zhuǎn)換76、78，在該情況下，在陶瓷基板上不需要切割即可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換。如圖8和圖9所示，轉(zhuǎn)換可包含一個(gè)頻道或短接槽311，在其之上形成了一個(gè)通道墻式的接地層312以及接地的過(guò)孔314?？s小的通道進(jìn)給管可以與微帶探針部件318和調(diào)節(jié)部件320，正如作為一對(duì)元件所圖示說(shuō)明的那樣一起工作。
圖9圖示說(shuō)明了轉(zhuǎn)換器310的分解部件圖并且顯示了具有一個(gè)短接槽311的陶瓷基板248，它包括一個(gè)成形的金屬部件318a和一個(gè)波導(dǎo)發(fā)射器318b，作為探針部件318的一部分。諸如由厚膜工藝技術(shù)所制成的嵌入部件可以用來(lái)作為結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的一個(gè)方面，短接槽的深度可以是許多東西的函數(shù)，包括陶瓷基板上所使用的任何材料的介質(zhì)常數(shù)以及系統(tǒng)所能得到的帶寬的函數(shù)。短接槽典型的深度范圍約20至60密耳。如圖所示，隔離過(guò)孔在轉(zhuǎn)換器中起輔助作用。背面短接可以排列在基板的任意一測(cè)，以方便安裝同時(shí)降低整體成本。如果能量要擴(kuò)散入波導(dǎo)，則短接槽設(shè)置在陶瓷基板的底部。如圖所示，根據(jù)需要，其它組件可以包括調(diào)節(jié)控制器板、直流接插件以及其它一些部件。
在本發(fā)明中，低頻組件可使用傳統(tǒng)表面貼裝方式裝配在控制器或“軟”板60上。控制器或“軟”板60可以用羅杰斯公司(Rogers Corporation)制造的羅杰斯板(Rogers board)來(lái)構(gòu)造。無(wú)焊接觸式接插件可定位在形成IF板48或RF板50的陶瓷基板和低頻控制或“軟”板60之間。圖10和圖11顯示了可以在本發(fā)明中使用的接插件類型的例子，并且在共同代理的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)10/224，622一文中進(jìn)行討論，該申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容通過(guò)參考合并于此。
圖10圖示說(shuō)明了表面貼裝的接觸式壓力接插件410的一部分，它可以提供如本發(fā)明所使用的在陶瓷基板與控制器或“軟”板之間的無(wú)焊連接。
正如圖10分解局部示意圖所示，接插件410可以連接板412和414，它們分別是本發(fā)明中的陶瓷基板和控制器(或“軟”)板，并且可以連接多個(gè)電路，例如控制器板上的微控制器以及陶瓷基板上的MMIC。插件410包含了外殼部件416，它有一個(gè)夾子槽座418(也可以稱之為引腳槽座)以及用于定位陶瓷基板的電路板嚙合表面420。
如圖11所示，每一個(gè)外殼部件416可以包含三個(gè)夾子槽座418，其中所示的三個(gè)外殼部件416互相鄰接。外殼部件416較佳的是由塑料制成，且具有基本矩形的結(jié)構(gòu)，并包括一個(gè)基本平坦的電路板嚙合表面，用于依靠在板的平坦表面。如圖10所示，每個(gè)夾子槽座418示意矩形開口的方式支撐并包含一個(gè)側(cè)翼422來(lái)嚙合導(dǎo)電的夾子部件424。
如圖10所示，各個(gè)夾子部件424具有一個(gè)基本的V字形的形狀。夾子部件424體積很小，由于它們的小的、彈簧狀以及針狀的容量來(lái)形成“引腳”的連接，所以它們也可以稱之為引腳。各個(gè)夾子部件424都包括一個(gè)第一支腿部件430以及終端，可用于嚙合在電路板412上。這一終端包括一個(gè)向下傾斜的側(cè)翼430a，可用于焊接電路引線或板412上的其它電路。第一支腿部件430的上邊部分可插入在夾子插槽418中。腿部件432有一個(gè)終端，它可彈簧壓在電路板414上。第二支腿部件432包含一個(gè)歪曲的接觸端432a，這就構(gòu)成了可在偏壓條件嚙合電路板414上的電路或引線，被稱之為“引腳”或彈簧的接插件。部件432在夾子插槽中與側(cè)翼422相嚙合，以保持夾子部件對(duì)側(cè)翼的偏壓力或者“彈簧作用”，同時(shí)也保持對(duì)電路板414的偏壓力，使得第二支腿部件的歪曲端所建立的壓力能嚙合電路板414上的電路、引線或者其它觸點(diǎn)。
在本發(fā)明的一個(gè)方面，一些接插件410形成了圖2所示的連接系統(tǒng)438，中央的夾子部件互連射頻信號(hào)線440，例如普通50歐姆的射頻信號(hào)線，正如本技術(shù)領(lǐng)域熟練的技術(shù)人員所皆知的。相鄰?qiáng)A子部件424(或引腳)互連射頻信號(hào)另一側(cè)的接地線442。雖然每一側(cè)只顯示了一個(gè)接地引腳，但接地引腳可以變化以增加絕緣度且改善返回?fù)p耗。其它相鄰?qiáng)A子部件424(或引腳)連接直流和信號(hào)線444。這樣，使用接插件410的連接系統(tǒng)448通過(guò)彈簧狀引腳所形成的夾子部件連接不僅可以傳輸高頻信號(hào)，而且還可以將接地的連接以及使直流信號(hào)從一塊板412傳輸?shù)搅硪粔K板414。
在本發(fā)明的一個(gè)方面，夾子部件(或引腳)之間的間隔大約40密耳，并且直流信號(hào)可以由在同一個(gè)接插件中的其它夾子部件來(lái)運(yùn)載。
典型的是，圖4所示的各塊板一塊塊向上層疊起來(lái)，但沒有用扣件，而是使用了隔離板或部件，包括外殼中間部件，如圖所示。不同的外殼裝配部件可以用鋁制成。在每一塊板上的獨(dú)立電路可以用附著在隔離板上的電磁干擾墊圈來(lái)隔離，如圖中所示的鄰近控制器板60的隔離板64上，另外也可以附著在外殼中間部件62b上。板上或者中間部件上形成的各種開口供接觸式接插件使用。這種板層疊的方式去除了對(duì)成本昂貴的硬線和同軸電纜的需求，也減小了各個(gè)電路所需的空間量。由于板與板間十分靠近，從而減少了互相連接中的衰減，因此，所需的電路就更少了。
隨著戶外裝置的機(jī)械封裝尺寸越來(lái)越小，熱量管理方面的需求就變得更為關(guān)鍵。從管理熱量方面考慮，本發(fā)明使用了一個(gè)微控制器和三個(gè)主要的技術(shù)。由于電路設(shè)計(jì)的改進(jìn)允許使用較少的零件，所以本發(fā)明減少了零件總數(shù)。本發(fā)明同時(shí)也為所有發(fā)熱組件提供了足夠的散熱性，比如使用已闡述的外殼和散熱片部件62a。功率電源較佳的是安裝在最靠近外殼/散熱片62a的一塊板上以確保適當(dāng)?shù)臒醾鬟f。
在本發(fā)明中，頻率合成器板(或卡)54可以使用印刷電路板而且可以使用軟板的材料所制成，如羅杰斯板(Rogers Board)。設(shè)計(jì)的每一部分，包括壓控振蕩器、鎖相環(huán)、濾波器和乘法器可以通過(guò)使用通孔在板上隔離，這些通孔會(huì)產(chǎn)生所不需要的信號(hào)并從板上的某個(gè)區(qū)域傳送的另一個(gè)區(qū)域，如圖5所示。通過(guò)在外殼蓋板上創(chuàng)建隔離區(qū)域可以進(jìn)一步提高隔離度。如圖4所示，附著在外殼蓋板62c和中間部件(作為隔離板使用)上的電磁干擾墊圈可以將每一個(gè)隔離區(qū)域包圍起來(lái)。電磁干擾墊圈可以典型地直接安置在板上隔離過(guò)孔的頂端，這將會(huì)對(duì)在保持頻率合成器的輸出免受竇生信號(hào)和諧波信號(hào)影響而獲得低相位噪聲至關(guān)重要。
本發(fā)明還使用了動(dòng)態(tài)熱管理方法，這是采用裝配在控制器板上的板載微控制器來(lái)控制。微控制器通過(guò)溫度傳感器或其它傳感器來(lái)監(jiān)視裝置的溫度，同時(shí)如前文所述，可調(diào)節(jié)任何需要的射頻放大器柵極偏置電壓，使期望的發(fā)射機(jī)輸出功率的功率消散最小化，如同使用一個(gè)類似于圖3的電路。
本發(fā)明的戶外裝置40實(shí)現(xiàn)了寬工作頻率范圍而使用單平臺(tái)結(jié)構(gòu)。通過(guò)改變射頻(收發(fā)機(jī))板50和頻率合成器板54，可以發(fā)射和接收不同的頻帶。外殼組件62與中頻板48對(duì)從17GHz至60GHz的頻率都可通用，因?yàn)樾盘?hào)可向上或向下變換成中頻。自然，外殼蓋板62c上的波導(dǎo)開口62d、62e根據(jù)選定的板建立的所需的工作頻帶可以有不同的尺寸，并插在外殼組件之間。顯然，中頻板48可放置在外殼組件的中間位置，在外殼中間部件62b和頻道化的隔離板64之間。
戶外裝置緊湊尺寸也準(zhǔn)許了輕型的設(shè)計(jì)，也使之能夠使用與天線間的通用標(biāo)準(zhǔn)接口，從而提供一個(gè)快速連接/斷開連接的系統(tǒng)，正如圖12所示。天線接口可以是一個(gè)簡(jiǎn)單的即插即用系統(tǒng)，如圖5所示，使用環(huán)狀或圓狀裝配底盤96b、96c的撳鈕96a。發(fā)射機(jī)和接收機(jī)波導(dǎo)孔62d和62e可以與天線的各種信號(hào)的接收和發(fā)射部分一起工作以使天線進(jìn)行適當(dāng)?shù)墓ぷ鳌?br> 在本發(fā)明的一個(gè)方面，戶外裝置和室內(nèi)裝置之間可以通過(guò)開/關(guān)鍵控的配置來(lái)實(shí)現(xiàn)遙感，開/關(guān)鍵控是在同一個(gè)電纜上傳輸?shù)?，如同下文將要解釋的發(fā)射機(jī)中頻信號(hào)、接收機(jī)中頻信號(hào)以及直流信號(hào)。
由于實(shí)際原因，在毫米波通信設(shè)備中將高頻電子元件靠近于毫米波天線裝置是很普遍的。由于天線是最常被裝配在戶外的，所以與它安置在一起的電子設(shè)備的封裝通常就稱之為“戶外裝置”或者“ODU”。發(fā)射和接收的信號(hào)通常是由一個(gè)較低的頻率變換而成，或者變換成一個(gè)較低的頻率，該較低頻率常稱之為“中頻”或者“IF”，該頻率可以更容易地通過(guò)不昂貴的同軸電纜傳輸較遠(yuǎn)的距離。這種電纜有時(shí)稱之為“IF電纜”。
中頻電纜典型地用來(lái)連接處于保護(hù)位置的調(diào)制器與/或解調(diào)器設(shè)備。這種設(shè)備封裝經(jīng)常稱之為“室內(nèi)裝置”或者“IDU”。如果控制信號(hào)將要在IDU和ODU之間傳輸，則他們必須載波在單獨(dú)的連線上(這會(huì)增加安裝成本)或者使用“有效載荷”數(shù)據(jù)復(fù)用在IF電纜上，這就提出了重大的技術(shù)挑戰(zhàn)。現(xiàn)有在IF電纜上復(fù)用控制信號(hào)的技術(shù)不是實(shí)現(xiàn)起來(lái)成本太高就是不能支持本發(fā)明設(shè)計(jì)中所支持的系統(tǒng)要求的數(shù)據(jù)傳輸率。
本發(fā)明提供了一個(gè)新的出眾的方法，該方法在同一電纜上像高頻IF信號(hào)一樣沒有干擾的復(fù)用復(fù)雜的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)。它可以輕易地用許多微控制器和微處理器所內(nèi)嵌的接口硬件與一些附加的低成本組件來(lái)實(shí)現(xiàn)。
由于許多室內(nèi)裝置和戶外裝置的工作，從一個(gè)設(shè)備(如IDU)傳輸?shù)搅硪粋€(gè)設(shè)備(如ODU)的數(shù)據(jù)為了傳輸會(huì)有編碼器500進(jìn)行編碼(圖13)。所產(chǎn)生的符號(hào)用來(lái)對(duì)由單音生成器504生成的單音載波信號(hào)進(jìn)行調(diào)制(通過(guò)調(diào)制器502)。載波頻率是經(jīng)過(guò)挑選的，從而不會(huì)與相同線路上的其它信號(hào)產(chǎn)生干擾。在接收端，信號(hào)由解調(diào)器506進(jìn)行解調(diào)制，并還原成符號(hào)，再由解碼器508進(jìn)行解碼，并還原成原始數(shù)據(jù)。這種結(jié)構(gòu)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的許多RF調(diào)制數(shù)字通信系統(tǒng)來(lái)說(shuō)相當(dāng)普遍。
本發(fā)明獨(dú)特地使在較高頻譜存在的條件下添加一個(gè)非強(qiáng)占性通信鏈接。在工業(yè)生產(chǎn)中，在硬件的尺寸持續(xù)減小的情況下，有許多信號(hào)需要在通信硬件之間建立連接。愈加沒有足夠的物理空間可容納所有的硬件和適當(dāng)?shù)倪B線。另外，包含所需的硬件連接的成本和預(yù)算也變得太大了。本發(fā)明在同一物理同軸電纜上像較高頻率IF數(shù)據(jù)頻譜一樣透明耦合已調(diào)制的、全復(fù)用串行通訊數(shù)據(jù)。本發(fā)明的長(zhǎng)處在于減少了物理接口以及因此而得到的更低的成本和機(jī)械復(fù)雜性。
在一個(gè)無(wú)線通信應(yīng)用中，包括但不限于毫米波地面連接和衛(wèi)星通信終端，如甚小口徑天線終端，理想的是將RF發(fā)射頻率硬件直接裝配在戶外天線96上，如圖12的例子所示。戶外天線96自身要裝配在發(fā)射塔上。由于安裝、維護(hù)和環(huán)境的限制，調(diào)制解調(diào)器、基帶以及中頻硬件典型地放置于另一個(gè)區(qū)域。必須建立物理連接從該硬件至位于或靠近天線的射頻發(fā)射硬件的物理連接。RF裝置具有DC電源、IF發(fā)射與接收通信數(shù)據(jù)以及控制信號(hào)，使之具有適用的功能。本發(fā)明的遙感電路可以通過(guò)一個(gè)物理連接來(lái)完成這些功能，從而節(jié)省了成本和機(jī)械復(fù)雜性。
本系統(tǒng)能使用的通信覆蓋系統(tǒng)可以考慮分為五個(gè)主要部分多路復(fù)用器、解復(fù)用器、傳輸電纜、串行數(shù)據(jù)調(diào)制器以及串行數(shù)據(jù)解調(diào)器。圖14圖示說(shuō)明了范例系統(tǒng)的方框圖，它顯示了這些系統(tǒng)是如何互相連接的。
如圖所示，左邊顯示的是一個(gè)調(diào)制解調(diào)器/中頻(IF)裝置510，而右邊的是一個(gè)中頻/射頻(RF)裝置511。各個(gè)裝置都包含了一個(gè)多路復(fù)用器/解復(fù)用器電路512和513以及在兩者之間的一個(gè)電纜接口514。自然，兩個(gè)裝置分別對(duì)應(yīng)于本發(fā)明中適當(dāng)?shù)氖覂?nèi)裝置和戶外裝置。如圖所示，在本發(fā)明的解復(fù)用器電路中可以包括所示的電路。調(diào)制解調(diào)器/IF裝置包括一個(gè)調(diào)制解調(diào)器/IF通信電路515，采用中頻頻譜與多路復(fù)用器/解復(fù)用器電路512一起工作。輸入微控制器的通用異步接收機(jī)/發(fā)射機(jī)(UART)電路516的串行數(shù)據(jù)可與帶寬濾波器/包絡(luò)檢波器517一起工作。邏輯電路如“與”門518，可由通用異步接收機(jī)/發(fā)射機(jī)監(jiān)視和控制(M&C)數(shù)據(jù)輸出電路519和工作在第一調(diào)制頻率A的本機(jī)振蕩器電路520一起控制。DC電源電路521為各部件提供DC電源。
中頻/射頻裝置511也包括中頻/射頻通信電路522，它在中頻頻譜上與多路復(fù)用器/解復(fù)用器電路513一起工作。輸入到微控制器通用異步的接收機(jī)/發(fā)射機(jī)電路523的串行數(shù)據(jù)可用來(lái)接收帶通濾波器/包絡(luò)檢波器電路524的數(shù)據(jù)。如同其它裝置中一樣，DC電源電路525為相關(guān)的部件提供電源。通用異步接收機(jī)/發(fā)射機(jī)監(jiān)視和控制數(shù)據(jù)輸出電路526將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至“與”邏輯電路527，它也接收第二調(diào)制頻率B的本機(jī)振蕩器電路527所產(chǎn)生的本機(jī)振蕩信號(hào)。
這兩個(gè)裝置510和511中的任一個(gè)都可以使用全雙工串行通信配置以及單獨(dú)的低頻振蕩信號(hào)520和527，低頻振蕩器可由串行通信有效地產(chǎn)生時(shí)鐘，并且控制各個(gè)模塊的數(shù)據(jù)輸出。各個(gè)模塊都有一個(gè)具有通用異步接收傳輸(UART)串行通信能力的微處理器或者微控制器。電路519、526的輸出的已調(diào)制的監(jiān)視與控制(M&C)信號(hào)可由多路復(fù)用器/解復(fù)用器512部分中的解復(fù)用器分離，然后饋送至窄帶濾波器，接著由包絡(luò)檢波器電路來(lái)解調(diào)微處理器的UART所輸入的控制和通信信號(hào)。這些頻率可根據(jù)下文將要描述的方法進(jìn)行互相和與IF頻譜的復(fù)用以及濾波，以確保相互之間的工作透明度。
圖15顯示了一例可以用來(lái)設(shè)計(jì)多路復(fù)用器/解復(fù)用器電路的電路原理圖的例子。該電路的設(shè)計(jì)對(duì)于這個(gè)頻率復(fù)用系統(tǒng)的透明度至為關(guān)鍵。DC和較低的頻率首先采用低通濾波器從物理電纜中分離出來(lái)，然后分別濾波發(fā)射和接收IF信號(hào)的較高頻率頻譜并將信號(hào)輸出至它們各自組件的硬件中。較低頻率的信號(hào)饋送至接收包絡(luò)檢波器的窄帶濾波器中。這個(gè)濾波器可抑制任何噪聲和不需要的信號(hào)，包括在把所接收到的數(shù)據(jù)碼流傳輸至微處理器的UART之前的發(fā)射監(jiān)視和控制頻率音。
本發(fā)明所使用的調(diào)制器/解調(diào)器電路的例子如圖17(調(diào)制器)、圖19(解調(diào)器)以及圖20(解調(diào)器、包絡(luò)檢波器)所顯示，并提供了室內(nèi)裝置和戶外裝置間的通信。在這個(gè)例子中，遙感信號(hào)適合用開關(guān)鍵控調(diào)制音來(lái)作。作為一個(gè)無(wú)限制的例子，上行頻率可以達(dá)到約4.0MHz，而下行頻率可以達(dá)到約5.0MHz。
如前文所述，圖15所顯示的電路實(shí)現(xiàn)了在同一根單獨(dú)的電纜上多路復(fù)用輸入和輸出的功能。寬帶寬的信息可以載波于中頻信號(hào)上，通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的由Cl、電阻匹配衰減器R1-R3和C2組成的高通電路來(lái)傳輸，這里留出一些空間給性能調(diào)節(jié)器件。中頻信號(hào)通過(guò)由元件L1、L2和C4組成的低通濾波器與遙感及功率電源信號(hào)隔離開。功率電源的輸入(DC)通過(guò)L6與遙感信號(hào)分離。從戶外裝置送至室內(nèi)裝置的遙感信號(hào)通過(guò)C3耦合。從室內(nèi)裝置送至戶外裝置的遙感信號(hào)由L3-L5及C4-C6組成的帶通濾波器濾波，這提供了對(duì)從戶外裝置送至室內(nèi)裝置的遙感信號(hào)大約12至15分貝的抑制。
本發(fā)明的編碼與調(diào)制應(yīng)用為短距離基帶通信所開發(fā)的異步編碼標(biāo)準(zhǔn)來(lái)調(diào)制射頻通信，使用了單獨(dú)的開關(guān)鍵控載波。現(xiàn)有的射頻應(yīng)用技術(shù)不是使用更復(fù)雜的(這導(dǎo)致實(shí)現(xiàn)起來(lái)更昂貴)編碼技術(shù)就是使用更復(fù)雜的(也更昂貴)的調(diào)制技術(shù)如多頻率調(diào)制或者相移鍵控。
如前文所述，電路可以從廣義上分成兩部分編碼器/解碼器部分與調(diào)制器/解調(diào)器部分。編碼器得到“有效載荷”數(shù)據(jù)然后添加入附加信息，這可以幫助準(zhǔn)確地發(fā)送。編碼數(shù)據(jù)的基本單元是邏輯“符號(hào)”。不同的編碼方案在它們的符號(hào)集中使用不同數(shù)量的符號(hào)。每個(gè)符號(hào)可以代表幾位的原始數(shù)據(jù)或者少于一位的原始數(shù)據(jù)。
每個(gè)符號(hào)集之中的邏輯符號(hào)有一個(gè)明確的電磁表達(dá)式。調(diào)制器將邏輯符號(hào)轉(zhuǎn)換成電磁表達(dá)式，這樣就可以傳輸而避免額外的曲解或損壞，這使得不會(huì)把一個(gè)符號(hào)辨別成另一個(gè)。
解調(diào)器把電磁表達(dá)式還原成邏輯符號(hào)。然后符號(hào)傳送至解碼器，解碼器利用附加在有效載荷數(shù)據(jù)上的額外信息辨認(rèn)出有效載荷數(shù)據(jù)并且克服在信號(hào)進(jìn)行還原變換原始有效載荷數(shù)據(jù)時(shí)所發(fā)生的損壞。不同的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼方法和調(diào)制方法適合于不同的傳輸介質(zhì)和性能需求。
在本發(fā)明的編碼方面，數(shù)據(jù)可以時(shí)間來(lái)編碼成一個(gè)8位字。該編碼基于標(biāo)準(zhǔn)異步編碼協(xié)議，例如普遍用于最初的IBM個(gè)人計(jì)算機(jī)的國(guó)家半導(dǎo)體的INS8250 UART(通用異步接收發(fā)送)。相兼容的通用異步接收發(fā)送電路可以在實(shí)際中所有的計(jì)算機(jī)以及許多儀器中找到。它們經(jīng)常與適用于基帶頻率(TIA/EIA-232F)發(fā)數(shù)字信號(hào)的遵循RS-232系列的物理接口一起使用。
8位字中的每一位都可以由一種調(diào)制符號(hào)來(lái)表示。同樣，一個(gè)或更多的額外的符號(hào)可以添加在一個(gè)字的開頭或結(jié)尾。本技術(shù)領(lǐng)域熟練的技術(shù)人員皆知，這些符號(hào)指的是“標(biāo)記”或“空格”。標(biāo)記代表一個(gè)二進(jìn)制數(shù)據(jù)值“1”，而空格代表“0”。當(dāng)沒有數(shù)據(jù)傳送時(shí)，編碼器“休息”在標(biāo)記狀態(tài)。
在每個(gè)數(shù)據(jù)字的開頭，插入一個(gè)空格符號(hào)代表新數(shù)據(jù)將傳輸，這也表示接收裝置的數(shù)據(jù)時(shí)鐘是同步的。接著，傳送8個(gè)數(shù)據(jù)位(最小權(quán)重到最大權(quán)重)，并且也可選擇的，一個(gè)奇偶校驗(yàn)位直至兩個(gè)標(biāo)記符號(hào)作為“停止位”。
大多數(shù)微控制器和某些微處理器包括能支持UART功能的專用硬件，但如果需要的話也可以用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)UART。UART也可以是獨(dú)立的集成電路作為與微處理器的接口。
UART的發(fā)送部分處理數(shù)據(jù)的每一個(gè)字節(jié)并把它以一個(gè)特定的符號(hào)速度按步串行處理，添加開始符號(hào)和無(wú)論何種的奇偶校驗(yàn)符號(hào)以及所要求的停止符號(hào)。
UART的接收部分校驗(yàn)開始信號(hào)并且以一段與指定的數(shù)據(jù)傳輸率相適當(dāng)?shù)臅r(shí)間來(lái)讀每一個(gè)連續(xù)符號(hào)。當(dāng)接收完一組中的所有信號(hào)時(shí)，它去除開始符號(hào)和所有的停止符號(hào)，并且在去除奇偶校驗(yàn)位(如果存在)之前對(duì)奇偶校驗(yàn)位進(jìn)行校驗(yàn)。這就留下了傳輸數(shù)據(jù)的原始字節(jié)。
本發(fā)明可以使用硬件來(lái)支持UART的微控制器。這可以看作是對(duì)編碼與解碼最好的實(shí)現(xiàn)方法，但用集成電路UART的實(shí)施方法和軟件編碼與解碼是相等的。
在本發(fā)明的調(diào)制方面，標(biāo)記和空格調(diào)制符號(hào)用來(lái)變換載波的相近頻率音的“開”和“關(guān)”，載波音“開”代表空格，載波音“關(guān)”代表“標(biāo)記”。這項(xiàng)技術(shù)有時(shí)稱之為開關(guān)鍵控(OOK)。于是調(diào)制的信號(hào)可通過(guò)帶通濾波來(lái)保持它不受電纜上其它信號(hào)的干擾，同時(shí)也可以在共用電纜上傳輸。在接收端，檢波器對(duì)調(diào)制音進(jìn)行檢波，將它轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平信號(hào)，這之后，傳送至UART，來(lái)解碼原始的發(fā)射字節(jié)。
如圖16所示，本發(fā)明通過(guò)在所需的載波頻率用一個(gè)“與”邏輯門552作為混頻器開關(guān)時(shí)鐘/載波，把UART的輸出和時(shí)鐘源550的時(shí)鐘信號(hào)組合在一起，用最小的成本和組件數(shù)實(shí)現(xiàn)了調(diào)制器。門控時(shí)鐘信號(hào)隨即通過(guò)模擬帶通濾波器554去除直流分量并減少會(huì)影響其它多路復(fù)用器中調(diào)制信號(hào)的高頻諧波。這可以認(rèn)為是調(diào)制器結(jié)構(gòu)的一個(gè)較好的實(shí)現(xiàn)方式。
圖16所示的調(diào)制與控制調(diào)制器硬件的方框圖可完成室內(nèi)裝置(調(diào)制解調(diào)器和中頻硬件)與戶外裝置(中頻至射頻轉(zhuǎn)換器硬件)之間的通信。如前文所述，遙感信號(hào)是開關(guān)鍵控的調(diào)制音。上行遙感頻率可以實(shí)現(xiàn)到大約4MHz，下行遙感頻率可以實(shí)現(xiàn)到大約5MHz。圖17顯示了詳細(xì)的本系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)范例。
數(shù)據(jù)流是標(biāo)準(zhǔn)串行UART的輸出。這提供了信道編碼、糾錯(cuò)和時(shí)序恢復(fù)。UART的“標(biāo)記”狀態(tài)與必須對(duì)應(yīng)“單音開啟”而“空格”輸出狀態(tài)必須對(duì)應(yīng)“單音關(guān)閉”?？梢詫?shí)現(xiàn)19,600波特的全雙工數(shù)據(jù)傳輸率。
調(diào)制器可以很簡(jiǎn)單，如用一個(gè)“與”門將時(shí)鐘信號(hào)與數(shù)據(jù)流以發(fā)射頻率組合在一起，然后傳送調(diào)制的方波通過(guò)一個(gè)帶通濾波器來(lái)分離高階諧波。
圖17中，晶振U3生成一個(gè)恒定包絡(luò)固定頻率為約4MHz的信號(hào)。微控制器上的RS-232端口可生成一個(gè)實(shí)際的數(shù)據(jù)流，其中使用邏輯門U2調(diào)制4MHz的固定頻率。放大器U1A和相關(guān)的組件可提供緩存輸出功能用于驅(qū)動(dòng)調(diào)制信號(hào)沿著電纜從戶外裝置流向室內(nèi)裝置。
適用于OOK信號(hào)所使用的低成本解調(diào)器570可以由一個(gè)帶通濾波器/包絡(luò)檢波器572、一個(gè)放大器574以及一個(gè)具有磁滯功能的反相器邏輯門576構(gòu)成，如圖18所示。
圖18所示，解調(diào)器可以簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)，如用一個(gè)帶通濾波器饋入一個(gè)二極管包絡(luò)檢波器，再接一個(gè)斯密特觸發(fā)器反相器(放大器)來(lái)實(shí)現(xiàn)。反相器輸出傳回UART。圖19和圖20顯示了可用于本發(fā)明的電路原理圖設(shè)計(jì)的詳細(xì)范例，它采用一個(gè)有源濾波器接了一個(gè)二極管包絡(luò)檢波器來(lái)實(shí)現(xiàn)。
如圖19所示的解調(diào)器有源濾波器，在由放大器U1B和U7A以及U7B與其它的關(guān)聯(lián)組件一起構(gòu)成的有源濾波器的輸入端存在著另一個(gè)模擬帶通濾波器，結(jié)構(gòu)上與前面提到的相似。電阻器R18為模擬濾波器提供一個(gè)終端，以便于得到合適的濾波整形并且將一系列脈沖的振鈴效應(yīng)最小化。
圖20所示的解調(diào)器包絡(luò)檢波器、放大器U8A提供了前文所提到的有源濾波器的緩存。放大器U8B、二極管D4與D5提供信號(hào)(如果存在)的整流，而R15和C23為所有停留在高頻的組件提供與地之間的整合和通路。斯密特觸發(fā)器U6“整理”輸出信號(hào)，減小脈沖上升與下降次數(shù)，并且提供作為功能閾值監(jiān)測(cè)器的磁滯。當(dāng)檢波器和任何起緩存作用的放大器的時(shí)間常數(shù)確定時(shí)，解調(diào)器電路的數(shù)據(jù)傳輸率可以超過(guò)19.2千波特。
如圖18所示，OOK信號(hào)饋入包絡(luò)檢波器572，檢波器將輸出調(diào)制載波的包絡(luò)。這個(gè)輸出通過(guò)高增益放大器574對(duì)信號(hào)中的高電平進(jìn)行電平移動(dòng)，然后饋至高磁滯(即斯密特觸發(fā)器)邏輯反相器576，以提供一個(gè)干凈的邏輯電平輸出。其它解調(diào)器結(jié)構(gòu)也可以工作，但上述所討論述的圖示范例，由于它的低成本和簡(jiǎn)單度而有利于在本發(fā)明中使用。
全雙工操作模式本調(diào)制配置可以用作兩個(gè)設(shè)備之間的全雙工數(shù)據(jù)通信，通過(guò)指定一個(gè)設(shè)備以較低的頻率發(fā)射，而另一個(gè)則用較高的頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。頻率選擇電路(帶通濾波器)可以加在包絡(luò)檢波器之前以防止裝置對(duì)自身的發(fā)射信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。由于許多系統(tǒng)使用兩根不同的中頻電纜，所以全雙工通信也可以通過(guò)每個(gè)發(fā)射端使用一根電纜來(lái)實(shí)現(xiàn)。這就允許兩個(gè)裝置使用相同的頻率，但這與使用兩個(gè)不同頻率的效果同樣出色。
半雙工操作模式當(dāng)使用本調(diào)制配置，用單一的載波頻率時(shí)，在同一時(shí)段只能有一個(gè)裝置可以發(fā)射。在這種情況下，一個(gè)裝置必須設(shè)定為“主機(jī)”，而另一個(gè)設(shè)定為“從機(jī)”。兩個(gè)裝置最好使用載波停止?fàn)顟B(tài)作為標(biāo)記狀態(tài)(即空格傳送時(shí)將載波開啟)，這樣當(dāng)兩個(gè)裝置都沒有發(fā)射數(shù)據(jù)時(shí)線路上是安靜的。在半雙工模式中，從機(jī)裝置只有在主機(jī)裝置查詢時(shí)才能發(fā)送數(shù)據(jù)。從機(jī)發(fā)送它的響應(yīng)之前必須在主機(jī)完成發(fā)送之后等待一個(gè)固定的(但基本上是任意的)時(shí)間片段。
多站操作模式兩個(gè)以上的設(shè)備可以共享同一根線路。如在標(biāo)準(zhǔn)的半雙工模式中，電路會(huì)包含一個(gè)主裝置，但可有多個(gè)從機(jī)。每個(gè)從機(jī)都會(huì)有一個(gè)地址，而主機(jī)會(huì)發(fā)送一個(gè)地址作為發(fā)送數(shù)據(jù)的一部分。只有地址是與信息中的地址相匹配的從機(jī)裝置才會(huì)允許作出響應(yīng)。多個(gè)設(shè)備也可以像標(biāo)準(zhǔn)全雙工模中一樣通過(guò)使用不同的載波頻率共享同一根線路。
本申請(qǐng)涉及到同一日期相同代理人和發(fā)明人遞交的專利申請(qǐng)題為，“在室內(nèi)裝置與戶外裝置之間的共用電纜上使用中頻有效載荷數(shù)據(jù)來(lái)發(fā)射/接收遙感控制信號(hào)的系統(tǒng)和方法”一文，該申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容通過(guò)參考合并于此。
在前文的描述和附圖中給出的教導(dǎo)將會(huì)有益于本技術(shù)領(lǐng)域熟練的技術(shù)人員思考到本發(fā)明的許多修改和其它的實(shí)施例。因此，值得理解的是，本發(fā)明不僅局限于所提到的特定的實(shí)施例，在相關(guān)的權(quán)利要求書的范圍內(nèi)旨在包含修改以及實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種適用于裝配在天線上構(gòu)造無(wú)線連接的輕型毫米波戶外裝置包括一個(gè)外殼，結(jié)構(gòu)成能夠與天線快速地連接/斷開連接；一塊由陶瓷材料構(gòu)成的毫米波收發(fā)機(jī)板，裝配在外殼中，并具有一個(gè)包括微波單片集成電路(MMIC)芯片的毫米波收發(fā)電路；一塊中頻板；一塊頻率合成器板，具有一個(gè)表面貼裝的信號(hào)發(fā)生電路來(lái)產(chǎn)生收發(fā)機(jī)電路的本機(jī)振蕩信號(hào)；以及一塊控制器板，具有表面貼裝的DC和低頻分立器件，由此構(gòu)成電源和控制電路，為收發(fā)機(jī)電路和信號(hào)發(fā)生電路提供電源，其中毫米波收發(fā)機(jī)板、中頻板、頻率合成器板和控制器板以層疊的方式定位在外殼中間，每塊板包括接觸式接插件并且有至少一個(gè)電路接觸式接插件用于連接兩塊板之間的電路，使得電纜和硬線的使用最少。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的毫米波戶外裝置，其特征在于，所述控制器板是由PTFE復(fù)合材料制成的。
3.一種適用于裝配在天線上構(gòu)造無(wú)線連接的輕型毫米波戶外裝置包括一個(gè)外殼，具有一個(gè)散熱片和一個(gè)裝配部件，可用于構(gòu)成與天線快速地連接/斷開連接，所述裝配部件包括發(fā)射和接收波導(dǎo)孔；一塊由陶瓷材料構(gòu)造的毫米波收發(fā)板，裝配在外殼內(nèi)，并具有一個(gè)包含微波單片集成電路(MMIC)芯片的毫米波收發(fā)機(jī)電路，可與發(fā)射和接收孔一起工作；一塊中頻(IF)板，裝配在外殼內(nèi)，具有可構(gòu)成一個(gè)中頻電路并與毫米波收發(fā)機(jī)電路控制一起工作的組件。一塊頻率合成器板，裝配在外殼內(nèi)，具有一個(gè)信號(hào)發(fā)生電路用于產(chǎn)生毫米波收發(fā)機(jī)電路的本機(jī)振蕩信號(hào)；一塊控制器板，裝配在外殼內(nèi)，具有表面貼裝的DC和低頻分離器件，由此構(gòu)成電源和控制電路，為其它板上的其它電路提供各自的電源和控制信號(hào)；電路接觸組件，用于板之間的電路互相連接，使得電纜和硬線的使用最小化；以及一個(gè)快速連接/斷開組件，可與外殼一起工作，使外殼可以與天線迅速地連接/斷開連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的毫米波戶外裝置，其特征在于，所述的快速連接/斷開連接組件包含扣件。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的毫米波戶外裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括一個(gè)外殼隔離部件，用于將各個(gè)收發(fā)機(jī)和控制器板隔離開，頻道化，并且至少一個(gè)電磁干擾墊圈輔助隔離板上的所有電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的毫米波戶外裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括一個(gè)發(fā)射和接收微帶至波導(dǎo)轉(zhuǎn)換，形成于毫米波收發(fā)機(jī)板上，可與各自的發(fā)射和接收波導(dǎo)孔一起工作。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的毫米波戶外裝置，其特征在于，所述的收發(fā)機(jī)板可以工作在選定頻帶，而且很容易從外殼中拆卸下來(lái)，以便于替換可工作在不同的頻帶的收發(fā)機(jī)板。
8.一種戶外毫米波通信裝置，包括一個(gè)裝配組件，結(jié)構(gòu)成與一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)戶外天線形成快速連接/斷開連接的裝配，所述裝配組件包括發(fā)射和接收波導(dǎo)孔；以及一個(gè)毫米波收發(fā)機(jī)板，包括微波單片集成電路(MMIC)芯片，可與發(fā)射和接收孔一起工作。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的戶外裝置，其特征在于，所述的裝配部件進(jìn)一步包括扣件用于提供快速連接/斷開連接的裝配。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的戶外裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括一個(gè)外殼部件，它包括所述的裝配部件和一個(gè)散熱片。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的戶外裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括一塊中頻(IF)板，它可與毫米波收發(fā)機(jī)板一起工作。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的戶外裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括一個(gè)頻率合成器板，用于產(chǎn)生本機(jī)振蕩器信號(hào)以供給所述毫米波收發(fā)機(jī)板上的MMIC芯片。
13.一種適用于裝配在天線上構(gòu)成無(wú)線連接的毫米波通信戶外裝置，包括一塊毫米波收發(fā)板，它包括微波單片集成電路(MMIC)芯片；一塊中頻(IF)板，可與毫米波收發(fā)機(jī)板一起工作；一塊頻率合成器板，可用于產(chǎn)生本機(jī)振蕩器信號(hào)以供給毫米波收發(fā)機(jī)板上的MMIC芯片；以及電路接觸組件，用于將所述的毫米波收發(fā)機(jī)板、中頻板以及頻率合成器板互相連接，從而減少電纜和硬線的使用。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的戶外裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括一個(gè)外殼，其中還包括所述的毫米波收發(fā)機(jī)板、中頻板以及頻率合成器板。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的戶外裝置，其特征在于，所述的外殼包括一個(gè)快速連接/斷開連接的組件，使外殼可以與天線快速地連接與斷開連接。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的戶外裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括一個(gè)外殼隔離部件，用于隔離一塊或多塊板并且包含頻道化和一個(gè)EMI墊圈。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的戶外裝置，其特征在于，所述的頻率合成器板包括不多于四個(gè)合成器。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的戶外裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括集成的功率電源和控制電路。
19.一種適用于毫米波通信戶外裝置的外殼包括一個(gè)散熱片；一個(gè)裝配部件，用于裝配在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)戶外天線上；以及發(fā)射和接收波導(dǎo)孔，用于構(gòu)成與毫米波收發(fā)機(jī)通信。
全文摘要
一種輕型毫米波戶外裝置包括一個(gè)具有散熱片的輕型外殼和一個(gè)為了建立無(wú)線連接而裝配在天線上的裝配組件。毫米波收發(fā)機(jī)板裝配在外殼中，同時(shí)包括微波單片集成電路(MMIC)芯片。頻率合成器板具有信號(hào)發(fā)生電路用于產(chǎn)生本機(jī)振蕩信號(hào)以供給收發(fā)機(jī)板和MMIC芯片。控制板表面貼裝了DC和低頻分離元件，由此構(gòu)成了電源和控制電路用于給其它板上的其它電路提供各自的電源和控制信號(hào)。一個(gè)快速連接/斷開組件使外殼可以與天線迅速連接和斷開連接。
文檔編號(hào)H04B7/15GK1735999SQ200380108220
公開日2006年2月15日 申請(qǐng)日期2003年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月8日
發(fā)明者D·F·阿瑪, D·巴斯, G·克拉克, R·D·格拉罕, C·喬丹, S·A·斯塔利 申請(qǐng)人:柴川斯股份有限公司