專利名稱：高頻無線電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適合使用例如短程無線通信方法的高頻無線通信設(shè)備。
在本文中，術(shù)語“短程無線通信方法”一般表示的是用不受法律約束的低功率載帶(carrier band)信號實施并被用于較短距離無線通信，諸如無鑰門禁控制、無線目標(biāo)監(jiān)控以及無線控制，的方法。
背景技術(shù)：
眾所周知，無鑰門禁控制系統(tǒng)是短程無線通信系統(tǒng)的一個實例。舉例來說，無鑰門禁控制系統(tǒng)可以從幾米到幾十米遠的地方以無線方式來控制車門的開/關(guān)、引擎啟動以及引擎停止。該系統(tǒng)包括安裝在車輛上的固定無線通信設(shè)備，以及用戶攜帶的便攜無線通信設(shè)備。
圖8示意性顯示了如何配置上述類型的常規(guī)無鑰門禁控制系統(tǒng)。在圖8顯示的實例中，發(fā)射機1是用戶攜帶的無線通信設(shè)備，它使用發(fā)射機1的標(biāo)識碼以及用于門的開/關(guān)等操作的指令信號來對具有VHF或更高頻率的載帶信號進行調(diào)制，并且把調(diào)制信號從天線5發(fā)射到接收機2，而接收機2則是固定的無線通信設(shè)備。
接收機2包括用于對接收到的載帶信號進行濾波、以便消除不必要的頻率分量的天線濾波器。近來，在無鑰門禁控制系統(tǒng)中使用315MHz的高頻信號作為通信所需帶寬的頻率(在下文中將其稱為“通信頻率”)。因此，適合在高頻使用的聲表面波濾波器6(下文中將其稱為SAW濾波器)通常被用作接收機2的天線濾波器。
依照無線電法規(guī)實施條例，如果在距離發(fā)射機13米的地方的占優(yōu)勢的電場強度是500μV/m，那么其不受到限制。由于接收到的是以低功率發(fā)射的載帶信號，因此接收機2使用高頻前置放大器14來將接收到的載帶信號提高到指定功率電平，并且通過使用接收機構(gòu)4來直接檢測經(jīng)過放大的載帶信號，來解調(diào)標(biāo)識碼以及指令信號。然后，所獲取的指令信號用于控制車輛的不同傳送機構(gòu)，例如以便打開/關(guān)閉車門。
接收機構(gòu)4可以被集成在IC中。因此，通過在固定電路板上安裝接收機構(gòu)和SAW濾波器作為所謂的分立部件，可以減小接收機2的尺寸。

發(fā)明內(nèi)容
一般來說，對借助天線濾波器直接檢測的噪聲電平N(W)和接收機帶寬B(Hz)來說，其間的關(guān)系依據(jù)以下等式(1)唯一確定N＝KTBF-----(1)在等式(1)中，符號K表示波耳茲曼常數(shù)(1.38×10-23)；T是絕對溫度(K度)；F是噪聲系數(shù)(W)。由于波耳茲曼常數(shù)K、絕對溫度T以及噪聲系數(shù)F是固定值，因此，噪聲電平N取決于天線濾波器的帶寬B。換句話說，所用天線濾波器的帶寬B越寬，噪聲電平N就越高，因此信號分量接收靈敏度越低。此外，由于帶寬B很寬，因此有可能出現(xiàn)與不必要的無關(guān)信號的相互干擾，由此導(dǎo)致工作不穩(wěn)定。
圖9顯示的是在使用SAW濾波器6作為天線濾波器時主要的頻率衰減特性。頻率衰減特性表明在正常情況下，3dB衰減區(qū)W1中的帶寬約為1000kHz。舉例來說，如果標(biāo)識碼比特率是1.2千比特/秒，那么通信所需帶寬W2是4kHz或是更小。
如上所述，與通信所需帶寬(4kHz)形成鮮明對比的是，SAW濾波器6提供了很寬的帶寬(約為1000kHz)。因此，從等式(1)中可以明顯看出，實際上，通過降低噪聲電平N來提高信號分量接收靈敏度是不可能的。換句話說，用于在接收機2與發(fā)射機1之間建立通信的范圍(例如通信距離)具有一定限制。
此外，SAW濾波器6的帶寬B不能被窄化。因此，不可能有效防止無關(guān)信號與通信頻率(通信所需的信號頻率)的相互干擾，以消除通信頻率的鏡像頻率，以及不可能提高通信質(zhì)量。為了消除鏡像頻率，接收機構(gòu)4必需引入鏡像抑制功能。由此，不可能簡化接收機構(gòu)4的結(jié)構(gòu)以及減小功率消耗。
由于SAW濾波器6是通過在晶片表面安裝多個電極制造的，因此SAW濾波器相對昂貴。此外，SAW濾波器6需要與集成在IC中的接收機構(gòu)4分離地安裝在固定電路板上。因此，接收機2的尺寸減小受到一定程度的限制。
在諸如上述無鑰門禁控制系統(tǒng)之類的短程無線通信系統(tǒng)，尤其是使用SAW濾波器6作為天線濾波器的系統(tǒng)中，單個天線濾波器不用于傳送和接收二者。一個主要原因是即使使用相同的載帶信號，用于通信的傳輸頻率f1以及接收頻率f2也還是互不相同。另一個主要原因在于當(dāng)放大未經(jīng)SAW濾波器6濾波的高頻信號時，通信所需帶寬之外的載帶信號電平增大，從而對SAW濾波器6產(chǎn)生不利影響(例如操作變得不穩(wěn)定，從而得不到指定的濾波器特性)。
本發(fā)明提供了一種尺寸小的高頻無線通信設(shè)備，該設(shè)備能夠擴展可以在其中建立通信的范圍，由此有效避免與無關(guān)信號的相互干擾，并且易于抑制鏡像頻率。
考慮到上述等式(1)所指示的噪聲電平與帶寬之間的關(guān)系，本發(fā)明提供了一種高頻無線通信設(shè)備，該設(shè)備使用晶體濾波器作為天線濾波器。與常規(guī)SAW濾波器所提供的帶寬相比，晶體濾波器提供的帶寬是非常窄的。在使用晶體濾波器時，用于載帶信號傳遞的帶寬可以減至20kHz或是更小。與提供大約1000kHz的帶寬的SAW濾波器相比，晶體濾波器所提供的帶寬非常窄。因此，依照能量守恒定律，相對于相同的能量(用于傳輸?shù)碾娔?，接收端接收靈敏度可以得到極大提升。
通常，晶體濾波器頻繁地與基于包括短波頻帶的較低頻率的無線通信設(shè)備結(jié)合使用。然而，尚未想到將晶體濾波器與VHF頻帶(30到300MHz)或UHF頻段(300MHz到3GHz)結(jié)合使用。
一個主要原因在于如例如“Crystal Device General Descriptionand Application”(Quartz Crystal Industry Trade Association of Japan，2002年3月)中第23頁的圖7所示，對晶體濾波器實施的范圍強加了某個上限。人們相信，為高頻波段開發(fā)的SAW設(shè)備(SAW濾波器)是唯一可適用于在VHF或更高頻率上使用的無鑰門禁控制系統(tǒng)的天線濾波器。
然而，對包括晶體濾波器的晶體芯片來說，其制造和處理技術(shù)已經(jīng)日益提高。因此，可適用于晶體濾波器的頻率范圍也日趨擴大。此外，晶體不但可以在基頻使用，而且可以在作為基頻的奇數(shù)倍數(shù)的諧波頻率上使用。本發(fā)明的發(fā)明人致力于開發(fā)與晶體以及SAW相關(guān)的設(shè)備，徹底改變他們的方法，并且發(fā)現(xiàn)也可以使用晶體濾波器(晶體芯片)作為處于VHF以及更高頻率上的天線濾波器。
在本發(fā)明的一個方面中，高頻無線通信設(shè)備包括用于對具有VHF或更高頻率的、并由天線接收的載帶信號進行濾波的晶體濾波器，以及用于對被晶體濾波器濾波的載帶信號執(zhí)行直接檢測接收處理的接收機構(gòu)。
與將接收的信號頻率轉(zhuǎn)換成中頻、然后檢測中頻的超外差類型的高頻無線通信設(shè)備相比，直接檢測類型的高頻無線通信設(shè)備具有更簡單的電路結(jié)構(gòu)。因此，可以減小直接檢測類型的高頻無線通信設(shè)備的尺寸。與常規(guī)高頻無線通信設(shè)備相比，當(dāng)載帶信號在以不受法律約束的低功率從另一無線通信設(shè)備發(fā)射之后到達天線時，依照本發(fā)明的高頻無線通信設(shè)備所提供的優(yōu)點更為顯著。雖然所用傳輸功率很低，但是通信范圍可以被擴大。其原因在于如先前所述，通過晶體濾波器的作用，接收靈敏度被提高。為了減小功率消耗，使用間歇載帶信號。
接收機構(gòu)可以包括本地振蕩器，該振蕩器具有用于產(chǎn)生高頻本地信號用于直接檢測的本地振蕩器、以及檢測電路，該檢測電路使用高頻本地信號來實現(xiàn)直接檢測。
在上述實例中，優(yōu)選的是，將晶體濾波器和晶體振蕩器置于對于它們的溫度特性和老化特性基本相同的工作環(huán)境中。如先前所述，晶體濾波器的帶寬是20kHz。因此，如果頻率由于環(huán)境溫度改變或是長時間使用所導(dǎo)致的老化(特性改變)而變化，那么在嘗試使用晶體振蕩器所產(chǎn)生的高頻本地信號來實現(xiàn)直接檢測的時候?qū)a(chǎn)生不便。因此，晶體濾波器和晶體振蕩器處于對于上述特性基本相同的工作環(huán)境中。從而，即使頻率變化，也不產(chǎn)生不便，因為晶體濾波器和晶體振蕩器在這種頻率變化的方向上是相等的。
舉例來說，上述“相同工作環(huán)境”是通過將晶體濾波器和晶體振蕩器封裝在單個模塊化容器中而被實現(xiàn)的，其中該容器被實現(xiàn)為向晶體濾波器和晶體振蕩器提供基本相同的溫度特性。
在本發(fā)明的另一個方面中，高頻無線通信設(shè)備包括傳送/接收機構(gòu)，該機構(gòu)使用單個晶體濾波器來濾波具有VHF或更高頻率并由天線接收的信號以及具有VHF或更高頻率并以不受法律約束的低功率而從天線傳送到另一無線通信設(shè)備的信號。
通過利用晶體濾波器特性，上述高頻無線通信設(shè)備可以使用單個晶體濾波器來執(zhí)行傳送和接收、簡化結(jié)構(gòu)以及提供增強的通用性，其中晶體振蕩器提供很窄的帶寬，并實現(xiàn)自身鏡像抑制。在接收的情況下，在通過晶體濾波器的階段，通過例如調(diào)整用于未經(jīng)濾波的高頻信號的放大器增益，可以恰當(dāng)消除鏡像頻率。因此，在后續(xù)的信號處理電路中將不必使用鏡像抑制器或是類似設(shè)備，并且可以相應(yīng)地減小功率消耗量。在傳輸?shù)那闆r下，鏡像頻率是由晶體濾波器抑制的，然后，處于末級的高頻放大器提供放大到指定功率電平。因此，可以防止放大鏡像頻率。
在單個晶體濾波器用于進行傳輸和接收二者時，高頻無線通信設(shè)備可以包括本地振蕩器，該振蕩器配備有用于產(chǎn)生用于直接檢測和調(diào)制的高頻本地信號的晶體振蕩器；檢測電路，用于直接檢測在高頻本地信號進行頻率變換之后主要的信號頻率；調(diào)制電路，用于執(zhí)行調(diào)制，同時允許高頻本地信號使信號頻率進行頻率變換；第一信號轉(zhuǎn)換電路，用于將檢測電路所產(chǎn)生的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；第二信號轉(zhuǎn)換電路，用于將輸入數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，并且將得到的模擬信號引入調(diào)制電路；以及信號處理器，其中包括用于改變無線通信設(shè)備內(nèi)信號傳輸方向的切換電路。
高頻放大器和信號處理器可以依照處理器與駐留在預(yù)定存儲區(qū)域或固件中的軟件之間的協(xié)作來工作，其中所述軟件的處理操作是預(yù)先定義的，高頻放大器和信號處理器可以被配置為在遵循預(yù)定過程時執(zhí)行信號處理，以與外部設(shè)備建立無線通信的軟件無線電，還可以允許在以后對其操作進行變更。
軟件無線電可以變更軟件或固件規(guī)范的內(nèi)容，以便與使用不同通信過程或頻率的遠端建立無線通信。由此，單個高頻無線通信設(shè)備可以支持多種無線通信方法。
此外，晶體濾波器要遠遠小于和輕于SAW濾波器。由此，晶體濾波器和軟件無線電可以被封裝在單個模塊化容器中。然后，晶體濾波器和晶體振蕩器被防止在對于其溫度和其他特性基本相同的工作環(huán)境中。此外，高頻無線通信設(shè)備的尺寸可以被減小，并且適于批量生產(chǎn)。
在本發(fā)明的再一方面中，高頻無線通信設(shè)備包括信號處理器，用于產(chǎn)生具有VHF或更高頻率并由預(yù)定數(shù)據(jù)調(diào)制的載帶信號；晶體濾波器，用于對信號處理器所產(chǎn)生的載帶信號進行濾波；以及高頻放大器，用于以不受法律約束的低功率放大被晶體濾波器濾波的載帶信號，以及將經(jīng)過放大的信號引入到天線中。
舉例來說，信號處理器間歇地產(chǎn)生具有VHF或更高頻率并且在對上述數(shù)據(jù)執(zhí)行主調(diào)制之后被為通信遠端預(yù)定義的擴展碼進行擴展頻譜調(diào)制的載帶信號。


圖1是描述依照本發(fā)明的高頻無線通信設(shè)備的一個實施例的框圖。
圖2是描述如何將圖1所示的高頻無線通信設(shè)備置入模塊化容器的剖面圖。
圖3A是描述用于與依照本發(fā)明的高頻無線通信設(shè)備結(jié)合使用的晶體濾波器的平面圖。
圖3B是描述用于與依照本發(fā)明的高頻無線通信設(shè)備結(jié)合使用的晶體濾波器的剖面圖。
圖4顯示的是晶體濾波器的頻率衰減特性曲線。
圖5是描述依照本發(fā)明的高頻無線通信設(shè)備的另一個實施例的框圖。
圖6描述的是安裝在高頻無線通信設(shè)備中或與高頻無線通信設(shè)備協(xié)作工作的IC芯片的結(jié)構(gòu)。
圖7是描述晶體濾波器和SAW設(shè)備的工作范圍的圖表。
圖8是描述用于短程無線通信的常規(guī)接收機的框圖。
圖9顯示的是SAW濾波器的頻率衰減特性曲線。
具體實施例方式
現(xiàn)在將對依照本發(fā)明用于短程無線通信的高頻無線通信設(shè)備的優(yōu)選實施例進行描述。
圖1描述的是依照本發(fā)明被用作接收機的高頻無線通信設(shè)備的最簡單結(jié)構(gòu)。它與圖8所示常規(guī)類型相關(guān)聯(lián)。為了進行說明，在圖1和圖8中使用相同的參考數(shù)字來標(biāo)識實質(zhì)上具有相同功能的部件。
在圖1所示的接收機2的當(dāng)前實施例中，使用與子載波無關(guān)的直接檢測方法。接收機2包括高頻放大器(前置放大器)14、晶體濾波器3以及接收機構(gòu)4。高頻放大器14和接收機構(gòu)4被集成在IC芯片(裸芯片)中。IC芯片和晶體濾波器3被收容在單片(one-piece)模塊化容器中。在下文中，這個IC芯片被稱為RF(射頻)IC芯片。
舉例來說，RF IC芯片包括處理器和存儲區(qū)。存儲區(qū)存儲軟件(程序、參數(shù)、以及數(shù)據(jù))，處理器讀取這些軟件來執(zhí)行數(shù)字信號處理，用于與發(fā)射機1的無線通信。從這種意義上講，RF IC芯片是一種軟件無線電設(shè)備。為了與使用不同無線通信過程或頻率的遠端建立通信，即使在IC芯片制造之后，軟件也可以由未顯示的數(shù)據(jù)寫入器(例如ROM寫入器)重新編程。
除了可重編程的軟件之外，其操作步驟是預(yù)定的固件，諸如印刷電路板或DSP(數(shù)字信號處理器)，可以被用作RF IC芯片7。當(dāng)使用固件時，優(yōu)選的是，固件可以根據(jù)使用目標(biāo)而被替換。
接收機構(gòu)4可以采用任何方式來進行配置。然而，如果它包含具有產(chǎn)生用于直接檢測的高頻本地信號的晶體振蕩器的本地振蕩器，那么除了晶體振蕩器之外，本地振蕩器的元件被包括在RF IC芯片中，而晶體振蕩器和RF IC芯片被封裝在上述模塊化容器中。然后，晶體濾波器3和晶體振蕩器位于對于其溫度特性以及老化特性基本相同的工作環(huán)境中。由此，即使晶體濾波器3的環(huán)境溫度上升或者頻率由于晶體芯片老化而改變，也不導(dǎo)致不變，因為晶體濾波器和晶體振蕩器在檢測時所出現(xiàn)的頻率變化方向上是相等的。如果將重點放在老化特性上，則用于晶體濾波器3和晶體振蕩器的電極，粘著構(gòu)件及其他非晶態(tài)材料也應(yīng)該是均衡的。
舉例來說，在與無鑰門禁控制系統(tǒng)結(jié)合使用的頻帶約為315MHz時，用于晶體濾波器3和晶體振蕩器的晶體芯片大小僅為1平方毫米。由此，可以非常容易地將晶體濾波器3和晶體振蕩器收容在模塊化容器中。這樣，可以很容易減小高頻無線通信設(shè)備的尺寸，并且適于批量生產(chǎn)。
如圖2中給出的剖視圖所示，模塊化容器包括由多層陶瓷材料構(gòu)成的容器主體8。然而，如果確保收容在容器中的不同部分的溫度和其他特性基本相同，那么可以使用其他材料。容器主體8被形成具有H形的橫截面，使得它的兩個表面具有凹陷部分。如上所述而形成的容器主體8的一個凹陷部分的底面借助導(dǎo)電粘合13等以電學(xué)和機械方式連接到晶體濾波器3。在其開口處，通過縫焊等，安裝遮蓋物15。如果要將晶體振蕩器封裝到模塊化容器中，則其采用上述方式而被固定(secure)到容器主體8。
RF IC芯片7通過倒裝焊接(flip chip bonding)等而被固定到容器主體8的另一凹陷部分的底面上。RF IC芯片7周圍的區(qū)域通常填充了保護性樹脂16，以防止RF IC芯片在接收機2移動時發(fā)生位移。例如，RF IC芯片7的電極與晶體濾波器3(和晶體振蕩器)的電極之間的有線連接是通過通孔17完成的。用于表面裝配的端子(未顯示)被形成在形成另一凹陷部分的框架的頂面上。
圖3A是在本實施例中使用的晶體濾波器的平面圖。圖3B是晶體濾波器的剖視圖AA。晶體濾波器3包括晶體芯片9，晶體芯片9例如是AT切(AT-cut)。在晶體芯片9的一個主表面上安裝一對輸入/輸出電極10a、10b。在晶體芯片9的另一主表面上安裝一個公共電極。引出電極12是以對角的形式從輸入/輸出電極10a、10b和公共電極11延伸。
AT-cut與晶體的X軸平行，并且是在與Z軸相差35度15分的位置提供的。眾所周知，得到的頻率溫度特性是由三次曲線表示的，并且在寬的溫度范圍上很出色。例如，作為100～130MHz的類型的三階諧波類型被用作晶體濾波器3。優(yōu)選的是，在315MHz處使用商業(yè)可用的105MHz的類型。
如圖4中的頻率衰減特性曲線所示，當(dāng)以上述方式配置接收器2時，晶體濾波器3的3dB衰減區(qū)內(nèi)的帶寬W1不大于20kHz。這個帶寬比大約1/5的常規(guī)SAW濾波器帶寬(約為1000kHz)還要小。在這種情況下，上述等式(1)表明與使用SAW濾波器6相比，得到的噪聲電平被降至大約1/50。得到的接收靈敏度比使用SAW濾波器6所提供的接收靈敏度高出17dB(大約是它的50倍)。由此，可以使短程通信的范圍比以前更寬。
此外，帶寬變窄，以避免來自無關(guān)信號的沖突。另外，鏡像頻率被適當(dāng)抑制，以避免錯誤操作。而且，晶體濾波器3和接收機構(gòu)4的RF IC芯片7被收容在同一模塊化容器中，以有利于縮小尺寸。
在本實施例中，用于模塊化容器的容器主體8在兩側(cè)都具有凹陷部分，由此晶體濾波器3和RF IC芯片7被分開收容用于集成。然而，可選地，晶體濾波器3與RF IC芯片7可以被收容在一起，而只有一側(cè)是凹陷的，或者可以收容在分離的容器中，并且將其連接在一起。
本實施例還設(shè)想使用三階諧波類型晶體濾波器3。然而，可選地，基頻的使用也可適用于本發(fā)明。任何階的諧波都是可接受的。
《另一個實施例》在先前實施例中，使用高頻無線通信設(shè)備作為接收機2。然而，可以設(shè)想，可以響應(yīng)于從發(fā)射機1接收的通信頻率返回應(yīng)答。因此，現(xiàn)在將對其中使用高頻無線通信設(shè)備用于傳送和接收二者的另一實施例進行描述。
圖5描述了無線模塊100的結(jié)構(gòu)，其中用于傳輸和接收的高頻無線通信設(shè)備被模塊化和收容。無線模塊100概略地包括高頻放大器部分、濾波器部分以及信號處理部分(#1)。
高頻放大器部分包括用于對經(jīng)由天線連接端子T11接收的載帶信號進行放大的低噪聲放大器102，以及用于將經(jīng)由天線連接端子T11所提供的載帶信號的功率電平放大到指定值的功率放大器。
濾波器部分包括晶體濾波器105。這個晶體濾波器105與前述晶體濾波器3相同。例如，其用于通信的帶寬的中心頻率是315MHz，帶寬是20kHz。晶體濾波器105可以將帶寬窄化到20kHz或更小。因此，如果例如要直接檢測約為100kHz的中心頻率，則晶體濾波器105可以通過將低噪聲放大器102的增益調(diào)整到減小失真量的低電平(大約為15dB的增益)而恰當(dāng)?shù)叵R像頻率。這確保了后級處的信號處理電路，包含檢測電路107，不需要鏡像抑制器等。在調(diào)整高頻放大器部分103的增益從而獲得低功率時，晶體濾波器105可以被用于傳送和接收二者，而不會產(chǎn)生任何問題。通過使用間歇性波用于傳輸和接收二者，也可能使用相同的頻率用于傳輸和接收。以這種方式，可以簡化用于高頻模塊的信號處理電路的結(jié)構(gòu)，以減小功率消耗量。
如前所述，常規(guī)高頻無線通信設(shè)備需要兩個天線濾波器，因為它們不能使用一個天線濾波器用于傳輸和接收二者。在任何情況下，如果使用SAW濾波器6作為天線濾波器，則由于寬的帶寬，將接收到鏡像頻率。由此，信號處理電路需要使用鏡像抑制器。這不可避免地導(dǎo)致復(fù)雜的電路配置以及功率消耗上升。
信號處理部分(#1)包括用于執(zhí)行直接檢測方法、以便在接收時實現(xiàn)檢測的檢測電路107，用于在傳輸時提供直接調(diào)制的調(diào)制電路108，用于產(chǎn)生提供給檢測電路107和調(diào)制電路108的高頻本地信號的本地振蕩器109，用于放大檢測后主要的中頻信號的中頻放大器110，用于將經(jīng)過放大的中頻信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字值并且將其輸出到數(shù)字輸出終端T12的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)111，用于接收從數(shù)字輸入終端T13輸入的數(shù)字信號并且將其轉(zhuǎn)換成模擬信號的數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)112，以及用于選擇性地改變信號傳輸方向的傳輸/接收轉(zhuǎn)換開關(guān)101、104、106。
嚴(yán)格地說，晶體振蕩器產(chǎn)生高頻本地信號，該信號的頻率(＝315MHz-49kHz[準(zhǔn)確的說為49.152kHz])與通信頻率和中頻之間的差值相等。優(yōu)選地，與晶體濾波器105的晶體芯片具有相同特性的晶體芯片被用作元件。在使用約為49kHz的頻率時，信號處理電路(例如調(diào)制/解調(diào)電路)例如可以以低的時鐘頻率執(zhí)行調(diào)制/解調(diào)處理。由此，可以減小功率消耗量。
傳輸/接收轉(zhuǎn)換開關(guān)101，104、106同時打開或閉合，因為它們被未顯示的控制電路控制。更具體地說，當(dāng)相關(guān)的二進制信號采用一個值時，開關(guān)接通，而在信號采用另一個值時，開關(guān)切斷。例如，在接通狀態(tài)中，高頻放大器部分和信號處理部分作為接收機工作。另一方面，在斷開狀態(tài)中，高頻放大器部分和信號處理部分作為發(fā)射機工作。因此，單個晶體濾波器可用于執(zhí)行傳輸天線濾波器功能以及接收天線濾波器功能。到無線模塊100的功率被從連接到電源端子T14的電源20提供。
用于高頻放大器部分以及信號處理部分的電子電路可以包括上述RF IC芯片(軟件無線電)。在RF IC芯片中，用于上述部分的信號處理操作定時可以為大約65ksp(千采樣/秒)，其基于時鐘振蕩器(未顯示)輸出的時鐘信號，其中時鐘振蕩器產(chǎn)生約為32kHz的時鐘信號(準(zhǔn)確的說是32.768kHz)。當(dāng)前，這個產(chǎn)生大約32kHz的時鐘信號的時鐘振蕩器作為最普遍的振蕩電路而被大量生產(chǎn)。因此，其非常廉價，并且能夠降低無線模塊100的成本。
在裝配時，RF IC芯片、本地振蕩器109中包含的晶體振蕩器以及晶體濾波器105被封裝在例如圖2所示的多層陶瓷材料所構(gòu)成的模塊化容器中。特別地，晶體振蕩器和晶體濾波器105處于對于作為主要成分的晶體芯片的溫度特性以及老化特性基本相同的工作環(huán)境中。另外，當(dāng)晶體振蕩器以及晶體濾波器105中包含具有相同特性的晶體芯片時，例如，當(dāng)用于晶體振蕩器以及晶體濾波器105的電極、粘合構(gòu)件、及其他非晶態(tài)材料是均衡的時，產(chǎn)生實質(zhì)上相同的老化特性。
因此，即使晶體濾波器105的環(huán)境溫度上升或者頻率因為老化而改變，也可以緩解這種現(xiàn)象的影響，因為在檢測和調(diào)制時，頻率在相同方向上變化。
依照上述方式配置的無線模塊100接收將要從數(shù)字輸入端T13傳送的數(shù)字信號。因此，無線模塊100可以將使用數(shù)字信號調(diào)制的載帶信號傳送到作為通信遠端的接收機。在信號通過晶體濾波器105之后，傳輸系統(tǒng)放大信號，然后傳送該信號。由此，可以使用低的輸入電平用于晶體濾波器105。
此外，從作為通信遠端的發(fā)射機傳送的信號出現(xiàn)在數(shù)字輸出端T12。因此，可以對接收信號進行數(shù)字處理。如上所述，可能實現(xiàn)結(jié)構(gòu)簡單、高通用性，并且可以大批量生產(chǎn)的無線模塊100。
《另一實施例》通過擴展前述用于傳輸和接收二者的無線模塊100，依照本發(fā)明的高頻無線通信可用于執(zhí)行不同的無線通信方法。例如，在無線模塊中可以添加用于執(zhí)行適于使用目的的特定無線通信過程的信號處理部分(信號處理部分#2)。
圖6描述的是IC芯片的典型結(jié)構(gòu)，其通過擴展圖5所示的無線模塊、以建立基于擴頻(SS)方法的短程無線通信來獲得。假設(shè)保持為通信遠端預(yù)先定義的擴展碼(偽隨機信號)。該IC芯片同樣是一種軟件無線電設(shè)備。為了進行說明，其被稱為BB(基帶)IC芯片。
在描述BB IC芯片200的配置之前，將對無線模塊的當(dāng)前實施例所使用的SS方法進行描述。
在傳輸時，SS方法在經(jīng)歷兩步調(diào)制之后傳送數(shù)據(jù)。
在第一調(diào)制序列中，使用不易受到噪聲影響的BPSK(二進制相移鍵控)方法來獲取窄帶信號，即頻率具有通信所使用的范圍的信號。接下來，確定快速切換擴展碼的乘積，以獲取具有展寬的頻帶的SS信號。原因在于快速變化的信號的頻譜擴展了。這個處理被稱為“二次調(diào)制”或“擴展調(diào)制”。
在接收時，首先執(zhí)行二次解調(diào)(擴展解調(diào))，以使擴展調(diào)制的數(shù)據(jù)恢復(fù)到其先前狀態(tài)。更具體地說，在實現(xiàn)與發(fā)送端的同步時，與發(fā)送端相同的擴展碼與接收到的SS信號相乘。這個處理被稱為“反向擴展”。在執(zhí)行這種反向擴展時，獲得原始窄帶信號。由此，最后執(zhí)行主解調(diào)，以再現(xiàn)發(fā)送端傳送的數(shù)據(jù)。在將窄帶信號與擴展碼相乘一次時，信號擴展。當(dāng)在接收端再次將信號與相同擴展碼相乘時，恢復(fù)了原始信號。
在將不同的編碼系統(tǒng)分配給多個通信遠端時，可以利用相同頻帶同時建立通信，而不會導(dǎo)致相互干擾。SS方法建立這種類型的無線通信。然而，如果發(fā)送端的擴展碼與接收端的擴展碼不同步，或者如果所用編碼系統(tǒng)并不是顯著地相關(guān)，那么不能獲得原始窄帶信號。因此，只獲得其頻帶被保持?jǐn)U展的低功率頻譜密度信號。SS方法適用于短程無線通信，因為它允許當(dāng)同時可用的無線通信設(shè)備數(shù)目在相同頻帶內(nèi)增加時只是逐漸降低通信質(zhì)量。
為了提供依照上述SS方法的通信，BB IC芯片200被配置，例如如圖6所示。
更具體地說，接收系統(tǒng)包括用于對從無線模塊100經(jīng)由數(shù)字輸入終端T211輸入的48kHz數(shù)字信號進行解調(diào)的載波解調(diào)電路201，用于對上述數(shù)字信號執(zhí)行二次解調(diào)的反向擴展電路202，以及用于對得到的窄帶信號執(zhí)行主解調(diào)并將解調(diào)數(shù)據(jù)經(jīng)由數(shù)字輸出端T213輸出到控制電路300的BPSK解調(diào)電路203。
控制電路300連接到目標(biāo)的驅(qū)動機構(gòu)，諸如車門開/關(guān)機構(gòu)?？刂齐娐?00依照解調(diào)數(shù)據(jù)執(zhí)行驅(qū)動控制。
傳輸系統(tǒng)包括用于對從控制電路300經(jīng)由數(shù)據(jù)輸入端T214輸入的數(shù)據(jù)，諸如控制通知數(shù)據(jù)，執(zhí)行組幀操作(framing)的成幀器207，用于對得到的幀信號執(zhí)行主調(diào)制的BPSK調(diào)制電路206，用于利用存儲在擴展碼存儲部分209中并且被指定給本地設(shè)備的擴展碼執(zhí)行二次調(diào)制的擴展電路205，用于在經(jīng)由數(shù)據(jù)輸出終端212向無線模塊100進行傳輸時傳送用于載帶信號頻率校正的二次調(diào)制數(shù)據(jù)和指令數(shù)據(jù)的載波糾錯電路204，以及用于在傳送/接收時實現(xiàn)數(shù)字處理的定時同步的定時同步電路208。
載波糾錯電路204檢測接收到的載帶信號中包含的信號分量與本地設(shè)備的高頻本地信號之間的頻差(誤差)，將用于表示所檢測的頻差的頻差數(shù)據(jù)記錄到預(yù)定存儲器中，在對要傳送到通信遠端的信號執(zhí)行載波調(diào)制時從存儲器中讀取頻差，并且依照讀出的頻差數(shù)據(jù)來校正本地設(shè)備的高頻本地信號的頻率。這確保了本地設(shè)備傳送的載帶信號的頻率與接收到的載帶信號頻率同步。
由于執(zhí)行數(shù)字處理用于產(chǎn)生頻差數(shù)據(jù)，因此，與模擬數(shù)據(jù)處理相比，處理非常簡單。
與SS方法的情況相同，當(dāng)傳送和接收端為了通信目的相互同步時，載波糾錯電路204可以提供非常有效的方法。然而，發(fā)送端和接收端并不總是都必須保持載波糾錯電路。在基于SS方法將BB IC芯片200裝入接入單元時，其可以配備有載波糾錯電路204。另一方面，在將BB IC芯片200裝入用戶單元時，擴展電路205的輸出可以被直接傳遞到數(shù)據(jù)輸出端212。此外，在將BB IC芯片200裝入用戶單元時，可以使用間歇性傳輸來減小功率消耗量。
所有部分都依照控制信號工作，其中控制信號從控制電路300經(jīng)由控制終端T215進入，其符合32kHz時鐘信號，時鐘信號由時鐘振蕩器30產(chǎn)生并經(jīng)由時鐘輸入端T216進入。電源20與電源端子T217相連。
圖6所示的信號處理部分(#2)以及圖5所示的信號處理部分(#1)可以整合成一個整體。在這樣的情況下，一個電源20和一個時鐘振蕩器30就足夠了。
當(dāng)晶體濾波器用于依照本發(fā)明的無線模塊時，其中無線模塊配備有圖5和圖6所示的信號處理部分并且其在與使用SAW濾波器的無線模塊建立短程通信實質(zhì)相同的條件下使用，傳送頻率的帶寬非常窄，例如為20kHz。因此，當(dāng)使用相對不受噪聲影響的BPSK調(diào)制和擴展調(diào)制時，得到的接收靈敏度提升，使得其比使用SAW濾波器所提供的靈敏度高出將近30dB。此外，處于相同頻帶內(nèi)部、并且可以被同時使用而不會產(chǎn)生干擾的信道數(shù)量(被分配的擴展碼數(shù)量)將會顯著增加。
雖然在這里已經(jīng)依照優(yōu)選實施例對本發(fā)明進行了描述，但對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，很明顯，本發(fā)明并不僅限于在無鑰門禁控制系統(tǒng)中使用依照本發(fā)明的高頻無線通信設(shè)備，而是可以將其用于基于短程通信方法的多種無線通信。更具體地說，本發(fā)明可以用于廣泛的應(yīng)用，包括工業(yè)遙控設(shè)備、照明控制器、建筑工程信號機、車庫開啟器、游戲機、設(shè)備安全系統(tǒng)以及住宅保安系統(tǒng)。
此外，依照本發(fā)明的高頻無線通信設(shè)備還可用于使用VHF和更高頻率來建立通信的其他無線通信方法。因此，對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，很明顯，本發(fā)明的范圍并不局限于短程通信方法。
權(quán)利要求
1.一種高頻無線通信設(shè)備，包括晶體濾波器，用于對具有VHF或更高頻率并由天線接收的載帶信號進行濾波；以及接收機構(gòu)，用于對被所述晶體濾波器濾波的載帶信號執(zhí)行直接檢測接收處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的高頻無線通信設(shè)備，其中所述載帶信號在以不受法律約束的低功率從另一無線通信設(shè)備傳送之后到達所述天線。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的高頻無線通信設(shè)備，其中所述載帶信號是間歇性信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的高頻無線通信設(shè)備，其中所述接收機構(gòu)包括本地振蕩器，所述本地振蕩器具有用于產(chǎn)生用于直接檢測的高頻本地信號的晶體振蕩器，以及檢測電路，所述檢測電路使用所述高頻本地信號來實現(xiàn)直接檢測。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的高頻無線通信設(shè)備，其中所述晶體濾波器和所述晶體振蕩器位于對于其溫度特性和老化特性基本相同的工作環(huán)境中。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的高頻無線通信設(shè)備，其中所述晶體濾波器和所述晶體振蕩器被封裝在單個模塊化容器中，所述模塊化容器被設(shè)計為為所述晶體濾波器和所述晶體振蕩器提供基本相同的溫度特性。
7.一種高頻無線通信設(shè)備，包括傳送/接收機構(gòu)，所述傳送/接收機構(gòu)使用單個晶體濾波器來濾波具有VHF或更高頻率并由天線接收的信號、以及具有VHF或更高頻率并以不受法律約束的低功率從所述天線傳送到另一無線通信設(shè)備的信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的高頻無線通信設(shè)備，包括本地振蕩器，所述本地振蕩器配備有用于產(chǎn)生用于直接檢測和調(diào)制的高頻本地信號的晶體振蕩器；檢測電路，用于直接檢測在所述高頻本地信號進行頻率變換之后主要的信號頻率；調(diào)制電路，用于執(zhí)行調(diào)制，同時允許所述高頻本地信號對信號頻率進行頻率變換；第一信號轉(zhuǎn)換電路，用于將所述檢測電路產(chǎn)生的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；第二信號轉(zhuǎn)換電路，用于將輸入的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，并且將得到的模擬信號引入所述調(diào)制電路；以及信號處理器，包括用于改變無線通信設(shè)備內(nèi)信號傳輸方向的切換電路。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的高頻無線通信設(shè)備，其中所述信號處理器依照處理器與駐留在預(yù)定存儲區(qū)域或固件中的軟件之間的協(xié)作工作，其中所述軟件的處理操作是預(yù)先定義的，所述信號處理器用作軟件無線電設(shè)備，用于在遵循預(yù)定過程時執(zhí)行信號處理，以與外部設(shè)備建立無線通信，并且允許其操作在以后被改變。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的高頻無線通信設(shè)備，其中所述軟件無線電設(shè)備在傳輸時對所述輸入數(shù)字信號執(zhí)行BPSK調(diào)制，并且在接收時對經(jīng)過轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字檢測輸出信號執(zhí)行反向擴展并執(zhí)行BPSK解調(diào)處理。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的高頻無線通信設(shè)備，其中所述軟件無線電設(shè)備檢測接收到的載帶信號中包含的信號分量與本地設(shè)備的高頻本地信號之間的頻差，將表示所檢測到的頻差的頻差數(shù)據(jù)記錄在預(yù)定存儲器中，在對要傳送的信號執(zhí)行載波調(diào)制時從所述存儲器中讀取所述頻差數(shù)據(jù)，并且根據(jù)讀出的頻差數(shù)據(jù)執(zhí)行用于調(diào)整所述本地設(shè)備的高頻本地信號的頻率的處理。
12.根據(jù)權(quán)利要求9的高頻無線通信設(shè)備，其中所述載帶信號是頻率高于300MHz的信號，其中所述本地振蕩器產(chǎn)生頻率與所述載帶信號的頻率相差大約49kHz的高頻本地信號，并且所述軟件無線電設(shè)備利用從時鐘振蕩器電路輸出的時鐘信號執(zhí)行65ksp(千采樣/秒)信號處理，其中所述時鐘振蕩器電路產(chǎn)生約為32kHz的時鐘信號。
13.根據(jù)權(quán)利要求8的高頻無線通信設(shè)備，其中所述晶體濾波器和所述晶體振蕩器位于對于其溫度特性和老化特性基本相同的工作環(huán)境中。
14.根據(jù)權(quán)利要求8的高頻無線通信設(shè)備，其中所述晶體濾波器和所述信號處理器被收容在單個模塊化容器中。
15.一種高頻無線通信設(shè)備，包括信號處理器，用于產(chǎn)生具有VHF或更高頻率并由預(yù)定數(shù)據(jù)調(diào)制的載帶信號；晶體濾波器，用于對所述信號處理器所產(chǎn)生的載帶信號進行濾波；以及高頻放大器，用于以不受法律約束的低功率對被所述晶體濾波器濾波的載帶信號進行放大，以及將經(jīng)過放大的信號引入到天線中。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的高頻無線通信設(shè)備，其中所述信號處理器間歇地產(chǎn)生具有VHF或更高頻率并且在對所述數(shù)據(jù)執(zhí)行主調(diào)制之后用為通信遠端預(yù)定義的擴展碼進行擴展頻譜調(diào)制的載帶信號。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的高頻無線通信設(shè)備，其中所述高頻放大器、所述晶體濾波器以及所述信號處理器被收容在單個模塊化容器中。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供一種高頻無線通信設(shè)備，該設(shè)備能夠通過增強通信的接收靈敏度來擴大通信范圍，其中所述通信是使用VHF或更高頻率并以低功率建立的，此外，所述設(shè)備還能避免相互干擾。公開了一種高頻無線通信設(shè)備，該設(shè)備包括天線濾波器以及與天線濾波器相連的直接檢測型接收機構(gòu)。使用晶體濾波器作為天線濾波器。包括晶體濾波器的晶體芯片和接收機制被集成在其中的IC芯片被收容在單個模塊化容器中，以對高頻無線模塊進行配置。
文檔編號H04Q9/00GK1781258SQ20048001150
公開日2006年5月31日 申請日期2004年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月19日
發(fā)明者赤池和男, 岡本誠, 山川務(wù), 福田實, 小野公三, 塚本信夫 申請人:日本電波工業(yè)株式會社