专利名称：一种射频能量转换电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及射频通信领域，具体涉及一种能够提高射频信号传输能力的射频能量转换电路。
背景技术：
无线射频通信技术的应用已超过一个世纪，自从电的普及，射频通信就成为我们生活中不可或缺的一部分。如电视机、收音机、微波炉、医疗设备，到现在大量应用的手机， 特别是近年来出现的物联网和电子标签，无一例外地采用射频通信技术。整个地球已经被各种频率的电磁波信号包围着，人类从中获益，也因此受到电磁波的伤害，引起各种电磁波辐射疾病。业界已经认识到这种情况，因此也在努力改变现状。各种产品从降低功率着手，使大量应用的单体的发射功率降低到不影响人身安全的程度，在应用的环节增加中继站，即能量转换电路。最显著的应用当属手机网络的组网变化。早在上世纪八九十年代，由于手机的使用并不普遍，当时采用大功率、远距离模拟通信方式，有效通信距离达到10公里，基站附近的居民收到极大的干扰。到二十一世纪开始，手机的普遍应用，除了考虑资源的问题外，手机信号辐射干扰成了大问题，系统运营商投入了大量小功率、近距离的数字蜂窝式基站，有效距离控制在1公里左右，即使在基站旁边的居民也不会因此受到影响。从另外一个角度来分析，当前的物联网应用，将是一次革命性的变革，其规模之大，范围之广，影响之大，将是远超手机和互联网的应用。在不远的将来，物联网将通过微功率射频识别技术将地球上小到一粒米的物体有机地联系起来。但是现有射频通信在使用过程中受自身和外界因数影响很大，极大的降低其实用性能。例如，现有技术中射频通信的射频信号强度较小，限制了信号的传输距离；再者，外界环境对射频信号的传输造成影响，如吸收信号，降低信号强度，或者阻隔信号，阻止信号的传输，这样极大的降低射频通信的质量。因此，设计出一种新型的射频通信方法意义重大，可以在很大程度上降低射频技术的大量应用给人们带来的影响。
发明内容
本发明针对上述射频通信技术所存在的缺陷而提供一种射频能量转换电路，该转换电路与射频收发设备和射频芯片配合使用，有效增强了小信号通信及屏蔽信号的转移通 为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案
一种射频能量转换电路，所述射频能量转换电路与射频收发设备和射频通信器件配合使用，所述射频能量转换电路为一双向信号收发电路，对所述射频收发设备和所述射频通信器件之间的射频信号进行耦合，形成一个完整的射频通信系统。进一步的，所述射频能量转换电路对所述射频收发设备和所述射频通信器件之间的射频信号进行耦合放大或传输方向转移，以实现小信号通信或屏蔽信号的转移通信。 本发明的一个优选实施例中，所述射频能量转换电路，由一组射频天线和一组谐振电容器组成的串联谐振电路组成。本发明的另一优选实施例中，所述射频能量转换电路，由两组射频天线和一组谐振电容器组成的串联谐振电路组成。进一步的，所述射频能量转换电路中的两组射频天线分别与所述射频收发设备和所述射频通信器件的通信频段相同。本发明的另一优选实施例中，所述射频能量转换电路，由两组独立射频谐振电路和一个频率转换电路串联组成，每组射频谐振电路由一组射频天线和一组谐振电容器组成的串联或并联谐振电路组成。进一步的，所述射频能量转换电路中设置的两组射频天线的谐振频率分别与对应的射频收发设备或射频通信器件的通信频段相同。再进一步的，上述射频天线为LC谐振天线。根据上述技术方案形成的射频能量转换电路应用于射频通信器件、射频信号收发设备之间，通过对射频信号的耦合形成一个完整的射频通信系统。该射频能量转换电路能够将射频器件发出的微弱信号耦合到能量转换电路，并将信号放大后再次耦合到射频信号收发设备上，同时也可将射频信号收发设备上的射频信号放大并传输到射频通信器件上，这样有效增强了小信号通信能力和通信距离。同时，该射频能量转换电路能够将射频信号的传输方向进行改变，使得信号按需要的方向进行传输，从而能够实现屏蔽信号的转移通信。再者，该射频能量转换电路种设置有耦合变频电路，能够实现不同谐振频率的射频通信器件和射频信号收发设备之间的通信。利用本发明可实现射频收发器件的小型、微型化封装，特别是电子标签类产品微型化封装和应用，特别适合在手机的无线支付领域，具有真正的无线通信、稳定收发、微功耗、适应现有设备等优点。
以下结合附图和具体实施方式
来进一步说明本发明。
图1为本发明在13. 56MHz通信频段中进行信号增强的原理图2为本发明在13. 56MHz通信频段中进行屏蔽信号转移通信的原理图； 图3为本发明在915MHz和2. 4GHz通信频段中的应用原理图； 图4为本发明进行信号频率转换的应用原理图； 图5为本发明实现屏蔽区域射频通信的原理图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。本发明的目的是实现射频小信号的有效传输，增加微弱射频信号的传输距离。同时，本发明的技术也能采用藕合放大及转移信号传输方向来实现被屏蔽的射频信号的有效传输。为此，本发明提供一种射频能量转换电路，该射频能量转换电路为一双向信号收发电路，其与射频收发设备和射频通信器件配合使用，并对射频收发设备和射频通信器件之间的射频信号进行耦合，形成一个完整的射频通信系统。本射频能量转换电路按功能可分为三类
第一类属于射频能量放大类，由一组射频天线和一组谐振电容器组成的串联谐振电路组成。可以通过较大尺寸的天线通过射频信号耦合的方式来增加射频信号通信的距离。这在微功率射频电子标签应用中非常有用。第二类属于射频信号转移类，既有射频能量放大的功能，更具备将射频信号的传输方向进行改变，按需要的轨迹进行传输，提高传输效率。第二类属于射频信号变频转移类，它通过一个射频频率转换电路，将前端接收的射频信号改变频率后耦合到后端电路再传输出去，当然，它具备了前两种类型的优点，更突出了变频的特点，适合在一些对频率敏感的电路中。上述射频能量转换电路可应用在所有通信频率的射频通信系统中，如常用的通信频率有 125KHz，13. 56MHz, 433MHz, 915MHz, 2. 4GHz，5. 8GHz 等。
实施例一
该实施例为本发明在13. 56MHz通信频段(HF频段)的应用，其中通信器件、射频收发设备和本发明的射频能量转换电路，三者具有相同的通信频率。参见图1，当射频收发设备2和射频芯片1之间的通信距离D超过设备的能力后， 两者之间无法实现有效的通信。当在两者之间加入本发明的射频能量转换电路3，使其磁力线方向与射频收发设备2和射频芯片1的天线h、la的磁力线方向保持一致，即可增加射频收发设备2和射频芯片1之间的通信距离。该实施例中射频能量转换电路由一组射频天线和一组谐振电容器组成的串联谐振电路组成，其中射频天线以感性天线为主。在13. 56MHz频段，以蚀刻工艺按设计的图形生产出PCB或FPC天线；同时，在PCB或FPC的基板上设置电容器安装的位置，将电容器和天线组成串联谐振回路使电路在13. 56MHz频段谐振。射频信号发射设备2通过其天线加将射频信号发送给能量转换电路3，能量转换电路3在工作频率产生谐振，并同时将信号传递给附近的射频芯片1的天线la，完成了射频信号发射设备2到射频芯片1的射频信号传输过程。射频芯片的天线Ia发射出微弱的射频信号，由于射频信号的能量太小，射频信号收发设备2无法直接接收到射频芯片天线Ia 所发出的射频信号，必须由能量转换电路3接收到射频芯片天线Ia发出的信号后再转发给射频信号收发设备的天线加，这样就完成了射频芯片1到射频信号发射设备2的射频信号传输过程，由此形成了一个完整的射频信号收发链路。实施 例二
参见图2，当射频收发设备2和射频芯片1之间存在影响射频通信的障碍物5 (如金属物体)时，射频信号无法通过障碍物进行通信，或者由于障碍物表面的射频反射及衰减，影响使信号受到极大的衰减，使射频收发设备2和射频芯片1之间通信无法实现。其可利用本发明提供的能量转换电路进行转移信号传输方向来实现被屏蔽的射频信号的有效传输。该实施例中射频能量转换电路由2组射频天线和一组谐振电容器组成的串联谐振电路组成，其中射频天线以感性天线为主。在13. 56MHz频段，以蚀刻工艺按设计的图形生产出FPC天线。同时，在FPC的基板上设置电容器安装的位置，将电容器和天线组成串联谐振回路。为了克服金属的屏蔽对射频信号的影响，可在金属表面和天线之间加上吸波材料，以帮助天线形成封闭磁力线。吸波材料和金属影响了谐振频率的频点，为了使最终谐振频率达到13. 56MHz频段，需要在设计时根据吸波材料和金属的特性，提高开放条件下的谐振频点。一般情况下，需要提高;Γ5ΜΗζ。通过上述射频能量转换电路进行屏蔽信号转移传输的过程如下
在障碍物5表面贴装符合此频段特性的吸波材料6和7，减少射频信号在障碍物5表面的信号反射，再加入本发明的双天线射频能量转换电路4，使射频芯片的天线Ia磁力线方向和能量转换电路的天线Ll的磁力线方向保持一致，射频信号收发设备端的天线2a的磁力线方向和能量转换电路的天线L2的磁力线方向保持一致，即可使射频收发设备2和射频芯片1之间进行有效通信。射频信号发射设备2通过其天线2a将射频信号发送给能量转换电路4的一付天线L2，能量转换电路4在工作频率产生谐振，并同时将信号传递给另一付天线Li，在Ll附近的射频芯片天线Ia收到Ll发送的射频信号，完成了射频信号发射设备2到射频芯片1 的射频信号传输过程。射频芯片天线Ia发射出微弱的射频信号，由于射频信号的能量太小，并且被障碍物5屏蔽，射频信号收发设备2无法直接接收到射频芯片天线Ia所发出的射频信号，必须由能量转换电路4的其中一付天线Ll接收到射频芯片天线Ia发出的信号，经过谐振后信号传递到天线L2，再转发给射频信号收发设备2，这样就完成了射频芯片1到射频信号发射设备2的射频信号传输过程，由此形成了一个完整的射频信号收发链路。
实施例三
在915MHz (UHF频段)和2.4GHz (微波频段)，射频天线的等效阻抗成为重点。但在产品微型化和微功耗的需求下，天线的尺寸受到限制，使通信距离大幅度减小。在某些特殊环境中，由于障碍物的影响，导致射频信号无法达到指定的区域。通过本发明可以解决相关问题。参见图3，如在微型化的智能标签8应用过程中，标签的天线电路8a仅能接收非常有限的射频能量，以至于通信距离D非常短。当在智能标签8和标签读写器9之间加入本发明提供的能量转换电路10，即可大大提高通信距离。该射频能量转换电路由1组射频天线和一组谐振电容器组成的串联谐振电路组成。在超频频段，以蚀刻工艺按设计的图形生产出PCB或FPC天线。同时，在PCB或FPC的基板上设置电容器安装的位置，将电容器和天线组成串联谐振回路。上述射频能量转换电路的工作过程如下
射频信号发射设备通过起天线电路9a将射频信号发送给能量转换电路10，能量转换电路10在工作频率产生谐振，并同时将信号传递给附近的智能标签8。智能标签8的天线电路8a在收到能量信号后，通过其自身的电路，将射频信号的载波转换成电能，供其芯片工作，同时将信号内的数据部分解码后发射出微弱的射频信号。由于射频信号的能量太小， 射频信号收发设备9无法直接接收到智能标签8所发出的射频信号，必须由能量转换电路 10接收到智能标签8发出的信号后再转发给射频信号收发设备9，这样就形成了一个完整的射频信号收发链路。
实施例四
在某些场合，有些频率的传输不稳定或有其他问题，需要将一种频率的信号转换成另一种频率来发送，通过本发明也能实现。为实现上述功能，该实施例中射频能量转换电路由2组独立的射频LC谐振电路和一个频率转换及耦合电路组成。它通过一个射频频率转换电路，将前端接收的射频信号改变频率后耦合到后端电路再传输出去。上述射频能量转换电路将一种频率的信号转换成另一种频率来发送的过程如下
参见图4，由于射频信号发射设备2与射频芯片1的谐振频率不一致，双方不能直接通信。射频信号发射设备通过其天线电路加将射频信号发送给能量转换电路12的一付天线 L2，能量转换电路12的天线L2在工作频率f2产生谐振，通过藕合变频电路11将信号传送到天线Ll并在新的频点Π谐振，在Ll附近的射频芯片天线Ia收到Ll发送的以Π为谐振频率的射频信号，射频芯片天线Ia的谐振频率也是fl，完成了射频信号发射设备2到射频芯片1的射频信号传输过程。射频芯片1通过天线Ia发射出微弱的射频信号，频率为fl，射频信号收发设备2 无法直接接收到射频芯片天线Ia所发出的射频信号，必须由能量转换电路12的其中一付天线Ll接收到射频芯片天线Ia发出的信号，经过fl频点谐振后，通过藕合变频电路11将信号传送到天线L2并在新的频点f2谐振，再转发给射频信号收发设备2，这样就完成了射频芯片1到射频信号发射设备2的射频信号变频传输过程，由此形成了一个完整的射频信号变频收发链路。
实施例五
当射频信号无法传输到没有区域，如有屏蔽的室内，需要将射频信号引入需要传输的区域，通过本发明也能实现。为实现上述功能，该实施例中射频能量转换电路，由2组独立的射频LC谐振电路和一个耦合电路组成。通过信号耦合电路，将前端接收的射频信号耦合到后端电路再传输出去。上述射频能量转换电路实现屏蔽区域的射频通信过程如下
参见图5，射频信号发射设备9通过其天线电路9a将射频信号发送给能量转换电路13的一付天线上(室外天线)，能量转换电路12在工作频率产生谐振，并同时将信号传递给另一付天线(室内天线)，在室内天线近的射频芯片8的天线8a收到室内天线发送的射频信号，完成了射频信号发射设备9到射频芯片8的射频信号传输过程。射频芯片8通过天线8a发射出射频信号，但是因为空间屏蔽的原因，信号无法直接传输出去，射频信号收发设备9无法直接接收到射频芯片天线8a所发出的射频信号，必须由能量转换电路13的室内天线接收到射频芯片天线8a发出的信号，经过谐振后信号传递到室外天线，再转发给射频信号收发设备9，这样就完成了射频芯片8到射频信号发射设备9的射频信号传输过程，由此形成了一个完整的射频信号收发链路。以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定
权利要求
1.一种射频能量转换电路，所述射频能量转换电路与射频收发设备和射频通信器件配合使用，其特征在于，所述射频能量转换电路为一双向信号收发电路，对所述射频收发设备和所述射频通信器件之间的射频信号进行耦合，形成一个完整的射频通信系统。
2.根据权利要求1所述的一种射频能量转换电路，其特征在于，所述射频能量转换电路对所述射频收发设备和所述射频通信器件之间的射频信号进行耦合放大或传输方向转移，以实现小信号通信或屏蔽信号的转移通信。
3.根据权利要求1或2所述的一种射频能量转换电路，其特征在于，所述射频能量转换电路，由一组射频天线和一组谐振电容器组成的串联谐振电路组成。
4.根据权利要求1或2所述的一种射频能量转换电路，其特征在于，所述射频能量转换电路，由两组射频天线和一组谐振电容器组成的串联谐振电路组成。
5.根据权利要求1或2所述的一种射频能量转换电路，其特征在于，所述射频能量转换电路，由两组独立射频谐振电路和一个频率转换电路串联组成，每组射频谐振电路由一组射频天线和一组谐振电容器组成的串联或并联谐振电路组成。
6.根据权利要求4所述的一种射频能量转换电路，其特征在于，所述射频能量转换电路中的两组射频天线分别与所述射频收发设备和所述射频通信器件的通信频段相同。
7.根据权利要求5所述的一种射频能量转换电路，其特征在于，所述射频能量转换电路中设置的两组射频天线的谐振频率分别与对应的射频收发设备或射频通信器件的通信频段相同。
8.根据权利要求3所述的一种射频能量转换电路，其特征在于，所述射频天线为LC谐振天线。
9.根据权利要求4所述的一种射频能量转换电路，其特征在于，所述射频天线为LC谐振天线。
10.根据权利要求5所述的一种射频能量转换电路，其特征在于，所述射频天线为LC 谐振天线。
全文摘要
本发明公开了一种射频能量转换电路，该射频能量转换电路为一双向信号收发电路，对射频收发设备和射频通信器件之间的射频信号进行耦合，形成一个完整的射频通信系统。该转换电路将射频器件发出的微弱信号耦合到能量转换电路，并将信号放大后再次耦合到射频信号收发设备上，有效增强了小信号通信及屏蔽信号的转移通信。运用本发明的技术，可实现射频收发器件的小型、微型化封装，特别是电子标签类产品微型化封装和应用，特别适合在手机的无线支付领域，实现真正的无线通信、稳定收发、微功耗、适应现有设备等优点。
文档编号H04B1/40GK102447485SQ20101050770
公开日2012年5月9日 申请日期2010年10月15日 优先权日2010年10月15日
发明者杨阳, 陆红梅 申请人:上海合玉科技发展有限公司