射频发射机及电子设备的制作方法

1.本公开涉及通信技术领域，具体而言，涉及一种射频发射机及电子设备。


背景技术：

2.射频发射机是无线通信系统中的关键部件，主要用于将信号的频率调制到高频来进行传输。
3.然而，现有的射频发射机所包含的部件较多，结构复杂，导致射频发射机成为无线通信设备中功耗最大的部件，进而导致现有的无线通信设备很难做到真正地无电池作业，同时也无法从根本上解决由电池所带来的环境污染问题。
4.需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。


技术实现要素：

5.本公开的目的在于提供一种射频发射机及电子设备，以提供一种低功耗的射频发射机，以降低射频发射机的功耗。
6.本公开的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本实用新型的实践而习得。
7.根据本公开的第一方面，提供一种射频发射机，包括：
8.调制器，包括相连的信号产生器和信号选择器，所述信号产生器用于产生大小可调的电压信号，所述信号选择器用于选择输出不同的所述电压信号；
9.振荡器，包括电感、调频电容和隧道二极管，所述调频电容和所述隧道二极管用于形成振荡回路，所述振荡回路通过所述电感与所述信号选择器连接，用于将所述电压信号转换为射频载波信号；
10.天线，耦接至所述振荡回路，用于发射所述射频载波信号。
11.本公开的一种示例性实施例中，所述隧道二极管的负极接地，所述隧道二极管的正极通过第一传输线与所述调频电容的一端连接，所述调频电容的另一端接地；
12.所述天线通过第二传输线与所述第一传输线连接；
13.所述电感的一端通过第三传输线与所述第一传输线连接，所述电感的另一端通过第四传输线与所述信号选择器连接。
14.本公开的一种示例性实施例中，所述振荡器还包括隔直电容，所述隔直电容设置在所述第一传输线上。
15.本公开的一种示例性实施例中，所述信号产生器包括能量存储模块、第一电阻、第二电阻和第一电压跟随器；其中，
16.所述第一电阻和所述第二电阻串联设置在所述能量存储模块的正负极之间；
17.所述第一电压跟随器的供电端连接所述能量存储模块的正极，所述第一电压跟随器的输入端耦接在所述第一电阻和所述第二电阻之间，所述第一电压跟随器的输出端输出
第一电压。
18.本公开的一种示例性实施例中，所述信号产生器还包括第三电阻、第四电阻和第二电压跟随器；其中，
19.所述第三电阻和所述第四电阻串联设置在所述能量存储模块的正负极之间；
20.所述第二电压跟随器的供电端连接所述能量存储模块的正极，所述第二电压跟随器的输入端耦接在所述第三电阻和所述第四电阻之间，所述第二电压跟随器的输出端输出第二电压。
21.本公开的一种示例性实施例中，所述第一电阻和所述能量存储模块串联的电路上设置有第一稳压器，所述第三电阻和所述能量存储模块串联的电路上设置有第二稳压器。
22.本公开的一种示例性实施例中，所述信号选择器包括第一mos管和第二mos管；其中，
23.所述第一mos管的栅极接入数字信号、所述第一mos管的源极接入所述第一电压，所述第一mos管的漏极连接所述振荡器；
24.所述第二mos管的栅极接入所述数字信号、所述第二mos管的源极接入所述第二电压，所述第二mos管的漏极连接所述振荡器。
25.本公开的一种示例性实施例中，所述第一mos管为nmos管，所述第二mos管为pmos管。
26.本公开的一种示例性实施例中，所述第一mos管为nmos管，所述第二mos管为nmos管，所述第二mos管的栅极设置有反相器。
27.本公开的一种示例性实施例中，还包括：二极管；其中，
28.所述二极管的负极接地，所述二极管的正极设置在所述电感与所述信号选择器之间；
29.所述二极管的导通电压小于或等于所述隧道二极管的击穿电压。
30.根据本公开的第二方面，提供一种电子设备，包括上述的射频发射机。
31.本公开提供的技术方案可以包括以下有益效果：
32.本公开实施例提供的射频发射机中，一方面，通过具有信号产生器和信号选择器的调制器，可以将不同电压信号输入至振荡器，振荡器则可以通过振荡回路将电压信号转换为射频载波信号，从而可以通过天线将上述射频载波信号发射出去，从而产生一种可以辐射到空间的射频信号；另一方面，本公开实施例提供的振荡器包括由调频电容和隧道二极管形成的振荡回路，该振荡回路主要用于产生射频载波信号；由于调频电容和隧道二极管的功耗较低，使得整个振荡器的功耗只在微瓦级别，其余元件的功耗均低于振荡器，因此，整个射频发射机的功耗也只在微瓦级别，从而达到了降低射频发射机功耗的目的。
33.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
34.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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。在附图中：
35.图1示意性示出了根据本公开的示例性实施方式中的一种射频发射机的结构示意图；
36.图2示意性示出了根据本公开的示例性实施方式中的另一种射频发射机的结构示意图；
37.图3示意性示出了根据本公开的示例性实施方式中的射频发射机的信号产生器的电路图；
38.图4示意性示出了根据本公开的示例性实施方式中的另一种信号产生器的电路图；
39.图5示意性示出了根据本公开的示例性实施方式中的射频发射机的信号选择器的电路图；
40.图6示意性示出了根据本公开的示例性实施方式中的另一种信号选择器的电路图；
41.图7示意性示出了根据本公开的示例性实施方式中的另一种射频发射机的结构示意图。
具体实施方式
42.现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本公开将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。
43.此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、方法、装置、实现、材料或者操作以避免模糊本公开的各方面。
44.附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个软件硬化的模块中实现这些功能实体或功能实体的一部分，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
45.对于传统的无线电子设备而言，由于其所使用的射频发射机的功耗通常为较高的毫瓦级别，导致这些无线电子设备无法摆脱更换电池的困扰，而且电池的报废所带来的环境污染问题也一直未能从根本上得到解决。
46.基于此，本公开实施例提供了一种射频发射机，以将射频发射机的功耗降低到微瓦级别。参照图1，本公开实施例提供的射频发射机100主要可以包括：振荡器110、调制器120和天线130。
47.其中，振荡器110可以用于产生射频载波信号，该射频载波信号为承载有通信信息的无线信号。
48.调制器120则包括相连的信号产生器121和信号选择器122，其中，信号产生器121
用于产生大小可调的电压信号，信号选择器122与振荡器110相连，该信号选择器122可以用于选择不同的电压信号输入至振荡器110。通常，上述的电压信号携带有通信信息，振荡器110在接收到上述电压信号之后，可以将该电压信号所携带的通信信息加载到载波信号，以产生带有通信信息的射频载波信号。
49.振荡器110可以包括电感111、调频电容112和隧道二极管113，调频电容112和隧道二极管113用于形成振荡回路，该振荡回路又可以通过电感111与信号选择器122连接，振荡回路可以将电压信号转换为射频载波信号。由于隧道二极管113具有产生负阻抗的特性，当负阻抗的实部大于振荡回路中的正阻抗的实部时，该振荡回路会满足振荡的条件，振荡回路将形成交流射频载波信号。并且由于隧道二极管113的功耗较低，一般只在微瓦级别，而其余元件的功耗均低于隧道二极管113，从而使得整个射频发射机的功耗也只在微瓦级别，达到了降低射频发射机功耗的目的。
50.天线130耦接至振荡回路，可以用于发射上述带有通信信息的射频载波信号，供接收机等接收设备接收。
51.本公开实施例提供的射频发射机中，一方面，通过具有信号产生器和信号选择器的调制器，可以将不同电压信号输入至振荡器，振荡器则可以通过振荡回路将电压信号转换为射频载波信号，并通过天线将上述射频载波信号发射出去，从而产生一种可以辐射到空间的射频信号；另一方面，本公开实施例提供的振荡器包括由调频电容和隧道二极管形成的振荡回路，该振荡回路主要用于产生射频载波信号；由于调频电容和隧道二极管的功耗较低，使得整个振荡器的功耗只在微瓦级别，其余元件的功耗均低于振荡器，因此，整个射频发射机的功耗也只在微瓦级别，从而达到了降低射频发射机功耗的目的。
52.参照图1，振荡器110中，隧道二极管113的负极接地，隧道二极管113的正极通过第一传输线114与调频电容112的一端连接，该调频电容112的另一端接地；天线130通过第二传输线115与第一传输线114连接；电感111的一端通过第三传输线116与第一传输线114连接，电感111的另一端通过第四传输线117与信号选择器122连接。
53.上述振荡器110中，从信号选择器122传输过来的电压信号经过电感111之后进入到振荡回路中，其中，电感111对振荡回路所产生的射频载波信号呈现高阻，可以将直流偏置电压信号与交流射频载波信号进行隔离，保持调制器120所产生直流偏置电压信号的稳定性。
54.在本公开实施例中，上述的第一传输线114、第二传输线115、第三传输线116及第四传输线117均可以是微带线，微带线是一种微波传输线，其体积小、重量轻、使用频带宽，且可靠性高，微带线与调频电容112一起可以将振荡回路中的频率调谐到所需频率。
55.在实际应用中，可以根据实际情况调整微带线的长度，以使振荡器的阻抗以及振荡回路中所产生的频率在目标范围内。
56.参照图2，本公开实施例还提供了另一种射频发射机，在该射频发射机中，振荡器110还包括隔直电容118，该隔直电容118用于将调制器120所产生的直流偏置电压信号与外部电路隔离，避免外部电路对该直流偏置电压信号产生影响，保持调制器120所产生直流偏置电压信号的稳定性。
57.参照图3，示出了本公开实施例中一种信号产生器的电路图，在图3中，该信号产生器121可以包括能量存储模块1211、第一电阻1212、第二电阻1213和第一电压跟随器1214；
其中，第一电阻1212和第二电阻1213串联设置在能量存储模块1211的正负极之间，用于对能量存储模块1211所产生的电压进行分压。
58.第一电压跟随器1214的供电端连接能量存储模块1211的正极，第一电压跟随器1214的输入端耦接在第一电阻1212和第二电阻1213之间，第一电压跟随器1214的输出端用于输出第一电压v1。第一电压跟随器1214可以直接传输第二电阻1213上的电压，并且由于第一电压跟随器1214的输入阻抗高，且具有较好的驱动负载的能力，可以为射频振荡电路提供足够的电流。
59.为了使得第一电阻1212和第二电阻1213所分电压的大小可变，本公开实施例中，第二电阻1213的阻值可调。例如，第二电阻1213可以是滑动变阻器或者其他的电阻可变的元件，在第二电阻1213的阻值发生变化时，第二电阻1213两端的电压也会发生变化，从而可以改变第一电压v1的大小。该第一电压v1即是大小可调的电压信号，通过改变第一电压v1的大小，可以将不同的通信信息通过该第一电压v1传输至振荡器110。
60.本公开实施例中，为了满足实际需求，信号产生器121除过产生上述的第一电压v1之外，还可以产生第二电压v2。
61.具体的，参照图4，示出了产生双路信号的信号产生器的电路图。图4中，信号产生器121除过包括图3所示的元件之外，该信号产生器121还可以包括第三电阻1216、第四电阻1217和第二电压跟随器1218；其中，第三电阻1216和第四电阻1217串联设置在能量存储模块1211的正负极之间；第二电压跟随器1218的供电端连接能量存储模块1211的正极，第二电压跟随器1218的输入端耦接在第三电阻1216和第四电阻1217之间，第二电压跟随器1218的输出端输出第二电压v2。
62.与第二电阻1213类似，第四电阻1217的阻值也可调。通过第四电阻1217的阻值变化，第四电阻1217两端的电压也会发生变化，从而可以改变第二电压v2的大小，使输入至振荡器110的第二电压v2为大小可调的电压信号。
63.本公开实施例中，第一电压v1大于第二电压v2，第一电压v1和第二电压v2的大小可以根据隧道二极管113的伏安特性中产生负阻抗时的电压位置相对应，或者，也可以将第二电压v2的大小设置为接地电压，以使调制器120变为ook调制(on
‑
off keying，二进制振幅键控)。
64.通过设置不同大小的第一电压v1和第二电压v2，当信号选择器122从选择第一电压v1到选择第二电压v2时，可以改变振荡器110中所产生的射频载波信号的频率，达到数字调频的功能。
65.另外，如果第一电压v1和第二电压v2的大小非常接近的时候，例如，第一电压v1和第二电压v2的大小相差5mv以内的时候，振荡器110的频率不会发生变化，但相位会发生变化，从而可以实现一种调相的功能。在实际情况中，可能根据不同的隧道二极管对第一电压v1和第二电压v2的大小要求不同，本公开实施例对此不做特殊限定。
66.为了保证能量存储模块1211所输出电压的稳定性，本公开实施例中，第一电阻1212、第二电阻1213与能量存储模块1211串联的电路上设置有第一稳压器1215，第三电阻1216、第四电阻1217与能量存储模块1211串联的电路上设置有第二稳压器1219。
67.在实际应用中，为了根据通信信息的变化，产生不同的射频载波信号，需要给振荡器110输入不同的电压。本公开实施例与图4所示的产生双路信号的信号产生器对应的，提
供了一种信号选择器的电路设置方式，如图5所示。
68.参照图5，信号选择器122包括第一mos管1221和第二mos管1222；其中，第一mos管1221的栅极接入数字信号d、第一mos管1221的源极接入第一电压v1，第一mos管1221的漏极连接振荡器110；第二mos管1222的栅极接入数字信号d、第二mos管1222的源极接入第二电压v2，第二mos管1222的漏极连接振荡器110。根据数字信号d的具体取值控制第一mos管1221导通，或者控制第二mos管1222导通。
69.如图5所示，在第一mos管1221为nmos管，第二mos管1222为pmos管的情况下，数字信号d为正负信号。在数字信号d为高电平时，第一mos管1221导通，信号选择器122选择输出第一电压v1；在数字信号d为低电平时，第二mos管1222导通，信号选择器122选择输出第二电压v2。
70.对于图3所示的信号产生器121则可以使用一个mos管或者简单的开关单元作为信号选择器122来实现对电压信号的选择控制。
71.本公开实施例中，参照图6，第一mos管1221还可以是nmos管，同时，第二mos管1222也是nmos管，此时，需要在第二mos管1222的栅极设置反相器1223。同样的，可以在数字信号d的作用下，控制第一mos管1221或者第二mos管1222导通。
72.本公开实施例提供的上述射频发射机中，振荡器中的电流一般在1毫安左右，振荡器中的电压在180毫伏左右，因此，振荡器的功耗在180微瓦左右。另外，其他元件的功耗均小于振荡器的功耗，因此，本公开实施例提供的射频发射机总功耗在40微瓦至300微瓦之间，该视频发射机在产生射频信号的同时，将功耗从现有的毫瓦级别降低到了微瓦级别。
73.另外，申请人在研究中发现信号选择器120在快速切换时，会在隧道二极管113上产生电压尖冲，如果该电压尖冲过大会击穿隧道二极管113。为了避免隧道二极管113被击穿，参照图7，本公开实施例中在电感111和信号选择器122之间设置了一个二极管118，该二极管118的负极接地，二极管118的正极设置在电感111与信号选择器122之间，也就是二极管118的正极与第四传输线117连接。当从信号选择器122有高于二极管118导通电压的电压尖冲传入至振荡器110时，二极管118会导通，并将高于导通电压的尖冲消平。从而达到避免隧道二极管113被击穿的风险。
74.在实际应用中，可以根据隧道二极管113的击穿电压来确定二极管118的导通电压，具体的，可以是二极管118的导通电压小于或等于隧道二极管113的击穿电压，从而可以达到对隧道二极管113进行保护而不被击穿的目的。本公开实施例对于二极管118的导通电压不作特殊限定。
75.本公开实施例还提供了一种电子设备，包括上述的射频发射机。其中，射频发射机的结构形式以及工作原理已经在上述实施例中进行了详细描述，此处不再赘述。
76.在本公开的一些实施例中，该电子设备可以是鼠标、遥控器、键盘、摄像头等。
77.由于该射频发射机的功耗较小，可以根据实际需要，将射频发射机中的能量存储模块设置为容量极小的电池，也可以是其他的能量采集存储模块，例如，微波能量存储模块等。任何可以提供少量电量的设备均可根据实际情况选择作为电子设备中的能量存储模块，从而可以达到取代电池的目的，本公开实施例对此不做特殊限定。
78.在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件程序实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式来实现。该计算机
程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本公开实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可以用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质(例如，软盘、硬盘、磁带)，光介质(例如，dvd)、或者半导体介质(例如固态硬盘(solid state disk，ssd))等。本公开实施例中，计算机可以包括前面所述的装置。
79.尽管在此结合各实施例对本公开进行了描述，然而，在实施所要求保护的本公开过程中，本领域技术人员通过查看所述附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现所述公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”(comprising)一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的若干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。
80.尽管结合具体特征及其实施例对本公开进行了描述，显而易见的，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可对其进行各种修改和组合。相应地，本说明书和附图仅仅是所附权利要求所界定的本公开的示例性说明，且视为已覆盖本公开范围内的任意和所有修改、变化、组合或等同物。显然，本领域的技术人员可以对本公开进行各种改动和变型而不脱离本公开的精神和范围。这样，倘若本公开的这些修改和变型属于本公开权利要求及其等同技术的范围之内，则本公开也意图包含这些改动和变型在内。