專(zhuān)利名稱(chēng)：能夠?qū)崿F(xiàn)中遠(yuǎn)距離通信的ZigBee無(wú)線通信模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ZigBee無(wú)線通信模塊，尤其涉及能夠?qū)崿F(xiàn)中遠(yuǎn)距離通信的 ZigBe,e無(wú)線通信模塊。背景技術(shù)：
ZigBee是作為一種短距離、低速率、低功耗無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，在數(shù)千個(gè)微小 的傳感器之間相互協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)通信，以接力的方式通過(guò)無(wú)線電波將數(shù)據(jù)從一個(gè)傳 感器傳到另一個(gè)傳感器，因此它們的通信效率非常高。然而在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中 存在許多不利于信號(hào)傳輸?shù)恼系K物質(zhì)，由于ZigBee使用2. 4GHZ-2. 5GHZ的無(wú)線 微波頻段，這么高的頻率值的無(wú)線信號(hào)，在空間衰減的速度就已經(jīng)很快，更何 況在有障礙物的情況下，比如家庭環(huán)境的空間都比較擁擠，空間不夠開(kāi)闊，其 中房間中的墻壁、天花板是最主要的障礙物，微波的最大特點(diǎn)就是近乎直線傳 播，繞射能力非常弱，因此身處在障礙物后面的無(wú)線接收設(shè)備會(huì)被障礙物給阻 擋。
目前的ZigBee模塊在無(wú)障礙物的情況下只能傳輸100-200米左右的距離， 一般只能穿透一道墻。其傳輸距離短、穿透能力差的缺陷大大地限制了 ZigBee 通信技術(shù)的發(fā)展，使性能優(yōu)越的ZigBee技術(shù)不能得到大規(guī)模的推廣應(yīng)用。
所以，如何設(shè)計(jì)出一種更合理的電路，能夠大大提高ZigBee無(wú)線通信模塊 的傳輸距離，增強(qiáng)ZigBee無(wú)線通信模塊的穿透能力，使ZigBee無(wú)線通信模塊 能夠?qū)崿F(xiàn)中遠(yuǎn)距離通信，從而使性能優(yōu)越的ZigBee技術(shù)能夠得到大規(guī)模的推廣 應(yīng)用，己成為通信領(lǐng)域技術(shù)人員研究的重要課題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是解決現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，提出一種能夠?qū)崿F(xiàn)中遠(yuǎn)距離通 信的ZigBee無(wú)線通信模塊，能夠大大提高ZigBee無(wú)線通信模塊的傳輸距離， 增強(qiáng)ZigBee無(wú)線通信模塊的穿透能力，使ZigBee無(wú)線通信模塊能夠?qū)崿F(xiàn)中遠(yuǎn) 距離通信，從而使性能優(yōu)越的ZigBee技術(shù)能夠得到大規(guī)模的推廣應(yīng)用。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種能夠?qū)崿F(xiàn)中遠(yuǎn)距離通信的ZigBee無(wú)線 通信模塊，包括ZigBee無(wú)線信號(hào)發(fā)生/接收電路，還包括第--通道切換電路、 通道切換控制電路、低噪聲放大電路、射頻功率放大電路和第二通道切換電路， 所述第一通道切換電路與ZigBee無(wú)線信號(hào)發(fā)生/接收電路雙向連接，第一通道 切玲電路的輸出端與第二通道切換電路的輸入端之間連接有射頻功率放大電 路，第二通道切換電路的輸出端與第一通道切換電路的輸入端之間連接有低噪 聲放大電路，通道切換控制電路分別與ZigBee無(wú)線信號(hào)發(fā)生/接收電路、第一 通道切換電路、低噪聲放大電路、射頻功率放大電路和第二通道切換電路連接， 第二通道切換電路連接到天線上。
作為優(yōu)選，還包括輸出匹配電路，第二通道切換電路與天線之間串聯(lián)輸出 匹配電路。
作為優(yōu)選，上述各電路之間的連接采用射頻微帶線進(jìn)行連接。
作為優(yōu)選，所述ZigBee無(wú)線信號(hào)發(fā)生/接收電路是產(chǎn)生并識(shí)別符合ZigBee 無(wú)線信號(hào)物理標(biāo)準(zhǔn)的射頻信號(hào)的電子器件及其配合電路，該電路能夠?qū)⑿畔⒁?符合ZigBee無(wú)線信號(hào)物理標(biāo)準(zhǔn)的方式發(fā)送出去，也能夠從符合ZigBee無(wú)線信 號(hào)物理標(biāo)準(zhǔn)的射頻信號(hào)中正確提取其中所包含的信息，但是不能同時(shí)進(jìn)行 ZigBee無(wú)線信號(hào)的發(fā)生和接收。
作為優(yōu)選，所述通道切換電路是切換射頻信號(hào)傳輸方向的電子器件及其配 合電路，受通道切換控制電路的控制，將射頻信號(hào)切換至指定的傳輸通道，并 且避免對(duì)射頻信號(hào)產(chǎn)生千擾。
作為優(yōu)選，所述通道切換控制電路是進(jìn)行特定的電平轉(zhuǎn)換和邏輯運(yùn)算的電 子器件及其配合電路，通道切換控制電路能夠同時(shí)產(chǎn)生4路控制信號(hào)第1路 控制低噪音放大電路的開(kāi)啟或關(guān)閉；第2路控制功率放大電路開(kāi)啟或關(guān)閉；第3 路控制第一通道切換電路的切換方向；第4路控制第二通道切換電路的切換方 向。
作為優(yōu)選，所述低噪聲放大電路是將接收到的射頻信號(hào)進(jìn)行放大的電子器 件及其配合電路，低噪聲放大電路將射頻信號(hào)放大，并盡可能少的在原信號(hào)中 加入噪音。
作為優(yōu)選，所述射頻功率放大電路是將ZigBee無(wú)線信號(hào)發(fā)生/接收電路所 產(chǎn)生的射頻信號(hào)進(jìn)行放大的電子器件及其配合電路，射頻信號(hào)經(jīng)過(guò)該功率放大 g路放大之后，可以在傳遞較遠(yuǎn)距離之后，仍可以被正確識(shí)別。
作為優(yōu)選，所述輸出匹配電路是將輸出的射頻信號(hào)施加于天線上的電子器 件及其配合電路，輸出匹配電路將射頻信號(hào)的特性調(diào)整得與天線相吻合。
作為優(yōu)選，所述射頻微帶線是低差損的傳遞射頻信號(hào)的傳導(dǎo)線。
本發(fā)明的有益效果本發(fā)明通過(guò)通道切換電路的切換，發(fā)射信號(hào)時(shí)對(duì)發(fā)射 信號(hào)進(jìn)行功率放大，并通過(guò)輸出匹配電路將射頻信號(hào)的特性調(diào)整得與天線相吻 合；接受信號(hào)時(shí)將接受到的射頻信號(hào)通過(guò)低噪聲放大電路進(jìn)行放大，并盡可能 少的在原信號(hào)中加入噪音，提高了接收靈敏度。本發(fā)明體積小，可嵌入到其它 需要無(wú)線通信的設(shè)備中，通信距離遠(yuǎn)，在開(kāi)闊環(huán)境中可達(dá)到幾千米的通信距離， 穿透能力強(qiáng)，可穿越不少于三層的鋼精混泥土墻體，可靠性高，適合于各種復(fù) 雜、惡劣環(huán)境應(yīng)用。使ZigBee無(wú)線通信模塊能夠?qū)崿F(xiàn)中遠(yuǎn)距離通信，從而使性 能優(yōu)越的ZigBee技術(shù)能夠得到大規(guī)模的推廣應(yīng)用。
本發(fā)明的特征及優(yōu)點(diǎn)將通過(guò)實(shí)施例結(jié)合附圖進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

圖1是本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)中遠(yuǎn)距離通信的ZigBee無(wú)線通信模塊的電路框圖; 圖2是本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)中遠(yuǎn)距離通信的ZigBee無(wú)線通信模塊的電路原理圖。
具體實(shí)施方式
圖1是本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)中遠(yuǎn)距離通信的ZigBee無(wú)線通信模塊的電路框圖； 包括ZigBee無(wú)線信號(hào)發(fā)生/接收電路l、第一通道切換電路2、通道切換控制電 路3、低噪聲放大電路4、射頻功率放大電路5和第二通道切換電路6，所述第
一通道切換電路2與ZigBee無(wú)線信號(hào)發(fā)生/接收電路1雙向連接，第-通道切 換電路2的輸出端與第二通道切換電路6的輸入端之間連接有射頻功率放大電 路5，第二通道切換電路6的輸出端與第一通道切換電路2的輸入端之間連接有 低噪聲放大電路4，通道切換控制電路3分別與ZigBee無(wú)線信號(hào)發(fā)生/接收電路 1、第一通道切換電路2、低噪聲放大電路4、射頻功率放大電路5和第二通道 J0換電路6連接，第二通道切換電路6連接到天線上。還包括輸出匹配電路7， 第二通道切換電路6與天線之間串聯(lián)輸出匹配電路7。上述各電路之間的連接采 用射頻微帶線8進(jìn)行連接。
所述ZigBee無(wú)線信號(hào)發(fā)生/接收電路1是產(chǎn)生并識(shí)別符合ZigBee無(wú)線信號(hào) 物理標(biāo)準(zhǔn)的射頻信號(hào)的電子器件及其配合電路，該電路能夠?qū)⑿畔⒁苑?ZigBee無(wú)線信號(hào)物理標(biāo)準(zhǔn)的方式發(fā)送出去，也能夠從符合ZigBee無(wú)線信號(hào)物理 標(biāo)準(zhǔn)的射頻信號(hào)中正確提取其中所包含的信息，但是不能同時(shí)進(jìn)行ZigBee無(wú)線 信號(hào)的發(fā)生和接收。因此ZigBee無(wú)線信號(hào)發(fā)生/接收電路1產(chǎn)生一個(gè)狀態(tài)指示 信號(hào)9，此狀態(tài)指示信號(hào)9用于指示上述ZigBee無(wú)線信號(hào)發(fā)生/接收電路1是處 于信號(hào)發(fā)生狀態(tài)還是接收狀態(tài)，該狀態(tài)指示信號(hào)9還可通過(guò)通道切換控制電路3 產(chǎn)生通道切換的控制信號(hào)。
所述通道切換電路2是切換射頻信號(hào)傳輸方向的電子器件及其配合電路， 受通道切換控制電路3的控制，將射頻信號(hào)切換至指定的傳輸通道，并且盡可 能避免對(duì)射頻信號(hào)產(chǎn)生干擾，以最大限度的保持射頻信號(hào)的原有品質(zhì)。
所述通道切換控制電路3是進(jìn)行特定的電平轉(zhuǎn)換和邏輯運(yùn)算的電子器件及 其配合電路，通道切換控制電路3能夠同時(shí)產(chǎn)生4路控制信號(hào)第1路控制低 噪音放大電路4的開(kāi)啟或關(guān)閉第2路控制功率放大電路5開(kāi)啟或關(guān)閉；第3 路控制第一通道切換電路2的切換方向；第4路控制第二通道切換電路6的切 換方向。根據(jù)ZigBee無(wú)線信號(hào)發(fā)生/接收電路1所提供的狀態(tài)指示信號(hào)9，該通 道切換控制電路3能夠同時(shí)產(chǎn)生上述4路控制信號(hào)。通道切換控制電路3所產(chǎn) 生的控制信號(hào)有嚴(yán)格的物理電氣特性和邏輯規(guī)則，并且遵循嚴(yán)密的時(shí)間順序。
所述低噪聲放大電路4是將接收到的射頻信號(hào)進(jìn)行放大的電子器件及其配 合電路，低噪聲放大電路4將射頻信號(hào)放大，并盡可能少的在原信號(hào)中加入噪 音。射頻信號(hào)經(jīng)過(guò)該低噪音放大電路4放大之后，可以更加容易的被ZigBee無(wú) 線信號(hào)發(fā)生/接收電路1識(shí)別其中所包含的信息，達(dá)到增加接收靈敏度的效果。
所述射頻功率放大電路5是將ZigBee無(wú)線信號(hào)發(fā)生/接收電路1所產(chǎn)生的 射頻信號(hào)進(jìn)行放大的電子器件及其配合電路，射頻信號(hào)經(jīng)過(guò)該功率放大電路5 放大之后，可以在傳遞較遠(yuǎn)距離之后，仍可以被正確識(shí)別，從而達(dá)到增加通信 距離的目的。
所述輸出匹配電路7是將輸出的射頻信號(hào)施加于天線上的電子器件及其配 合電路，輸出匹配電路7將射頻信號(hào)的特性調(diào)整得與天線相吻合。輸出的射頻 信號(hào)在經(jīng)過(guò)上述輸出匹配電路7之后，射頻信號(hào)的特性將被輸出匹配電路7調(diào) 整得與天線10相吻合，因此不會(huì)被天線10反射而造成信號(hào)的衰減。
所述射頻微帶線8是低差損的傳遞射頻信號(hào)的傳導(dǎo)線。上述射頻微帶線8 具備特定的特性阻抗，因此在傳遞射頻信號(hào)時(shí)，可以盡量少的對(duì)射頻信號(hào)產(chǎn)生 干擾或損失。
天線10是一種電子器件，能夠?qū)⑸漕l信號(hào)發(fā)射到空間中傳播，也可以從空 間中接收射頻信號(hào)。
當(dāng)ZigBee無(wú)線信號(hào)發(fā)生/接收電路1處于發(fā)送狀態(tài)時(shí)，通道切換控制電路 3根據(jù)狀態(tài)指示信號(hào)9所產(chǎn)生的控制信號(hào)，可完成以下控制動(dòng)作控制低噪聲放 大電路4關(guān)閉；控制射頻功率放大電路5開(kāi)啟；控制通道切換電路2切換，使 射頻信號(hào)通過(guò)射頻功率放大電路5、輸出匹配電路7、最后由天線10發(fā)射出去， 射頻信號(hào)被射頻功率放大電路5放大之后，可以傳播得更遠(yuǎn)。當(dāng)ZigBee無(wú)線信 號(hào)發(fā)生/接收電路1處于接收狀態(tài)時(shí)，通道切換控制電路3根據(jù)狀態(tài)指示信號(hào)9 所產(chǎn)生的控制信號(hào)，可完成以下控制動(dòng)作控制低噪聲放大電路4開(kāi)啟；控制 射頻功率放大電路5關(guān)閉控制通道切換電路2切換，使從天線10接收到的射 頻信號(hào)通過(guò)輸出匹配電路7、低噪聲放大電路4。這樣，經(jīng)過(guò)低噪聲放大電路4放大之后的射頻信號(hào)，易于被ZigBee無(wú)線信號(hào)發(fā)生/接收電路1所識(shí)別其中的信息。
圖2是本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)中遠(yuǎn)距離通信的ZigBee無(wú)線通信模塊的電路原理 圖。ZigBee無(wú)線信號(hào)發(fā)生/接收電路1采用ZigBee無(wú)線通訊芯片U6， ZigBee無(wú) 線通訊芯片U6的pin3和pin4與第一通道切換電路2連接，第一通道切換電路 2采用第二集成電路U2，第二集成電路U2的pin3通過(guò)第十五電容C15與低噪 聲放大電路4連接，第二集成電路U2的pin8和pinl2與射頻功率放大電路5 連接，低噪聲放大電路4采用第五集成電路U5，射頻功率放大電路5采用第四 集成電路U4，第四集成電路U4的pin5通過(guò)第五電感L5和第二十三電容C23與 第二通道切換電路6，第二通道切換電路6采用第一集成電路U1，第一-集成電 路Ul的pin5通過(guò)第八電容C8與輸出匹配電路7連接。
上述實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明的說(shuō)明，不是對(duì)本發(fā)明的限定，任何對(duì)本發(fā)明簡(jiǎn)單 變換后的電路均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.能夠?qū)崿F(xiàn)中遠(yuǎn)距離通信的ZigBee無(wú)線通信模塊，包括ZigBee無(wú)線信號(hào)發(fā)生/接收電路(1)，其特征在于還包括第一通道切換電路(2)、通道切換控制電路(3)、低噪聲放大電路(4)、射頻功率放大電路(5)和第二通道切換電路(6)，所述第一通道切換電路(2)與ZigBee無(wú)線信號(hào)發(fā)生/接收電路(1)雙向連接，第一通道切換電路(2)的輸出端與第二通道切換電路(6)的輸入端之間連接有射頻功率放大電路(5)，第二通道切換電路(6)的輸出端與第一通道切換電路(2)的輸入端之間連接有低噪聲放大電路(4)，通道切換控制電路(3)分別與ZigBee無(wú)線信號(hào)發(fā)生/接收電路(1)、第一通道切換電路(2)、低噪聲放大電路(4)、射頻功率放大電路(5)和第二通道切換電路(6)連接，第二通道切換電路(6)連接到天線上。
2. 如權(quán)利要求1所述的能夠?qū)崿F(xiàn)中遠(yuǎn)距離通信的ZigBee無(wú)線通信模塊，其特征 在于還包括輸出匹配電路(7)，第二通道切換電路(6)與天線之間串聯(lián)輸出 匹配電路(7)。
3. 如權(quán)利要求1所述的能夠?qū)崿F(xiàn)中遠(yuǎn)距離通信的ZigBee無(wú)線通信模塊，其特征 在于上述各電路之間的連接采用射頻微帶線(8)進(jìn)行連接。
4. 如權(quán)利要求1或2或3所述的能夠?qū)崿F(xiàn)中遠(yuǎn)距離通信的ZigBee無(wú)線通信模塊， 其特征在于所述ZigBee無(wú)線信號(hào)發(fā)生/接收電路(l)是產(chǎn)生并識(shí)別符合 ZigBee無(wú)線信號(hào)物理標(biāo)準(zhǔn)的射頻信號(hào)的電子器件及其配合電路，該電路能夠 將信息以符合ZigBee無(wú)線信號(hào)物理標(biāo)準(zhǔn)的方式發(fā)送出去，也能夠從符合 ZigBee無(wú)線信號(hào)物理標(biāo)準(zhǔn)的射頻信號(hào)中正確提取其中所包含的信息，但是不 能同時(shí)進(jìn)行ZigBee無(wú)線信號(hào)的發(fā)生和接收。
5. 如權(quán)利要求1或2或3所述的能夠?qū)崿F(xiàn)中遠(yuǎn)距離通信的ZigBee無(wú)線通信模塊， 其特征在于所述通道切換電路(2)是切換射頻信號(hào)傳輸方向的電子器{牛及其 配合電路，受通道切換控制電路(3)的控制，將射頻信號(hào)切換至指定的傳輸通 道，并且避免對(duì)射頻信號(hào)產(chǎn)生干擾。
6. 如權(quán)利要求1或2或3所述的能夠?qū)崿F(xiàn)中遠(yuǎn)距離通信的ZigBee無(wú)線通信模塊， 其特征在于所述通道切換控制電路(3)是進(jìn)行特定的電平轉(zhuǎn)換和邏輯運(yùn)算的 電子器件及其配合電路，通道切換控制電路(3)能夠同時(shí)產(chǎn)生4路控制信號(hào) 第1路控制低噪音放大電路(4)的開(kāi)啟或關(guān)閉；第2路控制功率放大電路(5) 開(kāi)啟或關(guān)閉；第3路控制第一通道切換電路(2)的切換方向第4路控制第二通道切換電路(6)的切換方向。
7. 如權(quán)利要求1或2或3所述的能夠?qū)崿F(xiàn)中遠(yuǎn)距離通信的ZigBee無(wú)線通信模塊， 其特征在于所述低噪聲放大電路(4)是將接收到的射頻信號(hào)進(jìn)行放大的電子 器件及其配合電路，低噪聲放大電路(4)將射頻信號(hào)放大，并盡可能少的在 原信號(hào)中加入噪音。
8. 如權(quán)利要求1或2或3所述的能夠?qū)崿F(xiàn)中遠(yuǎn)距離通信的ZigBee無(wú)線通信模塊， 其特征在于所述射頻功率放大電路(5)是將ZigBee無(wú)線信號(hào)發(fā)生/接收電路 (1)所產(chǎn)生的射頻信號(hào)進(jìn)行放大的電子器件及其配合電路，射頻信號(hào)經(jīng)過(guò)該功 率放大電路(5)放大之后，可以在傳遞較遠(yuǎn)距離之后，仍可以被正確識(shí)別。
9. 如權(quán)利要求2所述的能夠?qū)崿F(xiàn)中遠(yuǎn)距離通信的ZigBee無(wú)線通信模塊，其特征 在于所述輸出匹配電路(7)是將輸出的射頻信號(hào)施加于天線上的電子器件及 其配合電路，輸出匹配電路(7)將射頻信號(hào)的特性調(diào)整得與天線相吻合。
10. 如權(quán)利要求3所述的能夠?qū)崿F(xiàn)中遠(yuǎn)距離通信的ZigBee無(wú)線通信模塊，其特 征在于所述射頻微帶線(8)是低差損的傳遞射頻信號(hào)的傳導(dǎo)線。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種能夠?qū)崿F(xiàn)中遠(yuǎn)距離通信的ZigBee無(wú)線通信模塊，包括ZigBee無(wú)線信號(hào)發(fā)生/接收電路、第一通道切換電路、通道切換控制電路、低噪聲放大電路、射頻功率放大電路和第二通道切換電路，第一通道切換電路與ZigBee無(wú)線信號(hào)發(fā)生/接收電路雙向連接，第一通道切換電路的輸出端與第二通道切換電路的輸入端之間連接有射頻功率放大電路，第二通道切換電路的輸出端與第一通道切換電路的輸入端之間連接有低噪聲放大電路，第二通道切換電路連接到天線上。本發(fā)明對(duì)對(duì)發(fā)射信號(hào)進(jìn)行功率放大，對(duì)接受信號(hào)進(jìn)行低噪聲放大。在開(kāi)闊環(huán)境中可達(dá)到幾千米的通信距離，可穿越不少于三層的鋼精混泥土墻體，可靠性高，適合于各種復(fù)雜、惡劣環(huán)境應(yīng)用。
文檔編號(hào)H04B1/38GK101188432SQ200610154748
公開(kāi)日2008年5月28日 申請(qǐng)日期2006年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月17日
發(fā)明者勇 呂, 越 吳, 胡勇虎 申請(qǐng)人:華立儀表集團(tuán)股份有限公司