专利名称：分布式信号覆盖增益器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电气领域的装置，尤指一种无线信号传播领域的分布式信号覆盖增益器。
背景技术：
作为被广泛接受的一项新兴技术，WIFI技术如今风头正劲，但是其技术中所存在的限制也正在成为其继续发展的阻碍，其中最关键的技术障碍之一就是距离上的局限性。虽然目前我们经常听到的说法是主流AP能够覆盖大约30-100米的区域，但是使用者在使用过程中还是常常发现在一个相对较小的距离上无法得到稳定的信号质量。这种情况在室内是很通常的，墙壁或无绳电话又或是微波炉等会成为影响信号质量的干扰源，而造成信号无法达到或无法稳定地被使用。
在某些国家，例如中国，居住环境的墙壁或者房屋墙体是非常坚固的钢筋混凝土材质，微波穿越这样的阻隔物信号会产生严重衰减。在这种情况下，即使AP和WLAN客户端之间的距离可能只有10米左右，只要连接不在可视情况下，就会产生严重的信号衰减。
为了解决距离的限制，WIFI可以采用一些中继技术，这也不是新的发明创作，类似的无线中继技术在蜂窝网络中已经开始运用，以提高室内到室外覆盖和农村地区的覆盖范围，而这种技术的采用可以距离的延伸同时中继基站又不会带来成本的大幅增加。
蜂窝网络的无线中继器通常要采用高增益的双向放大器以及将“服务端”、“接受端”通过远距离空间隔离，加上适当的天线方向调节来防止信号从放大输出端反馈回输入端，这种反馈是非常有害的，由于输出和输入的信号频段相同，一方面会形成干扰，另一方面会引起回路。
无线射频隔离是进行信号增益的关键，那么输入和输出的无线射频隔离能力要达到多少呢？根据EMS无线(2850 ColonnadesCourt，Norcross，GA 30071美国)，“天线之间的隔离必须比中继器的收益高出至少10-15dB”。EMS推荐天线的front-to-side率和天线之间的物理距离是关键因素。
Front-to-side ratio很重要，因为天线安置要使一个天线不能在另一个天线的信号覆盖区域内。front-to-side ratio越高，一个天线在另一个天线的方向的收益会越小。例如，如果两个天线都有15db的front-to-side ratio，那么天线的收益的会有30db的隔离。距离甚至更重要，仅仅10米的距离在2.45GHz会产生60dB的“free space loss”的隔离！在室内到室外的应用中，仅仅从建筑物穿越损失中的无线射频隔离可达到30-60dB。因此如果适当的注意，100dB的无线射频隔离很容易获得。
发明内容
为了克服上述不足之处，本发明的主要目的旨在提供一种无线信号传播增强技术，改进目前无线信号传播中存在的信号覆盖盲点问题，以提高隔离性能及信号覆盖延伸效果的需求。
本发明要解决的技术问题是要解决无线信号传播距离上的局限性，覆盖能力，信号增益、衰减、反馈问题，天线方向性前后比率、天线之间物理距离、天线对准精确度、无线射频隔离环境，降低信号间干扰及增强NULL性能等问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是该装置由同频信号覆盖增益器及异频信号覆盖增益器两大类组成，其增益器的输入和输出天线构建在同一个矩形共面的印刷电路板插槽中，两者中心隔离距离为中心频率上的一个真空波长，共面偶极天线安置在接地带的两侧；选用这个距离使得输入和输出天线之间形成相互反馈耦合，让两个天线仿佛同时相对居中，这样，反馈耦合即为变压耦合，也就是感应的，这个特定距离的选择是根据补偿网络的简易性基础上确定的，一个简单的耦合变容二极管可以用来抵消输入和输出阶段时间的任何弱耦合；在共面偶极天线的配置中，天线的发射模式在偶极的长度需要建立一个强化NULL，因此一个天线的方向安置必须精确的朝向另一个天线，也就是需要与PCB矩形的长边平行，为了使在平行天线方向的另一个天线的天线增益降到最低，可以在两个天线之间使用一个接地片通过近域边界现象强制为NULL值。
所述的分布式信号覆盖增益器的共面偶极天线的一个天线方向安置为朝向另一个天线，并与印刷电路板矩形的长边平行，两个天线的偶极正好相互垂直，天线上设有双驱动，由两个相同的反射器和导向器组成，为驱动调节改变相位及衰减。
所述的分布式信号覆盖增益器的同频信号覆盖增益器为基本信号放大电路，其由第一阶段LNA/低噪音放大器、第二阶段放大器及第三阶段PA/放大器组成，BALUN平衡器的输入与天线的输出端相连接，平衡器的输出与SAW/过滤器的输入端相连接，SAW过滤器的输出与第一阶段LNA/低噪音放大器的输入端相连接，第一阶段LNA/低噪音放大器的输出与第二阶段放大器的输入端相连接，第二阶段放大器内有RSSI DETECTOR RSSI探测点与VGC/增益控制相连接，第二阶段放大器的输出与第三阶段PA/放大器的输入端相连接，第三阶段PA/放大器的输出与过滤器输入端相连接，过滤器输出与平衡器的输入端相连接，平衡器的输出与天线的输入端相连接。放大过程包括一个能够拒绝带外信号的带通过滤器和一个LNA(低噪音放大器)来放大弱输入信号，不会产生大量噪音。
所述的分布式信号覆盖增益器的基本信号放大电路或为同模抑制信号放大电路，其由两组相互平行的基本信号放大电路组成，一组依次由SAW/过滤器、第一阶段LNA/低噪音放大器、第二阶段放大器、第三阶段PA/放大器及过滤器组成，并依次相连接；另一组依次由过滤器、第一阶段LNA/低噪音放大器、第二阶段放大器、第三阶段PA/放大器及过滤器组成，并依次相连接；第一阶段LNA/低噪音放大器中有两组相互平行的LNA/低噪音放大器，第二阶段放大器中有两组相互平行的放大器，第三阶段PA/放大器中有两组相互平行的PA/放大器。
所述的分布式信号覆盖增益器的基本信号放大电路或为补偿电路的信号放大电路，一个PNG/信号生成器一端插入天线输出端，另一端与Corelator/相关器相连接，可变电容的两个输出接口和放大器的输入及SAW/过滤器相连接，经过补偿电路的添加，信号的干扰和泄漏能被控制到最小；利用一个信号生成器，将周期性循环的测试信号插入天线输出端，然后用相关器进行检测在着重信号放大阶段的测试信号泄漏。
所述的分布式信号覆盖增益器的PNG/信号生成器或为纯双音频源，或为单载波信号源，或为伪随机双音频源。
所述的分布式信号覆盖增益器的异频信号覆盖增益器为变频增益的信号放大电路，其由基本信号放大电路及混频器组成，BALUN平衡器的输入与天线的输出端相连接，平衡器的输出与SAW/过滤器的输入端相连接，SAW/过滤器的输出通过Diplexer/双工器与第一阶段LNA/低噪音放大器、变频增益第二阶段放大器及第三阶段PA/放大器串连后的输入端相连接，其输出端通过另一Diplexer/双工器后，再与过滤器输入端相连接，过滤器输出与平衡器的输入端相连接，平衡器的输出与天线的输入端相连接；利用变频方式进行处理的设计中，输入通道设置为通道1，输出通道设置为通道11，合成频率发生器的频率就是这两个通道的中心频率差，通过一个混频器，来进行这两个通道的频率转换，SAW通道过滤器用来提供这两个频率之间的高强度的带宽外隔离。
一种分布式信号覆盖增益器补偿电路的添加方法，该方法由自适应的补偿电路组成，用相关器检测信号放大阶段的测试信号干扰和泄漏，其具体工作步骤是步骤1.采集信号相关器从第三阶段PA/放大器前采集信号；步骤2.比较将该采集信号与原始测试信号进行比较，并根据信号泄漏情况做出相关处理；步骤3.相关处理若没有泄漏情况，则相关器的输出为0；若有泄漏情况，则相关器的输出为非0，并用可变电容调整一次，减低干扰和泄漏程度。
本发明的有益效果是利用该技术，能够改进目前无线信号传播中存在的信号覆盖盲点的问题，能够以较低的价格创造好的信号覆盖延伸效果；能解决目前无线信号传播距离及覆盖能力上的局限性；能解决天线方向性前后比率、天线之间物理距离、天线对准精确度、无线射频隔离环境问题，能降低信号间干扰及增强NULL性能。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
附图1是本发明天线部分的结构示意图；附图2是本发明天线实施例之一八木天线结构示意图；附图3是本发明信号放大增益部分的方框示意图；
附图4是本发明同模抑制信号放大部分的方框示意图；附图5是本发明的变频增益信号放大部分的方框示意图；附图6是本发明变频设计方式的信号放大部分的方框示意图；附图中标号说明1-第一阶段LNA/低噪音放大器；101-两组相互平行的LNA/低噪音放大器；2-第二阶段放大器；201-两组相互平行的放大器；202-变频增益第二阶段放大器；3-第三阶段PA/放大器；301-两组相互平行的PA/放大器；4-偶极天线；5-接地带；6-正交偶极天线；7-双Yagi天线部分；8-连接孔；9-反射带；10-驱动偶极天线；11-导向带；12-BALUN平衡器；13-SAW/过滤器；14-过滤器；15-平衡器；16-VGC/增益控制；17-RSSI DETECTOR RSSI探测点；18-Corelator/相关器；
19-PNG/信号生成器；20-Diplexer/双工器；具体实施方式
请参阅附图1、2所示，该装置由同频信号覆盖增益器及异频信号覆盖增益器两大类组成，其增益器的输入和输出天线构建在同一个矩形共面的印刷电路板插槽中，两者中心隔离距离为中心频率上的一个真空波长(以2.45GHz为例)，共面偶极天线4安置在接地带5的两侧；选用这个距离使得输入和输出天线之间形成相互反馈耦合，让两个天线仿佛同时相对居中，这样，反馈耦合即为变压耦合，也就是感应的，这个特定距离的选择是根据补偿网络的简易性基础上确定的，一个简单的耦合变容二极管可以用来抵消输入和输出阶段时间的任何弱耦合，在这个距离下两个天线空间距离的信号损失是22db；在共面偶极天线4的配置中，天线的发射模式在偶极的长度需要建立一个强化NULL，因此一个天线的方向安置必须精确的朝向另一个天线，换句话说，也就是需要与PCB矩形的长边平行，为了使在平行天线方向的另一个天线的天线增益降到最低，可以在两个天线之间使用一个接地片通过近域边界现象强制为NULL值(也有其它办法产生NULL值，上述仅仅是其中之一)；如果强化NULL有-25dbi或更少一点的增益，弱化NULL有-10dbi的增益，那么单单从设备的天线处就可以获得额外的35db或者更多的无线射频隔离。
所述的分布式信号覆盖增益器的共面偶极天线4的一个天线方向安置为朝向另一个天线，并与印刷电路板矩形的长边平行，两个天线的偶极正好相互垂直，天线上设有双驱动，由两个相同的反射器和导向器组成，为驱动调节改变相位及衰减。
如果完美的安置weak null的天线，也要使偶极方向与矩形的短边平行，换句话说，两个天线的偶极正好相互垂直，垂直或者对称的任何信号损失都会导致跨极化隔离的损耗。例如，如果天线偶极本身或者矩形的四边(PCB插槽上)偏离了垂直角度仅仅0.057度，跨极化隔离就会降至30db左右，然而，现代制造技术能够达到非常精确的准确性。例如，现代工厂即使在一个相对庞大的天线上可以达到低于1mill(1英寸的千分之一)的精确度，对一个小天线来说，对精确度需求远远超过了大天线，因此，35db的跨极化隔离通过现代的手段是可以完全达到的。
不能否认，这样的隔离性能还是比较难以实现的，不过可以通过使用一些天线技术来调整其隔离性能以降低信号之间的干扰。
请参阅附图2所示，例如在Yagi八木天线反射带9的一侧为有正交偶极天线6，另一侧为双Yagi天线部分7，反射带9与导向带11之间设有驱动偶极天线10，在正交偶极天线6和驱动偶极天线10的端点均有连接孔8；在Yagi八木天线上使用双驱动代替单驱动以增强其NULL性能，两个驱动就是让两个天线使用相同的反射器和导向器(如果存在)，很显然，具有两个驱动的两根天线在发射模式和天线增益上会很不相同，而通过将两个驱动进行调节可以改变相位以及衰减能力，天线对其它偶极天线4的影响能够被大大降低而产生一个有效的NULL，而天线的相位调节和衰减可以是固定的或者通过一个可变的算法，这种方式带来了一些复杂度，但可调节的NULL形成技术相比其它技术来说对提供信号隔离更有效。
请参阅附图3所示，所述的分布式信号覆盖增益器的同频信号覆盖增益器为基本信号放大电路，其由第一阶段LNA/低噪音放大器1、第二阶段放大器2及第三阶段PA/放大器3组成，BALUN平衡器12的输入与天线的输出端相连接，平衡器15的输出与SAW/过滤器13的输入端相连接，SAW/过滤器13的输出与第一阶段LNA/低噪音放大器1的输入端相连接，第一阶段LNA/低噪音放大器1的输出与第二阶段放大器2的输入端相连接，第二阶段放大器2内有RSSI DETECTOR RSSI探测点17与VGC/增益控制16相连接，第二阶段放大器2的输出与第三阶段PA/放大器3的输入端相连接，第三阶段PA/放大器3的输出与过滤器14输入端相连接，过滤器14输出与平衡器15的输入端相连接，平衡器15的输出与天线的输入端相连接。放大过程包括一个能够拒绝带外信号的带通过滤器(通常是一个SAW-Surface Acoustic Wave，如果是WIFI使用，则工作在2.4-2.4835频段)和一个LNA(低噪音放大器)来放大弱输入信号，而不会产生大量噪音。如果第一阶段LNA的放大增益已经足够高(比如说，25db)，那么中继器系统的噪音量会很大程度上取决于LNA的噪音量，在达到最终电源放大器阶段会有一到两个额外的小信号放大过程，最后一个阶段通常有大量的噪音，所以至关重要的是在第一阶段放大器必须要有高增益和低噪音量。
请参阅附图4所示，所述的分布式信号覆盖增益器的基本信号放大电路或为同模抑制信号放大电路，其由两组相互平行的基本信号放大电路组成，一组依次由SAW/过滤器13、第一阶段LNA/低噪音放大器1、第二阶段放大器2、第三阶段PA/放大器3及过滤器14组成，并依次相连接；另一组依次由过滤器14、第一阶段LNA/低噪音放大器1、第二阶段放大器2、第三阶段PA/放大器3及过滤器14组成，并依次相连接；第一阶段LNA/低噪音放大器1中有两组相互平行的LNA/低噪音放大器101，第二阶段放大器2中有两组相互平行的放大器201，第三阶段PA/放大器3中有两组相互平行的PA/放大器301。
在不考虑成本增加下，更好的方式是采用LVDS(low voltagedifferential signaling)提供更佳的同模抑制来抗干扰，由于远程干扰信号上所包含的是大量相同模式的信号，以及相对少的非同模式的信号部分，因此能够大幅提升不同模块之间信号泄漏所产生的影响。
请参阅附图5所示，所述的分布式信号覆盖增益器的基本信号放大电路或为补偿电路的信号放大电路，一个PNG/信号生成器19一端插入天线输出端，另一端与Corelator/相关器18相连接，可变电容的两个输出接口和放大器的输入及SAW/过滤器13相连接，经过补偿电路的添加，信号的干扰和泄漏能被控制到最小；对一些有更高隔离要求的环境，可以引入一个可自适应的补偿电路来实现；在这种情况下，利用一个信号生成器(或者是Pure tone源，或者单载波信号，或是一个Pseudorandom Tone源)将周期性循环的测试信号插入天线输出端，然后用相关器(类似在CDMA中使用的相关器)进行检测在着重信号放大阶段的测试信号泄漏，相关器从第三阶段PA/放大器前采集信号，将其与原始测试信号进行比较，根据信号泄漏情况来做出相关处理；如果没有泄漏，相关器的输出为0，而其任何非0的输出都会带来可变电容调整一次，减低泄漏程度，可变电容的两个输出接口和放大器的输入以及SAW/过滤器13相连，经过补偿电路的添加，信号的干扰和泄漏能被控制到最小，这样整个增益器也就有能力提供超过100db的隔离能力了。
所述的分布式信号覆盖增益器的PNG/信号生成器19或为纯双音频源，或为单载波信号源，或为伪随机双音频源。
请参阅附图6所示，所述的分布式信号覆盖增益器的异频信号覆盖增益器为变频增益的信号放大电路，其由基本信号放大电路及混频器组成，BALUN平衡器12的输入与天线的输出端相连接，平衡器15的输出与SAW/过滤器13的输入端相连接，SAW/过滤器13的输出通过Diplexer/双工器20与第一阶段LNA/低噪音放大器1、变频增益第二阶段放大器202及第三阶段PA/放大器3串连后的输入端相连接，其输出端通过另一Diplexer/双工器20后，再与过滤器14输入端相连接，过滤器14输出与平衡器15的输入端相连接，平衡器15的输出与天线的输入端相连接；覆盖增益器存在另一种实现方式，就是利用变频方式进行处理，在这种设计中(以无线局域网WIFI为例)，输入通道设置为通道1，输出通道设置为通道11(或者相反)，合成频率发生器(本地振动器)的频率就是这两个通道的中心频率差，通过一个混频器，来进行这两个通道的频率转换，SAW/通道过滤器用来提供这两个频率之间的高强度的带宽外隔离。带外隔离的能力可能会在50-60db左右，这使得更加容易地设计一对天线来提供足够的额外隔离甚至超过90db的无线射频隔离，足够提供至少85db的中继器增益，因为干扰存在的可能，所以这种形式的信号环境只能存在单一AP。
一种分布式信号覆盖增益器补偿电路的添加方法，该方法由自适应的补偿电路组成，用相关器检测信号放大阶段的测试信号干扰和泄漏，其具体工作步骤是步骤1.采集信号相关器从第三阶段PA/放大器前采集信号；步骤2.比较将该采集信号与原始测试信号进行比较，并根据信号泄漏情况做出相关处理；步骤3.相关处理若没有泄漏情况，则相关器的输出为0；若有泄漏情况，则相关器的输出为非0，并用可变电容调整一次，减低干扰和泄漏程度。
权利要求
1.一种分布式信号覆盖增益器，该装置包含同频信号覆盖增益器及异频信号覆盖增益器，其特征在于增益器的输入和输出天线构建在同一个矩形共面的印刷电路板插槽中，两者中心隔离距离为中心频率上的一个真空波长，共面偶极天线安置在接地带的两侧。
2.根据权利要求1所述的分布式信号覆盖增益器，其特征在于所述的共面偶极天线的一个天线方向安置为朝向另一个天线，并与印刷电路板矩形的长边平行，两个天线的偶极正好相互垂直，天线上设有双驱动，由两个相同的反射器和导向器组成，为驱动调节改变相位及衰减。
3.根据权利要求1所述的分布式信号覆盖增益器，其特征在于所述的同频信号覆盖增益器为基本信号放大电路，其由第一阶段LNA/低噪音放大器、第二阶段放大器及第三阶段PA/放大器组成，BALUN平衡器的输入与天线的输出端相连接，平衡器的输出与SAW/过滤器的输入端相连接，SAW/过滤器的输出与第一阶段LNA/低噪音放大器的输入端相连接，第一阶段LNA/低噪音放大器的输出与第二阶段放大器的输入端相连接，第二阶段放大器内有探测点与VGC/增益控制相连接，第二阶段放大器的输出与第三阶段PA/放大器的输入端相连接，第三阶段PA/放大器的输出与过滤器输入端相连接，过滤器输出与平衡器的输入端相连接，平衡器的输出与天线的输入端相连接。
4.根据权利要求3所述的分布式信号覆盖增益器，其特征在于所述的基本信号放大电路或为同模抑制信号放大电路，其由两组相互平行的基本信号放大电路组成，一组依次由SAW/过滤器、第一阶段LNA/低噪音放大器、第二阶段放大器、第三阶段PA/放大器及过滤器组成，并依次相连接；另一组依次由过滤器、第一阶段LNA/低噪音放大器、第二阶段放大器、第三阶段PA/放大器及过滤器组成，并依次相连接；第一阶段LNA/低噪音放大器中有两组相互平行的LNA/低噪音放大器，第二阶段放大器中有两组相互平行的放大器，第三阶段PA/放大器中有两组相互平行的PA/放大器。
5.根据权利要求3所述的分布式信号覆盖增益器，其特征在于所述的基本信号放大电路或为补偿电路的信号放大电路，一个PNG/信号生成器一端插入天线输出端，另一端与Corelator/相关器相连接，可变电容的两个输出接口和放大器的输入及SAW/过滤器相连接。
6.根据权利要求5所述的分布式信号覆盖增益器，其特征在于所述的PNG/信号生成器或为纯双音频源，或为单载波信号源，或为伪随机双音频源。
7.根据权利要求1所述的分布式信号覆盖增益器，其特征在于所述的异频信号覆盖增益器为变频增益的信号放大电路，其由基本信号放大电路及混频器组成，BALUN平衡器的输入与天线的输出端相连接，平衡器的输出与SAW/过滤器的输入端相连接，SAW/过滤器的输出通过Diplexer/双工器与第一阶段LNA/低噪音放大器、变频增益第二阶段放大器及第三阶段PA/放大器串连后的输入端相连接，其输出端通过另一Diplexer/双工器后，再与过滤器输入端相连接，过滤器输出与平衡器的输入端相连接，平衡器的输出与天线的输入端相连接。
8.一种分布式信号覆盖增益器补偿电路的添加方法，该方法由自适应的补偿电路组成，其特征在于用相关器检测信号放大阶段的测试信号干扰和泄漏，其具体工作步骤是步骤1.采集信号相关器从第三阶段PA/放大器前采集信号；步骤2.比较将该采集信号与原始测试信号进行比较，并根据信号泄漏情况做出相关处理；步骤3.相关处理若没有泄漏情况，则相关器的输出为0；若有泄漏情况，则相关器的输出为非0，并用可变电容调整一次，减低干扰和泄漏程度。
全文摘要
一种涉及电气领域的装置，尤指一种无线信号传播领域的分布式信号覆盖增益器。该发明装置由同频信号覆盖增益器及异频信号覆盖增益器两大类组成，其增益器的输入和输出天线构建在同一个矩形共面的印刷电路板插槽中，增益器的同频信号覆盖增益器为基本信号放大电路，基本信号放大电路或为同模抑制信号放大电路，或为补偿电路的信号放大电路，其异频信号覆盖增益器为变频增益的信号放大电路。本发明的优点是利用该技术，能够改进目前无线信号传播中存在的信号覆盖盲点的问题，能够以较低的价格创造好的信号覆盖延伸效果；能解决目前无线信号传播距离及覆盖能力上的局限性。
文档编号H04B1/10GK1545340SQ20031010860
公开日2004年11月10日 申请日期2003年11月13日 优先权日2003年11月13日
发明者李一群, 郑友辉, 贺樑, 张毅斌 申请人:宽讯上线信息科技(上海)有限公司, 上海宽讯时代科技有限公司