专利名称：无线数据通信装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种低成本无线数据通信装置，该装置将诸如无线局域网络(“LAN”)等设备的操作载波频率扩展为毫米波频带并进一步减少用于该扩展所必需的元件的数量。
背景技术：
通过特定类型的无线数据网络、无线局域网络(“无线LAN”)将诸如个人计算机、笔记本电脑、膝上电脑、计算机终端、个人数字助理(“PDA”)等计算机系统与其它数据处理单元互连接。在这种配置中，终端装置包括诸如介质访问控制器(“MAC”)等通信控制器，用来将数据处理设备与无线收发机连接。控制器选择无线电收发机工作的无线电信道，组织用于通过无线LAN传输和接收的数据，并执行误差校正和其它功能。
一般来讲，由这些装置所采用的、通过无线LAN进行通信的收发机是超外差射频(“RF”)装置。在传统的收发机中，天线接收信号并将信号提供给只选择在预定感兴趣带宽内的RF信号和射频噪声的带通RF滤波器或天线分离滤波器。在通过接收机混频器转换为中频(“IF”)之前，通过噪声放大器放大所选择的RF信号和噪声。
当发送时，转换器将信号发送给一个或多个输出发送滤波器。也被称作天线分离滤波器的“发送侧”的这些滤波器使所需的预定发送带宽外的那些信号衰减。在由发送滤波器接收那些信号之前或之后，也可以采用功率放大器放大信号。
由于无线LAN设备不需要将电缆或电线与每个网络装置相连，所以容易配置无线LAN设备。这样，不仅无线膝上电脑可以访问无线LAN，而且配置的桌上型电脑和其它工作站也更容易访问无线LAN。的确，无线LAN设备的普及速度发展很快以至于在城市区域、两个和多个无线LAN信号在多个点频繁彼此交叉。在城市区域，不同公司或人的计算机设备彼此紧密接近，两个或多个无线LAN信号的交叉现象变得十分频繁。但是，直到现在，用于扩展无线数据通信装置的范围的已知系统需要使用昂贵的网络元件。因此，已经出现对于扩展无线通信的可变波长并能进一步降低与扩展相关的成本的需求的无线网络通信装置的需求。
提供本发明以解决上述问题和其它问题，并提供由以前的这种类型的系统不能提供的优点和方面。本发明的特征和优点的全面讨论将参考附图在以下进行详细的描述。
发明内容
本发明在此提供一种在无线LAN收发机中容易与现有的最后级的无线设备耦合的被称作“上下转换器(transconverter)”的装置。上下转换器将发送的WLAN信号上转换到毫米波频带，并从毫米波频带下转换接收的WLAN信号。所得到的无线信号位于远离多个传统未经许可的无线LAN频带的毫米波频带，不受来自其它装置的信号的干扰。
采用单一振荡器、频率乘法器和混频器组合，用来处理发送方向信号和接收方向信号。这降低了采用用于装置的发送和接收功能的分离的外差级的前述上下转换器设计的成本。
具体来讲，上下转换器是一种利用双向IF到毫米波转换器的单端收发机。其具体包括本地振荡器源和与单一平衡混频器的一个端子耦合的频率乘法器。平衡混频器的另两个端子与预调制IF信号端和毫米波频率端耦合。将与混频器相关的滤波器耦合到毫米波端，毫米波端依次与天线耦合。可选择地，将功率放大器或低噪声放大器模块耦合在滤波器和天线之间。
例如，上下转换器可以将来自2.4GHz的操作范围的输入的IEEE802.11B的兼容信号上转移到20GHz波段的毫米波频率范围。但是，应该理解，可以采用其它频率范围和乘法转移。例如，可以将在5.8GHz波段操作的802.11A装置上下转换为40GHz或更高。
功率放大器或低噪声放大器级可以采用几种形式。在一个实施例中，其中在毫米波频率可接收低增益发送信号，可以采用循环器来隔离功率放大器路径与低噪声放大器路径。但是，在优选高功率放大器的示例中，采用本发明的上下转换器设计是有益的。尤其是，可以在时分双工发送信号的环境中采用这些实施方式，其中，偏置信号可以控制功率放大器或低噪声放大器的操作。另外，可以采用双静态模式来将发送和接收信号路径物理隔离。
在优选实施例中，本发明的上下转换器方便地封装在一个框架内。该框架可以包含诸如封装在PCMCIA-格式的电路板中的标准802.11无线LAN设备。该框架包含上下转换器电子组件，并且还包括毫米波天线和数据处理器接口端口。
根据结合以下附图的以下实施方式，本发明的其它特征和优点将变得明显。
为了理解本发明，将参考附图以示例的方式描述本发明，其中图1是表示根据本发明与无线LAN收发机耦合的上下转换器的方框图。
图2A、2B和2C表示毫米波频率信号是低功率的本发明的各种实施方式。
图2D和2E表示需要高功率操作的本发明的可能的设计配置。
图3是用于本发明的上下转换器的机械配置的等角示图。
具体实施例方式
尽管本发明是以许多不同形式的允许的实施方式，在附图中示出并在此详细描述了本发明的优选实施方式，可以理解，应当认为是对本发明的原理的示例性说明，而不旨在将本发明的广泛方面限制为所描述的实施方式。
参考图1，示出了描述根据本发明的原理所构成的上下转换器10的方框图。上下转换器10优选由本地振荡器源100、频率乘法器102、平衡混频器104、滤波器106和天线110组成。可选地，也可以将功率放大器/低噪声放大器(PA/LNA)108耦合到上下转换器10。
上下转换器10是在混频器104的一个输入端接受中频信号的双向转换器。信号通过滤波器106上转换为较高频率，并发送到天线110。因此，上下转换器10可以将输入的标准波长无线电信号转换为毫米范围的较高频率信号。
相反，上下转换器10通过天线110接受非标准毫米范围波长的无线电信号。通过滤波器106滤波该信号，并通过平衡混频器104下转换为标准波长信号。因此，上下转换器10可以将输入的毫米范围信号转换为标准波长射频信号。
平衡混频器104是具有与中频信号端口关联的第一端A、与本地参考信号关联的第二端B和与用于滤波器106的毫米波端口关联的第三端C的三端装置。馈送到混频器104的端口A的中频信号是预调制信号。在本发明的一个示例中，例如，上下转换器10对标准信号在2.4到2.483GHz范围(诸如IIIE802.11B兼容环境中)的无线局域网络设备起作用，在802.11A兼容环境中，信号一般要接近5.8GHz。
在优选实施例中，上下转换器10与无线局域网络调制解调器20通信。模块20包括数据处理器接口202、编码器204、解码器206、调制器210、解调器212、天线分离滤波器214和控制器208。当调制解调器20正在发送时，从数据处理接口202接收信号并将该信号馈送到信号编码器204并随后馈送到调制器210。然后，该信号通过天线分离滤波器214馈送到中频端口，并且一般情况下，随后馈送到无线网络天线。
当调制解调器20正在接收无线电信号时，将来自天线端口的信号馈送到天线分离滤波器214，并随后馈送到解调器212，然后馈送到解码器206，并随后馈送到接口202。控制器208控制编码器204和解码器206以及接口202，以便以预定的格式将信号提供给位于例如个人计算机处的数据处理设备。例如，接口202可以是Ethernet-10 BaseT端口、100 Base T端口、Gigabit Ethernet或其它合适的数据处理接口。
上下转换器10采用单一信号平衡混频器104来完成标准波长信号到毫米范围波长的转换以及毫米范围波长信号到标准波长信号的转换。选择振荡器100和乘法器102以便提供从中频带到毫米范围频带或从毫米范围频带到中频带所需的转换。通过采用该元件来实现根据需要对信号的上转换和下转换，从而上下转换器10降低了与转换相关的成本并且不需要外差混频器、滤波器和其它昂贵的毫米波元件。
根据在输入和输出信号之间的波长所需的间隔来选择将输入信号转译为较高波长信号的具体系数N。例如，如果乘法系数(multiplyfactor)N等于2，则可以将12.9GHz的输入频率信号转换为25.8GHz的输出信号。这样，混频器产生28.2到28.28GHz范围的输出毫米波信号。应该理解，在不偏离本发明的原理的情况下，也可以采用其它乘法系数来转换输入和输出信号。
现在参考图2A，示出了在没有附加元件的前提下通过在滤波器106和射频天线之间传输的无线电信号。在图2B中，循环器122、124分别与功率放大器130的输入端口和输出端口耦合。循环器122、124将发送到天线的信号与从天线接收的信号隔离。在图2C中，可以将低噪声放大器放置在循环器122、124之间的信号的接收路径中。这些实施例允许上下转换器10同时用作在所需波长内的接收机和发射机。
现在参考图2D，示出了用来提供将信号路径隔离的本发明的操作的较高功率模式的系统的示图。通过该系统，通过采用分别与功率放大器130和低噪声放大器132耦合的偏置端子134、136来支持在时分双工模式的操作。作为替换，如图2E所示，可以保持功率放大器130的输出端口和低噪声放大器132的输入端口不耦合。在该实施例中，假设在天线上具有用来发送和接收的分离的接收和发送端口和/或分离的天线。
现在参考图3，示出了用于根据本发明的原理的上下转换器10的框架(housing)。将上下转换器10置于其中来构造框架300。作为优选，框架300也提供用于毫米波天线110的机械支撑。作为优选，框架300具有或者机械或者电气配置为用来接收无线局域网络卡320的耦合器310。例如，局域网络卡320可以是PCMCIA型网络卡。作为选择，框架300也容纳与数据信号接口202相关联的连接器300，用来承载到数据处理设备的信号和来自数据处理设备的信号。
尽管已经图解并描述了本发明的具体实施例，但是可以在不偏离本发明的精神的情况下，构想出多种修改，本发明的保护范围仅由附随的权利要求的范围来限制。
权利要求
1.一种无线数据通信装置，包括毫米范围混频器，具有第一中频端口、第二参考端口和第三毫米波端口；振荡器，用来将参考信号提供给混频器的参考端口；和毫米波滤波器，与混频器的毫米波端口耦合，用来将输入的中频无线电信号转换为毫米波无线电信号，以及用来将毫米波无线电信号转换为输出的中频无线电信号。
2.根据权利要求1的装置，还包括功率放大器，用来放大无线电信号的强度。
3.根据权利要求1的装置，还包括低噪声放大器，用来放大输入无线电信号的强度。
4.根据权利要求1的装置，还包括天线，用来接收和发送无线电信号。
5.根据权利要求1的装置，还包括乘法器，用来调整参考信号。
6.一种用来转换无线电信号的方法，包括以下步骤在混频器的输入无线电信号端口处接收输入的无线电信号；将来自振荡器的参考信号提供给混频器的参考端口；如果输入的无线电信号是中频无线电信号，那么输出毫米波无线电信号，以及如果输入的无线电信号是毫米波无线电信号，那么输出中频无线电信号。
7.根据权利要求6的方法，还包括以下步骤放大输出的毫米波无线电信号的功率。
8.根据权利要求6的方法，还包括以下步骤通过低噪声放大器对输入的无线电信号进行滤波。
9.根据权利要求6的方法，还包括以下步骤从天线接收输入的无线电信号。
10.根据权利要求6的方法，还包括以下步骤将输出的毫米波无线电信号发送到天线。
11.根据权利要求6的方法，还包括以下步骤经由乘法器来调整参考信号。
12.一种无线数据通信装置，包括毫米范围混频器，具有第一中频端口、第二参考端口和第三毫米波端口；振荡器，用来将参考信号提供给混频器的参考端口；毫米波滤波器，与混频器的毫米波端口耦合，用来将输入的中频无线电信号转换为毫米波无线电信号，以及用来将输入的毫米波无线电信号转换为中频无线电信号；天线，用来接收和发送中频无线电信号和毫米波无线电信号；功率放大器，用来放大无线电信号；和低噪声放大器，用来放大无线电信号。
全文摘要
公开了一种无线数据通信装置。具有第一中频端口、第二参考端口和第三毫米波端口的毫米范围混频器接收中频无线电信号。本地振荡器源将参考信号提供给混频器的参考端口，并采用与混频器的毫米波端口耦合的毫米波滤波器，将中频无线电信号转换为毫米波频率信号，以及将毫米波频率信号转换为中频无线电信号。
文档编号H04B1/40GK101036309SQ200580033564
公开日2007年9月12日 申请日期2005年8月11日 优先权日2004年8月12日
发明者韦恩·普莱曾特 申请人:希尔德技术系统有限公司