本發(fā)明涉及無線通信領域，更具體地，本發(fā)明涉及一種無線通信電路、系統(tǒng)及方法。

背景技術：

1、在傳統(tǒng)依靠射頻能量實現無線通信的技術中，例如rfid技術，需要將射頻的交流能量轉換為直流能量供給后續(xù)電路使用，能量轉換效率隨輸入功率的降低而大幅降低。目前，受限于實現原理及半導體材料特性，在較低輸入功率條件下（≤-10dbm），rfid能量轉化效率一般低于30%，在極低輸入功率條件下（≤-20dbm），能量轉化效率一般低于10%。因此，較低的能量轉化效率意味著較低的射頻功率驅動靈敏度，同時意味著較高的射頻功率驅動閾值，要求rfid閱讀器提供較高的射頻能量，在實際應用中極大限制了無線通信距離。因此，如何以無源或以極低功耗實現遠距離無線通信是目前5g-a、物聯網應用中面臨的一個關鍵問題。

2、另一方面，現有的射頻能量實現無線通信的技術中，例如rfid技術，其閱讀器發(fā)送給電子標簽的射頻頻率與電子標簽回傳給閱讀器的射頻頻率是相同的，該技術路線存在同頻阻塞、閱讀器發(fā)射功率受限的問題，這也是其不能實現遠距離無線通信的一個原因。

技術實現思路

1、本發(fā)明提供一種無線通信電路、系統(tǒng)及方法，以期望可以解決上述現有技術中的至少一個問題。

2、為解決上述的技術問題，本發(fā)明的一種實施方式采用以下技術方案：

3、本技術的第一方面，提供一種無線通信電路，包括，調制元件、第一諧振網絡、第二諧振網絡以及直流偏置電路；

4、所述調制元件包括第一端口、第二端口以及第三端口，用于將經微波輸入輸出端口饋入的第一微波信號與所述第二諧振網絡饋入的第二諧振頻率的振蕩信號混頻產生變頻信號；

5、所述第一端口與微波輸入輸出端口電性連接；

6、所述第二端口與所述第一諧振網絡電性連接；

7、所述第三端口與所述第二諧振網絡電性連接；

8、所述直流偏置電路設置在所述第二端口與所述第一諧振網絡之間，或設置在所述第三端口與所述第二諧振網絡之間，或設置在所述第一端口與微波輸入輸出端口之間。

9、在此情況下，具有第一頻率（ fin）的微波信號從調制元件的第一端口饋入，調制元件中存在電子遷移溝道，這些電子無需通過直流偏置即可在調制元件的第一端口和第二端口之間形成信號傳輸通道，使得從饋入的第一頻率（ fin）微波信號可在第一端口和第二端口之間傳輸；

10、并且，在與第二端口連接的第一諧振電路的作用下，第一頻率（ fin）微波信號于第一諧振電路的諧振頻率附近實現能量匯聚；匯聚后的能量經由調制元件內的第二端口饋入到與第三端口所連接的第二諧振電路中從而產生穩(wěn)定第二諧振頻率（ fres）的振蕩信號；

11、該振蕩信號經由第三端口饋入至具有調制元件中，并在具有調制元件內與饋入的第一頻率（ fin）微波信號混頻，產生具有第二頻率（ fout）的混頻信號，混頻信號的頻率 fout為 fin±n× fres，其中n=1,2,3…，由此實現了對第一頻率（ fin）的微波信號的無源變頻。

12、當設置直流偏置電路以極低功耗（納瓦至微瓦量級）提供直流偏壓時，調制元件存在第二微波驅動功率閾值，可顯著降低無線通信的微波驅動功率閾值，以極低的功耗極大地拓展了無線通信距離，解決了目前5g-a、物聯網應用中所面臨的無線通信距離受限的問題。另一方面，本方案通過調制元件所提供的混頻功能實現了微波信號的異頻回傳，解決了現有技術中存在的同頻阻塞、閱讀器發(fā)射功率受限的問題。

13、進一步的技術方案為，所述直流偏置電路為直流電源電路，或是將射頻能量轉化為直流電的電路，或是將環(huán)境能量轉換為直流電的電路。

14、更進一步的技術方案為，所述第一諧振網絡為微波開路線、lc諧振網絡、rc諧振網絡中的任意一種；和/或，所述第二諧振網絡為lc諧振網絡、rc諧振網絡中的任意一種。

15、微波開路線對于直流呈現開路特性、對于微波信號呈現諧振特性。當第一諧振網絡為微波開路線時，調制元件的第二端口直接連接直流偏置電路。如此設置的好處在于，可以減少電路元件，降低電路成本，且依舊能夠實現能量匯聚和變頻，但缺點是該無線通信電路只能工作在單一頻點下。

16、更進一步的技術方案為，所述調制元件為具有異質結的晶體管。

17、更進一步的技術方案為，所述無線通信電路還包括，匹配電路，所述匹配電路與所述第一端口連接；

18、所述匹配電路用于實現無線通信電路與微波輸入輸出端口的阻抗匹配。

19、阻抗匹配用于將從微波輸入輸出端口饋入的頻率為 fin微波信號以最大效率引入至調制元件的第一端口，以及將從調制元件第一端口輸出的頻率為 fout為的微波信號以最大效率傳輸至微波輸入輸出端口，有助于減少因阻抗適配帶來的微波能量損失，提高微波能量的耦合效率，進而可降低該無線通信電路的微波驅動功率閾值。

20、更進一步的技術方案為，所述調制元件為金屬氧化物半導體場效應晶體管或高電子遷移率晶體管；

21、所述調制元件的第一端口、第二端口、第三端口分別為漏極、源極、柵極中的任意一個。

22、更進一步的技術方案為，無線通信電路還包括傳感元件；

23、所述傳感元件用于將待測傳感量變化轉換為電容量或電感量的變化；

24、所述傳感元件設置于，第三端口與第二諧振網絡之間、第二端口與第一諧振網絡之間、第一端口與微波輸入輸出端口之間的至少一處。

25、當待測傳感量變化時，傳感元件感應到待測傳感量變化，將待測傳感量變化轉換為電容量或電感量的變化，上述電容量或電感量的變化進而使第二諧振電路輸出隨電容量或電感量變化而變化的第二諧振頻率（ fres），從而使得混頻信號的頻率 fout也隨待測傳感量變化而變化，從而實現對待測傳感量的無源變頻感知。

26、進一步的技術方案為，所述傳感元件為感知緩變信號的傳感元件、感知瞬變信號的傳感元件、既能感知緩變信號又能感知瞬變信號的傳感元件中的一種。

27、所述待測傳感量的包括但不限于溫度、壓力、振動、濕度、聲紋、位移、介電常數中的一個或多個物理量。

28、本技術的第三方面，提供一種無線通信系統(tǒng)，包括如上所述的無線通信電路、第一天線、第二天線、收發(fā)器；

29、所述收發(fā)器用于向第一天線發(fā)送信號，接收回傳的變頻信號，根據變頻信號解調出相應的信息；

30、所述第一天線用于向所述第二天線發(fā)送所述第一微波信號，并接收第二天線回傳的變頻信號；

31、所述第二天線用于接收第一微波信號，并將信號發(fā)送至無線通信電路，并將所述變頻信號發(fā)送至所述第一天線。

32、本技術的第四方面，提供一種無線通信方法，包括以下步驟：

33、收發(fā)器經第一天線向第二天線發(fā)送頻率為第一頻率的第一微波信號；

34、第二天線接收第一微波信號，并將第一微波信號發(fā)送至無線通信電路；

35、無線通信電路的調制元件將饋入的第一微波信號與第二諧振網絡饋入的第二諧振頻率的振蕩信號進行混頻得到頻率為第二頻率的變頻信號，并將變頻信號發(fā)送至第二天線；

36、第二天線發(fā)出變頻信號；

37、第一天線接收回傳的變頻信號并將其發(fā)送至收發(fā)器；

38、收發(fā)器根據變頻信號解調出相應的信息。

39、與現有技術相比，本發(fā)明至少具有以下有益效果：本方案通過在調制元件的第二端口與第一諧振網絡之間、或在調制元件的第三端口與第二諧振網絡之間、或調制元件的第一端口處設置一直流偏置電路，可顯著降低無線通信的微波驅動功率閾值，以極低的功耗極大地拓展了無線通信距離，解決了目前5g-a、物聯網應用中所面臨的無線通信距離受限的問題。進一步的，本發(fā)明通過調制元件所提供的混頻功能實現了微波信號的異頻回傳，解決了現有技術中存在的同頻阻塞、閱讀器發(fā)射功率受限的問題，標準制定組織有望對閱讀器發(fā)射功率的限制放松，在允許的更高發(fā)射功率下，上述無線通信電路的無線通信距離將得到進一步提升。