CN104539378A - 具有自检功能的天线系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有自检功能的天线系统，其包括天线单元、与所述天线单元配合的电磁场能量获取单元、与所述电磁场能量获取单元连接的检测单元及与所述检测单元连接的数据通信单元。所述电磁场能量获取单元用于获取所述天线单元工作时辐射的电磁场能量。所述检测单元用于根据所述电磁场能量判断所述天线单元以及相连的发射电路工作是否正常，并产生对应检测信号。所述数据通信单元用于将所述检测信号发送给监测点。如此，所述天线系统可以低成本地、准确地实现自检。

Description

具有自检功能的天线系统

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种具有自检功能的天线系统。

背景技术

移动通信网络中，基站天线、室内分布天线等通信天线与收发信机相连接，天线的功能是，将电路信号转换为电磁场信号发送，或者将空中的电磁辐射信号接收转换变为电路信号，从而完成无线通信的功能。如果天线损坏、或者连接天线的馈电线路故障，无线通信系统就不能完成正常的通信功能。

安装在无线通信系统中的天线，为了检测其是否正常工作，目前的方法是人工到现场逐个排查。对于室内分布天线，需要在室分系统安装的楼宇内逐个对天线进行检测；对于基站天线，还要爬上其所在的铁塔、楼顶或者山顶上逐个对天线进行检测。目前的方法有很多缺点：

(1)逐个检查天线，需要耗费大量的人工，费时费力，效率很低，成本很高；

(2)天线性能下降、或者损坏的情况无法及时获悉，往往造成通信网络性能下降、用户投诉后，才派人去检查，时效性很差；及

(3)出现通信网络性能下降、用户投诉后，不知道具体是哪个地方出了问题，排查的难度、成本很高。

为了应对上述困境，针对移动通信网络，现有技术提出在天线附近放置一个移动通信终端(如手机)，通过这个移动通信终端(成为有源探测终端，Active Probe)与移动通信网络通信，如果出现通信故障，则认为附近的某个天线，或者天线对应的通信线路、设备有故障。这个方法虽然有一定的作用，但是仍然有明显的缺点：

(1)有源探测终端价格高，不可能每个天线旁边都放置一个固定的移动通信终端；

(2)有源探测终端需要定期更换电池，还要派人定期检查这个有源探测终端本身是否正常，维护成本较高；

(3)在实际的移动通信系统中，有源探测终端安装位置距离天线有一定的距离，受到环境、多径信号的影响，其接收到的信号本身就不会很稳定，信号变化范围大，不容易准确判断天线性能的下降，同时，有源通信终端可以与多个小区通信、切换小区，即使检测到通信有故障，也不能判断到底是哪个通信天线出了问题。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明需要提供一种具有自检功能的天线系统。

根据本发明实施方式的具有自检功能的天线系统，其包括天线单元、与所述天线单元配合的电磁场能量获取单元、与所述电磁场能量获取单元连接的检测单元及与所述检测单元连接的数据通信单元。所述电磁场能量获取单元用于获取所述天线单元工作时辐射的电磁场能量。所述检测单元用于根据所述电磁场能量判断所述天线单元以及相连的发射电路工作是否正常，并产生对应检测信号。所述数据通信单元用于将所述检测信号发送给监测点。

如此，所述天线系统可以低成本地、准确地实现自检。

在一些实施方式中，所述天线单元包括底板、外壳、振子及馈电电缆，所述外壳设置在所述底板上以形成收容空间，所述振子设置在所述收容空间内，所述馈电电缆设置于所述收容空间外并穿过所述底板与所述振子连接。

在一些实施方式中，所述电磁场能量获取单元包括耦合器及与所述耦合器连接的整流器，所述耦合器用于吸收所述天线单元工作时辐射的电磁场能量并转换为交流信号，所述整流器用于将所述交流信号转换成直流信号，所述检测单元与所述整流器连接，用于根据所述直流信号产生所述检测信号。

在一些实施方式中，所述整流器为二极管电桥或者电压倍增器。

在一些实施方式中，所述电磁场能量获取单元还包括设置在所述耦合器及所述整流器之间的隔离器，所述隔离器用于防止所述交流信号从所述整流器向所述耦合器传输。

在一些实施方式中，所述电磁场能量获取单元还包括设置在所述耦合器与所述隔离器之间的匹配网络，所述匹配网络用于匹配所述耦合器与所述隔离器之间的阻抗。

在一些实施方式中，所述电磁场能量获取单元还包括储能元件，所述储能元件用于储蓄能量并供电给所述检测单元及所述数据通信单元。

在一些实施方式中，所述电磁场能量获取单元还包括射频滤波器，所述射频滤波器设置在所述隔离器与所述匹配网络之间或设置在所述整流器与所述隔离器之间，所述射频滤波器用于滤除射频噪声。

在一些实施方式中，所述天线系统包括更多的耦合器，所述检测单元用于通过相应的变换电路检测所述多个耦合器的交流信号从而获得所述检测信号。所述多个耦合器的工作频段不同。

在一些实施方式中，所述耦合器的工作频段设计为所述天线单元的工作频段或者所述天线单元的部分工作频段。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明较佳实施方式的天线系统的示意图。

图2为本发明较佳实施方式的天线系统的电路示意图。

图3为图2的匹配网络的阻抗匹配特性图。

图4为本发明另一个较佳实施方式的天线系统的电路示意图。

图5为本发明再一个较佳实施方式的天线系统的电路示意图。

图6为本发明另一个较佳实施方式的天线的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语″第一″、″第二″仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐合指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有″第一″、″第二″的特征可以明示或者隐合地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，″多个″的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语″安装″、″相连″、″连接″应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

请参阅图1及图2，本发明较佳实施方式的具有自检功能的天线系统100包括天线单元10、电磁场能量获取单元20、检测单元30及数据通信单元40。电磁场能量获取单元20与天线单元10配合用于获取天线单元10工作时辐射的电磁场能量。检测单元30与电磁场能量获取单元20连接，用于根据电磁场能量判断天线单元10以及相连的发射电路(图未示)工作是否正常，并产生对应检测信号。数据通信单元40与检测单元30连接，用于将检测信号发送给监测点(图未示)。

如此，天线系统100可以低成本地、准确地实现自检，而且可以实现遥测功能，而不必到现场逐个检查天线单元10的工作是否正常，数据通信单元40也可以接收远处服务器的指令，指令天线单元10进行测试、将测试数据回传。监测点可以是各个通信网络运营商的监测中心。

请参图1，天线单元10包括底板11、外壳12、振子13及馈电电缆14，外壳12设置在底板11上以形成收容空间，振子13设置在收容空间内，馈电电缆14设置于收容空间外并穿过底板11与振子13连接。

天线单元10是常见的用于通信系统的天线，在移动通信系统中天线包括基站天线、室内部分天线(DAS天线)以及定向高增益天线等。

当然，天线单元10的设置并不限于本实施方式，而可以视具体需求而定。

请参阅图6，在另一个实施方式中，天线单元10a包括底板11、外壳12、多个振子13及馈电电缆14，外壳12设置在底板11上以形成收容空间，多个振子13设置在收容空间内，馈电电缆14设置于收容空间外并穿过底板11与振子13连接。

请结合图2，电磁场能量获取单元20包括耦合器21及与耦合器21连接的整流器22，耦合器21用于吸收天线单元10工作时辐射的电磁场能量并转换为交流信号(射频信号)。整流器22用于将交流信号转换成直流信号。

本实施方式中，耦合器21设置于收容空间内，且与外壳12平行设置。耦合器21还可以设置在外壳12外侧上，或者距离外壳12一定位置处。

除耦合器21外，电磁场能量获取单元20其他部件集成电路板101上。电路板101可设置于收容空间内或收容空间外(包括外壳12外侧上或者距离外壳12一定距离处)。电路板101设置在收容空间内的好处是可以受到外壳12的保护。电路板101设置在收容空间外的优点是可以对原先没有这些单元的天线系统增加这些单元时，不必拆开原来的外壳。

整流器22为由四个二极管组成的电桥。

当然，耦合器21、整流器22及电磁场能量获取单元20并不限于本实施方式，而可以视具体需求而定。

在本实施方式中，电磁场能量获取单元20还包括隔离器23。通过增设隔离器23，可使交流信号(电磁场能量)从耦合器21向整流器22方向顺利传输，而从整流器22向耦合器21方向的阻抗则特别高，可阻碍交流信号(电磁场能量)从整流器22向耦合器21方向传输，可以达到60分贝的反向隔离效果，避免、减小从能量获取电路20对天线单元10及其通信系统的干扰。

隔离器23采用环形器，环形器的输入与耦合器21连接。

当然，隔离器23并不限于本实施方式，而可以视具体需求而定。

在本实施方式中，电磁场能量获取单元20还包括设置在耦合器21与隔离器23之间的匹配网络24。通过设置匹配网络24，可使在耦合器21与隔离器23的阻抗匹配(可将输入阻抗变换到接近50欧姆阻抗，请参图3)，使得交流信号(电磁场能量)有效的传输到整流器22。

匹配网络24包括电感及两个电容，电感串联设置在环形器的输出正极上，电容并联在环形器的输出正极与输出负极之间。

当然，匹配网络24并不限于本实施方式，而可以视具体需求而定。另外，如果耦合器21的输出阻抗与整流器22的输入阻抗已经实现了很好的匹配，匹配网络24则无需设置。

在本实施方式中，电磁场能量获取单元20还包括设置在整流器22与检测单元30之间的储能元件25，储能元件25用于储蓄能量并供电给检测单元30及数据通信单元40。

本实施方式中，储能元件25为充电电池，并设置在整流器22的输出正极及输出负极之间。

如此，天线系统100本身便可获取能量，而无需另外设置电源。

当然，储能元件25并不限于本实施方式，而可以视具体需求而定，例如大容量电容。

检测单元30检测整流器22输出的直流电压，将天线单元10及发射机正常工作对应的直流电压值记录作为基准(正常工作对应的直流电压不一定是一个数值，对应于不同的工作状态，可以是一组值)，将检测到的直流电压与基准相比较，来判断天线单元10及发射机的工作状态是否处于正常范围。

数据通信单元40将检测信号通过无线方式发送到远处的接收端，在远处可以接收到检测信号，就可以实施遥测，方便地实时监测天线单元10以及相应的电路是否正常工作。

本实施方式中，检测单元30及数据通信单元40也集成于电路板101。也即是说，检测单元30及数据通信单元40也可以设置于收容空间内或收容空间外(包括外壳12外侧上或者距离外壳12一定距离处)。

请参阅图4，本发明另外的实施方式中，整流器22a采用电压倍增器，电压倍增器用于将电压升压到储能元件25的输入电压。

电压倍增器包括两个电容、正置二极管及反置二极管，其中一个电容与正置二极管串联在电压倍增器的正极而与反置二极管串联在压倍增器的输入正极与输入负极之间，反置二极管接地。另一个电容串联在压倍增器的输出正极与输出负极之间且接地。

当然，电压倍增器并限于本实施方式，可以视具体需求而定。

电磁场能量获取单元20还包括射频滤波器27a、27b，射频滤波器27a设置在隔离器23与匹配网络24之间，射频滤波器27b设置在整流器22a与隔离器23之间，射频滤波器27a、27b用于滤除射频噪声。

射频滤波器27a包括电感及两个电容，电感串联设置在匹配网络24的输出正极上，电容并联在匹配网络24的输出正极与输出负极之间。

射频滤波器27b包括电感及电容，电感串联设置在环形器的输出正极上，电容设置在环形器的输出正极与输出负极之间。

当然，射频滤波器27a、27b并不限于本实施方式，可以视需求而定。在另外的实施方式中，射频滤波器27a、27b可以根据需求择一设置或全部省略。

请参阅图5，本发明再一个实施方式的天线系统100包括耦合器21a及耦合器21b，检测单元30通过相应的变换电路28a、28b检测耦合器21a、21b的交流信号从而获得检测信号。耦合器21a、21b的工作频段不同于耦合器21的工作频段，这样可以检测天线单元10的其他工作频段。

当然，耦合器的数量可以更多或者更少，并不限于本实施方式。

耦合器21的工作频段，可设计为天线单元10的工作频段或者天线的部分工作频段，从而可以有效的将天线单元10的辐射信号吸收、转换为电路信号(电磁场能量)。

在本说明书的描述中，参考术语″一个实施方式″、″一些实施方式″、″示意性实施方式″、″示例″、″具体示例″、或″一些示例″等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (11)

1.一种具有自检功能的天线系统，其特征在于，包括：

天线单元；

与所述天线单元配合的电磁场能量获取单元，所述电磁场能量获取单元用于获取所述天线单元工作时辐射的电磁场能量；

与所述电磁场能量获取单元连接的检测单元，所述检测单元用于根据所述电磁场能量判断所述天线单元以及相连的发射电路工作是否正常，并产生对应检测信号；及

与所述检测单元连接的数据通信单元，用于将所述检测信号发送给监测点。

2.如权利要求1所述的天线系统，其特征在于，所述天线单元包括底板、外壳、振子及馈电电缆，所述外壳设置在所述底板上以形成收容空间，所述振子设置在所述收容空间内，所述馈电电缆设置于所述收容空间外并穿过所述底板与所述振子连接。

3.如权利要求1所述的天线系统，其特征在于，所述能量获取单元设置在所述外壳内、所述外壳外侧上或者距离所述外壳一定距离处。

4.如权利要求1所述的天线系统，其特征在于，所述电磁场能量获取单元包括耦合器及与所述耦合器连接的整流器，所述耦合器用于吸收所述天线单元工作时辐射的电磁场能量并转换为交流信号，所述整流器用于将所述交流信号转换成直流信号，所述检测单元与所述整流器连接，用于根据所述直流信号产生所述检测信号。

5.如权利要求4所述的天线系统，其特征在于，所述整流器为二极管电桥或者电压倍增器。

6.如权利要求4所述的天线系统，其特征在于，所述电磁场能量获取单元还包括设置在所述耦合器及所述整流器之间的隔离器，所述隔离器用于防止所述交流信号从所述整流器向所述耦合器传输。

7.如权利要求6所述的天线系统，其特征在于，所述电磁场能量获取单元还包括设置在所述耦合器与所述隔离器之间的匹配网络，所述匹配网络用于匹配所述耦合器与所述隔离器之间的阻抗。

8.如权利要求6所述的天线系统，其特征在于，所述电磁场能量获取单元还包括储能元件，所述储能元件用于储蓄能量并供电给所述检测单元及所述数据通信单元。

9.如权利要求7所述的天线系统，其特征在于，所述电磁场能量获取单元还包括射频滤波器，所述射频滤波器设置在所述隔离器与所述匹配网络之间或设置在所述整流器与所述隔离器之间，所述射频滤波器用于滤除射频噪声。

10.如权利要求1所述的天线系统，其特征在于，所述天线系统包括更多的耦合器，所述检测单元用于通过相应的变换电路检测所述多个耦合器的交流信号从而获得所述检测信号。所述多个耦合器的工作频段不同。

11.如权利要求1所述的天线系统，其特征在于，所述耦合器的工作频段设计为所述天线单元的工作频段或者所述天线单元的部分工作频段。