CN104981706A

CN104981706A - 具有唯一电子签名的天线

Info

Publication number: CN104981706A
Application number: CN201480008401.XA
Authority: CN
Inventors: G.勒万; J.桑德森
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 2013-02-11
Filing date: 2014-02-07
Publication date: 2015-10-14
Anticipated expiration: 2034-02-07
Also published as: US10107844B2; ES2759225T3; DK3614153T3; US20140225790A1; WO2014122617A1; EP2954336B1; ES2946246T3; EP3614153A1; CN104981706B; EP3614153B1; DK2954336T3; BR112015017773A2; EP2954336A1; HUE047003T2; BR112015017773B1; EP4220200A1; PL2954336T3

Abstract

公开了用于制造具有唯一签名的天线（100）以及用于使用其唯一签名来识别天线（100）的方法和设备。示范性天线包括辐射元件（104）和接地元件（102），在它们之间连接电阻器－电感器－电容器（RLC）电路（106）。RLC电路（106）被设计成生成用作唯一天线签名的回程损耗轮廓。RLC电路（106）的回程损耗轮廓展示天线的工作带宽之外的谐振频率。

Description

具有唯一电子签名的天线

技术领域

本发明一般涉及无线收发器中使用的天线，并且更具体地是，涉及使用其唯一电子签名（signature）来识别天线。

背景技术

标记或识别天线的来源或制造商一般依靠天线的诸如形状、大小、颜色和封装的外部特征，或通过商标或商业包装的使用。由于随着时间流逝而磨损，此类特征或设计可消失，使天线的来源或制造商的识别变得困难。此外，在现场使用的例如安装在无线铁塔顶部的天线，不允许容易的接近以对天线类型的靠近检查。

反射测量法是已广泛用来诊断与射频（RF）天线或电子电路或装置相关联的问题的测量技术。例如，反射测量法能够用来在测试电路中检测故障、定位中断以及校准距离。反射测量法包括时域、频域以及噪声域分析。反射测量法中，测试信号，常常是宽带或扫频信号，被发送到电子电路或装置里并且反射信号在天线接口端口处被测量。除了反射测量法之外，大气透射测量是另一种诊断工具。但是不同于测量反射信号的反射测量法，大气透射测量测量所发射的信号。

为了检查故障天线，反射测量法测量天线的最大回程损耗（return loss）和/或最小回程损耗。装置的回程损耗测量以分贝的输出信号功率与输入信号功率的比率。异常的最大/最小回程损耗在检测正不适当工作例如过度反射信号的天线时能够是有用的。然而，对于工作的天线，所测量的最大/最小回程损耗一般处于正常范围内并且不拥有适合于识别目的的唯一特征。除了最大/最小回程损耗之外，工作的天线一般展示随机的电气行为，因此不具有电子“签名”。

本申请公开能够用来电子地标记和识别天线的有利方法和装置。

发明内容

公开了用于电子地标记和识别天线的低成本和有能量效率的方法和设备。也公开了用于自动地和远程地识别天线类型的方法和设备。本文公开的方法和设备使用电阻器-电感器-电容器（RLC）电路，该电路设计成生成能够用作天线的唯一天线签名的回程损耗轮廓（profile）。

在一些实施例中，使用唯一天线签名制造的天线包括辐射元件、接地元件以及RLC电路。辐射元件配置成发射和接收射频信号。接地元件被连接到地。RLC电路被连接在辐射元件和接地元件之间并且经过配置，使得它生成具有处于天线工作带宽之外的独特谐振频率的回程损耗轮廓。通过测量配备有这种RLC电路的天线的回程损耗轮廓，该独特谐振频率能够被识别并且能够用作天线的唯一签名。

一些实施例包括如所公开的用于识别天线的设备。用于识别天线的唯一天线签名的示范性设备包括发射器、耦合器和评估电路。评估电路还包括接收器、回程损耗轮廓检测器、相关器以及身份检测器。发射器配置成发送信号到天线。耦合器和接收器配置成在天线接口端口处接收和测量信号。回程损耗轮廓检测器配置成检测天线的回程损耗轮廓并且相关器配置成使回程损耗轮廓与一个或多个已知天线签名相关以便得到相关系数。相关系数通过身份检测器与阈值相比较，该身份检测器识别比阈值大的相关系数。

其他实施例包括识别天线的方法。天线的回程损耗轮廓首先被检测。回程损耗轮廓包括包含谐振频率的频率范围，在谐振频率处回程损耗独特地低。使回程损耗轮廓与一个或多个已知天线签名相关以便产生相关系数。将相关系数与阈值相比较以便识别比阈值大的相关系数。与比阈值大的相关系数相关联的已知天线签名能够被用作天线的唯一签名。

还在另一个实施例中，公开了用于天线类型的自动远程检测的方法和设备。

当然，本公开不限制于上面概括的特征、优势和上下文，并且熟悉天线技术的技术人员在阅读下面的详细描述以及查看附图时将认识到附加的特征和优势。

附图说明

图1图示配置有RLC电路的示范性天线。

图2图示RLC电路的示范性谐振传输率（transmissibility）。

图3图示用于检测天线的唯一电子签名的示范性设备。

图4图示配置有提供天线唯一电子签名的RLC电路的天线的示范性频率响应。

图5图示为天线类型的自动远程检测所配置的示范性系统。

图6图示用于识别天线的唯一签名的示范性过程的流程图。

具体实施方式

参考附图，图1图示配置有生成唯一天线签名的RLC电路的示范性天线100。图1中，天线100包括接地元件102、辐射元件104以及RLC电路106。接地元件102连接到地并且辐射元件104配置成发射和接收信号。RLC电路106将接地元件102与辐射元件104连接。

图1中的RLC电路106作为简单的串联RCL电路来示出。如本领域技术人员将会知道的，RLC电路106能够由其他类型的RLC电路替代。RLC电路包括电阻器108、电感器110以及电容器112。在下面的讨论中，电阻器108的电阻由R表示，电感器110的电感由L表示以及电容器112的电容由C表示。

RLC电路的众所周知特征之一是，在RCL电路中存在至少一个谐振频率ω₀，在谐振频率处RLC电路的阻抗是纯电阻。RLC电路106的谐振频率能够表述为：

　　　　　　　　　（1）。

在RLC电路106中，在谐振频率ω₀处，阻抗被减少到电阻R，并且电流和电压作为而相关。

RLC电路106的电压相对于输入信号的频率而改变。在谐振频率ω₀处，电压达到峰值并且随着输入信号的频率偏离谐振频率ω₀而下降。

当在谐振频率ω₀处时，限制谐振电流I ₀以便保护收发器的无线电前端免于被强大电流损坏是重要的。电阻器108提供用于限制电流I ₀的所需电阻R。同时，电阻R应该比天线100的阻抗小得多以便在谐振频率处形成独特地低的回程损耗。

图2描绘了RLC电路106的传输率和通过谐振频率ω₀按比例调节的（scaled）输入信号的频率ω_A之间的关系。和之间的关系与衰减因数δ有关，其能够表述为。衰减因数δ和谐振频率ω₀都是参数R、L和C的函数。两者能够从天线的频率响应曲线来确定。

图2图示10个曲线，每个表示对于不同的衰减因数δ，如何随着而变化。如其在图2中所示，每个曲线展示谐振频率()处的传输率峰值。衰减系数越小，传输率曲线的峰值越高。RLC电路106的回程损耗与其传输率成比例地相关。因此，在谐振频率ω₀处，RLC电路106对于任何衰减系数达到其峰值回程损耗。如果频率扫描信号输入到图1中的天线100，那么RLC电路106将展示在谐振频率ω₀处到达最高点的签名回程损耗轮廓。虽然频率响应曲线不提供足够信息来允许天线的RLC电路中的R、L和C的值被确定，但是天线的频率响应能够用来确定天线的谐振频率ω₀和衰减因数δ。天线的每个类型能够使用唯一的ω₀来标记。如果ω₀仔细地被选择以被定位在天线100的工作带宽之外，那么这种签名回程损耗轮廓能够用作天线100的唯一签名以用于识别目的。

天线制造商能够给每种类型的天线配备具有独特的谐振频率和频率响应的不同RLC电路。因此，相同类型的天线展示相同的回程损耗轮廓，而不同类型的天线拥有不同的回程损耗轮廓。通过测量天线的回程损耗轮廓，天线100的类型能够被识别。应注意的是，本申请中，天线的类型可包含诸如天线的模型、制造者和/或铭牌（brand）的信息。

图3图示用于测量天线100的回程损耗轮廓以及用于基于所测量的回程损耗轮廓识别天线100的示范性测试装置300。图3中，测试装置300包括发射器302、耦合器304和评估电路301。发射器302被连接到耦合器304并且配置成经由耦合器304通过馈电电缆发送信号给天线。评估电路301包括接收器308、傅里叶变换电路310、回程损耗轮廓检测器312、相关器314以及身份检测器316。

接收器308接收和测量在耦合器304上天线接口端口（AIP）处所接收的信号。接收器308包括诸如滤波器、放大器、振荡器和模数转换器的RF处理组成部分来将所接收的信号转换成基带信号。傅里叶变换电路310分离输出信号中的不同频率组成部分并且它们被发送到回程损耗轮廓检测器312用于检测天线的回程损耗轮廓。当测试信号通过馈电电缆306传播时，测试信号展示频率上的变化。变化周期与馈电电缆306的长度有关。使用最大馈电长度的知识，回程损耗轮廓检测器能够平滑由馈电电缆引入的频率上的变化。

回程损耗轮廓检测器312检测到的回程损耗轮廓被输入到相关器314。相关器314存储已知或期望的天线签名的列表。这类已知天线签名基于R值、L值和C值被先验（a priori）计算或者从已知类型的天线被测量。所期望的天线签名是已知起源或身份的天线的预先计算的或预先测量的回程损耗轮廓。相关器314将天线100的回程损耗轮廓与所存储列表中已知天线签名的一个或多个相比较。如图4中所示，天线100的回程损耗轮廓通常不完全匹配已知天线签名，如果后者从R值、L值和C值计算的话。相关器314计算已知天线签名中每一个的相关系数。一个或多个相关系数被发送到身份检测器316。身份检测器316基于该一个或多个相关系数识别天线的唯一天线签名。

身份检测器316可使用不同算法来实现以便识别天线的唯一天线签名。在一些实施例中，身份检测器316配置成选择生成最大相关系数的已知天线签名作为天线的唯一天线签名。

在其他实施例中，相关器314可从所存储列表中选择一个已知天线签名并且生成一个相关系数。该相关系数被发送到身份检测器316，其将该相关系数与阈值相比较。阈值可以是被预先校准或仔细地被选择，使得能够以高置信水平陈述如果相关系数高于阈值则该已知签名是天线的签名。将相关系数与阈值相比较。如果相关系数比阈值小，那么回程损耗轮廓与另一个已知签名相关以便生成另一个相关系数。如果相关系数比阈值大，那么该已知签名被认为是天线签名。

图4图示天线100的示范性回程损耗轮廓以及其从R值、L值和C值计算的天线签名。图4是示出损耗幅度（dB）如何随着输入频率而变化的频率响应图。将损耗幅度定义为：损耗幅度＝－回程损耗。细实曲线表示具有范围从0到的频率的输入信号。粗实曲线表示具有谐振频率的天线的回程损耗轮廓。虚曲线表示预先计算的天线签名。

图5图示配置成执行自动远程检测天线100的类型的示范性系统。图5中，无线电接入网络500被连接到核心网络508。无线电接入网络500包括两个节点B 502和504以及无线电网络控制器（RNC）506。节点B 502和504被连接到RNC 506，RNC 506被连接到核心网络508。将天线100分别安装在节点B 502和节点B 504中。RNC 506包含包括I/O装置512和处理电路514的自动远程检测电路510。为了识别天线100的类型，处理电路514能够通过I/O装置512发送信号以远程激活评估电路301（图3中）。身份检测器316检测到的天线签名和/或基于天线签名确定的类型能够作为结果被发送到自动远程检测电路。

应注意的是，自动远程检测电路510也可驻留在核心网络508中或在移动装置（未示出）中。在后者的情形中，自动检测电路经由无线电空中接口激活评估电路301。图5中，示出天线100被安装在节点B中。

图6图示用于使用本文所公开的有利方法来识别天线100的示范性过程的流程图。过程以发送宽带或频率扫描信号到要被识别的天线100而开始（步骤602）。信号在天线接口端口（AIP）处被测量（步骤604）并且检测其所测量信号的回程损耗轮廓（步骤606）。所检测到的回程损耗轮廓与期望的或已知的天线签名相关以便生成至少一个相关系数（步骤608）。基于该至少一个相关系数，天线的唯一天线签名被识别（步骤610）。

本文所公开的方法和设备可适用于任何类型的天线，例如，安装在诸如基站、节点B、转发器等的任何无线通信装置上的天线以及用于除了无线通信之外的目的的天线。

前面的描述和附图表示本文所教导的方法和设备的非限制示例。同样，本发明不通过前面的描述和附图来限制。本发明而是仅通过随附权利要求书以及它们的合法等价物来限制。

Claims

1. 一种使用天线签名制造的天线（100），所述天线（100）包括：

辐射元件（104），发射和接收射频信号；以及

接地元件（102），连接到地；

其中所述天线（100）特征在于：

RLC（电阻器－电感器－电容器）电路（106），连接到所述辐射元件（104）和所述接地元件（102）；

其中所述RCL电路（106）配置成生成用作所述天线（100）的天线签名的回程损耗轮廓。

2. 如权利要求1所述的天线（100），其中所述回程损耗轮廓包括处于所述天线（100）的工作频率之外的谐振频率处的独特地低的回程损耗。

3. 一种识别天线（100）的天线签名的方法，所述方法包括：

向要被识别的天线（100）发送（602）宽带或频率扫描信号；

在天线接口端口处测量（604）所述信号；

特征在于：

检测（606）所述天线（100）的回程损耗轮廓，其中所述回程损耗轮廓包括包含谐振频率的频率范围，在所述谐振频率处回程损耗独特地低；以及

通过使所述回程损耗轮廓与至少一个已知天线签名相关而得到（608）至少一个相关系数；

基于所述至少一个相关系数识别（610）所述天线（100）的所述天线签名。

4. 如权利要求3所述的方法，其中检测所述天线（100）的回程损耗轮廓包括平滑所测量信号中由所述天线（100）的馈电电缆（306）所引起的频率上的变化。

5. 如权利要求3所述的方法，其中，基于电阻值、电感值和电容值的集合来先验计算所述至少一个已知天线签名。

6. 如权利要求3所述的方法，其中基于所述至少一个相关系数来识别所述天线（100）的所述天线签名包括将所述至少一个相关系数与阈值相比较以便确定所述至少一个相关系数是否比阈值大并且：

如果所述至少一个相关系数比所述阈值大，那么选择产生所述至少一个相关系数的已知天线签名作为所述天线的所述天线签名；以及

如果所述至少一个相关系数比所述阈值小，那么选择另一个已知天线签名并且生成另一个相关系数来与所述阈值相比较。

7. 如权利要求3所述的方法，其中基于所述至少一个相关系数来识别所述天线（100）的所述天线签名包括选择产生最大相关系数的已知天线签名作为所述天线的天线签名。

8. 一种用于识别天线（100）的天线签名的设备（300），所述设备（300）连接到所述天线（300）并且包括：

接收器（308），配置成在天线接口端口处接收和测量信号；

所述设备特征在于：

回程损耗轮廓检测器（312），配置成基于所测量的信号来检测所述天线（100）的回程损耗轮廓；以及

相关器（314），配置成使回程损耗轮廓与至少一个已知天线签名相关以便得到至少一个相关系数；以及

身份检测器（316），配置成基于所述至少一个相关系数来识别所述天线（100）的所述天线签名。

9. 如权利要求8所述的设备（300），还包括配置成通过耦合器（304）向所述天线（100）发送信号的发射器（302）。

10. 如权利要求8所述的设备（300），其中所述回程损耗轮廓检测器（312）还配置成检测和平滑由所述天线（100）的馈电电缆（306）引入的频率上的变化。

11. 如权利要求8所述的设备（300），其中所述身份检测器（316）还配置成选择具有最大相关系数的已知签名作为所述天线（100）的所述天线签名。

12. 如权利要求8所述的设备（300），其中所述身份检测器（316）还配置成：

将所述至少一个相关系数与阈值相比较以便确定所述相关系数是否比所述阈值大；

选择产生所述至少一个相关系数的已知天线签名作为所述天线的所述天线签名，如果所述至少一个相关系数比所述阈值大的话；以及

返回所述相关器以选择另一个已知天线签名并产生另一个相关系数。

13. 一种自动远程检测天线（100）的类型的方法，所述天线配置有生成用作所述天线（100）的天线签名的回程损耗轮廓的RLC电路（106），所述方法特征在于：

远程激活评估电路（301）以便自动地确定所述天线的所述天线签名；以及

确定基于所述天线签名所识别的所述天线（100）的类型。

14. 如权利要求13所述的方法，其中所述天线（100）被安装在节点B（502，504）上，还包括基于所述天线（100）的所述类型自动配置所述节点B（502，504）。

15. 一种用于远程检测天线（100）的类型的自动远程检测装置（510），所述天线（100）配置有生成用作所述天线（100）的天线签名的回程损耗轮廓的RLC电路（106），所述自动远程检测装置（510）特征在于：

输入/输出（512），用于发送信号激活（所述天线中的评估电路以自动地确定所述天线的所述天线签名并且用于接收来自所述评估电路的结果；以及

处理电路（514），用于确定基于所述天线签名识别的所述天线的类型。