CN107688131A - Mimo天线系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种检测与报警装置以及运用该检测与报警装置的MIMO天线系统，检测与报警装置通过第一传输线及第二传输线的耦合检测有无天线连接，输出检测结果后经过比较模块，开关模块输出控制信号控制报警模块、功率放大器及系统的工作。MIMO天线系统除包括检测与报警装置以外还包括控制模块，功率放大器，低噪声放大器，控制开关及天线。本发明还提供一种检测天线连接状态的方法。本发明可以在检测到天线未扣合连接时发出控制指令关闭功率放大器及报警，从而保护设备免受损坏，节约成本。本发明结构简单，可靠性高，可以稳定运用在各种无线通信用用上。

Description

MIMO天线系统

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种多输入多输出(Multiple InputMultiple Output，简称MIMO)天线系统。

背景技术

目前，随着无线通信技术的不断发展，人们对无线通信的要求越来越高，传统的天线系统已经不能满足人们对于信道容量的要求。利用MIMO技术能够显着提升信道容量，通过同时在发射端和接收端使用多个天线，能够大大提升频谱利用率，提升传输效率。

然而，现有的MIMO天线系统当天线在天线连接器上扣合不良产生开路情况下，功率放大器(power amplifier,简称PA)在天线连接器产生强反射，加上开路时出现的尖峰电压，容易造成PA损坏。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种MIMO天线系统，可以防止PA损坏及保护整个天线装置，增加天线系统使用寿命，从而节约成本。

本发明提供一种检测报警模块，所述检测报警模块包括:

检测模块，耦接于天线连接器，所述天线连接器用于连接天线，所述检测模块包括第一传输线及第二传输线，所述第一传输线及第二传输线并行设置，用于检测所述天线的连接状态，并通过所述第一传输线及第二传输线的耦合作用发出状态信息；比较模块，耦接于所述检测模块，用于接收所述状态信息，并将所述状态信息与预设电平信号进行比较，并输出比较信号；以及开关模块，耦接于所述比较模块，用于接收所述比较信号，并根据所述比较信号控制开关模块的通断状态。

优选地，所述第一传输线第一端口通过第一电容接地，所述第一传输线第二端口电耦接于所述天线连接器，所述第二传输线第三端口通过第一电阻接地，所述第二传输线第四端口通过第一电感及第二电阻接地。

优选地，所述第二传输线具有第一长度，所述第一长度为所述天线的中心频率对应波长的十六分之一，所述第一传输线的长度至少为所述第一长度，二者间距为4mil。

优选地，所述检测模块包括一二极管，所述第一电感耦接于所述二极管的正极，所述二极管的负极耦接于比较器。

优选地，所述二极管为肖特基二极管。

优选地，所述开关模块包括一开关。

优选地，所述检测报警模块还包括报警装置，根据所述通断状态进行报警。

优选地，所述报警装置耦接于所述开关模块，所述报警装置包括至少一个LED灯。

本发明还提供一种MIMO天线系统，所述MIMO天线系统包括：

控制模块；至少一个功率放大器，耦接于所述控制模块；至少一个低噪声放大器，耦接于所述控制模块；至少一个控制开关，分别耦接于所述控制模块及所述低噪声放大器；至少一个所述的检测报警模块，分别耦接于所述控制开关、所述控制模块及所述功率放大器；以及至少一个天线，耦接于所述检测报警模块。

优选地，所述控制开关为单刀双掷开关。

优选地，所述第一传输线第一端口通过第一电容接地，所述第一传输线第二端口电耦接于所述天线连接器，所述第二传输线第三端口通过第一电阻接地，所述第二传输线第四端口通过第一电感及第二电阻接地。

优选地，所述第二传输线长度为所述天线的中心频率的十六分之一，所述第一传输线的长度至少为第二传输线的长度，二者间距为4mil。

优选地，所述比较模块包括一二极管，所述检测模块耦接于所述二极管正极，所述二极管负极耦接于比较器，所述二极管为肖特基二极管。

优选地，所述开关模块包括一开关，所述开关为场效应管。

优选地，所述MIMO天线系统还包括报警模块，根据所述通断状态进行报警，所述报警模块耦接于所述控制模块，所述报警模块包括至少一个LED灯。

本发明还提供一种检测天线状态的方法，所述检测天线的方法包括：

系统开机后，检测报警模块检测天线是否连接；

若检测到天线开路，则所述检测报警模块发送第一控制信号到功率放大器使能端，所述功率放大器停止工作；

所述检测报警模块同时发送第二控制信号到控制模块，所述控制模块根据所述第二控制信号控制报警模块进行报警，并停止发送射频信号；

若所述检测报警模块检测到天线正常连接，则所述检测报警模块发送所述第一控制信号到功率放大器使能端，所述功率放大器正常工作；

所述检测报警模块同时发送第二控制信号到控制模块，所述控制模块根据所述第二控制信号控制系统正常工作；以及

所述检测报警模块实时检测MIMO天线系统状态。

本发明实施方式的MIMO天线系统10，采用MIMO天线技术以增大系统信道容量和传输效率，还设计有检测天线连接状态及报警的装置，可以在检测到天线未扣合连接时发出控制指令关闭功率放大器及报警，从而保护设备免受损坏，节约成本。本发明结构简单，可靠性高，可以稳定运用在各种无线通信用用上。

附图说明

图1为本发明MIMO天线系统的一实施方式的模块示意图。

图2为图1中MIMO天线系统中检测报警模块的一实施方式的方块图。

图3为图2中检测报警模块的内部电路图。

图4-图7为图2中检测报警模块中检测模块的一实施方式的效果仿真图。

图8为图2中检测报警模块中第一二极管输入电压及输入能量关系图。

图9为本发明MIMO天线系统的检测天线状态方法一实施方式的流程图。

主要元件符号说明

MIMO天线系统 10

控制模块 110

功率放大器 120

低噪声放大器 130

控制开关 140

检测报警模块 150

检测模块 1501

比较模块 1502

开关模块 1503

天线连接器 1504

报警模块 1505

第一输入端 E1

第一输出端 E2

第二输出端 E3

第三输出端 E4

电容 C1-C6

第一传输线 T1

第二传输线 T2

电阻 R1-R7

第一电感 L1

第一二极管 D1

第一比较器 U1

第一开关 Q1

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明作进一步的详细描述。

请参阅图1，图1为本发明一实施方式所述的MIMO天线系统的方塊圖。

在本实施方式中，控制模块110用于向天线发送射频信号、接受来自天线的射频信号并对整个MIMO天线系统进行控制。控制模块110可以是中央处理单元、射频收发器及其他电路组成的控制电路。控制模块110将射频信号及控制信号发送到功率放大器120，功率放大器120是指在给定失真率条件下，可以产生最大功率输出以驱动负载的放大器。功率放大器120分别电连接于控制模块110以及控制开关140，控制开关140还与低噪声放大器130及检测报警模块150电连接。控制开关140根据相关控制信号控制检测报警模块150与功率放大器120及低噪声放大器130的电连接，当控制模块110发送射频信号到天线时，控制开关140使功率放大器120与检测报警模块150电连接，当控制模块110接受射频信号时，控制开关140切换使低噪声放大器130与检测报警模块150电连接，在本实施方式中，控制开关140可以是单刀双掷开关，但是在其他实施方式中，控制开关140也可以是其他类型的开关，比如，可以为由晶体管组成的开关电路。检测报警模块150还与功率放大器120使能端及控制模块110电连接，并且还与天线电连接。

MIMO天线系统10包括天线160，如图1所示，在本实施方式中，MIMO天线系统10包括多根天线，此处以两根为例进行说明，当然，不管采用多少天线，每一天线与控制模块之间的模块组成大致相同，比如控制模块110还包括功率放大器121，低噪声放大器131，控制开关141，检测报警模块151及天线161。避免赘述，在此以图1示出二天线结构图为例进行说明，应该明白的是，在其他实施方式中，MIMO天线系统10可以为其他任意数目的天线，本发明并不以此为限。

请一并参阅图2及图3，图2为图1中MIMO天线系统10中检测报警模块150的一实施方式的方块图，图3为检测报警模块150一实施方式的内部电路图。

如图2所示，在本实施方式中，检测模块150包括第一输入端E1，第一输出端E2，第二输出端E3，第三输出端E4。

如图3所示，在本实施方式中，检测报警模块150包括第一输入端E1，与控制开关140连接，接受来自控制模块110的射频信号；检测模块1501，耦接于天线连接器1504，天线连接器1504用于连接天线，检测模块1501包括第一传输线T1及第二传输线T2，第一传输线T1及第二传输线T2并行设置，用于检测天线的连接状态，并通过第一传输线T1及第二传输线T2的耦合作用发出状态信息。第二传输线T2的长度可配置为天线中心频率对应波长的十六分之一，本实施方式中，第二传输线T2可配置为170mil，第一传输线T1的长度不作限制，只要大于或等于第二传输线T2的长度就可，在本实施方式中，第一传输线T1的长度设置为与第二传输线T2相等，同时第一传输线T1与第二传输线之间的距离设置为4mil，当然二者之间的距离可以根据实际情况进行调节，本案仅仅给出一实施例，并不以此为限。第一传输线T1靠近第一输入端E1的一端通过电容C1接地，第二传输线T2一端通过电阻R1接地，另一端通过第一电感L1、电阻R2接地，同时第一电感L1还与第一二极管D1电连接，第一二极管D1连接于比较模块1502，在本实施方式中，第一二极管D1可为肖特基二极管，在其他实施方式中，第一二极管D1也可以选择其他类型的二极管；比较模块1502接受检测模块1501所述状态信息，比较模块1502包括电阻R3，电容C2，二者与第一二极管D1连接并都接地，第一二极管D1输出电压信号到第一比较器U1正极，与预设电压信号进行比较，所述预设电压为由电阻R4、电容C3及电阻R5组成的分压电路一分压，比较模块1502还包括电容C4。第一比较器输出端连接开关模块1503，开关模块1503根据第一比较器U1输出的电压信号决定其导通状态；开关模块1503包括第一开关Q1，在本实施方式中，第一开关可为P沟道金属氧化物半导体(P-channel Metal Oxide Semiconductor,简称PMOS)，在其他实施方式中，第一开关Q1也可以是其他类型的开关，比如三极管等。开关模块1503还包括电阻R7，电容C6，电阻R6及电容C5；第一输出端E2及第二输出端E3，二者分别输出第一控制信号、第二控制信号以控制功率放大器120的工作状态及控制模块110的工作状态。在本实施方式中，检测报警模块150还包括与第一输出端E2连接的报警模块1505，所述报警模块1505可为LED灯，以指示天线的状态，供用户查看，也可以是数码管、扬声器及其他可供用户方便查看的设备。应该明白，本实施方式中所述的天线连接器1504除了可以包括在检测报警模块150中以外，也可以独立存在，比如，天线连接器1504还可以存在于检测报警模块150与天线之间，通过第三输出端E4与检测报警模块150电连接，同时，前述的报警模块1505既可以包括在检测报警模块150之内，也可以独立存在，比如，报警模块1505可以与控制模块110电连接，这样控制模块110可以根据第一控制信号及第二控制信号控制报警模块1505状态，应该明白，因为MIMO天线系统10为多天线系统，报警模块1505中的LED也不止一个，天线连接器1504也是一样的道理。

请参阅图4，图4为检测模块1501未检测到天线连接时的端口S参数仿真图，此处设定第一传输线靠近第一输入端E1一端为第一端口，另一端为第二端口，设定第二传输线通过电阻R1接地一端为第三端口，其另一端为第四端口作为本实施方式的说明。如图4所示，第三端口及第四端口的S参数仿真曲线S31及S41基本重合，在频率靠近2.45Ghz处，第三端口与第四端口的入射损失同为-20dB。

请参阅图5，图5为第三端口及第四端口S参数相位图，从图5可以看出，在频率靠近2.45Ghz处，第三端口及第四端口的S参数S31及S41相差180°。

请参阅图6，图6为第一传输线T1第二端口连接负载之间的长度从天线中心频率对应波长的0-1λ变化的S参数仿真图。从图6可以看出，当第二端口与负载之间的传输线长度从0-1λ变化时，第三端口及第四端口的入射损失S31及S41曲线基本相同，且入射损失在-19.91～-24.89dB之间变化。

请参阅图7，图7为当检测模块1501连接到天线时第三端口及第四端口S参数仿真图。从图7可以看出，入射损失S31曲线和S41曲线存在幅度上存在差异，与图4所示情况不同，在频率靠近2.45Ghz处，入射损失S31及S41分别为-22.04及-36.35dB。

请参阅图8，图8为第一二极管D1输出端的电压与输入端输入的能量之间的关系图。从图8可以看出，第一二极管D1输出的电压随着输入的能量的增大而增大。

由以上可知，当天线开路时，检测模块1501检测到天线未连接，因为第一传输线T1无负载，检测模块1501的第一传输线T1的第一端口输入的射频信号在第二端口无输出，射频信号耦合到检测模块1501的第二传输线，第二传输线第三端口及第四端口获得的信号幅值相同，相位相差180°；第四端口输出信号经过第一电感L1滤波后输入第一二极管D1产生第一电压信号；而当天线正常扣合正常连接时，检测模块1501检测到天线连接，此时，检测模块1501的第一端口输入的射频信号在第二端口有输出，因此，射频信号耦合到第三端口及第四端口后就会较天线开路时有损失，第四端口输出耦合信号经过第一电感L1滤波后输入第一二极管D1产生第二电压信号。参阅图3、图6及图7及以上分析可知，第一电压信号将高于第二电压信号。第一电压信号通过比较模块1502与预设电压信号进行比较，输出低电压信号，低电压信号控制开关模块1503导通，输出控制信号到控制模块110及功率放大器120，系统正常工作；第二电压信号与预设电压信号进行比较，输出高电平信号，高电平信号输入所述开关模块，开关模块不导通并输出控制信号到控制模块110进行报警，并且将功率放大器120停止工作。应该明白，此处所说的控制信号不应仅仅理解成一个，如图2所示，第一输出端E2及第二输出端E3都可以输出控制信号，也应该明白，二者输出的控制信号可分别用于以上的控制功能及用于其他方面，此处不作限制，同时以上天线频率以2.45Ghz进行说明，在其他实施方式中，因为天线的具体运用不同，可以采用不同的频率。

请参阅图8，图8为本发明提供的一种天线连接状态的检测方法。如图8所示，天线连接状态的检测方法步骤为：

系统开机后，检测报警模块检测天线是否连接(S101，S102)；

若检测到天线开路，则检测报警模块150发送第一控制信号到功率放大器120使能端，功率放大器120停止工作(S103)；

所述检测报警模块150同时发送第二控制信号到控制模块110，所述控制模块110根据所述第二控制信号控制报警模块1505进行报警，并停止发送射频信号(S103)；

若所述检测报警模块150检测到天线正常连接，则所述检测报警模块150发送所述第一控制信号到功率放大器120使能端，所述功率放大器120正常工作(S104)；

所述检测报警模块150同时发送第二控制信号到控制模块110，所述控制模块110根据所述第二控制信号控制系统正常工作；以及所述检测报警模块150实时检测MIMO天线系统10状态(S105)。

本发明实施方式的MIMO天线系统，采用MIMO天线技术以增大系统信道容量和传输效率，还设计有检测天线连接状态及报警的装置，可以在检测到天线未扣合连接时发出控制指令失能功率放大器及报警，从而保护设备免受损坏，节约成本。本发明结构简单，可靠性高，可以稳定运用在各种无线通信用用上。

在此说明书中，本发明已经结合特定的实施例做了描述，然而很显然仍然可以作出各种修改以及变换而不背离本发明的精神和范围。因此，本发明的说明书及附图应该被认为时说明性的而非限制性的。

Claims (16)

1.一种检测报警模块，其特征在于，所述检测报警模块包括:

检测模块，耦接于一天线连接器，所述天线连接器用于连接天线，所述检测模块包括第一传输线及第二传输线，所述第一传输线及第二传输线并行设置，用于检测所述天线的连接状态，并通过所述第一传输线及第二传输线的耦合作用发出状态信息；

比较模块，耦接于所述检测模块，用于接收所述状态信息，并将所述状态信息与预设电平信号进行比较，并输出比较信号；以及

开关模块，耦接于所述比较模块，用于接收所述比较信号，并根据所述比较信号控制开关模块的通断状态。

2.如权利要求1所述的检测报警模块，其特征在于，所述第一传输线具有第一端口以及第二端口，所述第二传输线具有第三端口以及第四端口，所述第一端口通过第一电容接地，所述第二端口电耦接于所述天线连接器，所述第三端口通过第一电阻接地，所述第四端口通过第一电感及第二电阻接地。

3.如权利要求1所述的检测报警模块，其特征在于，所述第二传输线具有第一长度，所述第一长度为所述天线的中心频率对应波长的十六分之一，所述第一传输线的长度至少为所述第一长度，二者间距为4mil。

4.如权利要求1所述的检测报警模块，其特征在于，所述检测模块还包括二极管，所述第一电感耦接于所述二极管的正极，所述二极管的负极耦接于比较器。

5.如权利要求4所述的检测报警模块，其特征在于，所述二极管为肖特基二极管。

6.如权利要求1所述的检测报警模块，其特征在于，所述开关模块包括一开关。

7.如权利要求1所述的检测报警模块，其特征在于，所述检测报警模块还包括报警模块，根据所述通断状态进行报警。

8.如权利要求7所述的报警模块，其特征在于，所述报警模块耦接于所述开关模块，所述报警模块包括至少一个LED灯。

9.一种MIMO天线系统，其特征在于，所述MIMO天线系统包括：

控制模块；

至少一个功率放大器，耦接于所述控制模块；

至少一个低噪声放大器，耦接于所述控制模块；

至少一个控制开关，分别耦接于所述控制模块及所述低噪声放大器；

至少一个如权利要求1所述的检测报警模块，分别耦接于所述控制开关、所述控制模块及所述功率放大器；以及

至少一个天线，耦接于所述检测报警模块。

10.如权利要求9所述的MIMO天线系统，其特征在于，所述控制开关为单刀双掷开关。

11.如权利要求9所述的MIMO天线系统，其特征在于，所述第一传输线第一端口通过第一电容接地，所述第一传输线第二端口电耦接于所述天线连接器，所述第二传输线第三端口通过第一电阻接地，所述第二传输线第四端口通过第一电感及第二电阻接地。

12.如权利要求9所述的MIMO天线系统，其特征在于，所述第二传输线长度为所述天线的中心频率对应波长的十六分之一，所述第一传输线的长度至少为第二传输线的长度，二者间距为4mil。

13.如权利要求9所述的MIMO天线系统，其特征在于，所述检测模块还包括一二极管，所述第一电感耦接于所述二极管正极，所述二极管负极耦接于比较器，所述二极管为肖特基二极管。

14.如权利要求9所述的MIMO天线系统，其特征在于，所述开关模块包括一开关，所述开关为场效应管。

15.如权利要求9所述的MIMO天线系统，其特征在于，所述MIMO天线系统还包括报警模块，根据所述通断状态进行报警，所述报警模块耦接于所述控制模块，所述报警模块包括至少一个LED灯。

16.一种检测天线状态的方法，其特征在于，所述检测天线的方法包括：

系统开机后，检测报警模块检测天线是否连接；

若检测到所述天线开路，则所述检测报警模块发送第一控制信号到功率放大器使能端，所述功率放大器停止工作；

所述检测报警模块同时发送第二控制信号到控制模块，所述控制模块根据所述第二控制信号控制报警模块进行报警，并停止发送射频信号；

若所述检测报警模块检测到所述天线正常连接，则所述检测报警模块发送所述第一控制信号到所述功率放大器使能端，所述功率放大器正常工作；

所述检测报警模块同时发送所述第二控制信号到所述控制模块，所述控制模块根据所述第二控制信号控制系统正常工作；以及

所述检测报警模块实时检测MIMO天线系统状态。