CN109150203B

CN109150203B - 一种天线切换电路及天线系统

Info

Publication number: CN109150203B
Application number: CN201810772371.XA
Authority: CN
Inventors: 刘正保
Original assignee: Hefei Yirui Communication Technology Co Ltd
Current assignee: Hefei Yirui Communication Technology Co Ltd
Priority date: 2018-07-13
Filing date: 2018-07-13
Publication date: 2020-10-30
Anticipated expiration: 2038-07-13
Also published as: CN109150203A

Abstract

本发明实施例涉及通讯技术领域，公开了一种天线切换电路及天线系统。天线切换电路，包括：开关模块、射频模块、检测电路、第一天线和第二天线；开关模块与射频模块的射频信号端连接；开关模块的第一射频端与第一天线电连接，开关模块的第二射频端与第二天线电连接；开关模块的控制端与检测电路的控制端电连接，检测电路的检测端与第一天线连接；若确定第一天线处于正常工作状态，检测电路的控制端输出第一电平信号，射频接入端与第一射频端连接导通；若确定所述第一天线处于短路状态或开路状态，所述检测电路的控制端输出第二电平信号，射频接入端与第二射频端连接导通。本发明中，使得在天线工作过程中能够及时发现主天线的状态，切换天线。

Description

一种天线切换电路及天线系统

技术领域

本发明实施例涉及通讯技术领域，特别涉及一种天线切换电路及天线系统。

背景技术

随着科技的发展，通讯技术得到了飞速的进步，在无线通讯领域，天线已经成为必不可少的部分，天线既是电子元件，同时又是一个结构部件。在长时间工作下，如何保持天线性能良好，不因天线异常导致通信中断非常重要，尤其在一些需要实时传输数据的应用中。例如智能驾驶汽车上的定位天线，对于车辆的位置定位和数据的实时传输就非常重要，如果定位天线异常，则会导致定位不准，通过定位天线实时传输数据时也会导致数据中断，从而影响车辆的高精度定位及自动驾驶的实现。为了避免数据传输中断，现有的天线大多能实现天线切换，从而保证数据传输。

发明人发现现有技术中至少存在如下问题：现有的天线切换方式中，一般是采用微控制单元(Microcontroller Unit；MCU)控制天线的切换，但MCU主要是在无法获取信号时发出控制命令进行天线切换，MCU虽然实现了天线的切换，并不能获取当前天线的状态；另外，从天线通讯异常到MCU发出控制命令切换天线，这中间的时间较长，不能实现即时响应的目的，影响用户体验。

发明内容

本发明实施方式的目的在于提供一种天线切换电路及天线系统，使得在天线工作过程中能够及时发现主天线的状态，切换天线。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种天线切换电路，包括：开关模块、射频模块、检测电路、第一天线和第二天线；

开关模块的射频接入端与射频模块的射频信号端连接；开关模块的控制端与检测电路连接；开关模块的第一射频端与第一天线电连接，开关模块的第二射频端与第二天线电连接；开关模块的控制端与检测电路的控制端电连接，检测电路的检测端与第一天线连接；

若检测电路的检测端确定第一天线处于正常工作状态，检测电路的控制端输出第一电平信号，开关模块在第一电平信号的控制下控制射频接入端与第一射频端连接导通；

若检测电路的检测端确定第一天线处于短路状态或开路状态，检测电路的控制端输出第二电平信号，开关模块在第二电平信号的控制下控制射频接入端与第二射频端连接导通。

本发明的实施方式还提供了一种天线系统，包括上述的天线切换电路。

本发明实施方式相对于现有技术而言，开关模块通过检测电路确定第一天线的工作状态，并在确定第一天线处于异常状态时进行天线的切换，不需要设置微控制单元，节省了生产成本，检测电路实时将第一天线的工作状态反馈给开关模块，避免出现第一天线工作状态异常影响通信的问题，使得开关模块能够根据检测电路反馈的检测结果及时进行天线的切换，保证通讯的数据传输的连续性，开关电路仅根据检测电路的检测结果控制天线的切换，不受电路中其他器件的影响，提高了天线系统的可靠性。

另外，检测电路包括选通元件；若检测电路的检测端确定第一天线处于短路状态，选通元件处于截止状态；若检测电路的检测端确定第一天线处于开路状态，选通元件处于导通状态。

该实施方式中，检测电路的状态能够根据第一天线的状态而改变，提高了检测电路响应速度，进而也使得天线的数据传输更可靠。

另外，检测电路还包括第一单向导通元件、第二单向导通元件、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一储能元件和第二储能元件；

第一单向导通元件的第一端与电路电源连接，第一单向导通元件的第二端与第一电阻的第一端连接，其中，第一单向导通元件的导通方向为从第一单向导通原件的第一端到第一单向导通元件的第二端；

第一电阻的第二端与第二电阻的第一端、第一储能元件的第一端和第二单向导通元件的第二端连接，第二单向导通元件的第一端与第三电阻的第一端和选通元件的输出端连接；其中，第一储能元件的第二端为检测电路的检测端，第二单向导通元件的导通方向为从第二单向导通元件的第一端到第二单向导通元件的第二端；

第三电阻的第二端与开关模块的电源连接，第二电阻的第二端与选通元件的控制端连接，第二储能元件的第一端与选通元件的输出端连接，并作为检测电路的控制端；

第四电阻的第一端与第二电阻的第二端及选通元件的控制端连接，第四电阻的第二端接地。

该实施方式中，检测电路的结构简单，易于实现，且使得该天线切换电路易于集成有效缩小了天线切换电路所占的位置。

另外，第一天线和开关模块之间设置有第一匹配电路；第一匹配电路的第一端与开关模块的第一射频端连接，第一匹配电路的第二端与第一天线和检测电路的检测端电连接。

该实施方式中，在第一天线和开关模块之间设置匹配电路能够保证通过第一天线工作进行数据传输，提高数据传输的稳定性。

另外，第一匹配电路的第二端与第一天线和检测电路的检测端电连接，包括：第一匹配电路的第二端与第一天线和检测电路的检测端之间串联连接第一电容元件。

另外，选通元件包括三极管或绝缘栅型场效应管。

另外，第一单向导通元件包括二极管或三极管；第二单向导通元件包括二极管或三极管。

另外，第一匹配电路包括：第五电阻、第二电容元件和第三电容元件；第二电容元件的第一端与第五电阻的第一端连接，并作为第一匹配电路的第一端，第二电容元件的第二端接地，第五电阻的第二端与第三电容元件的第一端连接，并作为第一匹配电路的第二端，第二电容元件的第二端接地。

另外，开关模块的第二射频端与第二天线电连接，包括：开关模块与第二天线之间设置第六电阻和第四电容元件；第六电阻的第一端与开关模块的第二射频端连接；第六电阻的第二端与第四电容元件的第一端连接，第四电容元件的第二端与第二天线连接。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是本申请第一实施方式中天线切换电路的结构图；

图2是本申请第一实施方式中另一天线切换电路的结构图；

图3是本申请第二实施方式中天线切换电路的结构图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。

本发明的第一实施方式涉及一种天线切换电路。具体结构如图1所示。包括：开关模块10、射频模块20、检测电路30、第一天线40和第二天线50。

具体的，开关模块10的射频接入端(如图1中引脚RFIN所示)与射频模块20的射频信号端(如图1中引脚RF所示)连接，开关模块10的控制端(如图1中引脚CTRL所示)与检测电路30连接；开关模块10的第一射频端(如图1中引脚RF1所示)与第一天线40电连接，开关模块10的第二射频端(如图1中引脚RF2所示)与第二天线50电连接；开关模块10的控制端与检测电路30的控制端电连接，检测电路30的检测端与第一天线40连接。

具体地说，检测电路30的检测端与第一天线40连接，用于获取第一天线40的工作状态，并将第一天线40的工作状态通过输出端传输到开关模块10，开关模块10根据第一天线40的状态切换当前的工作天线。

其中，若检测电路30的检测端确定第一天线40处于正常工作状态，检测电路30的控制端输出第一电平信号，开关模块10在第一电平信号的控制下控制射频阶段与第一射频端连接导通。若检测电路30的检测端确定第一天线40处于短路状态或开路状态，检测电路30的控制端输出第二电平信号，开关模块10在第二电平信号的控制下控制射频接入端与第二射频端连接导通。

需要说明的是，第一电平为高电平则第二电平为低电平，或者，第一电平为高电平则第二电平为低电平，本实施方式中选择第一电平信号为高电平第二电平信号为低电平，高电平信号和低电平信号是相对量，例如，本实施方式中高电平的取值范围与开关模块10电源电压值相关，如开关模块10的电源为5V(伏特)，设置2.5V-5V为高电平取值范围，0-0.4V为低电平的取值范围。

具体地说，检测电路30包括选通元件、第一单向导通元件、第二单向导通元件、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一储能元件和第二储能元件。

其中，第一单向导通元件的第一端与电路电源连接，第一单向导通元件的第二端与第一电阻的第一端连接，其中，第一单向导通元件的导通方向为从第一单向导通原件的第一端到第一单向导通元件的第二端；第一电阻的第二端与第二电阻的第一端、第一储能元件的第一端和第二单向导通元件的第二端连接，第二单向导通元件的第一端与第三电阻的第一端和选通元件的输出端连接；其中，第一储能元件的第二端为检测电路30的检测端，第二单向导通元件的导通方向为从第二单向导通元件的第一端到第二单向导通元件的第二端；第三电阻的第二端与开关模块10的电源连接，第二电阻的第二端与选通元件的控制端连接，第二储能元件的第一端与选通元件的输出端连接，并作为检测电路30的控制端；第四电阻的第一端与第二电阻的第二端及选通元件的控制端连接，第四电阻的第二端接地。

需要说明的是，检测电路30能够检测出第一天线40异常的工作状态，包括对地短路状态和开路状态，实际上检测电路30能够根据电路中选通元件的状态确定第一天线40的具体异常状况，例如，检测电路30的检测端输出低电平信号，若选通元件处于截止状态，则检测电路30的检测端确定第一天线40处于短路状态；若选通元件处于导通状态，检测电路30的检测端确定第一天线40处于开路状态。

值得一提的是，该检测电路30还可以是逻辑电路，根据检测端获取的第一天线40的状况，经过检测电路30的运算输出不同的电平信号，此处仅是举例说明，并不用于限制本申请中的检测电路的类型。

具体地说，检测电路30中的选通元件可以为三极管或绝缘栅场效应管，此处以NPN型三极管Q1为选通元件，第一单向导通元件D1和第二单向导通元件D2为二极管，第一储能元件L1为电感，第二储能元件C1为电容为例，其具体结构如图2所示，检测电路30的具体检测过程，包括：

当检测电路30检测到第一天线40短路时，电路电源VCC经D1和R1之后产生压降，由于第一天线40短路，经过R1的电流直接进入第一天线40，不会经过R2，所以三极管Q1的基极电压值为0V(伏特)，Q1处于截止状态，由于第三电阻R3与开关模块10的电源连接，且R3一般会选择阻值较大的电阻，R3的分压较大，由于D2处于导通状态，另外，根据二极管的特性，经过二极管的电流越小，二极管两端的电压差越小，以R3的第二端作为检测电路30的控制端，由此，在D2处于导通状态的作用下检测电路30控制端输出一个低电平，开关电路获取到低电平信号之后，使控制射频接入端与第二射频端连接导通。

当检测电路30检测到第一天线40处于开路状态时，电路电源VCC经过D1、R1、R2和R4到达三极管的基极，且基极和发射机之间的电压值为正且达到三极管的触发电压，三极管处于导通状态，三极管的集电极为低电平输出，且集电极与R3的第二端连接作为检测电路30的控制端，则检测电路30输出低电平，开关电路获取到低电平信号之后，使控制射频接入端与第二射频端连接导通。

当第一天线40正常工作时，第一天线40的内阻表示为R_in，则R1、D1、L1与R_in构成分压电路，此时三极管Q1的基极电压表示为：Vb＝(VCC*R_in*R4)/(R_in+R1)*(R2+R4)，D1导通，电路电源经过D1和R1之后产生压降，由于第一天线40正常工作，则电路电源在经过R1之后还是高电平信号，D2处于截止状态，则开关模块10的电源经过R3之后不会经过D2分压，使得R3的第二端输出高电平信号，开关电路在获取到高电平信号之后，使控制射频接入端与第一射频接入端连接导通。

在一个具体实现中，设定R1＝R3＝R_in＝10KΩ，R2＝R4＝100KΩ，Q1三级管导通压降为0.7V，D1和D2的导通压降忽略，VCC＝VDD＝1.8V。当第一天线短路时，Q1基极为0V，Q1截止，D2导通，检测电路输出为0V，输出低电平信号；当第一天线开路时，R1，R2，R4构成串联电路，由于R1远小于R2，R4，忽略D1的压差，Q1基极电压Vb≈0.9V，三极管导通，检测电路输出为Q1的集电极与发射极的压差值即Vce，由于Vce压差很小，因此检测电路输出为低电平信号；当第一天线正常工作时，Q1的基极电压为0.45V，三极管截止，同时D2的两端无压差，D2截止，由于R3上拉到VDD，因此检测电路输出为高电平信号。

具体地说，第一储能原件设置为电感元件主要是为了避免传输到第一天线40的高频信号进入检测电路30，使检测电路30发生损坏。电感元件也可用其他的电路代替，能够阻隔交流高频信号即可。

值得一提的是，一般在天线系统中将第一天线40设置为主天线，第二天线50设置为从天线或备用天线，默认的是由主天线进行射频信号的传输，在检测电路30检测到主天线出现异常状况，则进行天线的切换。另外，由于检测电路30始终在检测第一天线40的工作状态，在第一天线40从工作异常状态变为工作正常状态时，则切换第一天线40进行工作。

具体地说，第一天线40和开关模块10之间设置有第一匹配电路，第一匹配电路的第一端与开关模块10的第一射频端连接，第一匹配电路的第二端与第一天线40和检测电路30的检测端电连接。射频模块20传输的高频信号通过第一匹配电路传输到第一天线40，并保证天线能够稳定工作在对应的频段。

具体地说，第一匹配电路的第二端与第一天线40和检测电路30的检测端电连接，具体为，检测电路30的检测端与第一匹配电路的第二端之间串联连接第一电容元件，该电容元件用于隔绝第一检测电路30的检测端口的直流电路通过第一匹配电路进入射频模块20，避免检测电路30中的直流信号影响射频模块20的工作。

具体地说，第二天线50与开关模块10之间也可以设置第二匹配电路，第二匹配电路的第一端与开关模块10的第二射频端连接，第二匹配电路的第二端与第二天线50电连接。其中，第二天线50为备用天线，第二匹配电路的作用与第一匹配电路的作用相同，此处不再赘述。

相对于现有技术而言，开关模块通过检测电路确定第一天线的工作状态，并在确定第一天线处于异常状态时进行天线的切换，不需要设置微控制单元，节省了生产成本，检测电路实时将第一天线的工作状态反馈给开关模块，避免出现第一天线工作状态异常影响通信的问题，使得开关模块能够根据检测电路反馈的检测结果及时进行天线的切换，保证通讯的数据传输的连续性，开关电路仅根据检测电路的检测结果控制天线的切换，不受电路中其他器件的影响，提高了天线系统的可靠性。

本发明的第二实施方式涉及一种天线切换电路。第二实施方式与第一实施方式大致相同，主要区别之处在于：在本发明第二实施方式中，说明了第一匹配电路的具体结构。

具体地说，第一匹配电路包括第五电阻R5、第二电容元件C2和第三电容元件C3；其结构如图3所示。

第二电容元件C2的第一端与第五电阻R5的第一端连接，并作为第一匹配电路的第一端，第二电容元件的第二端接地，第五电阻R5的第二端与第三电容元件的第一端连接，并作为第一匹配电路的第二端，第二电容元件的第二端接地。

需要说明的是，若第二天线50与开关模块10之间设置第二匹配电路，则第二匹配电路的结构与第一匹配电路的结构相同，此处不再赘述。

具体地说，开关模块10的第二射频端与第二天线50电连接，包括：开关模块10与第二天线50之间设置第六电阻R6和第四电容元件C4；第六电阻R6的第一端与开关模块10的第二射频端连接；第六电阻R6的第二端与第四电容元件的第一端连接，第四电容元件的第二端与第二天线50连接。

值得一提的是，本实施方式中所涉及到的各模块均为逻辑模块，在实际应用中，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现。此外，为了突出本发明的创新部分，本实施方式中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，但这并不表明本实施方式中不存在其它的单元。

本发明第三实施方式涉及一种天线系统，包括上述第一或第二实施方式中的天线切换电路。

不难发现，本实施方式为与第一或第二实施方式相对应的系统实施例，本实施方式可与第一或第二实施方式互相配合实施。第一或第二实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims

1.一种天线切换电路，其特征在于，包括：开关模块、射频模块、检测电路、第一天线和第二天线；

所述开关模块的射频接入端与所述射频模块的射频信号端连接；所述开关模块的控制端与所述检测电路的控制端连接；所述开关模块的第一射频端与第一天线电连接，所述开关模块的第二射频端与所述第二天线电连接；所述检测电路的检测端与所述第一天线连接；

若所述检测电路的检测端确定所述第一天线处于正常工作状态，所述检测电路的控制端输出第一电平信号，所述开关模块在所述第一电平信号的控制下控制所述射频接入端与所述第一射频端连接导通；

若所述检测电路的检测端确定所述第一天线处于短路状态或开路状态，所述检测电路的控制端输出第二电平信号，所述开关模块在所述第二电平信号的控制下控制所述射频接入端与所述第二射频端连接导通；

所述检测电路包括选通元件；

若所述检测电路的检测端确定所述第一天线处于短路状态，所述选通元件处于截止状态；

若所述检测电路的检测端确定所述第一天线处于开路状态，所述选通元件处于导通状态；

所述检测电路还包括第一单向导通元件、第二单向导通元件、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一储能元件和第二储能元件；

所述第一单向导通元件的第一端与电路电源连接，所述第一单向导通元件的第二端与第一电阻的第一端连接，其中，所述第一单向导通元件的导通方向为从所述第一单向导通元件的第一端到所述第一单向导通元件的第二端；

所述第一电阻的第二端与所述第二电阻的第一端、所述第一储能元件的第一端和所述第二单向导通元件的第二端连接，所述第二单向导通元件的第一端与所述第三电阻的第一端和所述选通元件的输出端连接；其中，所述第一储能元件的第二端为所述检测电路的检测端，所述第二单向导通元件的导通方向为从所述第二单向导通元件的第一端到所述第二单向导通元件的第二端；

所述第三电阻的第二端与所述开关模块的电源连接，所述第二电阻的第二端与所述选通元件的控制端连接，所述第二储能元件的第一端与所述选通元件的输出端连接，并作为所述检测电路的控制端；

所述第四电阻的第一端与所述第二电阻的第二端及所述选通元件的控制端连接，所述第四电阻的第二端接地；

所述选通元件的输入端接地，所述第二储能元件的第二端接地。

2.根据权利要求1所述的天线切换电路，其特征在于，所述第一天线和所述开关模块之间设置有第一匹配电路；

所述第一匹配电路的第一端与所述开关模块的第一射频端连接，所述第一匹配电路的第二端与所述第一天线和所述检测电路的检测端电连接。

3.根据权利要求2所述的天线切换电路，其特征在于，所述第一匹配电路的第二端与所述第一天线和所述检测电路的检测端电连接，包括：所述第一匹配电路的第二端与所述第一天线和所述检测电路的检测端之间串联连接第一电容元件。

4.根据权利要求1所述的天线切换电路，其特征在于，所述选通元件包括三极管或绝缘栅型场效应管。

5.根据权利要求1所述的天线切换电路，其特征在于，所述第一单向导通元件包括二极管或三极管；所述第二单向导通元件包括二极管或三极管。

6.根据权利要求2所述的天线切换电路，其特征在于，所述第一匹配电路包括：第五电阻、第二电容元件和第三电容元件；

所述第二电容元件的第一端与所述第五电阻的第一端连接，并作为所述第一匹配电路的第一端，所述第二电容元件的第二端接地，所述第五电阻的第二端与所述第三电容元件的第一端连接，并作为所述第一匹配电路的第二端，所述第二电容元件的第二端接地。

7.根据权利要求1所述的天线切换电路，其特征在于，所述开关模块的第二射频端与所述第二天线电连接，包括：

所述开关模块与所述第二天线之间设置第六电阻和第四电容元件；

其中，所述第六电阻的第一端与所述开关模块的第二射频端连接；所述第六电阻的第二端与所述第四电容元件的第一端连接，所述第四电容元件的第二端与所述第二天线连接。

8.一种天线系统，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述的天线切换电路。