CN109756243B - 天线检测装置及天线检测方法 - Google Patents

Abstract

一种天线检测装置，包括信号转换模块，信号转换模块中设有开关，信号转换模块用于根据系统输入信号的变化，控制开关的转换；天线模块用于与所述信号转换模块连接；信号输入模块用于与所述信号转换模块连接且所述信号输入模块与所述天线模块串联；滤波器模块用于与所述信号转换模块连接且所述滤波器模块与所述天线模块并联；其中，当系统的输入信号为T0时，所述信号输入模块的信号直接通过所述天线模块后输出；当系统的输入信号为T1时，所述信号转换模块控制开关的转换，使得所述信号输入模块的信号通过所述滤波器模块后输出。还提供一种使用上述天线检测装置的天线检测方法。

Description

天线检测装置及天线检测方法

技术领域

本发明涉及一种天线检测装置及天线检测方法。

背景技术

在通信电路设计时,天线的工作状态直接决定了整个系统的工作是否正常。因此对天线的自动检测是通信系统设计一个重要的环节。

对于天线的检测方式最常见的是使用耦合器进行检测。通过检测耦合器的正向端功率与反向端功率得到天线端口的驻波比，以此判断天线端口的的失配情况。

第一种方法为利用耦合器检测天线状态：如图9，功率P从端口P1输入，从端口P2输出，P3、P4分别是正向耦合端和反向功率耦合端，通过计算P3与P4的功率关系就得到端口的驻波比。

利用耦合器检测检测天线状态精度受限于耦合器的方向性，如果天线使用长的馈线，这时其检测精度会进一步降低。

第二种方法为利用电阻分压检测天线状态：通过在天线端构建电阻分压网络，当天线发生开路或者短路时，检测端的电压会出现不同的电压变换。以此来识别天线的状态。使用电阻分压来检测天线状态的方式中，天线是需要定制的，产品成本会增加；并且此种方式只能检测到开路和短路两种状态。

发明内容

鉴于以上问题，有必要提供一种天线检测装置及天线检测方法，通过使用滤波器模块检测天线状态的，使得对于天线状态的检测具有更高的灵敏度；同时使得该天线检测装置及天线检测方法能够非实时，主动检测天线的状态，从而解决成本低，精度低的问题。

一种天线检测装置，其包括：信号转换模块，所述信号转换模块中设有开关，所述信号转换模块用于根据系统输入信号的变化，控制开关的转换；天线模块，所述天线模块用于与所述信号转换模块连接；信号输入模块，所述信号输入模块用于与所述信号转换模块连接且所述信号输入模块与所述天线模块串联；滤波器模块，所述滤波器模块用于与所述信号转换模块连接且所述滤波器模块与所述天线模块并联；其中，当系统的输入信号为T0时，所述信号输入模块的信号直接通过所述天线模块后输出；当系统的输入信号为T1时，所述信号转换模块控制开关的转换，使得所述信号输入模块的信号通过所述滤波器模块后输出。

可选的，所述信号转换模块包括SKY13489-001芯片，所述SKY13489-001芯片包括一信号输入引脚用于与系统的输入信号连接，一电源引脚用于与所述信号输入模块连接，一第一天线引脚用于与所述天线模块连接，以及一第二天线引脚用于与所述滤波器模块连接。

可选的，所述滤波器模块包括一带通滤波器，所述带通滤波器的中心频率f0为2.4GHz。

可选的，所述信号输入模块设有一电源输入端、第一电容以及第一电感，所述第一电感的一端与所述电源引脚连接，另一端与所述第一电容的一端连接，所述第一电容的另一端与所述电源输入端连接。

可选的，所述滤波器模块还包括第二电感、第二电容以及二极管，所述第二电感的一端与所述第二天线引脚连接，另一端与所述带通滤波器的输入端连接，所述带通滤波器的输出端与所述第二电容的一端连接，所述第二电容的另一端接地，所述二极管的正极与所述带通滤波器的输出端连接，负极与所述天线模块连接。

可选的，所述天线模块包括第三电感、第三电容、第四电感、第四电容以及天线端，所述天线端与所述二极管的负极连接，所述第三电容的一端与所述第一天线引脚连接，另一端与所述第三电感的一端连接，所述第三电感的另一端与天线端连接，所述第四电感的一端与所述天线端连接，另一端与所述第四电容的一端连接，所述第四电容的另一端接地。

可选的，进一步包括一信号输出模块用于记录所述滤波器模块的输出功率，所述信号输出模块包括LTC5509F芯片，LTC5509F芯片的第六引脚与所述二极管的正极连接。

本发明还提供一种应用上述天线检测装置的天线检测方法，包括以下步骤：记录天线状态正常时，所述信号输出模块的初始功率Pa；所述信号转换模块接收系统的输入信号；判断系统的输入信号是否为检测信号T1，如果是，所述信号转换模块控制开关转换，使得所述信号转换模块的第二天线引脚与所述滤波器模块连通，使得所述信号输入模块的信号直接进入所述滤波器模块；检测所述信号输出模块的输出功率Pb；判断所述信号输出模块的输出功率Pb与所述信号输出模块的初始功率Pa是否相等，如果所述信号输出模块的输出功率Pb与所述信号输出模块的初始功率Pa相等，则发出天线状态正常的提示。

可选的，在所述判断系统的输入信号是否为检测信号T1之后还包括以下步骤：系统发射一系统频率大小为f0、功率大小固定为P的信号；其中系统频率大小等于所述带通滤波器的中心频率f0。

可选的，如果所述信号输出模块的输出功率Pb与所述信号输出模块的初始功率Pa不相等，则发出天线状态异常的提示。

在系统发射电路模块中并联一个微带带通滤波器模块，将滤波器的中心频率设计在系统的工作带宽内，滤波器模块直接与天线模块连接，以此使得滤波器的谐振频率会受到天线连接状态的影响，使得本发明的天线检测装置及天线检测方法通过利用天线对滤波器谐振频率的影响来实现天线状态的检测，使得该天线检测装置及天线检测方法能够非实时，主动检测天线的状态，从而解决成本低，精度低的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1本发明所提供的一较佳实施方式的天线检测装置的示意图。

图2为图1中天线检测装置的原理示意图。

图3为所提供的一较佳实施方式的天线检测装置的电路图。

图4为本发明所提供的一较佳实施方式的天线检测方法的流程框图。

图5为天线状态正常时，信号输出模块检测到的信号频率与功率的情况示意图。

图6为天线状态异常时，信号输出模块检测到的信号频率与功率的情况示意图。

图7为天线正常连接时的仿真结果图；

图8为天线异常连接时的仿真结果图。

图9为现有技术中一种利用耦合器检测天线状态的示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

现将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，而非旨在于限制本发明。

请参照图1、图2以及图3所示，天线检测装置包括：信号转换模块U1、信号输入模块U2、信号输出模块U3、天线模块U4以及滤波器模块U5。

所述信号转换模块U1包括转换开关单元。优选的转换开关单元为SKY13489-001芯片。转换开关单元包括6个引脚，其中包括一信号输入引脚V1用于与系统的输入信号连接，一电源引脚ANT用于与所述信号输入模块连接，一第一天线引脚RF1用于与所述天线模块连接，以及一第二天线引脚RF2用于与所述滤波器模块连接。其中还包括接地引脚GND与地连接，一电压引脚VDD与3V电源连接，3V电源用于给SKY13489-001芯片供电使得SKY13489-001芯片正常工作。

在其中一个实施例中，所述信号转换模块U1在电路中为一个信号切换开关。所述信号转换模块U1中设有开关，所述信号转换模块U1用于根据系统输入信号的变化，控制开关的转换。

所述信号输入模块U2用于与所述信号转换模块U1连接且所述信号输入模块U2与所述天线模块U4串联。所述信号输入模块U2设有一电源输入端POWER_IN、第一电容C4以及第一电感L1，所述第一电感L1的一端与所述电源引脚ANT连接，另一端与所述第一电容C4的一端连接，所述第一电容C4的另一端与所述电源输入端POWER_IN连接。

所述滤波器模块U5用于与所述信号转换模块U1连接且所述滤波器模块U5与所述天线模块U4并联。所述滤波器模块U5包括一带通滤波器，所述带通滤波器的中心频率f0为2.4GHz(在其它实施例中，所述带通滤波器的中心频率f0可以为其它数值，只要带通滤波器的中心频率f0在天线检测装置的工作带宽内即可)。

在其中一个实施例中，所述带通滤波器为一个2.4GHz的发夹型带通滤波器。

所述滤波器模块U5还包括第二电感L2、第二电容C3以及二极管，所述第二电感L2的一端与所述第二天线引脚RF2连接，另一端与所述带通滤波器的输入端连接，所述带通滤波器的输出端与所述第二电容C3的一端连接，所述第二电容C3的另一端接地，所述二极管的正极与所述带通滤波器的输出端连接，负极与所述天线模块U4连接。

所述天线模块U4用于与所述信号转换模块U1连接，所述天线模块U4包括第三电感L3、第三电容C1、第四电感L4、第四电容C2以及天线端，所述天线端与所述二极管的负极连接，所述第三电容C1的一端与所述第一天线引脚RF1连接，另一端与所述第三电感L3的一端连接，所述第三电感L3的另一端与天线端连接，所述第四电感L4的一端与所述天线端连接，另一端与所述第四电容C2的一端连接，所述第四电容C2的另一端接地。

在其中一个实施例中，进一步包括一信号输出模块U3用于检测所述滤波器模块U5的输出功率，所述信号输出模块U3包括电源信号输出单元。优选地，电源信号输出单元具体为LTC5509F型号的芯片，LTC5509F型号的芯片为功率转换芯片，用于将射频信号转换为电压信号。电源信号输出单元包括6个引脚，电源信号输出单元的第六引脚与所述二极管的正极连接，第一引脚与3V电源连接，第二引脚接地，第三引脚输出检测输出电压，第四引脚与3V电源连接，第五引脚接地。其中，当系统的输入信号为T0时，此时系统不用对天线工作状态进行检测，所述信号输入模块的信号直接通过所述天线模块后输出。

当系统的输入信号为T1时，此时系统对天线工作状态进行检测，所述信号转换模块U1控制开关的转换，使得所述信号输入模块U2的信号通过所述滤波器模块U5后输出。

在本发明的系统发射电路模块中并联一个微带带通滤波器模块，将滤波器的中心频率设计在系统的工作带宽内，滤波器模块直接与天线模块连接，以此使得滤波器的谐振频率会受到天线连接状态的影响，使得本发明的天线检测装置及天线检测方法通过利用天线对滤波器谐振频率的影响来实现天线状态的检测，使得该天线检测装置及天线检测方法能够非实时，主动检测天线的状态，从而解决成本低，精度低的问题。

请参照图1至图4所示，天线检测方法，包括以下步骤：

S0、记录天线状态正常时，所述信号输出模块U3的初始功率Pa；

S1、所述信号转换模块U1接收系统的输入信号；

S2、判断接收到系统的输入信号是否为检测信号T1，如果是，流程转至步骤S3，具体的，所述信号转换模块U1判断接收到系统的输入信号是否为检测信号T1；如果否，返回步骤S1。

S3、所述信号转换模块U1控制开关转换，使得所述信号转换模块U1的第二天线引脚与所述滤波器模块U5连通，以使得所述信号输入模块U2的信号直接进入所述滤波器模块U5；

S4、检测所述滤波器模块U5的输出功率Pb；具体的，所述天线检测装置设有一功率检查模块U6用于检测检测所述滤波器模块U5的输出功率Pb。

S5、判断所述信号输出模块的输出功率Pb与所述信号输出模块的初始功率Pa是否相等，如果所述信号输出模块的输出功率Pb与所述信号输出模块的初始功率Pa相等，则流程转至步骤S6：发出天线状态正常的提示。如果所述输出功率Pb与所述初始功率Pa不相，流程转至S7，发出天线状态异常的提示。具体的，所述天线检测装置还设有一判断模块U7以及提示模块U8，所述判断模块U7用于判断所述输出功率Pb与所述初始功率Pa是否相等；如果所述输出功率Pb与所述初始功率Pa相等，所述提示模块U8则发出天线状态正常的提示。如果所述输出功率Pb与初始功率Pa不相等，则所述提示模块U8发出天线状态异常的提示；具体的，本实施例中，当所述输出功率Pb大于所述初始功率Pa时，所述提示模块U8发出天线状态异常的提示。

进一步，在所述判断系统的输入信号是否为检测信号T1之后还包括以下步骤：系统发射一系统频率大小为f0、功率大小固定为P的信号；其中系统频率大小等于所述带通滤波器的中心频率f0。

请参照图1、图2以及图3所示，其中图3为微带通滤波器检测天线实际电路应用，滤波器FILTER使用仿真的2.4GHz的发夹型带通滤波器、U3为功率检测芯片。POWER_IN为功率输入网络，POWER_DET为检测输出电压。

本发明检测具体过程如下：

所述带滤波器的通带中心频率设计为f0，系统正常工作时，发射电路信号P_in通过S1路到天线。

当需要进行天线状态检测时，系统发射频率为f0、功率大小固定的P信号，P从S2进入带通滤波器。这时存在两种状态：

1.当天线状态正常时，如图5，因为天线及馈线是与滤波器直接连接，滤波器的谐振频率(即是所述带通滤波器的中心频率f0)由其本身的f0变为f1，即是：滤波器的输出频率f1与原先设计的所述带滤波器的通带中心频率f0不重叠，因此P的功率被衰减，此时所述信号输出模块检测到通过滤波器的功率Power detected为Pa，信号输出模块输出功率Pa同时也为初始功率Pa；

2.当天线状态异常时，如图6，频率为f0、功率大小固定的P信号完全或部分通过带通滤波器，所述输出频率f1等于所述带通滤波器的中心频率f0，信号输出模块检测Powerdetected检测到的功率为Pb，信号输出模块输出功率Pb。

3.当系统的输入信号为T0时，T0设为低电平信号T0＝0，SKY13489-001芯片V1引脚接收信号后，所述信号输入模块的信号直接通过所述天线模块后输出，此时系统正常工作，没有对天线的状态进行检测。当系统的输入信号为T1时，T1设为高电平信号T1＝1，SKY13489-001芯片V1引脚接收信号后，所述信号输入模块的信号通过所述滤波器模块后输出，如果天线工作状态正常，所述第二电容C3没有接地，则二极管导通，二极管的正极为高电平，负极为低电平，此时LTC5509F芯片的第六引脚与所述二极管的正极连接，使得LTC5509F芯片的第六引脚为高电平，LTC5509F芯片将射频信号转换为电压信号，使得所述信号输出模块检测到通过滤波器的功率Power detected为Pa，Pa为低电平；如果天线工作状态异常，所述第二电容C3接地，则二极管没有导通，二极管的正极为低电平，此时LTC5509F芯片的第六引脚与所述二极管的正极连接，使得LTC5509F芯片的第六引脚为低电平，LTC5509F芯片将射频信号转换为电压信号，使得所述信号输出模块检测到通过滤波器的功率Power detected为Pb，Pb为高电平，综上所述当输出模块检测到通过滤波器的功率Power detected为Pb，Pb大于初始功率Pa，即Pb与Pa不相等时，则系统发出天线异常的提示。

在本发明的系统发射电路模块中并联一个微带带通滤波器模块，将滤波器的中心频率设计在系统的工作带宽内，滤波器模块直接与天线模块连接，以此使得滤波器的谐振频率会受到天线连接状态的影响，使得本发明的天线检测装置及天线检测方法通过利用天线对滤波器谐振频率的影响来实现天线状态的检测，使得该天线检测装置及天线检测方法能够非实时，主动检测天线的状态，从而解决成本低，精度低的问题。

本发明通过仿真实验进行验证，过程如下：

设计一个2.4GHz的发夹型带通滤波器，将天线及馈线等效为一段特征阻抗为50欧姆的微带天线。仿真验证TL4对滤波器谐振频率的影响，以此判断方案设计是否可行；仿真结果如下图：图7为天线正常连接时的仿真结果，图8为天线断开时仿真结果。

通过上面仿真结果可以看到，天线正常连接滤波器时滤波器的谐振频率为2.05GHz。当天线断开时滤波器的谐振点恢复到2.4GHz。

当改变微带天线的参数时，滤波器的谐振也会随之变化，目的是模拟天线出现非全反射时的状态。

以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照以上实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种天线检测装置，其特征在于，包括：

信号转换模块，所述信号转换模块中设有开关，所述信号转换模块用于根据系统输入信号的变化，控制开关的转换；

天线模块，所述天线模块用于与所述信号转换模块连接；

信号输入模块，所述信号输入模块用于与所述信号转换模块连接且所述信号输入模块与所述天线模块串联；

滤波器模块，所述滤波器模块用于与所述信号转换模块连接且所述滤波器模块与所述天线模块并联；

其中，当系统的输入信号为T0时，所述信号输入模块的信号直接通过所述天线模块后输出；

当系统的输入信号为T1时，所述信号转换模块控制开关的转换，使得所述信号输入模块的信号通过所述滤波器模块后输出。

2.如权利要求1所述的天线检测装置，其特征在于，所述信号转换模块包括SKY13489-001芯片，所述SKY13489-001芯片包括一信号输入引脚用于与系统的输入信号连接，一电源引脚用于与所述信号输入模块连接，一第一天线引脚用于与所述天线模块连接，以及一第二天线引脚用于与所述滤波器模块连接。

3.如权利要求2所述的天线检测装置，其特征在于：所述滤波器模块包括一带通滤波器，所述带通滤波器的中心频率f0为2.4GHz。

4.如权利要求2所述的天线检测装置，其特征在于：所述信号输入模块设有一电源输入端、第一电容以及第一电感，所述第一电感的一端与所述电源引脚连接，另一端与所述第一电容的一端连接，所述第一电容的另一端与所述电源输入端连接。

5.如权利要求3所述的天线检测装置，其特征在于：所述滤波器模块还包括第二电感、第二电容以及二极管，所述第二电感的一端与所述第二天线引脚连接，另一端与所述带通滤波器的输入端连接，所述带通滤波器的输出端与所述第二电容的一端连接，所述第二电容的另一端接地，所述二极管的正极与所述带通滤波器的输出端连接，负极与所述天线模块连接。

6.如权利要求5所述的天线检测装置，其特征在于：所述天线模块包括第三电感、第三电容、第四电感、第四电容以及天线端，所述天线端与所述二极管的负极连接，所述第三电容的一端与所述第一天线引脚连接，另一端与所述第三电感的一端连接，所述第三电感的另一端与天线端连接，所述第四电感的一端与所述天线端连接，另一端与所述第四电容的一端连接，所述第四电容的另一端接地。

7.如权利要求5所述的天线检测装置，其特征在于：进一步包括一信号输出模块用于记录所述滤波器模块的输出功率，所述信号输出模块包括LTC5509F芯片，LTC5509F芯片的第六引脚与所述二极管的正极连接。

8.一种应用权利要求1～7任意一项所述天线检测装置的天线检测方法，包括以下步骤：

记录天线状态正常时，所述信号输出模块的初始功率Pa；

所述信号转换模块接收系统的输入信号；

判断系统的输入信号是否为检测信号T1，如果是，所述信号转换模块控制开关转换，使得所述信号转换模块的第二天线引脚与所述滤波器模块连通，使得所述信号输入模块的信号直接进入所述滤波器模块；

检测所述信号输出模块的输出功率Pb；

判断所述信号输出模块的输出功率Pb与所述信号输出模块的初始功率Pa是否相等，如果所述信号输出模块的输出功率Pb与所述信号输出模块的初始功率Pa相等，则发出天线状态正常的提示。

9.如权利要求8所述的天线检测方法，其特征在于：在所述判断系统的输入信号是否为检测信号T1之后还包括以下步骤：

系统发射一系统频率大小为f0、功率大小固定为P的信号；

其中系统频率大小等于所述带通滤波器的中心频率f0。

10.如权利要求8所述的天线检测方法，其特征在于：如果所述信号输出模块的输出功率Pb与所述信号输出模块的初始功率Pa不相等，则发出天线状态异常的提示。

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