CN113612496A - 一种自动射频匹配控制系统及基站系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种自动射频匹配控制系统及基站系统和方法，包括：功率检测切换单元、匹配电路、功率检测电路及控制器；基站、功率检测切换单元、匹配电路以及天线依次连接；功率检测电路连接功率检测切换单元；控制器分别连接功率检测电路与匹配电路。具体的，本方案中通过功率检测切换单元保证射频信号的收发，同时又可以检测出匹配端回损的射频功率；通过匹配电路中的可调电感、可调电容实现阻抗匹配；通过功率检测电路检测出匹配端回损的射频功率；再通过控制器根据检测到的匹配端回损的射频功率，控制自动匹配电路。通过调整得到最小的匹配端回损的射频功率。实现了基站与天线之间的阻抗匹配，解决了天线安装后不匹配的问题。

Description

一种自动射频匹配控制系统及基站系统和方法

技术领域

本发明涉及射频通信技术领域，尤其涉及一种自动射频匹配控制系统及基站系统和方法。

背景技术

天线是基站等无线通信装置能量辐射的重要单元。在一些室外应用的基站和无线通信系统中，为了方便部署增加覆盖通常使用外置天线。其中，射频信号的传输要求各个传输节点包括基站接口、射频线缆、天线等的阻抗均为50欧姆，如此射频信号传输无损耗。但是天线、传输线缆等在安装部署时，由于受到环境因素、安装结构因素、工艺因素等方面，导致实际与基站端的连接匹配不是50欧姆。当阻抗发生变化后，则出现阻抗不匹配，这将导致基站输出的射频信号被发射会基站。这不仅会造成基站功率单元损坏，同时也会导致实际输出功率降低，降低基站信号覆盖范围。

由此，目前需要有一种方案来解决现有技术中的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种自动射频匹配控制系统及基站系统和方法，通过功率检测切换单元、匹配电路、功率检测电路及控制器，实现了基站与天线之间的阻抗匹配，解决了天线安装后不匹配的问题。

具体的，本发明提出了以下具体的实施例：

本发明实施例提出了一种自动射频匹配控制系统，应用于基站与天线之间，该系统包括：功率检测切换单元、匹配电路、功率检测电路及控制器；

所述功率检测切换单元用于连接所述基站，所述功率检测切换单元连接所述匹配电路，所述匹配电路用于连接所述天线，以形成射频信号收发通道；

所述功率检测电路连接所述功率检测切换单元，以检测射频信号经过所述功率检测切换单元的功率损耗；

所述控制器分别连接所述功率检测电路与所述匹配电路，以基于所述功率损耗对所述匹配电路进行调整，实现阻抗匹配。

在一个具体的实施例中，所述功率检测切换单元包括：耦合器；其中，所述耦合器设置有四个接口；其中，第一接口与基站连接、第二接口与匹配电路连接、第三接口连接预设接地的电感、第四接口与功率检测电路连接。

在一个具体的实施例中，所述功率检测切换单元包括：第一射频开关、第二射频开关以及环形器；

所述第一射频开关的一端用于连接所述基站，所述第一射频开关的另一端与所述第二射频开关的一端形成有两条通路，其中一条通路上设置有所述环形器；

所述第二射频开关的另一端与所述匹配电路连接；

所述环形器连接所述功率检测电路。

在一个具体的实施例中，所述功率检测电路包括：Maxim MAX2206功率检测芯片。

在一个具体的实施例中，所述匹配电路包括：可调电感与可调电容；其中，所述可调电感串联在所述功率检测切换单元与所述天线之间；所述可调电容的一端与所述可调电感连接，所述可调电容的另一端接地；

所述可调电感与所述可调电容均与所述控制器连接。

在一个具体的实施例中，所述可调电容设置有两个，分别位于所述可调电感的两侧。

在一个具体的实施例中，所述可调电容为数字可调电容。

在一个具体的实施例中，所述可调电容为型号为PE64904的数字可调电容器。

在一个具体的实施例中，所述可调电感包括第三射频开关与多个电感单元；

所述第三射频开关连接所述控制器；所述第三射频开关的一端设置有第一触点，另一端设置有多个第二触点；

多个所述电感单元串联连接以构成电感组；

所述第一触点连接所述电感组一侧的端点，一所述第二触点连接所述电感组另一侧的端点，其余所述第二触点分别与所述电感组中相邻两所述电感单元之间的连接点连接，不同的所述第二触点连接的点不同，以通过所述第一触点与不同的所述第二触点之间的连通实现电感的调节。

在一个具体的实施例中，所述控制器中设置有模拟数字转换器；所述模拟数字转换器与所述功率检测电路连接。

本发明实施例还公开了一种基站系统，包括上述的自动射频匹配控制系统。

本发明实施例还公开了一种自动射频匹配控制方法，应用于上述的自动射频匹配控制系统，该方法包括：

在所述自动射频匹配控制系统中发射TX射频信号；

通过所述控制器获取回波数据，所述回波数据包括对应回波损耗的ADC值，以及与ADC值对应的电感值与电容值；

通过所述控制器对所述匹配电路中的电容与电感进行调节，并获取调整后得到的回波数据；

从多个所述回波数据中选取ADC值最小的回波数据，并将选取的回波数据中的电感值与电容值作为匹配结果；

停止发射TX射频信号；

通过所述控制器基于所述匹配结果对所述匹配电路进行配置；

开启基站。

以此，本发明实施例提出了一种自动射频匹配控制系统及基站系统和方法，应用于基站与天线之间，该系统包括：功率检测切换单元、匹配电路、功率检测电路及控制器；所述基站、所述功率检测切换单元、所述匹配电路以及所述天线依次连接，形成射频信号收发通道；所述功率检测电路连接所述功率检测切换单元，以检测射频信号经过所述功率检测切换单元的功率损耗；所述控制器分别连接所述功率检测电路与所述匹配电路，以基于所述功率损耗对所述匹配电路进行调整，实现阻抗匹配。具体的，本方案中通过功率检测切换单元保证射频信号的收发，同时又可以检测出匹配端回损的射频功率；通过匹配电路中的可调电感、可调电容实现阻抗匹配；通过功率检测电路检测出匹配端回损的射频功率；再通过控制器根据检测到的匹配端回损的射频功率，控制自动匹配电路。通过调整得到最小的匹配端回损的射频功率。实现了基站与天线之间的阻抗匹配，解决了天线安装后不匹配的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对本发明保护范围的限定。在各个附图中，类似的构成部分采用类似的编号。

图1示出了本发明实施例中一种自动射频匹配控制系统的结构示意图；

图2示出了本发明实施例中一种自动射频匹配控制系统的一种具体结构示意图；

图3示出了本发明实施例中一种自动射频匹配控制系统的另一种具体结构示意图；

图4示出了本发明实施例中一种自动射频匹配控制系统中匹配电路的结构示意图；

图5示出了本发明实施例中一种自动射频匹配控制系统中可调电感的结构示意图；

图6示出了本发明实施例中一种自动射频匹配控制方法的流程示意图；

图7示出了本发明实施例中一种自动射频匹配控制方法的一种具体流程示意图；

图8示出了本发明实施例中一种自动射频匹配控制方法的另一种具体流程示意图。

图例说明：

100-功率检测切换单元；

110-耦合器；

121-第一射频开关；122-第二射频开关；123-环形器；

200-匹配电路；

210-可调电感；211-第三射频开关；212-电感单元；

220-可调电容；

300-功率检测电路；400-控制器；500-基站；600-天线。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，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。

通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。

实施例1

本发明实施例1公开了一种自动射频匹配控制系统，如图1所示，应用于基站500与天线600之间，该系统包括：功率检测切换单元100、匹配电路200、功率检测电路300及控制器400；

所述功率检测切换单元100用于连接所述基站500、所述功率检测切换单元100连接所述匹配电路200，所述匹配电路200用于连接形成射频信号收发通道；

所述功率检测电路300连接所述功率检测切换单元100，以检测射频信号经过所述功率检测切换单元100的功率损耗；

所述控制器400分别连接所述功率检测电路300与所述匹配电路200，以基于所述功率损耗对所述匹配电路200进行调整，实现阻抗匹配。具体的，例如可以利用预设的映射表调整阻抗，实现阻抗匹配。

本方案通过功率检测切换单元100保证射频信号的收发，同时又可以检测出匹配端回损的射频功率；通过匹配电路200中的可调电感210、可调电容220实现阻抗匹配；通过功率检测电路300检测出匹配端回损的射频功率；再通过控制器400根据检测到的匹配端回损的射频功率，控制自动匹配电路200。通过调整得到最小的匹配端回损的射频功率。实现了基站500与天线600之间的阻抗匹配，解决了天线600安装后不匹配的问题。

实施例2

如图2所示，本发明实施例2公开了一种自动射频匹配控制系统，在实施例的基础上，进一步限定了，所述功率检测切换单元100包括：耦合器110；其中，所述耦合器110设置有4口；其中，1口与基站500连接、2口与匹配电路200连接、3口连接预设接地的电感、4口与功率检测电路300连接。

如图2所示，功率检测切换单元100包括：耦合器110，由此，基于耦合器110的工作原理为：当基站500输出的TX/RX(收发信号)经过耦合器110到匹配电路200。经过耦合器110有插入损耗。耦合器110的耦合端接功率检测电路300。当天线600阻抗不匹配，则由天线600向耦合器110的第二接口方向产生回波损耗，该回损功率经过耦合器110后在耦合器110的第四接口上产生耦合功率。通过功率检测电路300检测该回损耦合功率值大小。

该实施例的优点为：方案简单，器件少，成本相对较低；通常适用于大功率系统。

实施例3

如图3所示，本发明实施例3公开了一种自动射频匹配控制系统，在实施例1的基础上还进一步限定了，所述功率检测切换单元100包括：第一射频开关121、第二射频开关122以及环形器123；

所述第一射频开关121的一端连接所述基站500，所述第一射频开关121的另一端与所述第二射频开关122的一端形成有两条通路，其中一条通路上设置有所述环形器123；

所述第二射频开关122的另一端与所述匹配电路200连接；

所述环形器123连接所述功率检测电路300。

如图3所示，在该方案中，以两个射频开关和一个环形器123实现。当基站500首次开机时，控制器400(例如可以为中央处理器CPU)切换第一射频开关121和第二射频开关122到环形器123通路。以该通路实现阻抗自动匹配。当匹配完成后，切换到非环形器123通路，实现正常射频收发。

其中，如图3所示，环形器123的工作原理为：当射频信号由端口1进入，则由端口2口输出；当射频信号由端口2进入，则由端口3输出；当信号由端口3进入，则由端口1输出。经过环形器123信号有插入损耗。损耗大小由环形器123特性决定。

由此，当天线600阻抗不匹配，则由天线600经第二射频开关122向环形器123的第二端口方向产生回波损耗，天线600回损功率经过第二射频开关后经过环形器123的第二端口环路到第三端口。经过功率检测电路300实现对回波损耗的检测。

本方案的优点：环形器123和射频开关的插入损耗很小，因此回波损耗的功率基本全部被功率检测电路300检测，因此检测到的实际功率较高。

实施例4

本发明实施例4公开了一种自动射频匹配控制系统，在实施例1-3的基础上，进一步限定了，所述功率检测电路300包括：Maxim MAX2206功率检测芯片。

具体的，功率检测电路300实现对回波损耗功率的检测。因此是一种对射频功率检测的器件。例如可以采用的Maxim MAX2206功率检测芯片。其测量回损射频信号强度，并将其转化为0-2.5V的电压；MAX2206的输出端连接到控制器400，此外，所述控制器400中设置有模拟数字转换器；所述模拟数字转换器与所述功率检测电路300连接。

具体的例如MAX2206的输出端可以连接到CPU(中央处理器)的ADC(模拟数字转换器)，以将0-2.5V的电压转化为数字值。

此外，如图4所示，所述匹配电路200包括：可调电感210与可调电容220；其中，所述可调电感210串联在所述功率检测切换单元100与所述天线600之间；所述可调电容220的一端与所述可调电感210连接，所述可调电容220的另一端接地；

所述可调电感210与所述可调电容220均与所述控制器400连接。

具体的，匹配电路200设计成π形电路，通常采用串联电感和对地并联电容方式，如图4所示。

进一步的，如图4所示，所述可调电容220设置有2个，分别位于所述可调电感210的两侧。

在一个具体的实施例中，所述可调电容220为数字可调电容220。

进一步的，所述可调电容220为型号为PE64904的数字可调电容220器。

具体的，要实现自动匹配，则要求参与匹配的电容和电感可以通过数字控制方式，由控制器400对其参数进行调整。由此，可以采用型号为PE64904的数字可调电容220，其是5位32状态的数字可调电容220器，通过3线串行SPI接口控制其电容值，其串联配置在电路中的电容值为0.7-4.6pF，并联在电路中的电容值为1.12-5.18pF。所有的解码和配置都集成在芯片内部，不需要额外的旁路和滤波元件，可以很好的应用于本方案。

此外，如图5所示，所述可调电感210包括第三射频开关211与多个电感单元212；

所述第三射频开关211连接所述控制器400；所述第三射频开关211的一端设置有第一触点，另一端设置有多个第二触点；

多个所述电感单元212串联连接，得到电感组；

所述第一触点连接所述电感组一侧的端点，一所述第二触点连接所述电感组另一侧的端点，其余所述第二触点分别与所述电感组中相邻两所述电感单元212之间的点连接，不同的所述第二触点连接的点不同，以通过所述第一触点与不同的所述第二触点之间的连通实现电感的调节。

具体的，可以采用射频开关与电感相互作用方式实现电感的数字可调。如图6所示；当控制第三射频开关211和2口导通，则无电感接入电路中。当控制射频开关实现1口和3口导通，则L6电感(也即电感单元212，其他的L1-L5Y也是电感单元212)接入电路参与匹配。当1口和4口导通，则L5和L6电感参与电路匹配。

实施例5

本发明实施例5还公开了一种基站系统，包括实施例1-4中所述的自动射频匹配控制系统。

实施例6

本发明实施例5还公开了一种自动射频匹配控制方法，应用于实施例1-4所述的自动射频匹配控制系统，如图6所示，该方法包括：

步骤S101、在所述自动射频匹配控制系统中发射射频信号；

具体的，在此的射频信号是模拟的基站的TX(transport，发送)射频信号。

步骤S102、通过所述控制器400获取回波数据，所述回波数据包括对应回波损耗的ADC值，以及与ADC值对应的电感值与电容值；

步骤S103、通过所述控制器400对所述匹配电路200中的电容与电感进行调节，并获取调整后得到的回波数据；

步骤S104、从多个所述回波数据中选取ADC值最小的回波数据，并将选取的回波数据中的电感值与电容值作为匹配结果；

步骤S105、停止发射射频信号；

步骤S106、通过所述控制器400基于所述匹配结果对所述匹配电路200进行配置；

步骤S107、开启基站。

具体的，在一具体的应用场景下，该方法包括以下步骤：

(1)启动，系统初始化

(2)CPU控制发射TX射频信号。

(3)CPU的ADC接口检测当前回波损耗功率值。

(4)CPU通过SPI、GPIO等数字接口，控制数字可调电容、可调电感，调整匹配值。

(5)每调整一次，读ADC接口检测值。

(6)遍历所有可以匹配方案，比较检测到的回波损耗值。取最小ADC值(回波损耗值)。

(7)以该最小值时的匹配方案作为最终匹配方案。记录到CPU中。

(8)完成匹配，系统正常运行。

此外，针对上述实施例2与实施例3的不同结构，其对应的方法也有所不同，例如实施例2的结构，其控制方法如图7所示，至于实施例3中的结构的控制方法则如图8所示。本方案能实现基站与天线的自动匹配，很好的解决了天线安装后不匹配问题，且低成本。

以此，本发明实施例提出了一种自动射频匹配控制系统及基站系统和方法，应用于基站500与天线600之间，该系统包括：功率检测切换单元100、匹配电路200、功率检测电路300及控制器400；功率检测切换单元100用于连接500、所述功率检测切换单元100连接所述匹配电路200，所述匹配电路200可以连接所述天线600，形成射频信号收发通道；所述功率检测电路300连接所述功率检测切换单元100，以检测射频信号经过所述功率检测切换单元100的功率损耗；所述控制器400分别连接所述功率检测电路300与所述匹配电路200，以基于所述功率损耗对所述匹配电路200进行调整，实现阻抗匹配。具体的，本方案中通过功率检测切换单元100保证射频信号的收发，同时又可以检测出匹配端回损的射频功率；通过匹配电路200中的可调电感210、可调电容220实现阻抗匹配；通过功率检测电路300检测出匹配端回损的射频功率；再通过控制器400根据检测到的匹配端回损的射频功率，控制自动匹配电路200。通过调整得到最小的匹配端回损的射频功率。实现了基站500与天线600之间的阻抗匹配，解决了天线600安装后不匹配的问题。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和结构图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。也应当注意，在作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，结构图和/或流程图中的每个方框、以及结构图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块或单元可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或更多个模块集成形成一个独立的部分。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自动射频匹配控制系统，其特征在于，应用于基站与天线之间，该系统包括：功率检测切换单元、匹配电路、功率检测电路及控制器；

所述功率检测切换单元用于连接所述基站，所述功率检测切换单元连接所述匹配电路，所述匹配电路用于连接所述天线，以形成射频信号收发通道；

所述功率检测电路连接所述功率检测切换单元，以检测射频信号经过所述功率检测切换单元的功率损耗；

所述控制器分别连接所述功率检测电路与所述匹配电路，以基于所述功率损耗对所述匹配电路进行调整，实现阻抗匹配。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述功率检测切换单元包括：耦合器；其中，所述耦合器设置有四个接口；其中，第一接口与基站连接、第二接口与匹配电路连接、第三接口连接预设接地的电感、第四接口与功率检测电路连接。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述功率检测切换单元包括：第一射频开关、第二射频开关以及环形器；

所述第一射频开关的一端用于连接所述基站，所述第一射频开关的另一端与所述第二射频开关的一端形成有两条通路，其中一条通路上设置有所述环形器；

所述第二射频开关的另一端与所述匹配电路连接；

所述环形器连接所述功率检测电路。

4.如权利要求1-3中任一项所述的系统，其特征在于，所述功率检测电路包括：MaximMAX2206功率检测芯片。

5.如权利要求1-3中任一项所述的系统，其特征在于，所述匹配电路包括：可调电感与可调电容；其中，所述可调电感串联在所述功率检测切换单元与所述天线之间；所述可调电容的一端与所述可调电感连接，所述可调电容的另一端接地；

所述可调电感与所述可调电容均与所述控制器连接。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述可调电容设置有两个，分别位于所述可调电感的两侧。

7.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述可调电感包括第三射频开关与多个电感单元；

所述第三射频开关连接所述控制器；所述第三射频开关的一端设置有第一触点，另一端设置有多个第二触点；

多个所述电感单元串联连接以构成电感组；

所述第一触点连接所述电感组一侧的端点，一所述第二触点连接所述电感组另一侧的端点，其余所述第二触点分别与所述电感组中相邻两所述电感单元之间的连接点接，不同的所述第二触点连接的点不同，以通过所述第一触点与不同的所述第二触点之间的连通实现电感的调节。

8.如权利要求1至3中任一项所述的系统，其特征在于，所述控制器中设置有模拟数字转换器；所述模拟数字转换器与所述功率检测电路连接。

9.一种基站系统，其特征在于，包括权利要求1-8中任一项所述的自动射频匹配控制系统。

10.一种自动射频匹配控制方法，其特征在于，应用于权利要求1-8中任一项所述的自动射频匹配控制系统，该方法包括：

在所述自动射频匹配控制系统中发射射频信号；

通过所述控制器获取回波数据，所述回波数据包括对应回波损耗的ADC值，以及与ADC值对应的电感值与电容值；

通过所述控制器对所述匹配电路中的电容与电感进行调节，并获取调整后得到的回波数据；

从多个所述回波数据中选取ADC值最小的回波数据，并将选取的回波数据中的电感值与电容值作为匹配结果；

停止发射射频信号；

通过所述控制器基于所述匹配结果对所述匹配电路进行配置；

开启基站。

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