CN216082956U - 天线在位检测单元和射频装置 - Google Patents

Abstract

本申请设计天线技术领域，提出了一种天线在位检测单元，以现有的基站缺乏天线在位检测电路，容易导致小型基站无法实现通信功能的技术问题。所述天线在位检测单元包括阻抗匹配电路、第一电容单元和天线在位检测电路；所述阻抗匹配电路的第一信号端连接至射频装置的射频信号端，所述阻抗匹配电路的第二信号端连接至所述第一电容单元的一端，所述第一电容单元的另一端连接至所述天线在位检测电路的信号输入端和射频连接器，所述天线在位检测电路的信号输出端用于连接至控制单元，所述射频连接器用于连接至天线。

Description

天线在位检测单元和射频装置

技术领域

本申请涉及天线技术领域，尤其涉及到一种天线在位检测单元和射频装置。

背景技术

天线是无线通信设备的重要组成部分，可实现信号的放大和空间辐射功能，无线通信设备工作时需接好天线，如果没有接天线，将无法实现通信功能，并且容易导致射频功放损坏。发明人研究发现，目前在第四代移动通信技术(4th Generation MobileCommunication Technology，4G)或第五代移动通信技术(5th Generation MobileCommunication Technology，5G)的大型基站上，由于大型基站使用环形器和隔离器等器件，没有接天线也不会造成功放损坏，但4G或5G 的小型基站上，为了控制成本和小型化特点，没有上述隔离器件，缺乏天线在位检测功能。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种天线在位检测单元和射频装置，以解决现有的基站缺乏天线在位检测电路，容易导致小型基站无法实现通信功能的技术问题。

一种天线在位检测单元，所述天线在位检测单元包括阻抗匹配电路、第一电容和天线在位检测电路；

所述阻抗匹配电路的第一信号端连接至射频装置的射频信号端，所述阻抗匹配电路的第二信号端连接至所述第一电容单元的一端，所述第一电容单元的另一端连接至所述天线在位检测电路的信号输入端和射频连接器，所述天线在位检测电路的信号输出端用于连接至控制单元，所述射频连接器用于连接至天线。

在一实施方式中，所述天线在位检测电路包括信号源端、开关管、开关管驱动电路和分压电路，其中，所述开关管驱动电路的第一端连接至所述信号源端和所述开关管的第一端，所述开关管驱动电路的第二端连接至所述开关管的控制端，所述开关管驱动电路的第三端作为所述天线在位检测电路的信号输入端，所述开关管的第二管连接至所述分压电路的输入端，所述分压电路的输出端作为所述天线在位检测电路的信号输出端。

在一实施方式中，所述开关管驱动电路包括第一电阻单元、第二电阻单元、第二电容单元、第三电容单元、第一电感单元，其中，所述第一电阻单元的一端、第二电阻单元的一端、第二电容单元的一端相连作为所述开关管驱动电路的第二端，所述第一电阻单元的另一端作为所述开关管驱动电路的第一端，所述第二电阻单元的另一端、所述第三电容单元的一端和所述第一电感单元的一端连接，所述第二电容单元的另一端和所述第三电容单元的另一端连接至地端，所述第一电感单元的另一端作为所述开关管驱动电路的第三端。

在一实施方式中，所述分压电路包括第三电阻单元和第四电阻单元，所述第三电阻单元的一端和第四电阻单元的一端相连且作为所述分压电路的输出端，所述第三电阻单元的另一端作为所述分压电路的输入端，所述第四电阻单元的另一端连接至地端。

在一实施方式中，所述开关管为P型绝缘栅场效应管，所述P型绝缘栅场效应管的栅极作为所述开关管的控制端，所述P型绝缘栅场效应管的源极作为所述开关管的第一端，所述P型绝缘栅场效应管的漏极作为所述开关管的第二端。

在一实施方式中，所述阻抗匹配电路包括第四电容单元、第五电容单元和第二电感单元，其中，所述第四电容单元的一端和第五电容单元的一端相连作为所述阻抗匹配电路的第一信号端，所述第四电容单元的另一端连接至地端，所述第五电容单元的另一端和第二电感单元的一端相连作为所述阻抗匹配电路的第二信号端，所述第二电感单元的另一端连接至所述地端。

一种射频装置，所述射频装置包括如前述任一项所述的天线在位检测单元。

在一实施方式中，所述射频装置为基站，所述基站包括4G基站或5G基站。

在一实施方式中，所述控制单元为所述射频装置内的处理器单元。

在本方案中，主要提供了一种天线在位检测单元，通过在基站等射频装置的射频电路中，利用阻抗匹配电路后端的接口位置连接的第一电容单元这一阻隔特性，将第一电容单元后端连接至天线的一端设置天线在位检测电路，这样，射频连接器在不接天线时，射频电路中，第一电容单元后端的射频线路对地电阻通常在几兆欧姆，当射频连接器接入天线时，射频线路对地电阻为零欧姆，利用这特性通过天线在位检测电路进行检测，天线在位检测电路将检测结果通过输出至控制单元，控制单元依据天线在位检测电路的检测结果便可判定天线是否在位，从而判定基站是否能正常发送信号，可以看出，上述方案利用原有射频电路的特点加入天线在位检测电路就行，成本较低，而且工作简单，不会增加基站等射频装置本身过多的复杂度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一种实施例提供的一种天线在位检测单元的示意图；

图2是本申请一种实施例提供的一种天线在位检测单元的另一结构示意图；

图3是本申请一种实施例提供的一种天线在位检测单元的另一结构示意图；

图4是本申请一种实施例提供的一种天线在位检测单元的另一结构示意图；

图5是本申请一种实施例提供的一种天线在位检测单元的另一结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

为了说明本申请的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

如图1，本申请实施例提供了一种天线在位检测单元，天线在位检测单元包括阻抗匹配电路、第一电容单元和天线在位检测电路。其中，阻抗匹配电路的第一信号端连接至射频装置的射频信号端，阻抗匹配电路的第二信号端连接至第一电容单元的一端，第一电容单元的另一端连接至天线在位检测电路的信号输入端和射频连接器(图1中未示出)，天线在位检测电路的信号输出端用于连接至控制单元，射频连接器用于连接至天线。

其中，该射频装置指的是基站等可用于通过所连接的天线发射/接收信号的终端设备，上述射频信号端也即是指射频装置的接收/发送端口(TX/RX端口)，用于通过天线从射频信号端发送射频信号或接收射频信号，该射频装置具体可以指的是4G、5G或者未来移动通信技术的基站，也可以是指其他的无线射频终端产品，本申请实施例不做限定。而且，在一些实施方式中，控制单元可以是射频装置内部的处理器单元。

例如，如图2所示，以射频装置为基站为例，基站的TX/RX端口连接至阻抗匹配电路的第一信号端，阻抗匹配电路的第二信号端连接至第一电容单元的一端，第一电容单元的另一端连接至天线在位检测电路的信号输入端和射频连接器，天线在位检测电路的信号输出端用于连接至控制单元，射频连接器用于连接至天线。在一些实施例中，该控制单元可以为该基站内的处理器(CPU)。

需要说明的是，在无线通信系统中，通常认为天线的输入阻抗是定值，但在实际应用中，受天线的馈点设计、馈电网络设计、外界环境变化等不同因素影响，天线的输入阻抗是变化的，导致无线链路的功率和效率大大降低，因此，在天线和射频信号的发射机/接收机之间通常会植入阻抗匹配电路，也即上述阻抗匹配电路是用于实现天线的阻抗匹配的，阻抗匹配电路通常采用电容和电感结合的方式实现。

发明人研究发现，由于阻抗匹配电路的存在，阻抗匹配电路通常使用电感对地端匹配，因此在天线接口位置如果不隔离，则阻抗匹配电路的射频线路本身对地也是短路的，因此需在天线接口位置增加电容隔离，所以本申请中在射频线路上增加第一电容单元，发明人进一步发现，基于此特性，第一电容单元后端在不接天线时，射频线路对地电阻通常在几兆欧姆，而当天线接入时，射频线路对地电阻为零欧姆，因此，发明人特在第一电容单元和射频连接器之间设计一天线在位检测电路，用于检测上述特性，从而判定天线是否在位，需要说明的是，天线是否在位，也即是指天线是否接入射频装置的射频电路中。

可见，在该实施例中，通过在射频电路中，利用阻抗匹配电路后端的接口位置连接的第一电容单元这一阻隔特性，将第一电容单元后端连接至射频连接器和天线在位检测电路，这样，不接天线时，射频电路中，第一电容后端的射频线路对地电阻通常在几兆欧姆，当接入天线时，射频线路对地电阻为零欧姆，利用这特性通过天线在位检测电路进行检测，天线在位检测电路将检测结果通过输出至控制单元，控制单元依据天线在位检测电路的检测结果便可判定天线是否在位，从而判定基站是否能正常发送或接收射频信号，可以看出，上述方案利用原有射频电路的特点加入天线在位检测电路就行，成本较低，而且工作简单，不会增加基站等射频装置本身过多的复杂度。

下面结合更为具体的实施方式，对本申请实施例进行更为详细的描述。

在一实施方式中，请一并参阅图3和图4所示，天线在位检测电路包括信号源端(VCC)、开关管Q1、开关管驱动电路DN和分压电路RN，其中，开关端驱动电路DN的第一端连接至信号源端(VCC)和开关管Q1的第一端，开关管驱动电路DN的第二端连接至开关管Q1的控制端，开关管驱动电路DN 的第三端作为天线在位检测电路的信号输入端，开关管Q1的第二管连接至分压电路RN的输入端，分压电路RN的输出端作为天线在位检测电路的信号输出端，用于连接至控制单元。在该实施例中，天线是否在位，其特性会被开关管驱动电路DN的第三端所探测到，继而驱使开关管Q1导通或关闭，由于开关管Q1的第一端连接至信号源端，因此，开关管Q1导通或关闭会使得最后分压网络RN输出的电压信号不同，控制单元利用分压网络一端的电压信号便可判定是否接入天线。

如图4所示，在一实施方式中，提供了一种更为具体的天线在位检测电路，具体地，开关管驱动电路包括第一电阻单元、第二电阻单元、第二电容单元、第三电容单元、第一电感单元，其中，第一电阻单元的一端、第二电阻单元的一端、第二电容单元的一端相连作为开关管驱动电路的第二端，连接至开关管的控制端，第一电阻单元的另一端作为开关管驱动电路的第一端，用于连接至信号源端和开关管的第一端，第二电阻单元的另一端、第三电容单元的一端和第一电感单元的一端连接，第二电容单元的另一端和第三电容单元的另一端连接至地端，第一电感单元的另一端作为开关管驱动电路的第三端，作为天线在位检测电路的信号输入端用于连接至第一电容单元与射频连接器之间。

在一实施方式中，分压电路包括第三电阻单元和第四电阻单元，第三电阻单元的一端和第四电阻单元的一端相连且作为分压电路的输出端，第三电阻单元的另一端作为分压电路的输入端，第四电阻单元的另一端连接至地端。

在一实施方式中，阻抗匹配电路包括第四电容单元、第五电容单元和第二电感单元，其中，第四电容单元的一端和第五电容单元的一端相连作为阻抗匹配电路的第一信号端，第四电容单元的另一端连接至地端，第五电容单元的另一端和第二电感单元的一端相连作为阻抗匹配电路的第二信号端，第二电感单元的另一端连接至地端。

在一实施方式中，请参阅图4所示，为更为具体的实施方式，开关管为P 型绝缘栅场效应管，P型绝缘栅场效应管的栅极作为开关管的控制端，P型绝缘栅场效应管的源极作为开关管的第一端，P型绝缘栅场效应管的漏极作为开关管的第二端。需要说明的是，基于图4所示的电路，该开关管还可以是其他的MOS管或者其他类型的开关管，具体本申请实施例不做限定。

结合图4，本申请提供了一种更为具体的天线在位检测单元，如图5所示，其中，第一电阻单元包括电阻R1、第二电阻单元包括电阻R2，第三电阻单元包括电阻R3、第四电阻单元包括电阻R4，第一电容单元包括电容C1，第二电容单元包括电容C2，第三电容单元包括并接的电容C3_1和电容C3_2，第四电容单元包括电容C4，第五电容单元包括电容C5，开光管为PMOS管Q1，信号源端为5V信号源(VCC_5V_PA2)，第一电感单元包括电感L1，第二电感单元包括电感L2。

其中，电容C4、电容C5和电感L2构成阻抗匹配电路，其中，电容C4的一端和电容C5的一端相连作为阻抗匹配电路的第一信号端连接至射频信号端，电容C4的另一端连接至地端，电容C5的另一端和电感L2的一端相连作为阻抗匹配电路的第二信号端，连接至电容C1的一端，电容C1的另一端连接至射频连接器的一端和天线在位检测电路的信号输入端，也即，电容C1的另一端连接至射频连接器(RF Connector)的一端和电感L1的一端，电感L2的另一端连接至地端，射频连接器的另外两端也连接至地端；

电阻R1的一端、电阻R2的一端、电容C2的一端相连作为开关管驱动电路的第二端连接至PMOS管Q1的栅极，电阻R1的另一端作为开关管驱动电路的第一端连接至5V信号源(VCC_5V_PA2)和PMOS管Q1的源极，电阻 R2的另一端、电容C3_1的一端、电容C3_2一端和电感L1的一端连接，电容 C3_1的一端和电容C3_2的另一端则连接至地端，电感L1的另一端作为开关管驱动电路的第三端，也即电感L1的另一端连接至电容C1的另一端连接至射频连接器的两端。

电阻R3的一端和电阻R4的一端相连且作为分压电路的输出端(NPU_GPIO3_04)，用于连接至控制单元，电阻R3的另一端作为分压电路的输入端连接到PMOS管Q1的漏极，电阻R4的另一端连接至地端。

在一实施例中，本申请还提供了一种射频装置，射频装置包括如前述任一项的天线在位检测单元和控制单元。在一实施方式中，射频装置为基站，基站包括4G基站或5G基站，上述基站可以指的是小型基站，具体不做限定。在一实施方式中，控制单元为射频装置内的处理器单元，如基站的CPU。

这里，以图5为例，对图5所示的天线在位检测单元的工作原理进行介绍：

①当天线在位时，射频线ANT2对地端会短路，此时电感L1接地，导致电阻R2接地。

②此时PMOS管Q1的Vgs电压为为-5V，满足PMOS管Q1的导通条件，足PMOS管Q1，从而使得信号位TAG信号与VCC_5V_PA2导通，也即信号位TAG的电压为5V，经过电阻R3(如10kΩ)和电阻R4(如5.1kΩ)分压后，信号位NPU_GPIO3_04电压为1.8V。

③当天线不在位时，此时电感L1对地不短路，电阻R2没有处于接地状态。

④此时电压VCC_5V_PA2经电阻R2和电阻R1到电容C3_1和C3_2到地，可知线路无导通，电阻R2和电阻R1的电压均为5V，因此，PMOS管Q1的 Vgs电压为0V，PMOS管Q1不导通。

⑤由于PMOS管Q1不导通，则NPU_GPIO3_04信号经过电阻R4下拉至地端，NPU_GPIO3_04信号为低电平。

⑥因此，当接天线时，NPU_GPIO3_04信号为高电平，不接天线时， NPU_GPIO3_04信号为低电平。

⑦将NPU_GPIO3_04信号接入射频装置的CPU中，通过CPU读取该NPU_GPIO3_04信号，便可判断天线是否在位。

可见，基于上述天线在位检测单元，控制单元可以读取天线在位检测电路的信号输出端输出的检测信号；当检测信号为第一电平信号时，则判定天线在位；当检测信号为第二电平信号时，则判定天线未在位。

其中，上述第一电平信号和第二电平信号取决于天线在位检测电路的设计，如果以图5所示的电路为例，则第一电平信号为高电平信号，第二电平信号为低电平信号，以射频装置为基站和图5所示的天线在位检测单元为例，当基站上电工作是，首先读NPU_GPIO3_04信号，当NPU_GPIO3_04信号为高电平时，则说明天线在位，如果基站正常运行，当NPU_GPIO3_04信号为低电平时，天线不在位，告警，基站不发射频信号。

通过上述方案可看出，本申请具有如下特点：

(1)实现成本较低，在利用原有射频电路的基础上添加天线在位检测电路，而且所添加的天线在位检测电路仅是简单利用一些器件，就可实现，成本较低，容易实现。

(2)还可以通过基站本身的CPU，不会增加额外的控制成本，利用基站本身的CPU做简单信号高低电平判断就可判断天线是否在位，整体系统工作简单，不增加基站系统本身的程序。

(3)本申请是利用射频电路本身的特性，核心是对天线特性的检测，即天线本身是短路的，将天线在位检测电路部署到射频信号线上，采用电容隔离后，不接天线时，射频信号链路不短路，而天线接入后，由于天线的短路特性，导致链路短路，短路后触发PMOS管导通来进行检测，从这也可以进一步看出，本申请无需对原有的天线和或基站接头等结构部分做特殊设计，而且实现应用上，设计相应的PCB电路即可，无需对天线或基站接头进行改造，简单也不会由于改造接头等带来额外成本。

(4)天线本身是以地端平面作为参考进行能量辐射，本申请中遵守了这一特性，没有对天线加入电压，也不会影响天线辐射特性，进而影响系统性能。

(5)开关管的控制端，如PMOS管的栅极是连接到开关管驱动电路的，而开关管驱动电路直接连接到射频信号线上的，没有与其他特殊的如天线等器件直接连接，无需增加额外的接口，也降低了成本，提高了可实现性。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种天线在位检测单元，其特征在于，所述天线在位检测单元包括阻抗匹配电路、第一电容单元和天线在位检测电路；

所述阻抗匹配电路的第一信号端连接至射频装置的射频信号端，所述阻抗匹配电路的第二信号端连接至所述第一电容单元的一端，所述第一电容单元的另一端连接至所述天线在位检测电路的信号输入端和射频连接器，所述天线在位检测电路的信号输出端用于连接至控制单元，所述射频连接器用于连接至天线。

2.如权利要求1所述的天线在位检测单元，其特征在于，所述天线在位检测电路包括信号源端、开关管、开关管驱动电路和分压电路，其中，所述开关管驱动电路的第一端连接至所述信号源端和所述开关管的第一端，所述开关管驱动电路的第二端连接至所述开关管的控制端，所述开关管驱动电路的第三端作为所述天线在位检测电路的信号输入端，所述开关管的第二管连接至所述分压电路的输入端，所述分压电路的输出端作为所述天线在位检测电路的信号输出端。

3.如权利要求2所述的天线在位检测单元，其特征在于，所述开关管驱动电路包括第一电阻单元、第二电阻单元、第二电容单元、第三电容单元、第一电感单元，其中，所述第一电阻单元的一端、第二电阻单元的一端、第二电容单元的一端相连作为所述开关管驱动电路的第二端，所述第一电阻单元的另一端作为所述开关管驱动电路的第一端，所述第二电阻单元的另一端、所述第三电容单元的一端和所述第一电感单元的一端连接，所述第二电容单元的另一端和所述第三电容单元的另一端连接至地端，所述第一电感单元的另一端作为所述开关管驱动电路的第三端。

4.如权利要求2所述的天线在位检测单元，其特征在于，所述分压电路包括第三电阻单元和第四电阻单元，所述第三电阻单元的一端和第四电阻单元的一端相连且作为所述分压电路的输出端，所述第三电阻单元的另一端作为所述分压电路的输入端，所述第四电阻单元的另一端连接至地端。

5.如权利要求2所述的天线在位检测单元，其特征在于，所述开关管为P型绝缘栅场效应管，所述P型绝缘栅场效应管的栅极作为所述开关管的控制端，所述P型绝缘栅场效应管的源极作为所述开关管的第一端，所述P型绝缘栅场效应管的漏极作为所述开关管的第二端。

6.如权利要求1-5任一项所述的天线在位检测单元，其特征在于，所述阻抗匹配电路包括第四电容单元、第五电容单元和第二电感单元，其中，所述第四电容单元的一端和第五电容单元的一端相连作为所述阻抗匹配电路的第一信号端，所述第四电容单元的另一端连接至地端，所述第五电容单元的另一端和第二电感单元的一端相连作为所述阻抗匹配电路的第二信号端，所述第二电感单元的另一端连接至所述地端。

7.一种射频装置，其特征在于，所述射频装置包括控制单元和如权利要求1-6任一项所述的天线在位检测单元。

8.如权利要求7所述的射频装置，其特征在于，所述射频装置为基站，所述基站包括4G基站或5G基站。

9.如权利要求7所述的射频装置，其特征在于，所述控制单元为所述射频装置内的处理器单元。

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