功率檢測電路、發射機和功率檢測方法
2023-05-10 19:02:16 2
專利名稱：功率檢測電路、發射機和功率檢測方法
技術領域：
本發明涉及一種功率檢測電路、發射機和功率檢測方法，用於檢測電功率。
背景技術：
在用於從天線發送無線信號的發射機中，為了檢測異常情況(如，天線發生故障或出現未連接狀態)，提出了一種測量從天線反射的反射功率並基於所測量的反射功率的大小來檢測異常的技術(參見例如專利文獻1)。圖1是示出了一種形式的使用常見功率檢測電路的無線裝置的圖。圖1所示的無線裝置包括發送信號輸出部分1000、功率檢測電路10和天線4000。發送信號輸出部分1000是放大器，向天線4000輸出發送信號，使得無線信號從天線4000發送。功率檢測電路10檢測從天線4000反射的反射信號的反射功率。天線4000發送從發送信號輸出部分1000輸出的發送信號作為無線信號。進一步地，功率檢測電路10由反射功率檢測部分3000和比較部分7000配置而成。進一步地，反射功率檢測部分3000由耦合器3001和檢測器3002配置而成。耦合器3001對從天線4000反射的反射信號進行分路(branch)，以向檢測器3002 輸出分路信號。檢測器3002將從耦合器3001輸出的反射信號的反射功率轉換為直流電壓。進一步地，檢測器3002向比較部分7000輸出轉換的電壓。比較部分7000將從檢測器3002輸出的電壓與預先設置的閾值進行比較。進一步地，當比較結果為從檢測器3002輸出的電壓大於預先設置的參考值(閾值)時，比較部分 7000輸出警報(ALM)。在以該方式配置的無線裝置中，當來自天線4000的返回損耗(反射功率)增加時，耦合器3001取出(分路)的反射功率增加。檢測器3002檢測到反射功率，接著，在比較部分7000中，將檢測到的反射功率與參考值進行比較，以確定是否要發出警報。此處，反射功率與從發送信號輸出部分1000輸出的發送信號的發送功率成比例。 因此，當發送功率較小時，不可能確定天線4000的異常。在發送功率過大的情況下，甚至當天線4000的返回損耗(反射功率)處於正常範圍時，也存在由於反射功率的絕對值較大而將天線4000的狀態確定為異常的情況。採用該方式，由於無法根據發送功率的改變做出精確的確定，存在當信號電平連續改變時(如同突發信號的情況)無法進行正確確定的問題。因此，除了圖1所示的配置以外，提出了一種技術，其中，還檢測從放大器向天線發送的發送功率，從而基於檢測到的發送功率和反射功率間的差來檢測異常(參見例如專利文獻2)。引用列表專利文獻
專利文獻1 JP2008-085849A專利文獻2 JP2003-525455A
發明內容
技術問題然而，在專利文獻2所述的技術中，存在當發送功率和反射功率較小時二極體所檢測到的電壓特性被改變的問題。採用該方式，當檢測到的電壓被改變時，可能在返回損耗 (反射功率)的計算中引起誤差，從而無法做出精確的確定。本發明的目的是提供一種功率檢測電路、發射機和功率檢測方法，用於解決上述問題。解決問題的技術方案根據本發明的功率檢測電路包括發送功率檢測部分，檢測發送信號的發送功率，為了使無線信號從用於發送所述無線信號的發射機中提供的天線進行發送，所述發送信號被輸出至所述天線；反射功率檢測部分，檢測從所述天線反射的反射信號的反射功率；積分部分，在發送無線信號的前導信號的時間，對發送功率和反射功率間的差進行積分；以及比較部分，將通過所述積分部分執行的積分獲得的差值與預定閾值進行比較，並且在比較結果為通過所述積分部分執行的積分獲得的差值小於所述預定閾值的情況下輸出警報。此外，根據本發明的發射機包括功率檢測電路；天線；發送信號輸出部分，向天線輸出發送信號，以使得無線信號從天線發送。此外，根據本發明的功率檢測方法包括檢測發送信號的發送功率，為了使無線信號從用於發送所述無線信號的發射機中提供的天線進行發送，所述發送信號被輸出至所述天線；檢測從所述天線反射的反射信號的反射功率；在發送無線信號的前導信號的時間，對發送功率和反射功率間的差進行積分；將通過所述積分獲得的差值與預定閾值進行比較；以及在比較結果為通過所述積分獲得的差值小於所述閾值的情況下輸出警報。技術效果如上所述，本發明被配置用於檢測發送信號的發送功率，為了使無線信號從用於發送所述無線信號的發射機中提供的天線進行發送，所述發送信號被輸出至所述天線；檢測從所述天線反射的反射信號的反射功率；在發送無線信號的前導信號的時間，對發送功率和反射功率間的差進行積分；將通過所述積分獲得的差值與預定閾值進行比較；以及在比較結果為通過所述積分獲得的差值小於所述閾值的情況下輸出警報。從而，可以與發送功率的大小無關地精確檢測天線埠的異常狀態。
圖1是示出了一種形式的使用常見功率檢測電路的無線裝置的圖。圖2是示出了根據本發明的功率檢測電路的第一示例實施例的圖。圖3是示出了圖2所示的檢測器的電壓轉換特性的圖。圖4是示出了由圖2所示的對數放大器進行了對數轉換的發送功率(反射功率) 相對於檢測(直流)電壓的特性的圖。圖5是示出了使用時分雙工系統發送的信號的輸出(功率)電平隨時間變化的圖。圖6是示出了在圖2所示的積分時段產生部分中產生積分時段的狀態的圖。圖7是示出了檢測電壓在小輸入功率的區域內發生改變的特性的圖。圖8是示出了對數放大的檢測電壓在小輸入功率的區域內發生改變的特性的圖。圖9是示出了在發送突發信號的情況下FWD(發送)電壓、REV(反射)電壓以及 FffD電壓和REV電壓間的差輸出隨時間變化的圖。圖10是示出了積分時段t期間選通信號與差信號間的關係的圖，所述積分時段t 是在圖2所示的積分時段產生部分中產生的。圖11是示出了根據本發明的功率檢測電路的第二示例實施例的圖。圖12是示出了根據本發明的功率檢測電路的第三示例實施例的圖。圖13是示出了根據本發明的功率檢測電路的第四示例實施例的圖。
具體實施例方式以下，將參照附圖描述示例實施例。(第一示例實施例)圖2是示出了根據本發明的功率檢測電路的第一示例實施例的圖。如圖2所示，示例實施例由發送信號輸出部分100、根據本發明的功率檢測電路1、 以及天線110配置而成。發送信號輸出部分100是放大器，向天線110輸出發送信號，致使無線信號從天線 110發送。功率檢測電路1檢測從發送信號輸出部分100向天線110輸出的發送信號的發送功率。此外，功率檢測電路1檢測從天線110反射的反射信號的反射功率。天線110發送從發送信號輸出部分100輸出的發送信號作為無線信號。進一步地，功率檢測電路1由發送功率檢測部分200、反射功率檢測部分300、差分放大器部分400、積分時段產生部分500、積分部分600和比較部分700配置而成。發送功率檢測部分200檢測從發送信號輸出部分100向天線110輸出的發送信號的發送功率。進一步地，發送功率檢測部分200由耦合器201、檢測器202和對數放大器203配置而成。耦合器201是第一方向性耦合器，用於對從發送信號輸出部分100向天線110輸出的發送信號進行分路，並向檢測器202輸出分路的信號。檢測器202是第一檢測器，用於將從耦合器201輸出的發送信號的發送功率轉換為第一直流電壓。此外，檢測器202向對數放大器203輸出第一直流電壓。對數放大器203是第一對數放大器，用於對從檢測器202輸出的直流電壓進行對數轉換，以獲得與發送功率相對應的發送電壓。此外，對數放大器203向差分放大器部分 400輸出發送電壓。反射功率檢測部分300檢測從天線110反射的反射信號的反射功率。進一步地，反射功率檢測部分300由耦合器301、檢測器302和對數放大器303配置而成。耦合器301是第二方向性耦合器，用於對從天線110反射的反射信號進行分路，並向檢測器302輸出分路的信號。檢測器302是第二檢測器，用於將從耦合器301輸出的反射信號的反射功率轉換為第二直流電壓。此外，檢測器302向對數放大器303輸出第二直流電壓。對數放大器303是第二對數放大器，用於對從檢測器302輸出的第二直流電壓進行對數轉換，以獲得與反射功率相對應的反射電壓。此外，對數放大器303向差分放大器部分400輸出反射電壓。差分放大器部分400獲取從對數放大器203輸出的發送電壓和從對數放大器303 輸出的反射電壓之間的差，並向積分部分600輸出所述差。積分時段產生部分500基於操作時鐘和突發定時信號產生積分時段。下文將描述突發定時信號。積分時段產生部分500向積分部分600輸出所產生的積分時段。積分部分600在從積分時段產生部分500輸出的積分時段期間，對從差分放大器部分400輸出的差進行積分。此外，積分部分600向比較部分700輸出通過積分獲得的積分值。比較部分700將從積分部分600輸出的積分值與預先設置的閾值進行比較。進一步地，當比較結果為從積分部分600輸出的積分值小於預先設置的閾值時，比較部分700輸出警報(ALM)。以下將描述圖2所示的配置中的操作。發送信號輸出部分100將致使無線信號從天線110發送的發送信號放大為期望的輸出，並予以輸出。耦合器201對從發送信號輸出部分100輸出的發送信號進行分路。S卩，耦合器201 提取發送信號的一部分。另一方面，當輸出和天線間發生失配時，輸入至天線110的發送信號被天線110反射，使得反射信號向發送信號輸出部分100返回。耦合器301對反射信號進行分路。即，耦合器301提取反射信號的一部分。此後，耦合器201的耦合埠的輸出被輸出至檢測器202。此外，耦合器301的耦合埠的輸出被輸出至檢測器302。接著，檢測器202將從耦合器201輸出的發送功率轉換(檢測)為直流電壓。此外，檢測器302將從耦合器301輸出的反射功率轉換(檢測)為直流電壓。此處，描述檢測器202和302的電壓轉換特性。圖3是示出了圖2所示的檢測器202和302的電壓轉換特性的圖。如圖3所示，檢測器202和302的電壓轉換特性是指數函數特性。這是由於，通常在檢測器202和302的每一個中使用二極體，並且檢測器202和302的電壓轉換特性依賴於二極體的特性。對數放大器203對通過檢測器202的轉換得到的直流電壓進行對數轉換。此外， 對數放大器303對通過檢測器302的轉換得到的直流電壓進行對數轉換。圖4是示出了由圖2所示的對數放大器203和303的每一個進行了對數轉換的發送功率(反射功率)相對於檢測(直流)電壓的特性的圖。如圖4所示，檢測電壓相對於發送功率(反射功率)基本上呈現出線性特性。當從對數放大器203輸出對數轉換的發送電壓，並且當從對數放大器303輸出對數轉換的反射電壓時，差分放大器部分400計算從對數放大器203輸出的發送電壓和從對數放大器303輸出的反射電壓之間的差。當發生諸如天線110的未連接狀態以及至天線的線纜的斷開狀態等異常狀態(換言之，天線埠中的返回損耗的惡化)時，反射電壓增大。 分別與發送功率和反射功率成比例的發送電壓和反射電壓分別從對數放大器203和303輸出。因此，當計算發送電壓和反射電壓之間的差時，可以與發送信號的大小(即發送功率的大小)無關地檢測異常狀態(換言之，天線埠中的返回損耗的惡化)。在差分放大器部分 400中，計算發送電壓和反射電壓之間的差，並輸出與天線埠的返回損耗成比例的差(電壓)。此處，考慮使用時分雙工(TDD)系統發送的信號。圖5是示出了使用時分雙工系統發送的信號的輸出(功率)電平隨時間變化的圖。如圖5所示，使用時分雙工系統發送的信號被形成為突髮型(突發波)信號。此外，信號的輸出(功率)電平隨時間改變。突發波信號包括用於實現終端的數據機的同步的前導信號，因此與前導信號相對應的部分被配置使得確保輸出具有固定電平或更高電平的功率的信號。在示例實施例中，並非在所有(時間)時段中檢測到天線埠中的返回損耗的惡化，而僅僅在前導信號的時段中檢測到天線埠中的返回損耗的惡化。差分放大器部分400的輸出被輸入至積分部分600，同時積分時段產生部分500確定積分時間(積分時段)。圖6是示出了在圖2所示的積分時段產生部分500中產生積分時段的狀態的圖。如圖6所示，與突發時段同步的突發定時信號和時鐘(CLK)被輸入至積分時段產生部分500，從而通過對來自突發定時信號的時鐘脈衝進行計數來產生具有預先設置的積分時段(t)的控制信號(選通信號)。在積分部分600中，在與積分時段產生部分500所產生的積分時段相對應的固定時段期間獲得積分值。即，在突發波的前導時間期間，由積分部分600獲得與發送功率相對應的發送電壓和與反射功率相對應的反射電壓之間的差值的積分值，並且從積分部分600 輸出所獲得的積分值。接著，在比較部分70中，將從積分部分600輸出的積分值與預先設置的閾值(參考值)進行比較。當比較結果為積分值小於參考值時(當發送電壓和反射電壓間的差變小 (即，返回損耗惡化)時)，從比較部分700輸出警報(ALM)。如果當輸出警報(ALM)時發送信號輸出部分100的操作被控制為關閉，可以避免發送信號輸出部分100在返回損耗惡化時(如，在未連接天線時)遭到破壞。如上所述，在用於從發送信號輸出部分100向天線110輸出信號的電路中，不僅使用沿反射方向的功率還使用沿傳播方向的功率，並且將沿各個方向的功率的檢測到的電壓的對數值彼此比較，使得可以與發送功率的大小無關地檢測到天線埠的異常狀態。這基於以下原理由於返回損耗在天線埠的異常狀態下惡化，可以通過獲得發送功率(電壓) 和反射功率(電壓)之間的比率來計算返回損耗。此外，當輸入功率較小時，檢測電壓的變化因二極體的特性而增大。圖7是示出了檢測電壓在小輸入功率的區域內發生改變的特性的圖。圖8是示出了對數放大的檢測電壓在小輸入功率的區域內發生改變的特性的圖。如圖7和圖8所示，當信號較小時，檢測電壓發生改變，因而在返回損耗的計算中可能引起誤差，從而無法做出精確的確定。因此，在本發明中，以僅將突發信號的前導時段用於確定並且在返回損耗的計算中不使用小信號部分的方式，來避免不準確的確定。圖9是示出了發送突發信號的情況下FWD (發送)電壓、REV(反射)電壓以及FWD 電壓和REV電壓之間的差輸出隨時間變化的圖。圖9中的上部的圖是示出了 FWD(傳輸)電壓隨時間變化的圖。此外，圖9中的中部的圖是示出了 REV(反射)電壓隨時間變化的圖。 此外，圖9中的下部的圖是示出了差輸出隨時間變化的圖。如圖9中的下部的圖所示，當突發信號的電平為低時，由檢測特性的變化引起差電壓的如虛線所示的變化。圖10是示出了積分時段t期間選通信號與差信號之間的關係的圖，所述積分時段 t是在圖2所示的積分時段產生部分500中產生的。如圖10所示，通過由在積分時段產生部分500中產生的選通信號確定積分時段來估計檢測電壓的變化的影響。(第二示例實施例)圖11是示出了根據本發明的功率檢測電路的第二示例實施例的圖。如圖11所示，在根據示例實施例的功率檢測電路2中，在發送功率檢測部分200 和天線110之間提供循環器(circulator) 800。此外，在連接至循環器800 —側的反射功率檢測部分310中提供耦合器301和終止器311，循環器800的所述側被視為天線110的輸出埠側。由於耦合器301能夠取出來自天線110的反射信號，可以獲得與第一示例實施例相同的效果。(第三示例實施例)圖12是示出了根據本發明的功率檢測電路的第三示例實施例的圖。如圖12所示，根據示例實施例的功率檢測電路3是一示例，其中，在發送功率檢測部分220和反射功率檢測部分320中分別使用具有對數特性的LOG檢測器221和321，代替第一示例實施例中的檢測器202和302以及對數放大器203和303。近年來，使用了許多具有對數特性的器件(IC)。可以通過使用具有對數特性的器件來簡化電路。(第四示例實施例)圖13是示出了根據本發明的功率檢測電路的第四示例實施例的圖。如圖13所示，根據示例實施例的功率檢測電路4是一示例，其中，對數放大器203和303、差分放大器部分400、積分時段產生部分500以及比較部分700的處理是使用CPU 900的固件實現的。通過由在發送功率檢測部分230和反射功率檢測部分330中分別提供的A/D轉換器231和331分別將檢測電壓轉換為數字數據從而被CPU 900取得並且此後通過數值計算進行警報確定的方式，可以獲得與第一示例實施例相同的效果。應當注意，本發明特別適用於使用時分雙工系統並且發送突發信號的裝置，如用於WiMAX(全球微波接入互操作性)系統中使用的基站的發送部分。雖然參照示例實施例描述了本申請的發明，但本申請的發明不限於上述示例實施例。在本申請的發明的範圍內，可以對本申請的發明的構成和細節進行各種修改，這些對於本領域普通技術人員來說是清楚的。本申請要求於2008年12月15日在日本提交的日本專利申請No. 2008-318516的優先權的權益，其全部內容據此被併入本申請和本申請的權利要求中作為參考。
權利要求
1.一種功率檢測電路，包括發送功率檢測部分，檢測發送信號的發送功率，為了使無線信號從用於發送所述無線信號的發射機中提供的天線進行發送，所述發送信號被輸出至所述天線；反射功率檢測部分，檢測從所述天線反射的反射信號的反射功率；積分部分，在發送無線信號的前導信號的時間，對發送功率和反射功率之間的差進行積分；以及比較部分，將通過所述積分部分執行的積分獲得的差值與預定閾值進行比較，並且在比較結果為通過所述積分部分執行的積分獲得的差值小於所述預定閾值的情況下輸出警報。
2.根據權利要求1所述的功率檢測電路，還包括差分放大器部分，輸出發送功率和反射功率之間的差，其中，所述積分部分對由所述差分放大器部分輸出的差進行積分。
3.根據權利要求2所述的功率檢測電路，其中，所述發送功率檢測部分包括第一方向性耦合器，對輸出至所述天線的發送信號進行分路，以及其中，所述反射功率檢測部分包括第二方向性耦合器，對從所述天線反射的反射信號進行分路。
4.根據權利要求3所述的功率檢測電路，其中，所述發送功率檢測部分還包括第一檢測器，將由所述第一方向性耦合器分路的發送信號的發送功率轉換為第一直流電壓，其中，所述反射功率檢測部分還包括第二檢測器，將由所述第二方向性耦合器分路的反射信號的反射功率轉換為第二直流電壓，以及其中，所述差分放大器部分輸出第一直流電壓和第二直流電壓之間的差。
5.根據權利要求4所述的功率檢測電路，其中，所述發送功率檢測部分還包括第一對數放大器，對所述第一直流電壓進行對數轉換，其中，所述反射功率檢測部分還包括第二對數放大器，對所述第二直流電壓進行對數轉換，以及其中，所述差分放大器部分輸出由所述第一對數放大器對數轉換的第一直流電壓和由所述第二對數放大器對數轉換的第二直流電壓之間的差。
6.一種發射機，包括根據權利要求1至5中任一項所述的功率檢測電路；天線；以及發送信號輸出部分，將發送信號輸出至所述天線，使得無線信號從所述天線發送。
7.根據權利要求6所述的發射機，被配置為使用時分雙工系統發送突髮型信號，作為所述無線信號。
8.根據權利要求6或7所述的發射機，被配置用於全球微波接入互操作性WiMAX系統。
9.一種功率檢測方法，包括檢測發送信號的發送功率，為了使無線信號從用於發送所述無線信號的發射機中提供的天線進行發送，所述發送信號被輸出至所述天線； 檢測從所述天線反射的反射信號的反射功率；在發送無線信號的前導信號的時間，對發送功率和反射功率之間的差進行積分； 將通過所述積分獲得的差值與預定閾值進行比較；以及在比較結果為通過所述積分獲得的差值小於所述閾值的情況下輸出警報。
10.根據權利要求9所述的功率檢測方法，還包括 對所述發送信號進行分路；將分路的發送信號的發送功率轉換為第一直流電壓； 對所述第一直流電壓進行對數轉換； 對反射信號進行分路；將分路的反射信號的反射功率轉換為第二直流電壓； 對所述第二直流電壓進行對數轉換；以及在所述時間，對對數轉換的第一直流電壓和對數轉換的第二直流電壓間的差進行積
全文摘要
檢測發送信號的發送功率，所述發送信號被輸出至天線，以從發送無線信號的發射機中提供的所述天線發送所述無線信號；檢測從天線反射的反射信號的反射功率；在發送無線信號的前導信號的時間，對發送功率和反射功率間的差進行積分；將積分後的差值與預定閾值進行比較，並在比較結果指示積分後的差值小於閾值的情況下發出警報。
文檔編號H04B1/04GK102246419SQ20098014910
公開日2011年11月16日 申請日期2009年11月2日 優先權日2008年12月15日
發明者桐澤明洋 申請人:日本電氣株式會社