CN1208468A - 测量射频信号的回损的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种在耦连到一个负载的馈电电路上测量射频信号的回损的方法和设备,其中借助于具有分别用于传送导出的正向信号和导出的反射信号的第一和第二分支(11,12)的测量电路检测正向功率和反射功率。根据在第一和第二分支中导出的信号的检测的功率电平(P1,P2)计算回损。在一个分支(12)检测的功率电平(P2)的检测范围根据在另一个分支(11)的检测的功率电平(P1)调整,因此减少了在测量电路中要求用于功率检测的动态范围。

Description

测量射频信号的回损的方法和设备

本发明涉及在耦连到一个负载，例如一个天线的馈电电路上测量射频信号的回损的方法和设备，其中借助于具有分别用于传送导出的正向信号和导出的反射信号的第一和第二分支的测量电路检测正向功率和反射功率，并且根据在所述第一和第二分支中所述导出的信号的检测的功率电平计算回损。

在蜂窝式通讯系统中，需要监视基地台的可操作性，尤其对于主要在发射机和相关天线的信号强度。如果天线的匹配改变，例如被破坏或腐蚀，一部分发射功率被反射，引起元件的信号强度下降，并且可能损害发射机。

因此监控天线性能是很重要的，以便探测到衰减并保证优良的通讯质量。

附图的图1中说明了用于测量射频信号的回损的现有技术系统。

发射机T经过一个馈电电路F耦连到一个天线A。发射机T发射一个信号，该信号作为一个正向信号Sf经过馈电电路F传送到天线A。然而，由于在实际中不可避免的不完全匹配，一部分信号作为反射信号Sr返回。

为了检测到正向和反射信号Sf和Sr，一个测量设备10耦连到馈电电路F。设备10包括一个具有两个输出分支11，12的定向耦合器DC。在第一个分支11中，在馈电电路F中产生相应于或从正向信号Sf导出的信号S1，它在这个技术说明里表示为“导出的正向信号”。

在第二分支12中，在馈电电路F中产生相应于或从反射信号Sr导出的信号S2。在这里信号S2表示为“导出的反射信号”。

在第一分支11中，存在一个正向功率检测电路101用于检测导出的正向信号S1的功率P1(均方根功率)。相应地，在第二分支12中，存在一个反射功率检测电路102用于检测导出的反射信号S2的功率P2。

用对数标度dBm测量各个功率P1和P2。因此，通过从另一个中减去对数功率值，就可以获得一个相对幅度或绝对功率电平比值的量值，表示为“回损”RL。

RL＝P2/P1

RL(dB)＝P1(dBm)-P2(dBm)

因为在测量电路输出端的导出信号的功率电平的比值P2/P1等于反射和正向信号Sr和Sf的输入功率电平的比值，所以测量的回损值RL是一个在被监控的馈电电路F中相对功率电平的相应的量值。

然而，在许多系统中，如现在经常使用的是GSM和PCS系统，发射机功率电平变化相当大。因此，要求用于检测反射功率的动态范围ΔP2将增加到很大的值。

ΔP2＝P2_max-P2_min(dB)

这里P2_max＝P1_max-ΔRL_min(dB)

P2_min＝P1_min-ΔRL_max(dB)

因此ΔP2＝P1_max-P1_min+ΔRL_max-ΔRL_min(dB)

ΔP2＝ΔP1+ΔRL

这样，P1和RL的检测范围增加了。一般地，ΔP1大到30dB而ΔRL可以是20dB。结果要求用于检测反射功率的整个动态范围可以是50dB，或者甚至更大。

在图1的反射功率检测电路102中处理这样一个大的动态范围是很困难的。实际上，通过将分支12分成一些分开的子分支(未示出)已经解决了这个问题，每个子分支具有它自己的增益和相关的检波器电路。当然这样一个解决方案是相当的复杂和昂贵的。

本发明的主要目的是提供一种以相当简单和较少花费的方式在一个大的功率范围内测量回损的方法和设备，不需要电路带有的检波器具有非常高的动态范围能力。

本发明的另一个目的是提供具有少量花费不多的元件的非常简单的检测电路，以使温度漂移减至最小并且提供一种具有长寿命的可靠的测量设备。

获得所述的主要目的在于，在测量电路的一个分支中，一般在用于检测反射功率的分支中被检测的功率电平的检测范围是根据另一个分支中检测的功率电平，一般是根据检测的正向功率电平而调整的，因此，要求用于功率检测的动态范围可以大大地减少。

根据本发明的测量设备的特征在于在一个分支的功率检测电路被连接到一个装置，例如一个可控衰减器，用于调整在另一个分支的功率检测电路中被检测的功率电平的检测范围。

下面将参照如上面讨论的说明现有技术设备的附图，以及根据本发明的测量设备的各种实施例来进一步进行解释本发明。

图1图示说明了一个用于在如上面讨论的一个发射机和一个天线之间的馈电电路上测量射频信号的回损的现有技术设备；

图2图示说明了根据本发明的测量设备的两个分支；

图3说明了一个图2中图示的分支中一个的优选实施例；

图4说明了一个根据本发明的整个测量设备的第一个实施例；

图5说明了一个根据本发明的整个测量设备的第二个实施例；以及

图6说明了一个根据本发明的整个测量设备的第三个实施例。

本发明涉及一种在图1中说明的现有技术的方法和设备基础上的改善，这种改善涉及要求用于包括在测量设备10中的功率检测电路101，102的动态范围。

如图2中图示说明的，这种改善包括在定向耦合器DC的两个输出分支11，12(图1)之间的相互作用，因此一个分支，即用于检测反射功率的分支12的检测范围能够根据另一个分支，即用于检测正向功率的分支11中检测的功率电平而调整。为了这个目的，正向功率检测电路101连接到以可控衰减器13形式的调整装置，该衰减器13的输出端连接到反射功率检测电路102。

在连接到可控衰减器13的输出端14上，正向功率检测电路101将提供一个控制电压Vc作为检测的正向功率P1的函数(比较图1)。随着增加的正向功率电平P1，控制电压Vc也增加，并且能够在反射的功率检测电路102检测或测量的反射功率电平的整个范围因此移动到较高的值，例如在上面讨论的例子中的5到40dBm之间的范围。另一方面，当检测到一个低的正向功率时，控制电压Vc将较低，并且现在反射的功率电平的范围移动到较低的值，例如-10和25dBm之间。因此，由于15dB的范围移动，在反射功率检测电路102中要求的动态范围从50dB减少到35dB。当然，如果范围能够被移动以便精确地跟随正向功率，则要求的动态范围能够减少到上面给出的例子中如ΔRL的相同的值，即20dB。

可以由本领域那些技术人员以各种方式实现控制的范围减少。一般地，如图2中图示表示的，一个直接的开路控制是可能的。然而，通常有益的是在每个分支11，12或者至少在功率范围被减少的分支12使用一个反馈环路。图3说明了一个例子，其中功率检测电路(图2的102)包含一个二极管检波器15，特别是肖特基检波器，用于检测功率电平(这种具有一个大约30dB的动态范围的检波器是商业上可得到的)，一个放大器16，以及一个差分放大器或者比较器17。差分放大器或者比较器17的反相输入端连接到放大器16，而同相或基准输入端耦连到控制连接14，来自另一个分支的控制电压Vc施加到控制连接14上。比较器17的输出端反馈给可控衰减器13，因此该电路响应控制电压Vc而稳定。当控制电压Vc变化时，检波器的静态工作点沿着二极管特性曲线移动，一般在30dB动态范围上输出电压在1mV和1V之间变化。对于控制电压的每个倍增，较低的灵敏度极限或灵敏度最低限度提高将近3dB。

现在参照图4到图6简单地描述根据本发明的测量设备的三个完整的实施例。

在如图4所示的第一个实施例中，来自定向耦合器DC的两个输出分支11，12(比较图1)如同图3的反馈配置一样构造，分别具有电压可变衰减器13和23，分别具有二极管检波器15和25，最好是零偏置检波器，分别具有放大器16和26，以及分别具有比较器17和27。比较器27的基准输入24连接到基准电压源28，而比较器27的模拟输出29提供一个对应于正向功率P1的电压。输出端29经过一个线性/对数转换器30连接到比较器17(在分支12的反射功率检测电路中)的基准输入端14。这样，由电压可变衰减器13给出的功率范围根据在29对应于检测的正向功率的输出电压移动。回损RL作为从耦连到比较器输出端29和18的减法电路31的模拟输出获得。

图5所示的测量装置基本上是相同的，但配备有一个数字输出部分。比较器17和27的输出端18和29连接到一个数字控制电路33，用于处理对应于检测的功率电平的输出值。这样，回损值如上面讨论的例子中表示的计算并且与分别表示正向和反射功率的功率值P1和P2一起出现在电路33的输出端。

通过经由D/A转换器32的数字控制电路33和比较器17的控制输入端14之间的连接完成两个分支11，12之间的相互作用。

如图6所示的第三个实施例是一个简单的、完全的模拟电路，该电路类似于图4和图5所示的两个实施例。然而，存在着两个实质上的不同。第一点，在用于检测正向功率的分支11中，比较器27的输出被反馈给在分支11，12的电压控制的衰减器23和13，因此通过一个直接的连接14完成动态范围调整。第二点，在输出端一侧，用于检测反射功率的分支12中的比较器17′是一个对数装置，它在它的模拟输出端直接提供一个相应于要求的回损值RL(dB)的电压。对数比较器17′的输入端被直接连接到对应的放大器16和26。要求的实施例，特别是第三个实施例具有一些优点，即一个高的动态范围、少量的元件、自动平衡并且实质上不存在由于温度漂移的问题以及一个低的总成本。

Claims (16)

1.一种在耦连到负载(A)的馈电电路(F)上测量射频信号的回损的方法，其中借助于具有分别用于传送导出的正向信号(S1)和导出的反射信号(S2)的第一和第二分支(11，12)的测量电路(10)检测正向功率和反射功率，并且根据在所述第一和第二分支中所述导出的信号的检测的功率电平(P1，P2)计算回损(RL)，其特征在于要在一个分支(12)检测的功率电平(P2)的检测范围根据在另一个分支(11)检测到的功率电平(P1)调整，因此减少了在所述测量电路(10)中要求用于功率检测的动态范围。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述检测范围通过将该范围作为一个整体移动来调整。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述检测范围在用于传送导出的反射信号(S2)的所述第二分支(12)中调整。

4.如权利要求1到3中任何一个所述的方法，其中当所述导出的正向信号(S1)的检测到的功率电平(P1)增加时所述检测范围被调整到所述导出的反射信号(S2)的较高的功率电平(P2)，并且反过来也一样。

5.一种在耦连到负载(A)的馈电电路(F)上测量射频信号的回损的测量设备，包括

-一个具有分别传送导出的正向信号(S1)和导出的反射信号(S2)的第一和第二分支(11，12)的定向耦合器(DC)，

-一个插入在所述第一分支(11)的正向功率检测电路(101)，

-一个插入在所述第二分支(12)的反射功率检测电路(102)，以及

-根据在所述第一和第二分支(11，12)检测的功率电平(P1，P2)计算回损的装置(31；33；17′)，其特征在于在一个分支(11)的功率检测电路(101)连接到一个装置(13)用于调整在另一个分支(12)的功率检测电路(102)上要检测的功率电平(P2)的检测范围，因此减少了在所述功率检测电路(102)中要求用于功率检测的动态范围。

6.如权利要求5所述的测量设备，其中每个所述功率检测电路包括至少一个二极管检波器(15′；25)。

7.如权利要求6所述的测量设备，其中所述二极管检波器(15′；25)是一个肖特基检波器。

8.如权利要求6或7所述的测量设备，其中所述二极管检波器(15′；25)是一个零偏置检波器。

9.如权利要求5到8中任何一个所述的测量设备，其中所述调整装置是一个可控衰减器(13)，其输出端连接到所述功率检测电路(102)。

10.如权利要求9所述的测量设备，其中所述第一和第二分支(11，12)中至少一个包括一个可控衰减器(12；23)和一个检波器(15′；25)。

11.如权利要求5到10中任何一个所述的测量设备，其中所述第一和第二分支中至少一个包括一个反馈环路。

12.如权利要求11所述的测量设备，其中所述反馈环路包括一个差分放大器(17；27；17′；27′)。

13.如权利要求12所述的测量设备，其中在所述一个分支(12)的所述差分放大器(17)的基准输入(14)连接到另一个分支(11)的功率检测电路(25，26，27)。

14.如权利要求13所述的测量设备，其中所述基准输入(14)连接到另一个分支(11)的所述功率检测电路(25，26，27)的模拟输出端(29)。

15.如权利要求13所述的测量设备，其中所述基准输入(14)连接到一个数字控制电路(33)。

16.如权利要求13所述的测量设备，其中所述差分放大器(17′)是一个对数设备，在它的输出端直接提供一个相应于要求的回损值(RL)的电压。

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