CN107040266B - 天线状态判定电路及方法、天线调谐器、无线通信机 - Google Patents

Abstract

本发明提供天线状态判定电路及方法、天线调谐器、无线通信机，不易受发送信号的规格影响，准确地判定天线的有效状态。天线状态判定电路(20)是对无线通信机(100)的天线(110)的有效状态进行判定的电路。天线状态判定电路(20)具备振荡电路(21)、开关(22)、频率计测部(23)以及控制部(24)。振荡电路(21)的振荡频率与无线通信机(100)的通信信号的频率不同。开关(22)在振荡电路(21)的反馈电路上连接天线(110)。频率计测部(23)对振荡电路(21)的输出信号的频率进行计测。控制部(24)基于所计测的频率来判定天线(110)的有效状态。

Description

天线状态判定电路及方法、天线调谐器、无线通信机

技术领域

本发明涉及对天线是正常地连接，还是成为开路、短路等异常状态进行判定的天线状态判定电路、以及具备该天线状态判定电路的天线匹配电路。

背景技术

以往，设想各种对天线的状态进行监视、检测的装置以及方法。

专利文献1中记载的天线状态监视装置对发送信号的功率放大电路的功耗进行计测，若功耗为异常，则判断为天线没有进行正常动作。

在专利文献2、专利文献3中记载的故障检测方法中，对来自天线的反射功率进行测定，从而检测天线的异常。

在专利文献4中记载的异常检测装置中，通过在天线中流过的电流来检测天线的异常。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许第3889007号说明书

专利文献2：日本特开2014-64221号公报

专利文献3：日本特开平6-296168号公报

专利文献4：日本特开2008-22233号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，在上述的各装置以及方法中，若没有对天线输出发送信号，则不能检测天线的状态。此外，由天线发送或接收的频带为宽波段的情况下，在上述的各装置以及方法中，不易对整个波段准确地掌握天线的状态。此外，在发送功率高的情况下，检测电路、发送电路可能由于反射信号而损坏。

从而，本发明的目的在于，提供不易受发送信号的规格影响，能够准确地判定天线的状态的天线状态判定电路、以及具备其的天线调谐器。

用于解决课题的手段

本发明的天线状态判定电路是对无线通信机的天线的有效状态进行检测的电路，具备以下的特征。天线状态判定电路具备振荡电路、天线连接部、频率计测部、以及有效状态判定部。振荡电路具有反馈电路，振荡电路的振荡频率与无线通信机的通信信号的频率不同。天线连接部对天线没有与反馈电路连接的第一连接状态、和所述天线与反馈电路连接的第二连接状态进行切换。频率计测部对振荡电路的输出信号的频率进行计测。有效状态判定部基于所计测的频率来判定天线的有效状态。

在该结构中，根据天线的状态，反馈电路的阻抗不同，振荡频率不同。具体而言，若天线为正常，则天线的阻抗被加到反馈电路，振荡频率相对于没有连接天线的状态发生变化。若天线为开路，则天线的阻抗不被加到反馈电路，振荡频率相对于没有连接天线的状态没有发生变化。若天线为短路，则反馈电路被接地，振荡停止。即，振荡频率成为0。从而，通过计测振荡频率，能够进行天线的状态的判定。

发明效果

根据本发明，能够不易受发送信号的规格影响，准确地判定天线的有效状态。

附图说明

图1是包含本发明的实施方式所涉及的天线状态判定电路的无线通信机的功能框图。

图2A、图2B及图2C是表示本发明的天线状态的检测概念的图。

图3是表示本发明的实施方式所涉及的天线状态判定方法的第一方式的流程图。

图4是表示本发明的实施方式所涉及的天线状态判定方法的第二方式的流程图。

图5是表示本发明的实施方式所涉及的天线状态判定方法的第三方式的流程图。

图6是表示本发明的实施方式所涉及的天线状态判定方法的第四方式的流程图。

标记说明：

10：天线调谐器

20：天线状态判定电路

21：振荡电路

22：开关

23：频率计测部

24：控制部

30：可变匹配电路

100：无线通信机

101：发送电路

110：天线

211：运算放大器

212：阻抗元件

213、C110：电容器。

具体实施方式

参照附图说明本发明的第一实施方式所涉及的天线状态判定电路、天线调谐器、无线通信机、以及天线状态判定方法。

如图1所示，无线通信机100具备天线110、发送电路101、以及天线调谐器10。天线调谐器10具备天线状态判定电路20、以及可变匹配电路30。另外，无线通信机100发送MF带、HF带的频率的通信信号。该无线通信机100用于船舶的通信用等，以从构成MF带、HF带的宽频带(1.6MHz至27MHz的频带)之中选择的规定频率来发送大功率的通信信号。

天线状态判定电路20具备振荡电路21、开关22、频率计测部23、控制部24。开关22对应于本发明的“天线连接部”。

振荡电路21具备运算放大器211、阻抗元件212、电容器213。振荡电路21既可以是使用了运算放大器211的负反馈型的振荡电路也可以是正反馈型的振荡电路。在图1中，图示负反馈型的振荡电路。

运算放大器211的反相输入端子经由阻抗元件212和电容器213的并联电路而接地。阻抗元件212是电感器或电阻器。运算放大器211的同相输入端子直接接地。另外，同相输入端子也可以经由电阻器等而接地。运算放大器211的输出端子与反相输入端子连接。通过该结构，构成反馈电路，该反馈电路成为振荡电路21的基本结构。也可以在连接该输出端子和反相输入端子的路径上连接电阻器等。运算放大器211的输出端子与频率计测部23连接。频率计测部23与控制部24连接。

运算放大器211的控制端子(驱动电压施加端子)与控制部24连接。对运算放大器211的控制端子，从控制部24施加振荡控制用(起振用)的电压。

开关22具备共通端子P220、被选择端子P221、P222。开关22基于来自控制部24的开关控制信号而将共通端子P220与被选择端子P221、P222的任一方连接。共通端子P220与天线110连接。被选择端子P221经由可变匹配电路30而与发送电路101连接。被选择端子P222连接到与运算放大器211的反相输入端子连接的反馈电路、更具体而言阻抗元件212以及电容器213中的与被接地的端子相反侧的端子。

频率计测部23对振荡电路21的输出信号的频率进行计测。频率计测部23将所计测的频率输出至控制部24。

控制部24基于由频率计测部23计测的频率，判定天线110的有效状态。即，控制部24具有本发明的“有效状态判定部”的功能。另外，对天线110的有效状态进行判定的具体的方法在后面叙述。

在判定天线有效状态时，控制部24通过供应振荡控制用的电压而使振荡电路21振荡。另一方面，在不需要判定天线有效状态时，控制部24通过停止供应振荡控制用的电压而使振荡电路21的振荡停止。

控制部24将开关控制信号输出至开关22，从而执行开关22的连接切换的控制。具体而言，在判定天线有效状态时，控制部24输出将共通端子P220和被选择端子P222连接的开关控制信号。在不需要判定天线有效状态时，控制部24输出将共通端子P220和被选择端子P221连接的开关控制信号。

控制部24基于由无线通信机100发送的通信信号的频率，产生对可变匹配电路30的阻抗进行调整的阻抗控制信号。

可变匹配电路30根据来自控制部24的阻抗控制信号，阻抗可变，实现发送电路101和天线110(更详细地说，包含天线110和开关22的电路)之间的阻抗匹配。

在这样的结构中，天线状态判定电路20如以下所示那样对天线110的有效状态进行检测。图2A至图2C是表示本发明的天线状态的检测概念的图。图2A表示天线为正常的状态下的等效电路，图2B表示天线为开路状态下的等效电路，图2C表示天线为短路状态下的等效电路。天线为开路状态表示天线110没有与开关22的共通端子P220、即天线调谐器10连接的状态。天线为短路状态表示天线110与船体等导电体接触而意外接地的状态。

天线110在比无线通信机100的通信频率低的频带上，作为等效电路以电容器C110来表示。另外，更详细地说，虽然具有与电容器C110串联连接的低电阻分量，但在此省略。

若天线110为正常的状态，则如图2A所示那样相对于阻抗元件212和电容器213，基于天线110的电容器C110并联连接。从而，振荡电路21的输出信号的频率通过阻抗元件212的阻抗和电容器213、C110的电容来决定。

若天线110为开路的状态，则如图2B所示那样天线110没有与阻抗元件212和电容器213连接。从而，振荡电路21的输出信号的频率通过阻抗元件212的阻抗和电容器213的电容来决定。

另外，开关22的共通端子P220与被选择端子P221连接的状态、即天线110经由可变匹配电路30而与发送电路101连接的状态与图2B所示的天线110为开路的状态作为等效电路而相同。从而，在天线110经由可变匹配电路30而与发送电路101连接的状态下，振荡电路21的输出信号的频率通过阻抗元件212的阻抗和电容器213的电容来决定。

若天线110处于短路的状态，则如图2C所示那样成为运算放大器211的反相输入端子和同相输入端子都接地的状态。从而，振荡电路21的振荡停止，不输出振荡信号。即，与输出信号的频率成为“0”相同。

例如，在阻抗元件212为电感器的情况，电感设为L212。电容器213的电容设为C213，天线110的电容设为CC110。

在该情况下，若天线110为正常，则振荡频率为

若天线110为开路状态、或天线110没有与振荡电路21连接，则振荡频率为

若天线110为短路状态，则振荡频率为“0”。

若控制部24在开关22的共通端子P220与被选择端子P222连接的状态下，检测到频率为

则判定为天线110是正常的状态。

若控制部24在开关22的共通端子P220与被选择端子P222连接的状态下，检测到频率为

或频率为“0”，则判定为天线110是异常的状态。进而，根据需要，若控制部24在开关22的共通端子P220与被选择端子P222连接的状态下，检测到频率为

则判定为天线110是开路状态。此外，若控制部24在开关22的共通端子P220与被选择端子P222连接的状态下，检测到频率为“0”，则判定为天线110是短路状态。

像这样，通过使用本实施方式的结构，能够判定天线110的有效状态。

此外，通过使用本实施方式的结构，天线110的有效状态的判定用的频率与无线通信机100的无线通信的频率不同，因此即使无线通信的频带宽，也能够与其无关地准确且可靠地判定天线110的有效状态。

此外，通过使用本实施方式的结构，即使不使用通信信号的发送信号，也能够判定天线110的有效状态，因此能够防止由于发送信号引起发送电路101的损坏。特别是，在发送信号的功率(发送功率)大的无线通信机中，易于由发送信号的反射功率等导致损坏，但通过使用本实施方式的结构，能够防止这样的损坏。

此外，在本实施方式的结构中，通过控制部24进行天线调谐器10的阻抗调整、以及天线110的有效状态的判定。换言之，将对天线110的有效状态进行判定的有效状态判定部包含于进行天线调谐器10的阻抗调整的控制部24。由此，在被配置在天线110的正下方的天线调谐器10的电路结构中包含对天线110的有效状态进行判定的电路结构，能够减少控制系统的功能部的结构要素数目。由此，能够使具有天线110的有效状态的判定功能的天线调谐器10的电路结构更简化，能够实现小型化。

另外，在上述的说明中，作为阻抗元件212而使用了电感器，但即使使用电阻器，通过同样的方法，也能够判定天线110的有效状态。

上述的天线状态判定电路20使用如下示出的流程，判定天线110的有效状态。图3是表示本发明的实施方式所涉及的天线状态判定方法的第一方式的流程图。

控制部24在对开关22进行控制而使天线110与发送侧连接的状态、即没有将天线110与振荡电路21连接的状态下，启动振荡电路21(S101)。该状态对应于本发明的“第一连接状态”。

频率计测部23对第一连接状态下的来自振荡电路21的输出信号的频率进行计测，作为第一振荡频率f1(S102)。此时，频率计测部23在从振荡电路21启动起经过规定时间，振荡电路21的输出信号的频率稳定的状态下，计测第一振荡频率f1。

控制部24对开关22进行控制而将天线110与振荡电路21连接(S103)。该状态对应于本发明的“第二连接状态”。

频率计测部23对第二连接状态下的来自振荡电路21的输出信号的频率进行计测，作为第二振荡频率f2(S104)。此时，频率计测部23在从将天线110与振荡电路21连接起经过规定时间，振荡电路21的输出信号的频率稳定的状态下，计测第二振荡频率f2。

控制部24将第一振荡频率f1和第二振荡频率f2进行比较(S105)。若满足由第一振荡频率f1和第二振荡频率f2不同(f1≠f2)，且第二振荡频率f2不是“0”(f2≠0)定义的判定条件(S106：是)，则控制部24判定为天线110的有效状态是正常(S107)。另外，第一振荡频率f1和第二振荡频率f2不同(f1≠f2)的判定不限于“不是完全相同”。例如，也可以在第一振荡频率f1和第二振荡频率f2的频率差为规定的阈值以上的情况下，判定为第一振荡频率f1和第二振荡频率f2不同(f1≠f2)。

若不满足上述判定条件(S106：否)，则控制部24判定为天线110的有效状态是异常(S108)。

若天线110的有效状态的判定结束，则控制部24停止振荡电路21的振荡(S109)。

像这样，通过使用本实施方式的天线状态判定方法，能够如上述那样准确且可靠地判定天线110的有效状态。

此外，通过使用由该第一方式构成的天线状态判定方法，能够以在没有将天线110与振荡电路21连接的状态下计测的频率作为参考。从而，能够抑制想要判定天线110的有效状态的环境对振荡电路21的振荡频率产生的影响，能够更准确地判定天线110的有效状态。

图4是表示本发明的实施方式所涉及的天线状态判定方法的第二方式的流程图。图4所示的天线状态判定方法相对于图3所示的第一方式，进行在天线的有效状态为异常的情况下的更详细的判定。从而，除了在该异常状态下的判定的处理，与图3所示的第一方式的处理相同，省略与图3相同的处理的说明。

若不满足天线有效状态是正常还是异常的判定条件(S106：否)，则控制部24判定第一振荡频率f1和第二振荡频率f2是否是相同的频率。此时，控制部24不限于以第一振荡频率f1和第二振荡频率f2是否是完全相同的频率来判定。例如，也可以在第一振荡频率f1和第二振荡频率f2的频率差小于规定的阈值的情况下，判定为第一振荡频率f1和第二振荡频率f2相同(f1＝f2)。

若满足第一振荡频率f1和第二振荡频率f2相同(f1＝f2)这样的开路状态判定条件(S111：是)，则控制部24判定为天线110是开路状态(S112)。若不满足开路状态判定条件(S111：否)，则控制部24判定为天线110是短路状态(S113)。

通过进行这样的处理，不仅判定天线有效状态是异常，还能够判定是开路状态还是短路状态。由此，用户能够更详细地掌握天线110的异常状态，能够容易地进行恢复作业。

图5是表示本发明的实施方式所涉及的天线状态判定方法的第三方式的流程图。图5所示的天线状态判定方法相对于图3所示的天线状态判定方法，第一振荡频率f1的取得方法不同。其他处理与图3的天线状态判定方法相同，省略说明。

控制部24将没有连接天线110的状态下的振荡电路21的振荡频率作为第一振荡频率f1而预先取得并存储。例如，在控制部24中，将振荡电路21的设计上的振荡频率作为第一振荡频率f1而存储。

控制部24读出所存储着的第一振荡频率f1(S121)。控制部24在此后使用图3所示的天线状态判定方法的处理，取得第二振荡频率f2，判定天线110的有效状态。

通过使用这样的处理，能够缩短取得作为参考的振荡频率的时间，能够更快速地判定天线110的有效状态。

图6是表示本发明的实施方式所涉及的天线状态判定方法的第四方式的流程图。图6所示的天线状态判定方法相对于图3所示的天线状态判定方法，追加了发送停止控制，其他处理与图3的天线状态判定方法相同，省略说明。

若判定为天线有效状态是异常(S108)，则控制部24执行发送停止控制(S130)。具体而言，例如，控制部24对无线通信机100的发送电路101，控制为停止生成发送信号。此外，例如，控制部24对开关22，控制为不将天线110和可变匹配电路30连接。

通过使用这样的处理，不仅能够获得上述的作用效果，而且还能够防止生成不必要的发送信号。

另外，在上述的说明中，示出了仅在天线有效状态的判定时使振荡电路21振荡的方式，但也可以总是使振荡电路21振荡。但是，通过仅在天线有效状态的判定时使振荡电路21振荡，从而能够抑制从振荡电路21输出的信号对发送信号产生的影响。此外，能够抑制功耗。

此外，在上述的说明中，示出了振荡电路21的振荡频率比无线通信机100的通信信号的频率更低的方式，但在更高的情况下，也能够使用同样的概念来判定天线的有效状态。但是，在振荡电路21的振荡频率比无线通信机100的通信信号的频率低的情况下，天线110在等效电路上必然成为电容器(C性)，因此能够更稳定地判定天线有效状态。

此外，在上述的说明中，仅示出了振荡电路21的振荡频率比无线通信机100的通信信号的频率低，但优选这些频率的数量级不同。例如，优选振荡电路21的振荡频率为10kHz级至100kHz左右。由此，能够更稳定判定天线有效状态。此外，通过使用这样的振荡频率，能够抑制从天线放射用于判定天线有效状态的信号。此外，虽未图示，但也可以在天线和振荡电路之间连接电阻器。由此，能够限制从振荡电路流入天线的电流。

此外，在上述的说明中，示出了在振荡电路中使用运算放大器的方式，但也可以使用作为封装而成为比较器的IC。此外，也可以不使用运算放大器，而是对晶体管等放大元件连接反馈电路而构成振荡电路。

此外，上述的处理方法的各方式能够分别适当组合。

Claims (15)

1.一种天线状态判定电路，对无线通信机的天线的有效状态进行判定，所述无线通信机包括用于生成发送信号的发送电路，

所述天线状态判定电路具备：

振荡电路，具有反馈电路，该振荡电路以与所述发送电路的所述发送信号的频率不同的频率作为振荡频率；

天线连接部，对所述天线没有连接至所述反馈电路的第一连接状态与所述天线连接至所述反馈电路而没有连接至所述发送电路的第二连接状态进行切换；

频率计测部，对所述第一连接状态下的所述振荡电路的输出信号的频率即第一频率和所述第二连接状态下的所述振荡电路的输出信号的频率即第二频率进行计测；以及

有效状态判定部，基于所计测的所述第一频率和所述第二频率来判定所述天线的有效状态。

2.如权利要求1所述的天线状态判定电路，

所述有效状态判定部在所述第一频率与所述第二频率不同，且所述第二频率不是0时，判定为所述天线是正常状态。

3.如权利要求1或2所述的天线状态判定电路，

所述有效状态判定部在所述第一频率与所述第二频率相同，或所述第二频率为0时，判定为所述天线是异常状态。

4.如权利要求3所述的天线状态判定电路，

所述有效状态判定部在所述第一频率与所述第二频率相同时，判定为所述天线是开路状态。

5.如权利要求3所述的天线状态判定电路，

所述有效状态判定部在所述第二频率是0时，判定为所述天线是短路状态。

6.如权利要求1或2所述的天线状态判定电路，

所述振荡电路是连接了电感器和电容器作为所述反馈电路的元件而成的LC振荡电路、或连接了电阻器和电容器作为所述反馈电路的元件而成的RC振荡电路。

7.如权利要求1或2所述的天线状态判定电路，

所述振荡频率是与所述发送电路的所述发送信号的频率相比更低的频率。

8.一种天线调谐器，具备：

权利要求1至权利要求7的任一项所述的天线状态判定电路；以及

可变匹配电路，被连接在所述发送电路与所述天线连接部之间，

所述天线连接部将所述天线与所述反馈电路或所述可变匹配电路中的任一个连接。

9.如权利要求8所述的天线调谐器，具备：

控制部，对所述可变匹配电路的阻抗进行控制，

所述控制部包含所述有效状态判定部。

10.如权利要求9所述的天线调谐器，

在判定为所述天线的有效状态是异常的情况下，所述控制部控制所述天线连接部或所述发送电路以停止所述发送信号的生成。

11.一种无线通信机，具备：

权利要求1至7中任一项所述的天线状态判定电路或权利要求8至10中任一项所述的天线调谐器；以及

所述发送电路。

12.如权利要求11所述的无线通信机，

所述发送信号的频率是MF即中频带或HF即高频带。

13.一种天线状态判定方法，对无线通信机的天线的有效状态进行检测，所述无线通信机包括用于生成发送信号的发送电路，

所述天线状态判定方法具有：

对第一连接状态下的振荡电路的输出信号的频率即第一频率进行计测的工序，所述第一连接状态是不将所述天线连接至所述振荡电路的反馈电路的状态，所述振荡电路以与所述发送电路的发送信号的频率不同的频率作为振荡频率；

对第二连接状态下的所述振荡电路的输出信号的频率即第二频率进行计测的工序，所述第二连接状态是将所述天线连接至所述反馈电路而没有连接至所述发送电路的状态；以及

根据所述第一频率和所述第二频率判定所述天线的有效状态的判定工序。

14.如权利要求13所述的天线状态判定方法，

所述判定工序中，

在所述第一频率与所述第二频率不同，且所述第二频率不是0时，判定为所述天线是正常状态，

在所述第一频率与所述第二频率相同，或所述第二频率为0时，判定为所述天线是异常状态。

15.如权利要求14所述的天线状态判定方法，

在所述第一频率与所述第二频率相同时，判定为所述天线是开路状态，

在所述第二频率为0时，判定为所述天线是短路状态。

Images