專利名稱：信號分發(fā)以及浪涌檢測和保護(hù)的模塊和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及浪涌保護(hù)，并且更具體地涉及用于在包括拼裝的無 線的無線電系統(tǒng)的各種系統(tǒng)中的信號分發(fā)以及浪涌檢測和保護(hù)的系統(tǒng)和方 法。
背景技術(shù)：
浪涌保護(hù)電路被設(shè)計以保護(hù)電子設(shè)備免受由浪涌事件引起的損壞，浪 涌事件可導(dǎo)致大的瞬態(tài)過電壓或電流尖峰。浪涌事件可由雷擊、開關(guān)沖 擊、電氣線路噪聲以及其他瞬態(tài)或異常狀況和故障而產(chǎn)生。例如，雷擊可導(dǎo)致20kV的浪涌，該浪涌可毀壞缺少防止這樣的破壞的浪涌保護(hù)的設(shè) 備。浪涌保護(hù)可通過限制電壓、經(jīng)替代信號路徑分流電流或者這兩種手段 一起，來在浪涌到達(dá)電子設(shè)備之前阻隔浪涌。浪涌保護(hù)器的示例包括初級和次級保護(hù)裝置。 一般地，初級保護(hù)裝置 是通常控制電力進(jìn)線口的保護(hù)裝置，作為主隔離而操作，并且次級保護(hù)裝 置可連接在主隔離的上游或下游。浪涌保護(hù)裝置可利用熔斷器，電感器， 諸如金屬氧化物變阻器(metal oxide varistor， MOV)、齊納二極管、氣體 放電管(gas tube)之類的箝位裝置，或者這樣裝置的各種組合等等來構(gòu) 建。不同的系統(tǒng)可能需要不同的保護(hù)措施以及可能不同類型的浪涌保護(hù)機(jī)制。在這樣的系統(tǒng)中，無線通信或無線的無線電系統(tǒng)可被配置為由多個終 端組成的點到點的、點到多點的以及網(wǎng)格狀的網(wǎng)絡(luò)。在一些無線通信系統(tǒng) 中，每個終端或節(jié)點包括數(shù)字和模擬的收發(fā)器部分。模擬部分可包括IF(中頻)和RF (射頻)內(nèi)容。利用拼裝(split mount)配置，每個節(jié)點都 具有戶內(nèi)單元(IDU)和戶外單元(ODU) 。 IDU連接至網(wǎng)絡(luò)(例如，以 太網(wǎng)或因特網(wǎng)網(wǎng)絡(luò))并且ODU連接至天線。在此情況下，IDU具有電源 以及調(diào)制解調(diào)器或網(wǎng)絡(luò)接口，并且ODU具有RF收發(fā)器。IDU可向ODU 供應(yīng)DC電力和經(jīng)調(diào)制的IF信號用于發(fā)送，并且它可自O(shè)DU接收從天線 接收的經(jīng)調(diào)制的IF信號。對此，IDU和ODU利用同軸線纜來具有它們之 間的上下連接，同軸線纜可運載電力和IF信號(即DC和非DC信號)。在諸如上述的無線的無線電系統(tǒng)之類的拼裝系統(tǒng)中，ODU和IDU都 可能需要防范浪涌事件的保護(hù)。根據(jù)管理方針，IDU通常需要初級浪涌保 護(hù)，即在電力進(jìn)線口處以及在同軸線纜連接點處。在這樣的方針下，ODU 的浪涌保護(hù)可被設(shè)置在ODU外殼之內(nèi)或之外，并且它可以是初級的或者 次級的。在ODU中，內(nèi)部的浪涌抑制電路僅提供次級保護(hù)，并且外部的 浪涌放電器可能是昂貴的且需要分別的外殼。外部的浪涌放電器通常被密 封隔開環(huán)境，并且需要適當(dāng)?shù)亟拥?。然而，即使利用了如上所述的保護(hù)機(jī)制，故障也可能發(fā)生。例如，在 拼裝系統(tǒng)中，上下線纜連接器可能容許浪涌能量進(jìn)入到無線的無線電系統(tǒng) 內(nèi)的部件，并且表現(xiàn)出這樣系統(tǒng)中的弱點。因此，當(dāng)存在故障時，系統(tǒng)制 造商(例如，ODU和IDU制造商)可能被要求執(zhí)行保修(warranty repair)，而未必知道故障是否由浪涌事件、不適當(dāng)?shù)陌惭b或另一原因引 起。因此還存在如下的需要，檢測并且更好地判斷這樣的故障的原因，以 便例如判斷誰可能負(fù)責(zé)修理。發(fā)明內(nèi)容考慮到以上所描述的，本發(fā)明的各種實施例包括分發(fā)信號的浪涌分 量、RF和DC以及檢測、抑制和記錄浪涌事件。以下概述了用于執(zhí)行這些 功能的系統(tǒng)和方法的一些示例。根據(jù)一個實施例， 一種用于分發(fā)信號并用于檢測、抑制和記錄浪涌事 件的系統(tǒng)，包括RF (射頻)路徑；DC (直流)路徑，該DC路徑電感 地耦合至RF路徑；以及浪涌保護(hù)和檢測部件。浪涌保護(hù)和檢測部件包括 浪涌保護(hù)部件，該浪涌保護(hù)部件具有操作為連接在DC路徑和地之間的一 個或多個箝位裝置，以箝位與浪涌事件相關(guān)聯(lián)的浪涌能量，以及浪涌檢測 器，該浪涌檢測器操作為連接至RF路徑，浪涌檢測器從RF路徑接收與這 樣的浪涌事件相關(guān)聯(lián)的經(jīng)衰減的浪涌能量，其中浪涌檢測器適用于提供浪 涌事件的標(biāo)記以便記錄浪涌事件以供將來參考。這樣的系統(tǒng)還可包括處理器和存儲器，該處理器和該存儲器被操作為 連接，用于處理和記錄來自浪涌檢測器的標(biāo)記，并且它還可包括顯示、記 錄或打印裝置，該顯示、記錄或打印裝置操作為連接至處理器并且適用于 從處理器接收與浪涌事件相關(guān)聯(lián)的信息。該信息可優(yōu)選地表示所記錄的浪 涌事件，并且還可表示當(dāng)前的浪涌事件，或者可表示所記錄的浪涌事件以 及當(dāng)前的浪涌事件。在這樣的系統(tǒng)中，RF路徑、DC路徑以及浪涌保護(hù)和檢測部件可被一 起實現(xiàn)在信號分發(fā)和保護(hù)模塊(SDPM)中。SDPM可適用于抑制、檢測 和提供由雷電浪涌或電力浪涌產(chǎn)生的浪涌事件的標(biāo)記，其中標(biāo)記采用數(shù)字 信息的形式。RF路徑包括RF匹配網(wǎng)絡(luò)，該RF匹配網(wǎng)絡(luò)具有阻抗匹配電 感器。RF匹配網(wǎng)絡(luò)包括DC阻隔器，DC阻隔器在每一端連接至電感器。 RF路徑還可包括兩個RF連接器，RF匹配網(wǎng)絡(luò)插入在這兩個RF連接器之 間。DC路徑經(jīng)由電感器電感地耦合至RF路徑，該電感器適用于允許DC 和低頻信號分量到達(dá)DC路徑并且防止更高頻的分量通到DC路徑。DC路 徑經(jīng)由另一電感器電感地耦合至RF路徑，該另一電感器適用于允許低頻 浪涌能量的部分繞過DC阻隔器而到達(dá)RF路徑。浪涌檢測器適用于采樣電力浪涌能量和雷電浪涌能量。浪涌檢測器包 括采樣器以及適用于接收來自采樣器的信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。浪涌 檢測器還包括操作為地插入在采樣器和ADC之間的緩沖器。在示例性系統(tǒng)中，箝位裝置包括氣體放電管、金屬氧化物變阻器以及齊納二極管的任何組合。這樣的箝位裝置適用于以預(yù)定的順序?qū)擞渴录?作出反應(yīng)。浪涌事件通常與雷擊、電力浪涌或電噪聲相關(guān)聯(lián)。此外，浪涌 保護(hù)部件還可包括一個或多個電容器，這一個或多個電容器中的每一個連
接在箝位裝置中的一個兩端。DC路徑包括插入在每對箝位裝置之間的電 感器。此外，DC路徑包括與電感器串聯(lián)的電力供應(yīng)連接器。
根據(jù)本發(fā)明的另 一 實施例的系統(tǒng)包括浪涌檢測和保護(hù)模塊 (SDPM)，該SDPM包括RP路徑，DC路徑，該DC路徑電感地耦合 至RF路徑，浪涌保護(hù)部件，該浪涌保護(hù)部件操作為耦合在DC路徑和地 之間，并且適用于抑制與浪涌事件相關(guān)聯(lián)的浪涌能量，以及浪涌檢測器， 該浪涌檢測器適用于提供浪涌事件的標(biāo)記。這樣的系統(tǒng)還包括處理器，該 處理器操作為耦合至浪涌檢測器，并且適用于接收和處理標(biāo)記以便管理浪 涌事件的記錄；存儲器，該存儲器適用于保存浪涌事件的記錄；以及輸出 裝置，該輸出裝置操作為地耦合至處理器，并且適用于對與浪涌事件相關(guān) 聯(lián)的信息進(jìn)行發(fā)送、打印和顯示中的一種或多種。在此系統(tǒng)中，浪涌檢測 器經(jīng)由到RF路徑的連接來接收浪涌能量的至少一部分，其中DC路徑適 用于運載DC和低頻信號分量，同時包括RF匹配網(wǎng)絡(luò)的RF路徑適用于運 載更高頻的信號分量，并且其中低頻信號分量繞過了 RF匹配網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)由 DC路徑以及DC路徑和RF路徑之間的電感耦合來到達(dá)到RF路徑的連 接。
根據(jù)另一實施例，系統(tǒng)還可包括戶內(nèi)單元(IDU)、戶外單元 (ODU)以及連接在IDU禾卩ODU之間的線纜，其中IDU、 ODU或者 IDU和ODU兩者具有與自己相關(guān)聯(lián)的SDPM。 ODU包括操作為連接至 RF路徑的收發(fā)器，其中RF路徑適用于運載去往和來自收發(fā)器的IF (中 頻)信號分量，并且其中收發(fā)器適用于無線地發(fā)送和接收與IF信號分量相 關(guān)聯(lián)的微波信號。
根據(jù)這里實施的并且廣泛描述的本發(fā)明的目的， 一種用于分發(fā)信號并 用于檢測、抑制和記錄浪涌事件的方法，包括以下步驟提供RF路徑； 提供DC路徑，該DC路徑電感地耦合至RF路徑；以及提供浪涌保護(hù)和檢
測裝置，包括提供浪涌保護(hù)部件，該浪涌保護(hù)部件具有操作為連接在DC路徑和地之間的一個或多個箝位裝置，以箝位與浪涌事件相關(guān)聯(lián)的浪
涌能量，以及提供浪涌檢測器，該浪涌檢測器操作為連接至RF路徑，浪 涌檢測器從RF路徑接收與這樣的浪涌事件相關(guān)聯(lián)的經(jīng)衰減的浪涌能量， 其中浪涌檢測器適用于提供浪涌事件的標(biāo)記以便用于記錄浪涌事件以供將 來參考。此方法還包括提供處理器的步驟，該處理器適用于基于來自浪涌 檢測器的標(biāo)記來管理浪涌事件的記錄。
此外根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的目的， 一種用于分發(fā)信號并用于檢
測、抑制和記錄浪涌事件的方法，包括以下步驟接收包括與浪涌事件相
關(guān)聯(lián)的浪涌分量、DC分量和RF分量的信號；通過RF路徑傳播RF分 量，同時將DC分量從RF路徑阻隔開；通過DC路徑傳播DC分量，其中 DC路徑電感地耦合至RF路徑；通過包括操作為連接到地的一個或多個箝 位裝置的DC路徑傳播浪涌分量，并且在一個或多個箝位裝置處箝位浪涌 分量；以及檢測浪涌分量的剩余，并且基于該剩余來記錄浪涌事件。
從這里的描述、權(quán)利要求以及此后描述的附圖，將更好地理解本發(fā)明 的這些和其他的特征、方面和優(yōu)點。


并入此說明書并且構(gòu)成此說明書的一部分的附圖示出了本發(fā)明的各種 方面，并且與描述一同起到了說明其原理的作用。無論什么方便的地方， 貫穿附圖都將使用相同的標(biāo)號來指示相同或相似的元素。
圖1A是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的具有信號分發(fā)和保護(hù)模塊的拼裝 的無線的無線電系統(tǒng)的框圖。
圖IB是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的具有兩個信號分發(fā)和保護(hù)模塊的 拼裝的無線的無線電系統(tǒng)的框圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的信號分發(fā)和保護(hù)模塊的框圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的浪涌檢測器的框圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于浪涌檢測和記錄的方法的流程圖。
具體實施例方式
在以下的詳細(xì)描述中，參考了附圖，在附圖中作為例示而示出了若干 實施例以及實踐本發(fā)明的方式。將被理解的是，在不脫離本發(fā)明的范圍的 情況下，可使用其他實施例并且可進(jìn)行結(jié)構(gòu)的改變。
圖1A是示出具有根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的信號分發(fā)和保護(hù)模塊
(SDPM)的、拼裝的無線的無線電系統(tǒng)的框圖。在此系統(tǒng)中，戶內(nèi)單元 (IDU) 110經(jīng)由線纜115耦合至戶外單元(ODU) 120。 IDU 110被耦合 至網(wǎng)絡(luò)(未示出)，IDU 110與網(wǎng)絡(luò)通信以接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。因此，IDU 具有發(fā)送和接收路徑。在發(fā)送路徑中，IDU 110被配置為接收來自網(wǎng)絡(luò)的 數(shù)據(jù)，IDU 110將該數(shù)據(jù)用于例如利用QAM (正交調(diào)幅)來調(diào)制RF信 號，以產(chǎn)生經(jīng)調(diào)制的RF信號(經(jīng)常是IF信號)。連同DC電力，IDU110 向ODU 120供應(yīng)經(jīng)調(diào)制的RF信號。因此，線纜115優(yōu)選地是被設(shè)計用于 運載包括RF分量和DC分量的信號的同軸線纜。在浪涌事件期間，線纜 115可能運載浪涌或瞬態(tài)沖擊。在接收路徑中，IDU 110接收來自O(shè)DU 120的經(jīng)調(diào)制的信號(經(jīng)常是中頻(IF)信號)，并且在解調(diào)它們之后 IDU通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)。
在此實施例中，ODU 120包括母板122、處理器124以及DC電力模 塊126。母板122接收從IDU110發(fā)送的經(jīng)調(diào)制的RF信號，并且在收發(fā)器 模塊中將它們轉(zhuǎn)換為微波或高頻信號，用于經(jīng)由天線發(fā)送。ODU中的處理 器124操作為控制ODU的操作，這些操作優(yōu)選地包括處理和記錄浪涌事 件。處理器124可作為印刷電路板或集成電路上的處理器模塊、或者以其 他合適的配置來實現(xiàn)。集成電路處理器的示例可包括微控制器、微處理 器、專用集成電路(ASIC)以及現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)。
ODU被優(yōu)選地封入外殼，并且SDPM 130也優(yōu)選地位于ODU 120的 外殼內(nèi)。在一些系統(tǒng)配置中，SDPM可位于外殼的外部。圖1A和圖1B的 框圖示出可在ODU、 IDU或兩者處都具有SDPM的無線的無線電系統(tǒng)。 此外，雖然SDPM 130和132的實施例這里被示出用在無線的無線電系統(tǒng) 中，但是SDPM的各種實施例可用在除無線的無線電系統(tǒng)以外的系統(tǒng)中。
此外如圖1A所示，SDPM 130將通過線纜115接收的RF信號和DC信號分別分發(fā)至母板122和DC電力模塊126;并且SDPM 130將所接收 的RF信號以相反方向通過線纜115分發(fā)至IDU 110。此外，SDPM130在 浪涌事件期間檢測和抑制浪涌，并且向處理器124提供這樣的浪涌事件的 標(biāo)記?？膳渲肧DPM攔截的浪涌事件的示例包括在ODU或IDU處的線纜 連接器上出現(xiàn)的浪涌能量，以及在到IDU (或任何其他電子設(shè)備)的進(jìn)線 口處出現(xiàn)的浪涌能量。因此，在一些無線的無線電系統(tǒng)中，IDU還可具有 SDPM以攔截浪涌事件，并且SDPM可安裝在進(jìn)線口處、上下線纜連接處 或兩處都安裝。在例示的實施例中，SDPM 130位于ODU外殼內(nèi)以攔截在 到ODU的線纜115連接點所引進(jìn)的浪涌能量。
圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的SDPM 130的功能部件的 SDPM 130的框圖。在此實施例中，SDPM 130包括用于RF和DC信號分 量的分別的路徑。RF路徑215和DC路徑216被設(shè)計用于信號分發(fā)，具有 它們之間的適當(dāng)電隔離以最小化干擾。兩個電感器，諸如電磁線圈或RF 扼流圈206和207，感性地耦合SDPM 130中的RF路徑215和DC路徑 216。此外，SDPM 130包括浪涌保護(hù)部件以及浪涌檢測和報告部件。優(yōu)選 地，浪涌保護(hù)部件包括箝位裝置210、 211和212。浪涌檢測和報告部件包 括操作為耦合至RF路徑215和處理器124的浪涌檢測器214。
RF路徑215為信號的經(jīng)調(diào)制的RF或非DC分量提供去往和來自O(shè)DU 中的收發(fā)器的路徑；并且RF路徑215為經(jīng)衰減的浪涌脈沖提供路徑。對 于通常IF范圍中的經(jīng)調(diào)制的RF信號，RF路徑215可包括通過DC阻隔器 203耦合的RF連接器201和205， DC阻隔器203被連接在RF電感器202 和204的每一側(cè)。RF電感器202和204向RF連接器201和205提供各自 的RF匹配以改善回波損耗。這樣的RF部件可被設(shè)計用于在中頻范圍
(IF;例如，50MHz-450MHz)或者以非DC信號的其他操作頻率操作。 此外，根據(jù)回波損耗的需要以及SDPM的物理布局，電感器202和204可 從RF路徑215 —起省略。耦合在這些RF電感器之間的DC阻隔器203
(可以是電容器)阻隔DC電力以免侵入RF信號路徑。DC阻隔電容器可 被設(shè)計以適合所期望的頻率響應(yīng)。RF電感器和電容器202、 203和204形 成了使RF信號能以最小插入損耗通過RF匹配網(wǎng)絡(luò)(具有高通或帶通特性)。
上述電感器206和207防止RF信號分量到達(dá)DC信號路徑216，因此 還可已知是RF隔離器或RF扼流圈。具體地，在例示的SDPM 130中，接 近RF連接器201的第一電感器206允許DC電力和浪涌能量進(jìn)入DC路 徑。在不同的情景中，比如說在IDU中，SDPM可用在線纜連接點處(如 圖1B所示)、電力線連接點處或者兩處都用。
返回圖2，第二電感器207將DC路徑216與RF路徑215隔離，并且 當(dāng)雷電浪涌事件發(fā)生時防止在RF連接器205處出現(xiàn)雷電泄漏電壓(來自 RF路徑215)。這是因為第二電感器207經(jīng)由TVS 212將這樣的電壓上升 分流至地。它還為從DC路徑216到浪涌檢測器214的浪涌脈沖的經(jīng)抑制 的低頻分量提供采樣路徑。
此外如圖2所示，RF路徑還包括耦合至RF連接器205的浪涌檢測器 214。浪涌檢測器214適用于接收來自RF路徑215的和來自DC路徑216 的經(jīng)衰減的浪涌，并且檢測浪涌事件。例如，調(diào)諧至IF頻率(例如， 450MHz)的RF匹配網(wǎng)絡(luò)顯著衰減了 lMHz雷電浪涌能量，但是允許足夠 的浪涌能級用于由浪涌檢測器124檢測。在電力浪涌的情況下，經(jīng)由第二 電感器207提供經(jīng)衰減的浪涌能量。所以，雖然在包括上述的雷電浪涌和 電力浪涌的各種情景中SDPM可適用于檢測和保護(hù)抵御能量浪涌，但是在 ODU中它適用于分發(fā)IF信號并且檢測和保護(hù)抵御來自雷電浪涌事件的損 壞。因此，浪涌檢測器214還適用于向用于記錄和報告浪涌事件的處理器 124發(fā)送這樣的浪涌事件的標(biāo)記。
通過電感器206和207感性地耦合至RF路徑的DC路徑216為DC電 力以及為浪涌能量提供了路徑，浪涌能量如前所述主要包含DC和較低頻 率的能量。在例示的實施例中，DC路徑216包括兩個電感器208和209 以及電力供應(yīng)(PS)連接器213，電力供應(yīng)連接器213將DC電力運載至 ODU 120中的電力模塊126。這里作為電力線圈208和209而示出的電感 器影響了浪涌或瞬態(tài)沖擊的時間常數(shù)，并且因此引進(jìn)了延遲。DC電力可 通過電力供應(yīng)連接器213提供為經(jīng)調(diào)節(jié)的或未經(jīng)調(diào)節(jié)的DC電壓(例如，-48VDC或者-26V至-60VDC)。為了抑制浪涌能量，浪涌保護(hù)部件包括操作為耦合在DC路徑216和
地之間的一個或多個箝位裝置。在此示例中，存在三個箝位裝置，包括氣
體放電管210、金屬氧化物變阻器(MOV) 211以及瞬態(tài)電壓抑制器 (TVS) 212。浪涌保護(hù)裝置還可包括與箝位裝置并聯(lián)的電容器，以提供
RF接地。如此示例所示，跨越氣體放電管210和TVS 212設(shè)置了電容器 (CAP)。
氣體放電管210是當(dāng)所應(yīng)用的電壓超過它的額定箝位電壓時短路的裝 置。通常的氣體放電管包括包含氣體的密封腔，該氣體離子化并且使電流 能流到地。氣體放電管210可以是具有額定箝位電壓和標(biāo)稱沖擊放電電流 的部件。MOV 211是當(dāng)所應(yīng)用的電壓超過它的額定箝位電壓時短路的另一 裝置。 一般地，MOV 211比氣體放電管210對浪涌或瞬態(tài)沖擊反應(yīng)更迅 速，但是比氣體放電管210可消耗更少的電力。通常的MOV起到非線性 的或可變的電阻器的作用，該電阻器對低于額定箝位電壓的應(yīng)用電壓表現(xiàn) 出高的對地電阻，并且對處于或高于額定箝位電壓的應(yīng)用電壓表現(xiàn)出低的 對地電阻。MOV 211可以是具有最大箝位電壓和最大峰值沖擊放電電流的 部件。瞬態(tài)電壓抑制器(TVS) 212可以是齊納二極管。例如，TVS 212 可以是具有最大箝位電壓和最大峰值沖擊電流的部件。相對于MOV 211 和氣體放電管210， TVS 212對浪涌或瞬態(tài)沖擊反應(yīng)更迅速，但是可消耗 更少的電力。
在正常操作期間，RF信號分量遍歷RF路徑215 (在此實施例中由RF 連接器201、 RF電感器202、 DC阻隔器203、 RF電感器204以及RF連接 器205形成)。DC電力信號分量遍歷包括RF連接器201、電感器206以 及DC路徑216 (由電感器208、電感器209以及PS連接器213形成)的 路徑。當(dāng)浪涌事件發(fā)生時，浪涌能量(沖擊)遍歷由RF連接器201、電 感器206、電感器208、電感器209、氣體放電管210、 MOV 211、 TVS 212、電感器207以及浪涌檢測器214形成的信號路徑。箝位裝置210、 211和212抑制DC路徑216中的浪涌能量脈沖，將大部分浪涌能量分流 至地。優(yōu)選地，箝位裝置被布置從而它們以特定順序遭遇各種級別的傳播 中的浪涌能量。氣體放電管210充當(dāng)初級保護(hù)器。MOV211充當(dāng)次級保護(hù)器，并且TVS 212作為三級保護(hù)。這些部件必須由電感的或電阻的隔離阻 抗分離以確保保護(hù)裝置的適當(dāng)協(xié)調(diào)。在大多應(yīng)用中，電感性元件用來最小 化正常操作期間的功耗和電壓降。在氣體放電管式浪涌放電器中，火花放 電后的電弧的低阻抗導(dǎo)致大部分能量消耗在別處，例如功率跟隨的
(power-follow)能量。諸如MOV之類的電壓箝位式抑制器必須吸收大量 的瞬態(tài)浪涌能量。它的箝位動作不涉及由氣體短路動作產(chǎn)生的功率跟隨的 能量。用于瞬態(tài)抑制的事件的序列描述如下(a) TVS 212將瞬態(tài)的前沿 箝位于剛剛大于額定操作電壓的值；(b)隨著瞬態(tài)電壓繼續(xù)上升，它達(dá) 到了具有高于TVS的峰值電流處理能力的MOV211的操作范圍；(c)隨 著通過MOV的電流增加，電感器208兩端電壓增長，該電壓導(dǎo)致氣體放 電管燃亮，將瞬態(tài)能量分流通過氣體放電管并且遠(yuǎn)離了所保護(hù)的電路；
(d)氣體放電管在瞬態(tài)的持續(xù)時間保持完全工況；并且(e)在瞬態(tài)過去 之后氣體放電管熄滅，準(zhǔn)備下一瞬態(tài)。此電路使用每個部件來做每個做得 最好的事氣體放電管分流瞬態(tài)的高能部分，MOV提供中間的功率處理 以及對TVS的保護(hù)，TVS完成對低能前沿的精確箝位。
注意，根據(jù)實際應(yīng)用和保護(hù)需要，浪涌保護(hù)部件可包括多于三個的箝 位裝置(例如四個)或者它可包括少于三個的箝位裝置(例如兩個)。
出于檢測和記錄的目的，無論什么能量被剩下(未被箝位)都是足夠 用于檢測的，并且被傳遞至浪涌檢測部件214。圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的 一個實施例的浪涌檢測部件的框圖。在此實施例中，浪涌檢測器214處于 ODU并且包括連續(xù)連接的若干部件。具體地，它包括采樣器302，采樣器 302耦合至限制器303，限制器303依次耦合至緩沖器304。緩沖器304耦 合至模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 305， ADC 305耦合至處理器124。
浪涌檢測器214適用于接收來自RF路徑215的信號(圖2)，并且這 樣的RF信號可包括RF分量和浪涌能量分量。采樣器302采樣浪涌能量分 量并且向限制器303提供樣本。采樣器302可以是電阻式分壓器或另一合 適的裝置。限制器303限制所采樣的浪涌能量脈沖的幅度。限制器303可 以是諸如低功率TVS 二極管之類的全波或半波箝位裝置，該箝位裝置被配 置為將電壓限制到低于緩沖器的擊穿電壓的電平。緩沖器304將ADC 305與限制器303隔離并且還可按比例提高或降低所采樣的浪涌能量脈沖電
平。ADC 305提供對經(jīng)改變比例的所采樣的浪涌脈沖的模數(shù)轉(zhuǎn)換，向處理 器124提供數(shù)字值作為浪涌事件的標(biāo)記。閾值被建立在ODU處理器124 內(nèi)以區(qū)別進(jìn)入的浪涌脈沖和"噪聲"。檢測到的浪涌脈沖電平一旦超過閾 值，浪涌檢測和記錄程序就被觸發(fā)，并且浪涌事件被記錄。如果進(jìn)入的脈 沖低于閾值，那么處理器將把它認(rèn)作低電平"噪聲"，并且沒有事件被記 錄。
圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于檢測和記錄浪涌事件的方 法的流程圖。根據(jù)此方法，在步驟400 —旦檢測到浪涌事件，在步驟401 處理器就從浪涌檢測部件接收表示浪涌能量的數(shù)字值。在步驟402處理器 執(zhí)行檢查以判斷是否已發(fā)生比特差錯。如果沒有，那么在步驟409浪涌事 件被記錄。記錄浪涌事件可包括存儲浪涌事件標(biāo)識符以及與浪涌事件相關(guān) 聯(lián)的時間。如果在步驟402檢測到比特差錯，那么在步驟403處理器執(zhí)行 檢查以判斷ODU警報是否已被觸發(fā)。如果ODU警報未被觸發(fā)，那么在步 驟409浪涌事件被記錄。否則，在步驟404處理器復(fù)位ODU。在復(fù)位之 后，在步驟405處理器執(zhí)行檢查以判斷ODU警報是否已被觸發(fā)。如果沒 有，那么在步驟409浪涌事件被記錄。否則，在步驟406處理器復(fù)位 ODU。在復(fù)位之后，在步驟407處理器執(zhí)行檢査以判斷ODU警報是否已 被觸發(fā)。如果沒有，那么在步驟409浪涌事件被記錄。否則，在步驟408 處理器確定ODU已被損壞。然后在步驟409處理器記錄浪涌事件。在步 驟410處理器向顯示器輸出與所記錄的浪涌事件相關(guān)聯(lián)的信息(或者它可 比如說通過網(wǎng)絡(luò)來向打印機(jī)輸出此信息或向另一裝置發(fā)送該信息)。然后 在步驟411處理器復(fù)位浪涌檢測器。檢測和記錄被提供以便判斷故障的可 能原因以及誰可能負(fù)責(zé)修理。
總而言之，本發(fā)明考慮了浪涌檢測和保護(hù)模塊的各種實施例。雖然已 結(jié)合若干實施例描述和例示了本發(fā)明，但是在不脫離本發(fā)明的精神和范圍 的情況下其他實施例是可以的。因此，如權(quán)利要求所列舉的本發(fā)明的范圍 不應(yīng)當(dāng)限于以上所陳述的方法或結(jié)構(gòu)的精確細(xì)節(jié)，因為變化和修改也可被 包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種用于分發(fā)信號并用于檢測、抑制和記錄浪涌事件的系統(tǒng)，包括RF(射頻)路徑；DC(直流)路徑，所述DC路徑感性地耦合至所述RF路徑；以及浪涌保護(hù)和檢測部件，所述浪涌保護(hù)和檢測部件包括浪涌保護(hù)部件，所述浪涌保護(hù)部件具有操作為連接在所述DC路徑和地之間的一個或多個箝位裝置，以箝位與浪涌事件相關(guān)的浪涌能量，以及浪涌檢測器，所述浪涌檢測器操作為連接至所述RF路徑，所述浪涌檢測器從所述RF路徑接收與這樣的浪涌事件相關(guān)的經(jīng)衰減的浪涌能量，其中所述浪涌檢測器適用于提供所述浪涌事件的標(biāo)記以便用于記錄所述浪涌事件供將來參考。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述RF路徑、DC路徑以及浪 涌保護(hù)和檢測部件被一起實現(xiàn)在信號分發(fā)和保護(hù)模塊(SDPM)中。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述SDPM適用于抑制、檢測 和提供由雷電浪涌或電力浪涌產(chǎn)生的浪涌事件的標(biāo)記。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述標(biāo)記是數(shù)字信息形式的。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括處理器和存儲器，所述處理器 和所述存儲器被操作為被連接用于處理和記錄來自所述浪涌檢測器的標(biāo) 記。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，還包括顯示、記錄或打印裝置，所述 顯示、記錄或打印裝置操作為連接至所述處理器，并且適用于從所述處理 器接收與浪涌事件相關(guān)聯(lián)的信息。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中，所述信息表示所記錄的浪涌事 件、當(dāng)前的浪涌事件、或者所記錄的浪涌事件和當(dāng)前的浪涌事件兩者。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述RF路徑包括DC阻隔器。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述RF路徑包括具有阻抗匹 配電感器的RF匹配網(wǎng)絡(luò)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述RF路徑包括RF匹配網(wǎng) 絡(luò)，所述RF匹配網(wǎng)絡(luò)包括所述DC阻隔器，所述DC阻隔器在每一端連接 至電感器。
11. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中，所述RF路徑包括兩個RF連 接器，RF匹配網(wǎng)絡(luò)插入在所述兩個RF連接器之間。
12. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中，所述DC路徑經(jīng)由電感器感性 地耦合至所述RF路徑，所述電感器適用于允許DC和低頻信號分量到達(dá) 所述DC路徑并防止更高頻的分量通到所述DC路徑。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中，所述RF路徑包括DC阻隔 器，并且其中，所述DC路徑經(jīng)由另一電感器或電阻器感性地耦合至所述 RF路徑，所述另一電感器或電阻器適用于允許低頻浪涌能量的部分繞過 所述DC阻隔器而到達(dá)所述RF路徑。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述浪涌檢測器適用于接收 電力浪涌能量和雷電浪涌能量。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中，所述浪涌檢測器適用于經(jīng)由 所述DC路徑接收電力浪涌能量，經(jīng)由所述RF路徑接收雷電浪涌能量。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述一個或多個箝位裝置包 括氣體放電管、金屬氧化物變阻器、齊納或瞬態(tài)電壓抑制器(TVS) 二極 管的任何組合。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述浪涌保護(hù)部件還包括一 個或多個電容器，所述一個或多個電容器中的每個跨越所述箝位裝置中的 一個而連接。
18. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中，所述DC路徑包括插入在每對 箝位裝置之間的電感器或電阻器。
19. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中，所述DC路徑包括串聯(lián)的兩個 電感器以及三個箝位裝置，所述三個箝位裝置操作為耦合在所述兩個電感 器或電阻器與地之間，每個電感器或電阻器適用于向通過所述電感器或電阻器傳播至所述電感器或電阻器連接的箝位裝置的浪涌能量引入時間延 遲。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，所述DC路徑包括與所述電 感器串聯(lián)的電力供應(yīng)連接器。
21. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，當(dāng)多于一個的箝位裝置出現(xiàn) 在所述浪涌保護(hù)部件中時，這樣的箝位裝置適用于以預(yù)定的順序?qū)擞渴?件作出反應(yīng)。
22. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述浪涌保護(hù)部件中的所述 一個或多個箝位裝置包括氣體放電管、金屬氧化物變阻器以及齊納二極 管，其中所述浪涌保護(hù)單元還包括操作為引入時間延遲的兩個電感器或電 阻器。
23. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，浪涌事件與雷擊、電力浪涌 或電噪聲有關(guān)。
24. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述浪涌檢測器包括采樣器 以及適用于接收來自所述采樣器的信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其中，所述浪涌檢測器還包括操作 為插入在所述采樣器和所述ADC之間的緩沖器。
26. —種用于分發(fā)信號并用于檢測、抑制和記錄浪涌事件的系統(tǒng)，包括浪涌檢測和保護(hù)模塊(SDPM)，所述SDPM包括 RF路徑；DC路徑，所述DC路徑感性地耦合至所述RF路徑， 浪涌保護(hù)部件，所述浪涌保護(hù)部件操作為耦合在所述DC路徑和地之間，并且適用于抑制與浪涌事件相關(guān)的浪涌能量，以及 浪涌檢測器，所述浪涌檢測器適用于提供浪涌事件的標(biāo)記；處理器，所述處理器操作為耦合至所述浪涌檢測器，并且適用于接收 和處理所述標(biāo)記以便管理浪涌事件的記錄；存儲器，所述存儲器適用于保存浪涌事件的記錄；以及輸出裝置，所述輸出裝置操作為耦合至所述處理器，并且適用于對與浪涌事件相關(guān)聯(lián)的信息進(jìn)行發(fā)送、打印和顯示中的一種或多種。
27. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其中，所述浪涌檢測器經(jīng)由到所述 RF路徑的連接來接收所述浪涌能量的至少一部分，其中所述DC路徑適用 于運載DC和低頻信號分量，而所述RF路徑包括適用于運載更高頻的信 號分量的RF匹配網(wǎng)絡(luò)，并且其中，低頻信號分量繞過了所述RF匹配網(wǎng) 絡(luò)，經(jīng)由所述DC路徑以及所述DC路徑和所述RF路徑之間的感性耦合， 達(dá)到至所述RF路徑的連接。
28. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，還包括戶內(nèi)單元(IDU)、戶外單 元(ODU)以及連接在所述IDU和所述ODU之間的線纜，其中所述 IDU、所述ODU或者所述IDU和所述ODU兩者具有與自身相關(guān)聯(lián)的 SDPM。
29. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)，其中，與所述IDU相關(guān)聯(lián)的SDPM 位于到所述線纜的連接處。
30. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)，其中，與所述IDU相關(guān)聯(lián)的SDPM位于電力進(jìn)線口處。
31. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)，其中，所述ODU被封入外殼，并 且其中，與所述ODU相關(guān)聯(lián)的SDPM位于到在所述外殼內(nèi)的或者在所述 外殼外的線纜的連接處。
32. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)，其中，所述ODU包括操作為連接 至所述RF路徑的收發(fā)器。
33. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的系統(tǒng)，其中，所述RF路徑適用于運載去 往和來自所述收發(fā)器的IF (中頻)信號分量，并且其中，所述收發(fā)器適用 于無線地發(fā)送和接收與所述IF信號分量相關(guān)聯(lián)的微波信號。
34. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)，其中，所述ODU包括操作為耦合 至所述DC路徑的DC電力模塊。
35. —種用于分發(fā)信號并用于檢測、抑制和記錄浪涌事件的方法，包 括以下步驟提供RF路徑；提供DC路徑，所述DC路徑感性地耦合至所述RF路徑；以及提供浪涌保護(hù)和檢測裝置，包括提供浪涌保護(hù)部件，所述浪涌保護(hù)部件具有操作為連接在所述 DC路徑和地之間一個或多個箝位裝置，以箝位與浪涌事件相關(guān)的浪 涌能量，以及提供浪涌檢測器，所述浪涌檢測器操作為連接至所述RF路徑，所述浪涌檢測器從所述RF路徑接收與這樣的浪涌事件相關(guān)的經(jīng)衰減 的浪涌能量，其中所述浪涌檢測器適用于提供所述浪涌事件的標(biāo)記以 便用于記錄所述浪涌事件供將來參考。
36. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，還包括提供處理器的步驟，所述處 理器適用于基于來自所述浪涌檢測器的標(biāo)記來管理浪涌事件的記錄。
37. —種用于分發(fā)信號并用于檢測、抑制和記錄浪涌事件的方法，包 括以下步驟接收包括與浪涌事件相關(guān)的浪涌分量、DC分量以及RF分量的信號； 通過RF路徑傳播所述RF分量，同時將所述DC分量從所述RF路徑 阻隔開；通過DC路徑傳播所述DC分量，其中所述DC路徑感性地耦合至所 述RF路徑；通過包括操作為連接至地的一個或多個箝位裝置的所述DC路徑傳播 所述浪涌分量，并且在所述一個或多個箝位裝置處箝位所述浪涌分量；以 及檢測所述浪涌分量的剩余，并且基于所述剩余來記錄所述浪涌事件。
全文摘要
本發(fā)明考慮了用于分發(fā)RF和DC信號并且檢測、記錄和抑制與諸如雷電和電力線浪涌之類的浪涌事件相關(guān)聯(lián)的浪涌能量的系統(tǒng)和方法。檢測和記錄被提供以便判斷故障的可能原因以及誰可能負(fù)責(zé)修理。抑制被提供以便保護(hù)諸如拼裝的無線的無線電系統(tǒng)之類的電氣設(shè)備免遭由浪涌事件引起的災(zāi)難性故障。
文檔編號H04M1/24GK101523875SQ200780036921
公開日2009年9月2日 申請日期2007年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月2日
發(fā)明者友明·秦, 大衛(wèi)·C.M·潘姆, 弗蘭克·S·馬蘇莫托 申請人:哈里斯施特拉特克斯網(wǎng)絡(luò)運行公司