CN104038270B - 一种基于交换矩阵的五路六面微波天线开关系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于交换矩阵的五路六面微波天线开关系统，包含宽带开关模块、开关控制模块、电源管理模块和宽带均衡/放大模块；所述宽带开关模块由五组同轴机电开关组成，每组同轴机电开关有六个输入端；所述开关控制模块有五组输出端口，每组输出端口包含六个输出端口，开关控制模块的五组输出端与宽带开关模块的五组输入端对应相电连；宽带开关模块的五个输出端分别与对应的宽带均衡/放大模块的输入端连接；所述电源管理模块为宽带开关模块、开关控制模块和宽带均衡/放大模块的供电。本发明通过选择不同的开关组合逻辑关系，实现不同方向不同角度微波宽带信号的接收，具有切换快、频带宽、损耗低的优点。

Description

一种基于交换矩阵的五路六面微波天线开关系统
技术领域
本发明涉及天线扫描系统，尤其涉及一种基于交换矩阵的五路六面微波天线开关系统。
背景技术
在无线信号监测应用和接收系统中，存在多路信号分时工作的需求，对不同方向、不同角度、不同应用的多路信号需要针对性的选择。
一般开关分为功率开关、信号开关(矩阵开关)、微波开关三种。其中，功率开关一般用来对系统的电源进行切换控制，而信号开关和微波开关一般用来做信号切换，是自动测试系统的重要组成部分，担负着控制信号的流向任务，实现信号的定向选择。
普通的天线扫描是通过天线的机械转动而实现的，具有效率慢、损耗高、使用寿命短等问题，本发明通过优化的开关控制模块使得操作简单，只需设置其相应的TTL驱动电平为高(H)或低(L)，就可用实现某一路信号的导通或截止，从而降低了成本和系统搭建的难易度，提高了系统的可靠性，且采用低插损的机电开关，该开关具有损耗低、频带宽、隔离度高、操作简易等特点。
发明内容
为了解决上述存在的问题，本发明应用于水平全向微波宽带接收系统，波段覆盖为2～18GHz，通过选择不同的开关组合逻辑关系，实现不同面阵、不同角度的天线选择，从而实现天线阵全向逐面扫描、任意角度定向扫描的工作需要。
本发明采用如下技术方案：
一种基于交换矩阵的五路六面微波天线开关系统，包含宽带开关模块、开关控制模块、电源管理模块和宽带均衡/放大模块；所述宽带开关模块由五组同轴机电开关组成，每组同轴机电开关有六个输入端；所述开关控制模块有五组输出端口，每组输出端口分别包含六个输出端口，开关控制模块的五组输出端与宽带开关模块的五组输入端对应相连；宽带开关模块的五个输出端分别与宽带均衡/放大模块的对应的输入端连接，实现修正和补偿整个通路的通道平坦性；所述电源管理模块的输出端分别与宽带开关模块、开关控制模块和宽带均衡/放大模块的电源输入端连接。
进一步地，所述开关控制模块包含微处理器、电源模块、调试接口、通信接口、控制接口和Flash模块；所述控制接口包含三十路接口，采用异步通讯方式；所述调试接口、通信接口、控制接口和Flash模块的数据传输端与微处理器的数据传输端连接；所述Flash模块用于存储系统断电时的系统参数。
本发明的有益效果：
本发明通过选择不同的天线面阵实现对不同方向、不同角度的微波宽带信号接收，具有切换快、频带宽、损耗低、寿命长等优点，可为无线通信、电子侦察，数字仪表，导航，电子对抗等多种领域的提供参考。
附图说明
图1是本发明一种实施例的原理示意图；
图2是本发明一种实施例的宽带开关模块电路图；
图3是本发明一种实施例的开关控制模块电路图；
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的实施例进行详细说明。
本实施例的接收天线是由六个面组成，每个面是由五路天线组成的L型天线阵。
如图1所示，一种基于交换矩阵的五路六面微波天线开关系统，包含型号为SR-6C-H-TL宽带开关模块1，型号为STM32F103ZET6开关控制模块2、型号为SP-100-12的LDO电源管理模块3和型号为ULA1801-2610-30宽带均衡/放大模块4；所述宽带开关模块1由五组同轴机电开关组成，每组同轴机电开关有六个输入端；所述开关控制模块2有五组输出端口，每组输出端口分别包含六个输出端口，所述开关控制模块2的五组输出端与宽带开关模块1的五组输入端对应接口相连。宽带开关模块1的五个输出端分别与宽带均衡/放大模块4的对应的输入端连接，实现修正和补偿整个通路的通道平坦性；所述电源管理模块3的输出端分别与宽带开关模块1、开关控制模块2和宽带均衡/放大模块4的电源输入端连接。
所述开关控制模块2包含微处理器5、电源模块6、调试接口7、通信接口8、控制接口9和Flash模块10；所述控制接口9包含三十路接口，采用异步通讯的方式工作；所述调试接口7、通信接口8、控制接口9和Flash模块10的数据传输端与微处理器5的数据传输端连接；所述Flash模块10用于存储系统断电时的系统参数。所述开关控制模块2可以采用ARM芯片来实现，也可以采用一些常规控制电路来实现。
本实施例采用具有32位RISC内核的STM32F103ZET6芯片作为开关控制模块2，其工作频率达72MHZ，内置高速存储器，具有丰富的I/O端口，完全满足本发明的三十路接口异步通信的需要。所述开关控制模块2输出五组TTL0～TTL5控制电平给宽带开关模块1，实现控制接收天线不同输入通路的导通或截止的控制。
开关控制模块2的TTL控制电平逻辑关系表如下：
序号 1 2 3 4 5 6
名称 TTL0 TTL1 TTL2 TTL3 TTL4 TTL5
数值 3.3V/0V 3.3V/0V 3.3V/0V 3.3V/0V 3.3V/0V 3.3V/0V
逻辑性 H或L H或L H或L H或L H或L H或L
表1开关控制模块逻辑关系表
开关控制模块2利用其通信接口接收上一层的面阵切换指令，根据不同的工作天线阵面需求设置不同的输出电平，五组控制电平对应于五组同轴机电开关，当第j组第i个驱动电平TTL_i,(其中j＝1,2,3,4,5；i＝0,1,2,3,4,5)值置逻辑高(H)，且其它五个的TTL电平值置逻辑低(L)时，其对应的第j组同轴机电开关的第i路通路导通，其它五路截止。
宽带开关模块1的五个输出端分别与对应的宽带均衡/放大模块4的输入端连接，实现修正和补偿整个通路的通道平坦性；均衡/放大模块4主要由宽带均衡器、转换器和宽带低噪声放大器等微波器件组成，主要为了保证五路信号具有良好的宽带平坦度、噪声系统、接收动态范围，并对通道增益进行补偿。
本实施例采用的ULA1801-2610-30均衡/放大模块的参数如下：
宽带均衡器均衡量≥8dB，在高频点(18GHz频点处)插入损耗≤1.5dB；宽带低噪放增益≥25dB，噪声系数≤2.5dB，增益平坦度为±1.5dB。
根据典型的噪声系数计算理论公式，得出本实施例的噪声系数为：
NF＝S0+S1+NF1+(S2-1)/G1
其中，S0为机电开关插入损耗，值为≤0.3，S1为转接射频线缆组件插入损耗，测试为1.0dB，NF1为宽带低噪放噪声系数，取典型值2.5，S2为宽带低噪放输出后连接的射频线缆组件的插入损耗，测试值为2dB，G1为宽带低噪放增益,取典型值25，得到本实施例的噪声系数为：
NF≈3.8dB
所述电源管理模块3的输出端分别与宽带开关模块1、开关控制模块2和宽带均衡/放大模块4的电源输入端连接，实现供电。本实施例采用LDO电源模块作为电源管理模块3，采用AC/DC电源模块作为系统中其他模块的电源供给模块；外部系统提供一个220V交流电源给LDO电源模块，经LDO电源模块输出多路直流电源分别给宽带开关模块1、均衡/放大模块4、开关控制模块2等供电。
测试整个实施例的性能指标如下表：
设计指标 指标要求 测试结果
工作频段 2～18GHz 2～18GHz
噪声系数 ≤4.0dB 3.8dB
扫描速度 360℃/100mS 360℃/80mS
宽带平坦度(2～18GHz) ≤±2.5dB ±2.0dB
宽带平坦度(200MHz) ≤±0.25dB ±0.13dB
表2本实施例的性能指标表
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (1)

1.一种基于交换矩阵的五路六面微波天线开关系统 ，其特征是：包含宽带开关模块、开关控制模块、电源管理模块和宽带均衡/放大模块；所述宽带开关模块由五组同轴机电开关组成，每组同轴机电开关有六个输入端；所述开关控制模块有五组输出端口，每组输出端口分别包含六个输出端口，开关控制模块的五组输出端与宽带开关模块的五组输入端对应相电连；宽带开关模块的五个输出端分别与宽带均衡/放大模块对应的输入端连接，实现修正和补偿整个通路的通道平坦性；所述电源管理模块的输出端分别与宽带开关模块、开关控制模块和宽带均衡/放大模块的电源输入端连接；所述开关控制模块包含微处理器、电源模块、调试接口、通信接口、控制接口和Flash模块；所述控制接口包含三十路接口，采用异步通讯方式工作；所述调试接口、通信接口、控制接口和Flash模块的数据传输端与微处理器的数据传输端连接；所述Flash 模块用于存储系统断电时的系统参数，所述电源模块的输入端用于连接电源管理模块的输出端；所述的开关控制模块利用其通信接口接收上一层的面阵切换指令，根据不同的工作天线阵面需求设置不同的输出电平，五组控制电平对应于五组同轴机电开关，当第组第个驱动电平值置逻辑高（H），其中；；且其它五个的TTL电平值置逻辑低时，其对应的第组同轴机电开关的第路通路导通，其它五路截止。
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