CN105141332A - 一种可插拔射频矩阵 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可插拔射频矩阵，包括电路模块和硬件连接模块；电路模块包括第一射频模块、第二射频模块、控制模块、控制接口、显示模块；硬件连接模块包括机柜、盲插连接器、引导装置，机柜内部设有第一射频模块和控制接口的公头；本发明将功分器单独划分单元，每个单元作为一个模块，程控衰减器和功分器按照单元划分，每个单元集成为一个可拔插的模块，与第一射频模块相对接，一旦某个单元中的程控衰减器发生故障，只需要把该程控衰减器所在的单元模块替换就可以正常运行，这样不但省去了查找问题的繁琐，而且减少了维护的难度，缩短了维护设备的时间，实现快速有效的维修。
Description
技术领域
本发明涉及一种衰减矩阵，具体涉及一种可插拔射频矩阵。
背景技术
在微波射频领域，功分器和衰减器是两个非常重要的器件，很多射频信号在处理过程中都会同时用到功分器和衰减器。
功分器全称功率分配器，是一种将一路输入信号能量分成两路或多路输出相等或不相等能量的器件，也可反过来将多路信号能量合成一路输出，此时可也称为合路器。一个功分器的输出端口之间应保证一定的隔离度。功分器按输出通常分为一分二，即一个输入端两个输出端、一分三，即一个输入端三个输出端等。
功分器通常与衰减器配合使用，当需要处理的信号中混有多种频率的信号时，每个频率的信号在处理的过程中需要进行不同程度的衰减，如果不将该混合多种频率的信号进行分开衰减，则无法得到所需频率信号正确的电平，所以功分和衰减在射频信号处理中是必不可少的。
衰减器是在指定的频率范围内，一种用以引入一预定衰减的电路，将信号的功率或电平衰减到需要的大小，以方便后续信号的处理工作。一般以所引入衰减的分贝数及其特性阻抗的欧姆数来标明。在有线电视系统里广泛使用衰减器以便满足多端口对电平的要求。如放大器的输入端、输出端电平的控制、分支衰减量的控制。
在现有的使用产品中，衰减器和功分器往往会集成在一个电路板上，即便是分开装配，因为现有的电路为了电路的稳定性和焊点的牢固性，都会将电路中所用的各种器件进行固定，防止在使用的过程中因为抖动或是碰撞造成电路的损坏，如果某个器件损坏，整个电路板都需要拆换，不但增加了使用成本，而且调换的过程也非常繁琐，经常在替换某个器件的同时造成其他器件的损坏，尤其是有源器件的损坏。
现有的有源雷达阵列或是射频器件在调试的过程中，都需要通过软件编程将衰减数值通过下载的方式对衰减的值进行调节，非常繁琐，而且浪费时间，给调试工作增加了很多不必要的麻烦，而且测试过程中的反复拆卸还不利于器件的安全，容易造成不必要的损坏。
专利号为CN202841533U，名称为“一种基于网口通讯的衰减矩阵”，该专利通过单片机控制衰减器的衰减，虽然解决了以下载方式改变衰减值的问题，但是该专利的内部结构为固定式连接，一旦出现问题，只能通过拆卸的方式来查找问题，更换电路板，增加了维修成本，不但不利于使用者的使用，而且不利于产品工作人员对设备的维护和调试，以上所述问题都是目前急需要解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的缺陷，提供一种可插拔射频矩阵，采用模块分割的方式，将功分器和衰减器按单元独立模块化，并采用盲插连接器将各模块进行连接，这样有利于衰减矩阵的安装和加工，将各模块进行分离，在出现问题的时候可单独排查和单独更换，不需要对仪器进行损伤性的拆卸，不但有利于使用者的使用，而且有利于产品生产厂家的维护，同时采用单片机对衰减器的衰减值进行操作，使用者可通过按键和旋钮的调节来改变衰减器的衰减值，使各项测试简单快速，提高了工业生产效率。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种可插拔射频矩阵，包括电路模块和硬件连接模块；
电路模块包括第一射频模块、第二射频模块、控制模块、控制接口、显示模块，其中第一射频模块和第二射频模块均为集成模块；
第一射频模块包括功分器，功分器为一分y的功分器；每个第一射频模块的输入端连接盲插连接器的公头，每个第一射频模块的输出端与盲插连接器的母头相连；
第二射频模块的个数为y个，每个第二射频模块有x个输入端、一个输出端，所述输入端与盲插连接器的公头相连；
硬件连接模块包括机柜、盲插连接器、引导装置，机柜内部设有第一射频模块和控制接口的公头，机柜内部的下表面设有引导装置，所述引导装置的上表面设有与第二射频模块个数相适应的凹形的引导槽；
x，y均为自然数，x≥1，y≥1。
作为本发明的进一步优化方案，所述第一射频模块还包括衰减器，所述功分器的每个输出端连接衰减器的一端，所述衰减器的另一端作为第一射频模块的输出端。
作为本发明的进一步优化方案，所述第一射频模块还包括射频开关，所述功分器的每个输出端连接射频开关的一端，所述射频开关的另一端作为第一射频模块的输出端。
作为本发明的进一步优化方案，所述第一射频模块还包括衰减器和射频开关；
所述功分器的每个输出端连接所述衰减器的一端，所述衰减器的另一端连接射频开关的一端，所述射频开关的另一端作为第一射频模块的输出端。
作为本发明的进一步优化方案，所述第一射频模块还包括移相器和单片机，所述每个单片机分别连接一个移相器和控制模块，所述功分器的每个输出端连接移相器的输入端，所述移相器的输出端作为第一射频模块的输出端。
作为本发明的进一步优化方案，所述功分器的个数为x个：
当x为奇数时，每个第一射频模块包括一个一分y的功分器，每个第一射频模块有一个输入端，y个输出端；
当x为偶数时，每个第一射频模块包括两个一分y的功分器，每个第一射频模块有两个输入端，2y个输出端。
作为本发明的进一步优化方案，所述第二射频模块为功分衰减模块、射频功分模块或射频衰减模块中的一种。
作为本发明的进一步优化方案，所述功分衰减模块有y个，每个功分衰减模块包括衰减器和功分器，衰减器的输入端连接有盲插连接器的公头，衰减器的输出端与功分器的输入端相连，每个功分器的输入端为x个，每个衰减器的输入端接有盲插连接器的公头，每个衰减器的输出端与功分器的一个输入端相连；
衰减器为程控衰减器，程控衰减器包括衰减芯片和单片机，单片机的控制端连接控制接口的母头，控制模块与每个单片机相连；
作为本发明的进一步优化方案，所述功分衰减模块有y个；
所述射频功分模块包括射频开关和功分器，射频开关的输入端连接有盲插连接器的公头，射频开关的输出端与功分器的输入端相连，每个功分器的输入端为x个，每个射频开关的输入端接有盲插连接器的公头，每个射频开关的输出端与功分器的一个输入端相连；
所述射频开关还包括单片机，单片机的控制端连接控制接口的母头，控制模块与每个单片机相连。
作为本发明的进一步优化方案，所述射频衰减模块有y个；
所述射频衰减模块包括射频开关、衰减器和功分器，所述射频开关的输入端连接有盲插连接器的公头，所述射频开关的输出端连接衰减器的输入端，所述衰减器的输出端与功分器的一个输入端相连。
作为本发明的进一步优化方案，所述机柜表面设有LCD显示屏、按键和旋钮，LCD显示屏、按键、旋钮均与控制模块相连。
作为本发明的进一步优化方案，所述机柜内部的上表面设有引导装置，所述引导装置下表面设有与第二射频模块个数相适应的凹形的引导槽，其位置与机柜内部下表面的引导装置相对应；所述第二射频模块的上表面设有凸型的滑轨，其形状与机柜内部上表面的引导装置的凹形的引导槽相适应。
作为本发明的进一步优化方案，所述机柜上还设有信号输入端，所述信号输入端通过信号缆线与所述第一射频模块的输入端相连。
作为本发明的进一步优化方案，还包括以太网接口、以太网状态显示灯、保险丝和直流电源接口，所述以太网接口和以太网状态显示灯与主控制模块相连，所述保险丝与所述直流电源接口相连。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
第一、本发明采用模块分割的方式，将功分器和衰减器独立模块化，并采用盲插连接器将各模块进行连接，这样有利于衰减矩阵的安装和加工；
第二、本发明将各模块进行分离，在出现问题的时候可单独排查和单独更换，不需要对仪器进行损伤性的拆卸，不但有利于使用者的使用，而且有利于产品生产厂家的维护；
第三、本发明采用单片机对衰减器的衰减值进行操作，使用者可通过按键和旋钮的调节来改变衰减器的衰减值，使各项测试简单快速，提高了工业生产效率。
附图说明
图1是第二射频模块的实物图；
1、松不脱螺钉，2、第二射频模块输出端的盲插连接器的公头，3、第二射频模块输入端的盲插连接器的公头，4、控制接口的母头；
图2是本发明的实物图；
5、引导装置，6、SMA连接器，7、控制接口的母头，8、直流电源接口，9、RS232接口，10、保险丝，11、以太网状态显示灯，12、以太网接口，13、假面板，14、第一射频模块；
图3是本发明的第二射频模块的原理图；
图4是本发明引导装置的实物图;
图5是本发明的第一射频模块的实物的正视图图；
图6是本发明的第一射频模块的实物的仰视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
本发明公开一种可插拔射频矩阵，包括电路模块和硬件连接模块；
第二射频模块的个数为y个，每个第二射频模块有x个输入端、一个输出端，所述输入端与盲插连接器的公头相连；
硬件连接模块包括机柜、盲插连接器、引导装置，机柜内部设有第一射频模块和控制接口的公头，机柜内部的下表面设有引导装置，所述引导装置的上表面设有与第二射频模块个数相适应的凹形的引导槽；
x，y均为自然数，x≥1，y≥1。
第一功分器中还可以设置有衰减器、射频开关或移相器：
衰减器为程控衰减器，程控衰减器包括衰减芯片和单片机，单片机的控制端连接控制接口的母头，控制模块与每个单片机相连，本文中所有衰减器都采用这种方式。
本身带有逻辑编程功能的射频开关可直接接入电路中，通过控制模块进行控制，无逻辑编程功能的射频开关，必须每个射频开关配置一个单片机与其相邻，对射频开关进行控制，每个单片机与控制模块相连，实现控制模块对所有射频开关的控制，本文中所有射频开关都采用这种方式使用。
第一射频模块还包括衰减器时，衰减器的个数为xy个，等于所有功分器的输出端个数的总和功分器的每个输出端连接衰减器的一端，衰减器的另一端作为第一射频模块的输出端。
第一射频模块还包括射频开关时，射频开关的个数为xy个，等于所有功分器的输出端个数的总和，功分器的每个输出端连接一个射频开关的一端，射频开关的另一端作为第一射频模块的输出端。
第一射频模块还同时包括衰减器和射频开关时，衰减器和射频开关的数量均为xy；
功分器的每个输出端连接一个衰减器的一端，衰减器的另一端连接射频开关的一端，射频开关的另一端作为第一射频模块的输出端。
第一射频模块还包括移相器时，为实现控制模块对移相功能的控制，每个移相器和一个单片机同时使用，移相器和单片机的个数均为xy个，每个单片机分别连接一个移相器和控制模块，功分器的每个输出端连接移相器的输入端，移相器的输出端作为第一射频模块的输出端，本文中所有移相器都与单片机同时使用。
所有的第一射频模块中的功分器的总个数为x个：
当x为奇数时，每个第一射频模块包括一个一分y的功分器，每个第一射频模块有一个输入端，y个输出端，所以输出端的总数为xy个；
当x为偶数时，每个第一射频模块包括两个一分y的功分器，每个第一射频模块有两个输入端，2y个输出端，所以的输出端的总数为xy个。
第二射频模块的个数为y个，第二射频模块为功分衰减模块、射频功分模块或射频衰减模块等的一种。
当第二射频模块为功分器衰减模块时，每个功分衰减模块包括衰减器和功分器，衰减器的输入端连接有盲插连接器的公头，衰减器的输出端与功分器的输入端相连，每个功分器的输入端为x个，每个衰减器的输入端接有盲插连接器的公头，每个衰减器的输出端与功分器的一个输入端相连；
当第二射频模块为射频功分模块时，射频功分模块包括射频开关和功分器，射频开关的输入端连接有盲插连接器的公头，射频开关的输出端与功分器的输入端相连，每个功分器的输入端为x个，每个射频开关的输入端接有盲插连接器的公头，每个射频开关的输出端与功分器的一个输入端相连；
当第二射频模块为射频衰减模块时，射频衰减模块包括射频开关、衰减器和功分器，所述射频开关的输入端连接有盲插连接器的公头，所述射频开关的输出端连接衰减器的输入端，所述衰减器的输出端与功分器的一个输入端相连。
第二功分衰减模块还可以在上述的所有方案中设置移相器和单片机，所述每个移相器通过一个单片机与控制模块相连，所述一个移相器串联在功分器的一个输入端上。
本发明的技术方案中，第一射频模块和第二射频模块中均固定设置有功分器，均还可以包括移相器、衰减器、射频开关的所有组合方式。
硬件连接模块包括机柜、盲插连接器、引导装置，机柜内部设有第一射频模块和控制接口的公头，机柜内部的下表面设有引导装置，所述引导装置的上表面设有与第二射频模块个数相适应的凹形的引导槽。
当x为奇数时，每个第一射频模块包括一个一分y的功分器，每个第一射频模块有一个输入端，y个输出端；
当x为偶数时，每个第一射频模块包括两个一分y的功分器，每个第一射频模块有两个输入端，2y个输出端。
如图3所示，取x=y=n，PD1、PD2……PDn-1、PDn均为功分器，每个功分器为一分n，即一个输入端，有n个输出端，功分器的每个输出端均与盲插连接器的母头相连；
功分衰减模块个数为n个，每个功分衰减模块包括衰减器和功分器，如图3所示，D1、D2……Dn-1、Dn均为衰减器，衰减器的总个数为n2个，功分器的个数为1个，每个功分器的输入端有n个，每个衰减器的输入端接有盲插连接器的公头，每个衰减器的输入端通过盲插连接器与功分器的一个输出端相连，每个衰减器的输出端均连接与功分器的的一个输入端。
以上所述的盲插连接器的公头和母头均采用BMA连接器。
如图1、图5和图6所示，此时x、y为偶数且x=y=8时，功分衰减模块有8个输入端，1个输出端，第一射频模块的输入端有2个，输出端有16个。
本发明中，由功分器的特性可知：第一射频模块和第二射频模块均可以正反使用，即上述的所有输入端也可作为输出端，输出端也可作为输入端。
衰减器为程控衰减器，程控衰减器包括衰减芯片和单片机，单片机的控制端连接控制接口的母头，控制模块与单片机相连；
第二射频模块的下表面设有凸型的滑轨，可方便使用者在实现拔插时更加方便，不易损坏仪器。
如图2所示，硬件连接模块包括机柜、盲插连接器、引导装置，机柜内部设有第一射频模块，每个第一射频模块都是独立集成的模块，按设定的顺序安装于机柜内部，机柜内部还设有控制接口的公头，控制接口的公头与第二射频模块中的控制接口的母头相连，控制模块可通过该控制接口控制功分衰减器的衰减值，机柜内部下表面设有引导装置，引导装置的表面设有与第二射频模块个数相适应的凹形的引导槽，所述引导槽与第二射频模块下表面的凸型的滑轨相适应。
机柜表面设有LCD显示屏、按键和旋钮，LCD显示屏、按键、旋钮均与控制模块相连，控制模块将每个衰减器的衰减数值显示在LCD显示屏上，使用者也可通过按键或者旋钮输入所需要的衰减值，所述控制模块通过接收按键或旋钮的输入衰减值，从而控制与每个衰减器相连的单片机，实现衰减器的衰减值的变化。
第二射频模块可通过其上下表面的凸型的滑轨滑入引导装置的凹槽作为固定的方式，为了进一步的固定第二射频模块，防止因为搬动或者撞动而引起第二射频模块的震动，第二射频模块出现不必要的损伤，作为本发明的进一步优化方案，所述的第二射频模块采用金属外壳封装，如图1所示，所述金属外壳的前端安装有与盲插连接器的公头，所述金属外壳后端的两个顶点处设有安装孔，通过松不脱螺钉固定在机柜上，这样可以有效的对第二射频模块进行固定。
因控制模块需要与第二射频模块内部的单片机进行通信，作为本发明的进一步优化方案，所述控制模块通过CAN总线与程控衰减器内部的单片机相连。
如图2所示，作为本发明的进一步优化方案，还包括直流电源接口，采用直流供电，控制模块将输入的直流电源转换为单片机所需要的电压，为第二射频模块进行供电。
为了更加方便第二射频模块的更换，更好的实现可拔插的功能，如图3所示，作为本发明的进一步优化方案，所述机柜内部的上表面设有引导装置，所述引导装置下表面设有与第二射频模块个数相适应的凹形的引导槽，其位置与机柜内部下表面的引导装置相对应；所述第二射频模块的上表面设有凸型的滑轨，其形状与机柜内部上表面的引导装置的凹形的引导槽相适应。如图2所示，机柜内部还设置有假面板，根据矩阵的大小对使用不到的引导槽进行遮挡，同时对内部的器件进行有效的固定和保护，同时增加机柜外表面的美观。
为了设备更加顺利的进行散热，作为本发明的进一步优化方案，如图4所示，机柜内部上表面和下表面设置的引导装置的表面设置有通孔。
作为本发明的进一步优化方案，如图2所示，还包括以太网接口、以太网状态显示灯，使用者可通过以太网接口控制整个衰减矩阵，同时，使用者还可通过机柜上的RS232接口来控制衰减矩阵。图2中的SMA连接器是机柜上的信号输入端，信号输入端通过信号缆线与所述第一射频模块的输入端相连，为第一射频模块提供信号输入。
为了保护衰减矩阵供电的安全，作为本发明的进一步优化方案，如图2，还包括保险丝，与所述直流电源接口相连。
衰减矩阵在现有的设计中，往往都是供电器件容易发生故障，从而导致整个设备不能正常工作，而衰减矩阵中容易出现故障的供电器件都是程控衰减器，而现有设计中，所有的功能器件都是整体封装，一旦出现问题，无法有效快速的调整和维修。
本发明将程控衰减器和功分器按照单元划分，每个单元集成为一个可拔插的模块，一旦某个单元中的程控衰减器发生故障，只需要把该程控衰减器所在的单元模块替换就可以正常运行，这样不但省去了查找问题的繁琐，而且减少了维护的难度，缩短了维护设备的时间，实现快速有效的维修。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
Claims (11)
1.一种可插拔射频矩阵，其特征在于：包括电路模块和硬件连接模块；
电路模块包括第一射频模块、第二射频模块、控制模块、控制接口、显示模块，其中第一射频模块和第二射频模块均为集成模块；
第一射频模块的输入端连接第一盲插连接器，第一射频模块的输出端与第一盲插连接器相适应的第二盲插连接器，
第二射频模块的输入端连接与第一射频模块的输出端相适应的盲插连接器；
硬件连接模块包括机柜、盲插连接器、引导装置，机柜内部设有第一射频模块和控制接口，机柜内部的下表面设有引导装置，所述引导装置的上表面设有数个与第二射频模块个数相适应的引导槽。
2.如权利要求1所述的一种可插拔射频矩阵，其特征在于：所述机柜内部的上表面设有引导装置，所述引导装置下表面设有与第二射频模块个数相适应的引导槽，其位置与机柜内部下表面的引导装置相对应；所述第二射频模块的上表面设有与引导槽相适应的滑轨。
3.如权利要求1或2所述的一种可插拔射频矩阵，其特征在于：所述第一射频模块第一射频模块包括功分器和衰减器，所述功分器的输入端作为第一射频模块的输入端，所述功分器的每个输出端连接衰减器的一端，所述衰减器的另一端作为第一射频模块的输出端。
4.如权利要求1或2所述的一种可插拔射频矩阵，其特征在于：所述第一射频模块包括功分器和射频开关，所述功分器的输入端作为第一射频模块的输入端，所述功分器的每个输出端连接射频开关的一端，所述射频开关的另一端作为第一射频模块的输出端。
5.如权利要求1或2所述的一种可插拔射频矩阵，其特征在于：所述第一射频模块包括功分器、衰减器和射频开关；
所述功分器的每个输出端连接所述衰减器的一端，所述衰减器的另一端连接射频开关的一端，所述射频开关的另一端作为第一射频模块的输出端。
6.如权利要求1或2所述的一种可插拔射频矩阵，其特征在于：所述第一射频模块包括功分器、移相器，所述功分器的每个输出端连接移相器的输入端，所述移相器的输出端作为第一射频模块的输出端。
7.如权利要求1所述的一种可插拔射频矩阵，其特征在于：所述第二射频模块为功分衰减模块、射频功分模块或射频衰减模块中的一种。
8.如权利要求8所述的一种可插拔射频矩阵，其特征在于：所述功分衰减模块包括衰减器和功分器，衰减器的输入端连接有第一盲插连接器，衰减器的输出端与功分器的输入端相连，每个衰减器的输入端接有与第一盲插连接器相适应的第二盲插连接器，每个衰减器的输出端与功分器的一个输入端相连。
9.如权利要求8所述的一种可插拔射频矩阵，其特征在于：所述射频功分模块包括射频开关和功分器，射频开关的输入端连接第一盲插连接器，射频开关的输出端与功分器的输入端相连，每个射频开关的输入端接有与第一盲插连接器相适应的第二盲插连接器，每个射频开关的输出端与功分器的一个输入端相连。
10.如权利要求8所述的一种可插拔射频矩阵，其特征在于：所述射频衰减模块包括射频开关、衰减器和功分器，所述射频开关的输入端连接第一盲插连接器，所述射频开关的输出端连接衰减器的输入端，所述衰减器的输出端与功分器的一个输入端相连。
11.如权利要求1所述的一种可插拔射频矩阵，其特征在于：所述机柜表面设有显示屏、按键和旋钮，显示屏、按键、旋钮均与控制模块相连；
所述射频矩阵还包括数据通信接口、数据通信接口显示灯、保险丝、和电源接口，所述数据通信接口和数据通信接口显示灯与主控制模块相连，所述保险丝与所述电源接口相连。
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