CN109039350B - 一种高隔离度8×8射频开关矩阵 - Google Patents

Abstract

一种高隔离度8×8射频开关矩阵，包括机箱单元、输入射频开关单元、输出射频开关单元、主控制单元、射频开关控制单元和射频开关供电单元；本发明采用串行转并行的方法缩小了控制信号线的数量，开关切换完成后断开控制信号，使得机箱中布线规整，降低了控制线之间相互串扰；优化了对射频开关的供电方式，减小供电线中的信号串扰，提高射频开关矩阵通道间隔离度，同时也降低整个设备的功耗；本发明具有隔离度高和低功耗的特点，能够降低无线通信、电子侦察、雷达等射频通信系统中通道之间的干扰和噪声情况，提高接收机的工作性能。

Description

一种高隔离度8×8射频开关矩阵

技术领域

本发明属于射频通信技术领域，具体涉及一种高隔离度8×8射频开关矩阵。

背景技术

射频开关矩阵主要用于控制射频信号的传输路径，通常由多个射频开关通过一定的关系组合而成，形成行列互通的规模性射频开关形式。射频开关矩阵主在无线通信、电子侦察、雷达等许多射频通信系统中有广泛应用，是这些系统中进行通道切换必不可少的部分。在射频通信系统中，通常采用射频开关矩阵的端口切换技术来使后端多个接收机共用前端多副天线，减小射频系统电路的体积和冗余，提高射频通信系统的灵活性。

由于在射频开关矩阵内部存在多个通道同时工作的情况， 射频开关矩阵通道间的隔离度成为影响整个射频通信系统性能的一项重要指标。隔离度是指射频信号功率与泄漏到其它端口功率之比，单位为dB。当射频开关矩阵的隔离度较低时，多个前端信号形成干扰信号，同时进入一个后端接收机。接收机的工作性能很大程度上取决于干扰和噪声情况。在器件的非线性作用下，干扰信号之间相互混频后可落入接收机中频频带内，从而通过接收机形成互调干扰。干扰信号和它们在接收机中产生的互调分量对接收机造成的互调干扰，严重影响接收机的输出信噪比。

随着技术的快速发展，射频开关本身的隔离度已经能够达到较高水平，射频开关的供电和控制中的信号串扰，成为制约射频开关矩阵通道间隔离度的重要因素。在传统的射频开关矩阵中，需要保持一个射频开关的切换状态时，必须对其持续供电，这种供电方式导致邻路信道的信号能够通过射频开关的电源线串扰到本路信道中，造成隔离度的降低，同时也造成功耗损失非常大。而且为了达到对各个通道射频开关的精确控制，射频开关的所有控制都需要由单独的控制信号线来控制，导致整个射频开关矩阵中有大量的控制信号线，在狭小的机箱中这些线之间相互串扰，同样也会造成隔离度的降低。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供一种高隔离度8×8射频开关矩阵。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种高隔离度8×8射频开关矩阵，其特征在于，包括：机箱单元、输入射频开关单元、输出射频开关单元、主控制单元、射频开关控制单元和射频开关供电单元；

所述机箱单元上设有8个输入接口、8个输出接口、网络接口和触摸显示屏；

所述输入射频开关单元包括8个自锁型单刀八掷开关，输入射频开关单元的单刀八掷开关的公共端分别连接机箱单元的8个输入接口；

所述输出射频开关单元包括8个自锁型单刀八掷开关，输出射频开关单元的单刀八掷开关的公共端分别连接机箱单元的8个输出接口；

所述主控制单元包括主控制板、主控制芯片、串口和网口，分别与触摸显示屏、网络接口、射频开关控制单元和射频开关供电单元连接；

所述射频开关控制单元包括4块射频开关控制板，每个射频开关控制板上各有主控制芯片、串口和4个锁存器，分别与主控制单元、输入射频开关单元和输出射频开关单元连接；

所述射频开关供电单元包括4块射频开关供电板，每个射频开关供电板上各有主控制芯片、串口、电源稳压块和4个光电耦合器，分别与主控制单元、输入射频开关单元和输出射频开关单元连接。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

所述机箱单元为19英寸标准上架机箱，高度4U；输入接口和输出接口为SMA插座；网络接口为RJ45插座，通信方式为TCP/IP；触摸显示屏为7寸电阻式触摸屏。

所述输入射频开关单元和输出射频开关单元采用同样的单刀八掷开关，每个单刀八掷开关共有8个选通支路，对应8个接头；输入射频开关单元的第一个单刀八掷开关的选通支路1到8接头，分别连接输出射频开关单元的第一个到第八个单刀八掷开关的选通支路1接头；输入射频开关单元的第二个单刀八掷开关的选通支路1到8接头，分别连接输出射频开关单元的第一个到第八个单刀八掷开关的选通支路2接头；输入射频开关单元的第三个单刀八掷开关的选通支路1到8接头，分别连接输出射频开关单元的第一个到第八个单刀八掷开关的选通支路3接头；输入射频开关单元的第四个单刀八掷开关的选通支路1到8接头，分别连接输出射频开关单元的第一个到第八个单刀八掷开关的选通支路4接头；输入射频开关单元的第五个单刀八掷开关的选通支路1到8接头，分别连接输出射频开关单元的第一个到第八个单刀八掷开关的选通支路5接头；输入射频开关单元的第六个单刀八掷开关的选通支路1到8接头，分别连接输出射频开关单元的第一个到第八个单刀八掷开关的选通支路6接头；输入射频开关单元的第七个单刀八掷开关的选通支路1到8接头，分别连接输出射频开关单元的第一个到第八个单刀八掷开关的选通支路7接头；输入射频开关单元的第八个单刀八掷开关的选通支路1到8接头，分别连接输出射频开关单元的第一个到第八个单刀八掷开关的选通支路8接头。

用户通过网络接口或触摸显示屏对射频开关矩阵通道参数进行设置，主控制芯片根据设置的内容，判断需要控制切换的输入射频开关单元和输出射频开关单元，通过串口分别将控制指令发送到对应的射频开关控制单元和射频开关供电单元。

所述射频开关控制单元的4块射频开关控制板分别负责控制不同的单刀八掷开关，其中，第一块射频开关控制板负责控制输入射频开关单元中的1到4单刀八掷开关，第二块射频开关控制板负责控制输入射频开关单元中的5到8单刀八掷开关，第三块射频开关控制板负责控制输出射频开关单元中的1到4单刀八掷开关，第四块射频开关控制板负责控制输出射频开关单元中的5到8单刀八掷开关；每个射频开关控制板上的4个锁存器分别连接该射频开关控制板负责控制的4个单刀八掷开关的控制接口。

当射频开关控制板的串口接收到主控制单元发送来的控制指令后，主控制芯片判断需要对哪一个单刀八掷开关进行切换，打开对应的锁存器的使能端，解锁锁存器，将串行信号转为并行信号后实现对单刀八掷开关的控制，控制完成后关闭对应的锁存器的使能端，锁定锁存器并断开控制信号。

所述射频开关供电单元的4块射频开关供电板分别负责为不同的单刀八掷开关供电，其中，第一块射频开关供电板负责为输入射频开关单元中的1到4单刀八掷开关供电，第二块射频开关供电板负责为输入射频开关单元中的5到8单刀八掷开关供电，第三块射频开关供电板负责为输出射频开关单元中的1到4单刀八掷开关供电，第四块射频开关供电板负责为输出射频开关单元中的5到8单刀八掷开关供电；每个射频开关供电板上的4个光电耦合器分别连接该射频开关供电板负责供电的4个单刀八掷开关的电源接口。

当射频开关供电板的串口接收到主控制单元发送来的控制指令后，主控制芯片判断需要对哪一个单刀八掷开关进行切换，打开对应的光电耦合器的控制端，光电耦合器工作并为单刀八掷开关供电；控制完成后关闭对应的光电耦合器的控制端，光电耦合器停止为单刀八掷开关供电。

本发明的有益效果是：

1、本发明采用串行转并行的方法缩小了控制信号线的数量，开关切换完成后断开控制信号，使得机箱中布线规整，降低了控制线之间相互串扰；

2、本发明优化了对射频开关的供电方式，减小供电线中的信号串扰，提高射频开关矩阵通道间隔离度，同时也降低整个设备的功耗；

3、该开关矩阵具有隔离度高和低功耗的特点，能够降低无线通信、电子侦察、雷达等射频通信系统中通道之间的干扰和噪声情况，提高接收机的工作性能。

附图说明

图1是高隔离度8×8射频开关矩阵的系统组成图。

图2是高隔离度8×8射频开关矩阵射频开关单元的电路原理框图。

图3是高隔离度8×8射频开关矩阵的工作原理框图。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示的高隔离度8×8射频开关矩阵，包括机箱单元、输入射频开关单元、输出射频开关单元、主控制单元、射频开关控制单元和射频开关供电单元。

机箱单元上设有8个输入接口、8个输出接口、网络接口和触摸显示屏，机箱单元为19英寸标准上架机箱，高度4U，输入、输出接口为SMA插座，网络接口为RJ45插座，通信方式为TCP/IP，触摸显示屏为7寸电阻式触摸屏。

输入射频开关单元包括8个自锁型单刀八掷开关，每个单刀八掷开关的公共端分别连接机箱单元的8个输入接口，即8个自锁型单刀八掷开关的公共端与8个输入接口一一对应。

输出射频开关单元包括8个自锁型单刀八掷开关，每个单刀八掷开关的公共端分别连接机箱单元的8个输出接口，即8个自锁型单刀八掷开关的公共端与8个输出接口一一对应。

如图2所示，输入、输出射频开关单元采用同样的单刀八掷开关，共有8个选通支路，对应8个接头。输入射频开关单元的第一个单刀八掷开关的选通支路1到8接头，分别连接输出射频开关单元的第一个到第八个单刀八掷开关的选通支路1接头；输入射频开关单元的第二个单刀八掷开关的选通支路1到8接头，分别连接输出射频开关单元的第一个到第八个单刀八掷开关的选通支路2接头；以此类推，输入射频开关单元的第八个单刀八掷开关的选通支路1到8接头，分别连接输出射频开关单元的第一个到第八个单刀八掷开关的选通支路8接头。

主控制单元包括主控制板、主控制芯片、串口和网口，分别与机箱单元的触摸显示屏、机箱单元的网络接口、射频开关控制单元和射频开关供电单元连接。用户通过触摸显示屏上的按钮选项对射频开关矩阵进行控制，设置输入接口与输出接口之间的关系；用户也可以使用上位机通过网线连接到机箱单元的网络接口，通过远程控制指令实现与触摸显示屏同样的操作；主控制芯片根据触摸显示屏或网络接口接收到的设置内容，判断需要控制切换的输入、输出射频开关单元，通过串口分别将控制指令发送到对应的射频开关控制单元和射频开关供电单元。

射频开关控制单元包括4块射频开关控制板，每个射频开关控制板上各有主控制芯片、串口和4个锁存器，分别与主控制单元、输入射频开关单元和输出射频开关单元连接。射频开关控制单元的4块射频开关控制板分别负责控制不同的单刀八掷开关，其中1块射频开关控制板负责控制输入射频开关单元中的输入1到4自锁型单刀八掷开关，1块射频开关控制板负责控制输入射频开关单元中的输入5到8自锁型单刀八掷开关，1块射频开关控制板负责控制输出射频开关单元中的输出1到4自锁型单刀八掷开关，1块射频开关控制板负责控制输出射频开关单元中的输出5到8自锁型单刀八掷开关。射频开关控制板上的4个锁存器分别连接4个该射频开关控制板负责控制的自锁型单刀八掷开关的控制接口。

当射频开关控制板的串口接收到主控制单元发送来的控制指令后，主控制芯片判断需要对哪一个自锁型单刀八掷开关进行切换，打开对应的锁存器的使能端，解锁锁存器，将串行信号转为并行信号后实现对自锁型单刀八掷开关的控制，控制完成后关闭对应的锁存器的使能端，锁定锁存器并断开控制信号。

射频开关供电单元包括4块射频开关供电板，每个射频开关供电板上各有主控制芯片、串口、电源稳压块和4个光电耦合器，分别与主控制单元、输入射频开关单元和输出射频开关单元连接。射频开关供电单元的4块射频开关供电板分别负责为不同的单刀八掷开关供电，其中1块射频开关供电板负责为输入射频开关单元中的输入1到4自锁型单刀八掷开关供电，1块射频开关供电板负责为输入射频开关单元中的输入5到8自锁型单刀八掷开关供电，1块射频开关供电板负责为输出射频开关单元中的输出1到4自锁型单刀八掷开关供电，1块射频开关供电板负责为输出射频开关单元中的输出5到8自锁型单刀八掷开关供电。射频开关供电板上的4个光电耦合器分别连接4个该射频开关供电板负责控制的自锁型单刀八掷开关的电源接口。

当射频开关供电板的串口接收到主控制单元发送来的控制指令后，主控制芯片判断需要对哪一个自锁型单刀八掷开关进行切换，打开对应的光电耦合器的控制端，光电耦合器工作并为自锁型单刀八掷开关供电；控制完成后关闭对应的光电耦合器的控制端，光电耦合器停止为自锁型单刀八掷开关供电。

如图3所示，高隔离度8×8射频开关矩阵工作原理为：首先用户通过网络接口或者触摸显示屏对射频开关矩阵通道参数进行设置，主控制板根据设置的内容将控制指令通过串口分别发送到射频开关控制板和射频开关供电板，射频开关控制板解锁控制自锁型单刀八掷开关的锁存器，射频开关供电板打开光电耦合器开始为自锁型单刀八掷开关供电，完成对射频开关矩阵通道的切换。切换完成后射频开关控制板锁定控制自锁型单刀八掷开关的锁存器并断开控制信号，射频开关供电板关闭光电耦合器停止为自锁型单刀八掷开关供电。由于采用的是自锁型单刀八掷开关，开关切换后内部能够锁定状态，所以断开控制信号并停止供电后不影响开关的切换状态。从而实现射频开关矩阵在通道切换完成后，射频开关的控制和供电中的信号不产生串扰，提高射频开关矩阵通道间隔离度。

需要注意的是，发明中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种高隔离度8×8射频开关矩阵，其特征在于，包括：机箱单元、输入射频开关单元、输出射频开关单元、主控制单元、射频开关控制单元和射频开关供电单元；

所述机箱单元上设有8个输入接口、8个输出接口、网络接口和触摸显示屏；

所述输入射频开关单元包括8个自锁型单刀八掷开关，输入射频开关单元的单刀八掷开关的公共端分别连接机箱单元的8个输入接口；

所述输出射频开关单元包括8个自锁型单刀八掷开关，输出射频开关单元的单刀八掷开关的公共端分别连接机箱单元的8个输出接口；

所述主控制单元包括主控制板、主控制芯片、串口和网口，分别与触摸显示屏、网络接口、射频开关控制单元和射频开关供电单元连接；

所述射频开关控制单元包括4块射频开关控制板，每个射频开关控制板上各有主控制芯片、串口和4个锁存器，分别与主控制单元、输入射频开关单元和输出射频开关单元连接；

所述射频开关供电单元包括4块射频开关供电板，每个射频开关供电板上各有主控制芯片、串口、电源稳压块和4个光电耦合器，分别与主控制单元、输入射频开关单元和输出射频开关单元连接；

所述输入射频开关单元和输出射频开关单元采用同样的单刀八掷开关，每个单刀八掷开关共有8个选通支路，对应8个接头；输入射频开关单元的第一个单刀八掷开关的选通支路1到8接头，分别连接输出射频开关单元的第一个到第八个单刀八掷开关的选通支路1接头；输入射频开关单元的第二个单刀八掷开关的选通支路1到8接头，分别连接输出射频开关单元的第一个到第八个单刀八掷开关的选通支路2接头；输入射频开关单元的第三个单刀八掷开关的选通支路1到8接头，分别连接输出射频开关单元的第一个到第八个单刀八掷开关的选通支路3接头；输入射频开关单元的第四个单刀八掷开关的选通支路1到8接头，分别连接输出射频开关单元的第一个到第八个单刀八掷开关的选通支路4接头；输入射频开关单元的第五个单刀八掷开关的选通支路1到8接头，分别连接输出射频开关单元的第一个到第八个单刀八掷开关的选通支路5接头；输入射频开关单元的第六个单刀八掷开关的选通支路1到8接头，分别连接输出射频开关单元的第一个到第八个单刀八掷开关的选通支路6接头；输入射频开关单元的第七个单刀八掷开关的选通支路1到8接头，分别连接输出射频开关单元的第一个到第八个单刀八掷开关的选通支路7接头；输入射频开关单元的第八个单刀八掷开关的选通支路1到8接头，分别连接输出射频开关单元的第一个到第八个单刀八掷开关的选通支路8接头；

所述射频开关控制单元的4块射频开关控制板分别负责控制不同的单刀八掷开关，其中，第一块射频开关控制板负责控制输入射频开关单元中的1到4单刀八掷开关，第二块射频开关控制板负责控制输入射频开关单元中的5到8单刀八掷开关，第三块射频开关控制板负责控制输出射频开关单元中的1到4单刀八掷开关，第四块射频开关控制板负责控制输出射频开关单元中的5到8单刀八掷开关；每个射频开关控制板上的4个锁存器分别连接该射频开关控制板负责控制的4个单刀八掷开关的控制接口；

当射频开关控制板的串口接收到主控制单元发送来的控制指令后，主控制芯片判断需要对哪一个单刀八掷开关进行切换，打开对应的锁存器的使能端，解锁锁存器，将串行信号转为并行信号后实现对单刀八掷开关的控制，控制完成后关闭对应的锁存器的使能端，锁定锁存器并断开控制信号；

所述射频开关供电单元的4块射频开关供电板分别负责为不同的单刀八掷开关供电，其中，第一块射频开关供电板负责为输入射频开关单元中的1到4单刀八掷开关供电，第二块射频开关供电板负责为输入射频开关单元中的5到8单刀八掷开关供电，第三块射频开关供电板负责为输出射频开关单元中的1到4单刀八掷开关供电，第四块射频开关供电板负责为输出射频开关单元中的5到8单刀八掷开关供电；每个射频开关供电板上的4个光电耦合器分别连接该射频开关供电板负责供电的4个单刀八掷开关的电源接口；

当射频开关供电板的串口接收到主控制单元发送来的控制指令后，主控制芯片判断需要对哪一个单刀八掷开关进行切换，打开对应的光电耦合器的控制端，光电耦合器工作并为单刀八掷开关供电；控制完成后关闭对应的光电耦合器的控制端，光电耦合器停止为单刀八掷开关供电。

2.如权利要求1所述的一种高隔离度8×8射频开关矩阵，其特征在于：所述机箱单元为19英寸标准上架机箱，高度4U；输入接口和输出接口为SMA插座；网络接口为RJ45插座，通信方式为TCP/IP；触摸显示屏为7寸电阻式触摸屏。

3.如权利要求1所述的一种高隔离度8×8射频开关矩阵，其特征在于：用户通过网络接口或触摸显示屏对射频开关矩阵通道参数进行设置，主控制芯片根据设置的内容，判断需要控制切换的输入射频开关单元和输出射频开关单元，通过串口分别将控制指令发送到对应的射频开关控制单元和射频开关供电单元。