CN110311738A - 射频开关设备和系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种射频开关设备和系统。其中，射频开关设备可连接在MIMO天线和测试设备之间；MIMO天线的射频端子可通过各第二射频入口接入，第一射频开关和第二射频开关分别基于主控制板和开关控制板，可快速切换任意一个第二射频入口与第一射频出口形成通路，进而能够提高测试效率、实现多路射频通道的自动化测试。同时，对于未形成通路的第二射频入口，可通过隔离开关接入衰减电路，对接入的信号进行衰减，以防止同频、临频之间的干扰，提高设备的隔离度。此外，开关单元的数量和射频入口的数量可根据实际需求进行选择，即，设备搭建的灵活度高，普适性强。

Description

射频开关设备和系统

技术领域

本申请涉及通信技术领域，特别是涉及一种射频开关设备和系统。

背景技术

随着通信行业的发展及5G(5th-Generation，第五代移动通信技术)产品的商用，MIMO(Multiple-Input Multiple-Output，多输入多输出系统)天线技术得到广泛的应用，对MIMO天线的多路输入/输出的测试提出更高的要求。

在实现过程中，发明人发现传统技术中至少存在如下问题：在保障隔离度的前提下，多路MIMO天线的输出指标的测试效率低。

发明内容

基于此，有必要针对传统技术在保障隔离度的前提下，对多路MIMO天线的输出指标测试存在效率低的问题，提供一种射频开关设备和系统。

为了实现上述目的，一方面，本申请实施例提供了一种射频开关设备，包括：

控制单元；控制单元包括控制箱体，设于控制箱体内的主控制板和第一射频开关，以及设于箱体的第一射频出口和多个第一射频入口；第一射频开关的控制端连接主控制板，第一射频开关的动端连接第一射频出口，第一射频开关的各固定端与各第一射频入口一一对应连接。

至少一个开关单元；开关单元包括开关箱体，设于开关箱体内的开关控制板、第二射频开关、多个隔离开关和多个衰减电路，以及设于开关箱体的第二射频出口和多个第二射频入口；各隔离开关的动端与各第二射频入口一一对应连接，各隔离开关的导通端与第二射频开关的各固定端一一对应连接，隔离开关的衰减端连接衰减电路，隔离开关的控制端连接开关控制板；第二射频开关的控制端连接开关控制板，第二射频开关的动端连接第二射频出口；开关控制板用于连接主控制板；第二射频出口用于连接第一射频入口。

在其中一个实施例中，控制单元还包括设于控制箱体内的切换开关；第一射频出口包括第一接口和第二接口。切换开关的动端连接第一射频开关的动端，切换开关的第一固定端连接第一接口，切换开关的第二固定端连接第二接口。

在其中一个实施例中，控制单元还包括设于控制箱体的串口。主控制板连接串口；串口用于连接处理设备。

在其中一个实施例中，控制单元还包括电源电路；主控制板连接电源电路。

在其中一个实施例中，电源电路包括设于控制箱体的USB-HUB。USB-HUB的输入端口用于接入外部电源，USB-HUB的输出端口用于连接对应的开关单元。

在其中一个实施例中，衰减电路包括连接衰减端的衰减器。

在其中一个实施例中，开关单元的数量为8个，第一射频入口的数量为8个。第二射频入口的数量为4个、8个或16个。

在其中一个实施例中，控制箱体和开关箱体均设有固定机构。

另一方面，本申请实施例还提供了一种系统，包括测量设备，处理设备和如上述的射频开关设备。

测量设备连接射频开关设备的第一射频出口，处理设备连接射频开关设备的主控制板。射频开关设备的第一射频入口通过射频线连接射频开关设备的第二射频出口。

在其中一个实施例中，测量设备为频谱仪或矢量网络分析仪。

上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：

基于上述结构，射频开关设备可连接在MIMO天线和测试设备之间；MIMO天线的射频端子可通过各第二射频入口接入，第一射频开关和第二射频开关分别基于主控制板和开关控制板，可快速切换任意一个第二射频入口与第一射频出口形成通路，进而能够提高测试效率、实现多路射频通道的自动化测试。同时，对于未形成通路的第二射频入口，可通过隔离开关接入衰减电路，对接入的信号进行衰减，以防止同频、临频之间的干扰，提高设备的隔离度。此外，开关单元的数量和射频入口的数量可根据实际需求进行选择，即，设备搭建的灵活度高，普适性强。

附图说明

通过附图中所示的本申请的优选实施例的更具体说明，本申请的上述及其它目的、特征和优势将变得更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分，且并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本申请的主旨。

图1为一个实施例中射频开关设备的第一示意性结构图；

图2为一个实施例中射频开关设备的控制单元的结构示意图；

图3为一个实施例中射频开关设备的开关单元的结构示意图；

图4为一个实施例中射频开关设备的结构原理示意图；

图5为一个实施例中射频开关设备的第二示意性结构图；

图6为一个实施例中系统的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的首选实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件并与之结合为一体，或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“第一”、“第二”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本申请实施例可应用在MIMO天线多路射频信号的指标测试，提高测试工作效率和测试便利性，降低测试成本，并能根据不同路数的MIMO天线进行设备搭建与测试。例如，应用于5G AAU(Active Antenna Unit，有源天线单元)产品的测试，配合实现MIMO天线64路通道的自动测试，具有测试效率高、隔离度高、使用灵活以及节省测试工时等特点。同时，本申请实施例也可与AAU产品的ATS(自动测试系统)程序兼容，实现全自动化测试。进一步地，射频开关设备可采用高隔离度开关器件，进一步使整个射频通路与外界完全隔离，防止同频、临频之间的干扰。相对于传统的电子射频开关，本申请实施例具有隔离度高、承载功率大等特点。

在一个实施例中，提供一种射频开关设备，如图1所示，包括：

控制单元；控制单元包括控制箱体，设于控制箱体内的主控制板和第一射频开关，以及设于箱体的第一射频出口和多个第一射频入口。第一射频开关的控制端连接主控制板，第一射频开关的动端连接第一射频出口，第一射频开关的各固定端与各第一射频入口一一对应连接。

至少一个开关单元；开关单元包括开关箱体，设于开关箱体内的开关控制板、第二射频开关、多个隔离开关和多个衰减电路，以及设于开关箱体的第二射频出口和多个第二射频入口。各隔离开关的动端与各第二射频入口一一对应连接，各隔离开关的导通端与第二射频开关的各固定端一一对应连接，隔离开关的衰减端连接衰减电路，隔离开关的控制端连接开关控制板。第二射频开关的控制端连接开关控制板，第二射频开关的动端连接第二射频出口；开关控制板用于连接主控制板；第二射频出口用于连接第一射频入口。

具体而言，射频开关设备可包括一个控制单元和至少一个开关单元，控制单元用于控制各开关单元的通断，开关单元用于接入MIMO天线的各射频端子。进一步地，控制单元可用于连接处理设备，基于处理设备传输的信号控制各开关单元的通断，以切换任一个射频端子进行测试。此外，控制单元和各开关单元均有各自对应的箱体，是机械结构上彼此独立的单元；基于此，各开关单元配置的第二射频入口的数量可不相同，控制单元可依据实际测试需求，与相应的开关单元配合，提高本申请实施例的灵活度和适用性；并且，各单元可堆叠设置，也可间隔设置，能够灵活匹配多种形态的待测试设备，进一步提高本申请实施例的灵活度。

在控制单元中，控制箱体可用于安置主控制板和第一射频开关，同时，第一射频出口和第一射频入口可设于控制箱体的外壁上，便于与开关单元进行连接。主控制板可用于控制第一射频开关的动端在各固定端之间进行切换，实现第一射频开关的任一固定端的导通；进一步地，主控制板还可用于与外部的处理设备进行有线连接或无线连接，接收外部的指令；可选地，主控制板可包括单片机、电源转换电路和信号传输电路等，此处不做具体限定。第一射频开关连接在第一射频出口和第一射频入口之间，同时，其控制端连接主控制板，用于接收主控制板的指令，切换第一射频出口与任一各第一射频入口形成通路；具体地，第一射频开关属于单刀多掷型的开关，其结果可根据实际需要搭配的开关单元的数量来确定，此处不做具体限定。第一射频出口可用于连接处理设备或测量设备，将MIMO天线的信号传输给对应的连接设备；第一射频入口可用于连接对应的开关单元的第二射频出口，便于扩展测试通道的数量。

在开关单元中，开关箱体可用于安置开关控制板、第二射频开关、隔离开关和衰减电路，同时，第二射频出口和第二射频入口可设于开关箱体的外壁上，便于与MIMO天线的射频端子进行连接。开关控制板可用于控制第二射频开关的动端在各固定端之间进行切换，实现第二射频开关的任一固定端的导通；进一步地，开关控制板还可用于与控制单元的主控制板进行有线连接或无线连接，接收主控制板的指令；可选地，开关控制板可包括单片机、电源转换电路和信号传输电路等，此处不做具体限定。第二射频开关连接在第二射频出口和第二射频入口之间，同时，其控制端连接开关控制板，用于接收主控制板的指令，切换第二射频出口与任一各第二射频入口形成通路；具体地，第二射频开关属于单刀多掷型的开关，其结果可根据实际需要搭配的开关单元的数量来确定，此处不做具体限定。第二射频出口用于连接控制单元，将MIMO天线的信号传输给对应的第一射频入口；第二射频入口可用于连接MIMO天线的射频端子。

隔离开关连接在第二射频入口和第二射频开关的固定端之间，可用于隔离未导通的第二射频入口的信号，提高射频设备内部信号传输的隔离度。具体地，各隔离开关分别对应一个第二射频入口和一个衰减电路；隔离开关的动端连接第二射频入口，导通端连接第二射频开关中对应的固定端，衰减端连接衰减电路，控制端连接开关控制板。隔离开关可接收开关控制板的指令，控制动端接通导通端或衰减端。衰减电路可用于对信号进行衰减，降低对通路的信号的影响。应该说明的是，衰减电路可主要由衰减器组成，或通过元器件构成适用于预设频段、负载等参数的电路，此处不做具体限定。应该注意的是，隔离开关中的导通端和衰减端实质上均属于隔离开关的固定端，由隔离开关的动端切换来实现导通或断开。

需要说明的是，本申请实施例中，第一射频开关、第二射频开关、隔离开关或切换开关等开关，可主要由动端和固定端等、构成类似单刀双掷或单刀多掷开关的功能开关。其中，动端就是所谓的“刀”，可用于选择需要导通的固定端；固定端可用于连接待导通设备或部件。基于1个动端与多个固定端的配合，上述开关可用于控制多台设备或多个部件的通断。

射频开关设备的第一射频出口与一个第二射频入口导通时，则其他第二射频入口与第一射频出口之间是断开的状态，并且，各第二射频入口之间也是断开的状态。也就是说，射频开关设备不同于开关矩阵，射频开关设备的第一射频出口不会同时与两个第二射频入口形成通路，并且第二射频入口之间不会导通。相较于开关矩阵，本申请实施例提供的射频开关设备搭建简单，操作方便，并且能够避免不同射频端子之间的相互干扰，提高测量的可靠性和安全性。同时，应该注意的是，射频开关设备也可应用于反向的信号传输中，即，信号可从第一射频出口传输给控制单元，并依次通过第一射频开关、导通的第一射频入口和第二射频出口，传输给对应的开关单元，进一步通过第二射频开关、导通的隔离开关和第二射频入口，传输给对应的射频端子。即，本申请实施例中提及的射频入口既可用于传输外部信号给单元内部，也可用于传输单元内部信号给外部；射频出口既可用于传输单元内部信号给外部，也可传输外部信号给单元内部。

示例性地，射频设备包括控制单元，开关单元1和开关单元2；控制单元的第一射频入口1连接开关单元1，第一射频入口2连接开关单元2；开关单元1的第二射频入口1-1至1-8依次连接MIMO天线的射频端子1至8；开关单元2的第二射频入口2-9至2-16依次连接MIMO天线的射频端子9至16。在指示射频设备切换至射频端子13进行测试时，主控制板根据外部的指令，控制第一射频开关接通第一射频入口2，并将外部的指令传输给开关单元2的开关控制板2，以使开关控制板2控制第二射频开关2接通第二射频入口2-13，且控制第二射频入口2-13连接的隔离开关接通导通端，进而使射频端子13与第一射频出口之间形成通路。与此同时，除了第二射频入口2-13连接的隔离开关，其他隔离开关均接通衰减端，以便将其他射频端子的信号进行衰减，防止信号之间的干扰、影响测试结果。

本申请实施例针对不同路数的MIMO天线信号，可灵活搭配设备，且能够任意切换测试，在保障隔离度的同时，大大提高的测试效率与数据的采集效率。进一步地，本申请实施例还可与AAU系统的ATS程序相连，实现系统的全自动化测试。

在一个实施例中，控制单元还包括多个设于控制箱体的连接端口；主控制板连接各连接端口；各连接端口用于连接对应的开关单元的开关控制板。

具体而言，主控制板可将接收到的信号通过连接端口传输给开关控制板，以配合形成相关第二射频入口与第一射频出口之间的通路。可选地，该连接端口可为USB接口，串口等，此处不做具体限制。此外，连接端口还可用于为开关单元供电。

在一个实施例中，如图2所示，控制单元还包括设于控制箱体内的切换开关；第一射频出口包括第一接口和第二接口。切换开关的动端连接第一射频开关的动端，切换开关的第一固定端连接第一接口，切换开关的第二固定端连接第二接口。

具体而言，控制单元还可设有切换开关，用于切换第一射频出口中的不同接口。第一接口和第二接口均可用于连接测试设备、处理设备或衰减设备等。示例性的，第一接口连接频谱仪，第二接口连接衰减器；测试射频端子的时，切换开关导通第一接口，以使频谱仪获取相应的测量值；在进入下一个射频端子的测试时，切换开关导通第二接口，以衰减射频开关设备内部的信号，降低对下一次测试的影响。

本申请实施例基于控制单元的切换开关，以及射频出口的两个接口，能够同时连接多种外部设备，进一步扩展射频开关设备的功能，提高测试的可靠性且满足多种测试要求。

在一个实施例中，控制单元还包括设于控制箱体的串口。主控制板连接串口；串口用于连接处理设备。

具体而言，控制箱体的外壁上还可设于用于连接外部处理设备的串口；主控制板可通过串口与处理设备进行数据传输。基于串口，主控制板能够快速接入处理设备或ATS，便于测试的搭建。

在一个实施例中，控制单元还包括电源电路；主控制板连接电源电路。

具体而言，电源电路可用于连接外部电源，进行电源转换后向主控制板供电，并可进一步通过主控制板给开关单元供电。应该注意的是，电源电路也可包括充电电池，用于向主控制板供电，并可进一步通过主控制板给开关单元供电。此外，控制单元和开关单元还可在各自的箱体内配置电源电路，进行供电或电源转换，此处不做具体限制。开关单元的供电可通过控制单元来获取，也可采用内置电源供电，或采用外部电源供电。

在一个实施例中，电源电路包括设于控制箱体的USB-HUB。USB-HUB的输入端口用于接入外部电源，USB-HUB的输出端口用于连接对应的开关单元。

具体而言，控制单元的电源电路可包括USB-HUB。外部电源可通过USB-HUB输入端口接入控制单元，并进一步通过输出端口为各开关单元供电。此外，主控制板可连接该USB-HUB，通过各输出端口连接对应的开关控制板，进而可通过USB-HUB向各开关控制板发送指令，此时，USB-HUB(Universal Serial Bus Hub，通用串行总线集线器)的输出端口即为上述连接端口。本申请实施例的控制单元可采用USB-HUB进行供电和指令传输，降低设备的成本和搭建难度。

在一个实施例中，如图3所示，衰减电路包括连接衰减端的衰减器。

具体而言，开关单元可采用衰减器对未导通的射频端子的信号进行衰减。示例性地，可选用50W(瓦)的衰减器，连接隔离开关的衰减端。基于此，本申请实施例可在保证隔离度的同时，进一步降低设备成本。

在一个实施例中，第一射频入口通过射频线连接第二射频出口；第二射频入口用于连接MIMO天线的射频端子。

具体而言，控制单元的第一射频入口和开关单元的第二射频出口之间，可通过射频线进行连接。第二射频入口可通过射频线连接射频端子。

在一个实施例中，第二射频入口的数量为4个、8个或16个。

具体而言，开个单元上可设有4个、8个或16个第二射频入口，具体的射频入口数量可依据实际测试需求进行搭建。相应地，第二射频开关可为单刀四掷型的射频开关或单刀八掷型的射频开关，进一步地，也可由一个单刀双掷开关和两个单刀八掷开关组合，对16个第二射频入口进行切换。基于此，便于射频开关设备进行16路射频通道测试、32路射频通道测试或64路射频通道测试。

在一个实施例中，开关单元的数量为8个，第一射频入口的数量为8个。

具体而言，控制箱体上设有8个第一射频入口，基于此，控制单元可分别连接8个开关单元，便于设备进行32路射频通道测试、64路射频通道测试或128路射频通道测试。

在一个实施例中，控制箱体和开关箱体均设有固定机构。

具体而言，固定机构用于固定箱体，增强设备的稳定性；可选地，固定机构可为定位销、卡扣或螺栓固定机构等，此处仅为举例，不做具体限制。基于此，可增强控制箱体和开关箱体堆叠设置时的设备稳定性，同时，也便于设备的灵活搭建。

在一个实施例中，射频开关设备的原理如图4所示，包含8个独立的小开关单元和1个主控制单元。在使用的过程中，可以实现灵活搭配，当只需要8通道通路射频开关控制时，那么只需配一个独立的小开关单元就可实现射频开关的控制及ATS功能。

每个独立的开关单元均设有独立的单片机控制板，可连接电脑串口、接受独立编程控制，也可连接ATS、接受ATS的自动控制。每个独立的开关单元有8个口的射频输入，1个口的射频输出；当测试不同路数MIMO天线射频输出时，可灵活扩展搭配多个开关单元，比如8MIMO、16MIMO、32MIMO、64MIMO等，射频信号统一由主控制单元射频口out2-1或out2-2输出。

在一个实施例中，如图5所示，①至⑧为独立的开关单元，结构上可以任意叠放，每个开关单元有设计定位销装置；⑨为控制单元。每个开关单元有8个射频入口和一个射频出口。供电方式是基于控制单元中的USB-HUB，分别给8个开关单元供电。USB供电线与控制线可以随便插拔，移动方便。

基于此，工作人员可先确定被测MIMO天线的通道数，选择对应数量的开关单元，接上电源，插上USB，接上射频线缆，设置好程序，启动ATS，然后可以进行自动化测试了。如果有多个工位测试，可以分开部分开关单元单独进行测试。

在一个实施例中，提供了一种系统，如图6所示，包括测量设备，处理设备和如上述的射频开关设备。

测量设备连接射频开关设备的第一射频出口，处理设备连接射频开关设备的主控制板。

射频开关设备的第一射频入口通过射频线连接射频开关设备的第二射频出口。

具体而言，系统中，处理设备连接射频开关设备的主控制板，可用于向主控制板发送指令，指示主控制板和开关控制板执行相应的动作；测量设备连接射频开关设备的第一射频出口，可用于测量第一射频出口传输的信号。其中，处理设备可为计算机设备，测量设备可为射频功率计、射频频谱分析仪、射频信号分析仪或网络分析仪等，此处不做具体限制。

在一个实施例中，测量设备为频谱仪或矢量网络分析仪。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种射频开关设备，其特征在于，包括：

控制单元；所述控制单元包括控制箱体，设于所述控制箱体内的主控制板和第一射频开关，以及设于所述箱体的第一射频出口和多个第一射频入口；所述第一射频开关的控制端连接所述主控制板，所述第一射频开关的动端连接所述第一射频出口，所述第一射频开关的各固定端与各所述第一射频入口一一对应连接；

至少一个开关单元；所述开关单元包括开关箱体，设于所述开关箱体内的开关控制板、第二射频开关、多个隔离开关和多个衰减电路，以及设于所述开关箱体的第二射频出口和多个第二射频入口；各所述隔离开关的动端与各所述第二射频入口一一对应连接，各所述隔离开关的导通端与所述第二射频开关的各固定端一一对应连接，所述隔离开关的衰减端连接所述衰减电路，所述隔离开关的控制端连接所述开关控制板；所述第二射频开关的控制端连接所述开关控制板，所述第二射频开关的动端连接所述第二射频出口；所述开关控制板用于连接所述主控制板；所述第二射频出口用于连接所述第一射频入口。

2.根据权利要求1所述的射频开关设备，其特征在于，所述控制单元还包括设于所述控制箱体内的切换开关；所述第一射频出口包括第一接口和第二接口；

所述切换开关的动端连接所述第一射频开关的动端，所述切换开关的第一固定端连接所述第一接口，所述切换开关的第二固定端连接所述第二接口。

3.根据权利要求1所述的射频开关设备，其特征在于，所述控制单元还包括设于所述控制箱体的串口；

所述主控制板连接所述串口；所述串口用于连接处理设备。

4.根据权利要求1所述的射频开关设备，其特征在于，所述控制单元还包括电源电路；所述主控制板连接所述电源电路。

5.根据权利要求4所述的射频开关设备，其特征在于，所述电源电路包括设于所述控制箱体的USB-HUB；

所述USB-HUB的输入端口用于接入外部电源，所述USB-HUB的输出端口用于连接对应的所述开关单元。

6.根据权利要求1所述的射频开关设备，其特征在于，所述衰减电路包括连接所述衰减端的衰减器。

7.根据权利要求1至6任一项所述的射频开关设备，其特征在于，所述开关单元的数量为8个，所述第一射频入口的数量为8个；

所述第二射频入口的数量为4个、8个或16个。

8.根据权利要求1至6任一项所述的射频开关设备，其特征在于，所述控制箱体和所述开关箱体均设有固定机构。

9.一种系统，其特征在于，包括测量设备，处理设备和如权利要求1至8任一项所述的射频开关设备；

所述测量设备连接所述射频开关设备的第一射频出口，所述处理设备连接所述射频开关设备的主控制板；

所述射频开关设备的第一射频入口通过射频线连接射频开关设备的第二射频出口。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述测量设备为频谱仪或矢量网络分析仪。