CN114430258B - 一种多支路开关矩阵 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多支路开关矩阵，包括双向输出单元，所述双向输出单元为M×N射频矩阵，M个第一端口和N个第二端口，所述M×N射频矩阵包括多条射频通道，每条所述射频通道上依次连接有第一级放大层、第一级功分层、第二级放大层、第二级功分层、第三级衰减层以及第三级放大层，还包括至少一条设置有中间放大模块的均衡射频通道。本申请的开关均可实现两级级联设计，并且放大器电路可进行电源管理，进一步增加了隔离度。综上，满足指标要求“开关隔离度≥65dB”。幅度一致性由Q1~Q6的链路仿真分析可知，各链路范围为9dB~10dB之间，带内正负波动最大分别+2.0dB、‑0.5dB，幅度一致性=3.5dB。
Description
技术领域
本发明涉及无射频通信技术领域，具体涉及一种多支路开关矩阵。
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，通常由多个射频功分和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。射频开关矩阵主要在无线通信、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。
传统的开关矩阵仅仅实现信道切换，无法实现信道的链路增益补偿和多通道的插损一致性以及开关隔离度调整，由于开关矩阵的插损引入到系统中，系统上下行链路增益不合适页一直是射频领域的一个痛点。基于此，有必要提出一种新的开关矩阵。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多支路开关矩阵，开关均可实现两级级联设计，并且放大器电路可进行电源管理，进一步增加了隔离度。综上，满足指标要求“开关隔离度≥65dB”。幅度一致性由Q1~Q6的链路仿真分析可知，各链路范围为9dB~10dB之间，带内正负波动最大分别+2.0dB、-0.5dB，幅度一致性=3.5dB。
一种多支路开关矩阵，包括双向输出单元，所述双向输出单元为M×N射频矩阵，M个第一端口和N个第二端口，所述M×N射频矩阵包括多条射频通道，每条所述射频通道上依次连接有第一级放大层、第一级功分层、第二级放大层、第二级功分层、第三级衰减层以及第三级放大层，还包括至少一条设置有中间放大模块的均衡射频通道，其中：
当所述均衡射频通道处于接收模式时，所述第一端口i通过均衡射频通道可选的与第二端口j或第二端口k连接，所述输入信号经第一端口i、第一级放大层、第一级功分层、第二级放大层、第二级功分层输出至中间放大模块A端，所述中间放大模块的B端可选择的通过第三级衰减层、第三级放大层连接至第二端口j，或通过第三级放大层直接连接第二端口k；
当所述均衡射频通道处于发射模式时，所述第一端口i通过均衡射频通道可选的与第二端口j或第二端口k连接，所述输入信号通过第二端口j、第三级放大层通过第三级衰减层连接至中间放大模块B端，或通过第二端口k、第三级放大层直接连接中间放大模块B端，中间放大模块的A端依次通过第二级功分层、第二级放大层、第一级功分层、第一级放大层连接第一端口i。
进一步地，所述第一级放大层包括分别与M个第一端口连接的第一级放大模块F1i，其中，至少一个第一级放大模块包括第一SP3T、第二SP3T，所述第一SP3T的固定端用于连接第一端口，所述第二SP3T的固定端用于连接第一级功分层，所述第一SP3T、第二SP3T的三个切换端之间一一对应连接有第一放大器电路、第二放大器电路、第三放大器电路，所述第一放大器电路与第二放大器电路用于第一端口作为输入端口的放大，所述第三放大器电路用于第一端口作为输出端口的放大。
进一步地，所述第三放大器电路包括两个级联的放大器，以及两个放大器之间依次级联的温补补偿器、均衡器、衰减器。
进一步地，所述第一级功分层包括分别与第一级放大模块F1i连接的第一级功分模块SP1i，其中，至少一个第一级功分模块与第一级放大模块之间设置有第一SPDT，所述第一SPDT的固定端连接所述第二SP3T的固定端，所述第一级功分模块包括主路分别连接在所述SPDT切换端的若干个一分二功分器，所述一分二功分器的支路分别连接至第二级放大层。
进一步地，所述第二级放大层包括分别设置在每个一分二功分器的每个支路上的第二级放大模块F2i，其中，至少一个第二级放大模块包括第二SPDT、第三SPDT，所述第二SPDT的固定端连接在一分二功分器支路上，所述第三SPDT的固定端用于连接第二功分层，所述第二SPDT、第三SPDT的两个切换端之间一一对应连接有第四放大器电路、第五放大器电路，所述第四放大器电路用于第一端口作为输入端口的放大，所述第五放大器电路用于第一端口作为输出端口的放大。
进一步地，所述均衡射频通道为4条，所述4条均衡射频通道共用一个中间放大模块，所述中间放大模块包括依次级联的一分四功分器D3、第四SPDT、第五SPDT、第六SPDT、一分四功分器D4，所述第四SPDT固定端连接在一分四功分器D3的主路上，所述一分四功分器D3的4条支路分别连接至4个第一端口对应的第二级功分层上，所述第五SPDT固定端与第六SPDT固定端连接，所述第六SPDT一个切换端连接在一分四功分器D4的主路上，另一个切换端连接至第三级衰减层，所述一分四功分器D4的4条支路分别连接至4个第二端口对应的第三级放大层上。
进一步地，所述第四SPDT、第五SPDT的两个切换端之间一一对应连接有第六放大器电路、第七放大器电路，所述第六放大器电路用于第一端口作为输入端口的放大，所述第七放大器电路用于第一端口作为输出端口的放大。
进一步地，所述第二级功分层包括分别与第二级放大模块连接的若干个功分器，所述功分器的主路用于连接第二级放大模块，所述功分器的支路分别连接至第三级衰减层或中间放大模块。
进一步地，还包括合路输出单元，所述合路输出单元包括A个第三端口与A/2个第四端口，每两个第三端口连接有功分器，所述功分器的输出端连接第四端口。
进一步地，还包括开关选择单元，所述开关选择单元包括C个第五端口、C/2个第六端口与C/2个SPDT，每两个第一端口分别通过SPST连接SPDT的两个切换端，所述SPDT的固定端连接第六端口。
进一步地，还包括控制处理单元，所述控制处理单元用于与上位机进行通信，并控制所述多支路开关矩阵中开关的切换。
本发明具有的有益效果：
1、本申请通过4路输入信号通过开关功分立体交叉结构完成信号的选择放大输出功能；或者20路信号通过开关功分立体交叉结构后选择从4个端口中的某个端口输出。
2、合路输出单元：32路信号中每2路信号分成一组共16组信号，每组信号输入功分器后合路成一路输出。开关选择单元：8路信号中每2路信号分成一组共4组信号，每组信号经过单刀双掷开关选择后输出；或者4路信号中的每路信号经过单刀双掷开关选择后输出。
通过多种类型的开关实现两级级联设计，并且通过放大器电路的电源管理，进一步增加了隔离度。综上，本申请满足指标要求“开关隔离度≥65dB”以及各级增益指标要求。
附图说明
图1为本发明的双向输出单元示意图；
图2为本发明的整体结构结构示意图；
图3为本发明的双向输出单元整体结构示意图；
图4为本发明的第一级放大模块结构示意图；
图5为本发明的第二级放大模块结构示意图；
图6为本发明的中间放大模块结构示意图；
图7为本发明的合路输出单元D支路结构示意图；
图8为本发明的开关选择单元U支路结构示意图；
图9为本发明的开关级联设计结构示意图；
图10为本发明的控制电路框图结构示意图；
图11为本发明的电源供电电路结构示意图；
图12为本发明的均衡射频通道流向1结构示意图；
图13为本发明的均衡射频通道流向2结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖向”、“纵向”、“侧向”、“水平”、“内”、“外”、“前”、“后”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“开有”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
如图1所示，一种多支路开关矩阵，包括双向输出单元，所述双向输出单元为M×N射频矩阵，M个第一端口和N个第二端口，所述M×N射频矩阵包括多条射频通道，每条所述射频通道上依次连接有第一级放大层、第一级功分层、第二级放大层、第二级功分层、第三级衰减层以及第三级放大层，还包括至少一条设置有中间放大模块的均衡射频通道，其中：
如图12所示，当所述均衡射频通道处于接收模式时，所述第一端口i通过均衡射频通道可选的与第二端口j或第二端口k连接，所述输入信号经第一端口i、第一级放大层、第一级功分层、第二级放大层、第二级功分层输出至中间放大模块A端，所述中间放大模块的B端可选择的通过第三级衰减层、第三级放大层连接至第二端口j，或通过第三级放大层直接连接第二端口k；
如图13所示，当所述均衡射频通道处于发射模式时，所述第一端口i通过均衡射频通道可选的与第二端口j或第二端口k连接，所述输入信号通过第二端口j、第三级放大层通过第三级衰减层连接至中间放大模块B端，或通过第二端口k、第三级放大层直接连接中间放大模块B端，中间放大模块的A端依次通过第二级功分层、第二级放大层、第一级功分层、第一级放大层连接第一端口i。
所述M为4，包括端口A1、A2、A3、A4，所述N为20，包括端口Wi与端口Nj，其中i=1,…,12，j=1,…,8。
其中，如图2所示，双向输出单元的4路输入信号通过开关功分立体交叉结构完成信号的选择放大输出功能；或者20路信号通过开关功分立体交叉结构后选择从4个端口中的某个端口输出。
如图7所示，合路输出单元D支路合路设备工作原理：32路信号中每2路信号分成一组共16组信号，每组信号输入功分器后合路成一路输出。
如图8所示，开关选择单元U支路开关选择设备工作原理：8路信号中每2路信号分成一组共4组信号，每组信号经过单刀双掷开关选择后输出；或者4路信号中的每路信号经过单刀双掷开关选择后输出。
电源管理输入的+28V电源经浪涌保护电路，EMI滤波电路，DC/DC电路模块转换为系统所需的+6V、-6V。+6V、-6V再由内部各个模块以及PFGA控制单元内的低压差稳压芯片转成+5V、-5V、+3.3V、+2.5V等电压，经滤波处理，送给模块的各处供电。
接口及控制电路完成对上位机通信，对模块接口或高速接口获取控制信息，控制各模块电源通断，开关切换，并将控制结果反馈上位机。
根据双向输出单元模块的信号流向，可以把整个设计拆分为如下6种类型：
表1 射频通道类型
如图3所示，所述第一端口A1分别通过依次级联的第一级放大模块F11、SPDT S1、第一级功分模块SP11、第二级放大模块F2i、第二功分模块SP2j、第三级衰减层、第三级放大模块F3k分别连接至第二端口W1、W2、W3、W4、W5、N1、N2、N3、N4、N5。
所述第一端口A2分别通过依次级联的第一级放大模块F12、SPDT S2、第一级功分模块SP12、第二级放大模块F2i、第二功分模块SP2j、第三级衰减层、第三级放大模块F3k分别连接至第二端口W5、W6、W7、W8、N3、N4、N5、N6、N7、N8。
所述第一端口A3分别通过依次级联的第一级放大模块F13、衰减器S3、第一级功分模块SP13、第二级放大模块F2i、第二功分模块SP2j、第三级衰减层、第三级放大模块F3k分别连接至第二端口W5、W6、W7、W8、N5、N6、N7、N8。
所述第一端口A4分别通过依次级联的第一级放大模块F14、衰减器S4、第一级功分模块SP14、第二级放大模块F2i、第二功分模块SP2j、第三级衰减层、第三级放大模块F3k分别连接至第二端口N5、N6、N7、N8。
所述第一端口通过均衡射频通道分别连接至第二端口W9、W10、W11、W12或第二端口N7。
具体的，所述第一端口A1通过依次级联的第一级放大模块F11、SPDT S1、第一级功分模块SP11、第二级放大模块F24、第二功分模块SP24、中间放大模块、第三级放大模块F317/F318//F319//F320分别连接至第二端口W9、W10、W11、W12或所述第一端口A1通过依次级联的第一级放大模块F11、SPDT S1、第一级功分模块SP11、第二级放大模块F24、第二功分模块SP24、中间放大模块、第三级衰减层、第三级放大模块F313连接至第二端口N7。
其中，第一级放大模块，第二级放大模块结构分别参考图4、图5所示。
第一端口A2、A3、A4通过均衡射频通道的信号走向参考第一端口A1。
如图6所示，所述均衡射频通道为4条，所述4条均衡射频通道共用一个中间放大模块，所述中间放大模块包括依次级联的一分四功分器D3、第四SPDT、第五SPDT、第六SPDT、一分四功分器D4，所述第四SPDT固定端连接在一分四功分器D3的主路上，所述一分四功分器D3的4条支路分别连接至4个第一端口对应的第二级功分层上，所述第五SPDT固定端与第六SPDT固定端连接，所述第六SPDT一个切换端连接在一分四功分器D4的主路上，另一个切换端连接至第三级衰减层，所述一分四功分器D4的4条支路分别连接至4个第二端口对应的第三级放大层上。
所述第四SPDT、第五SPDT的两个切换端之间一一对应连接有第六放大器电路、第七放大器电路，所述第六放大器电路用于第一端口作为输入端口的放大，所述第七放大器电路用于第一端口作为输出端口的放大。
如表1所示，根据信号的流向，向多条射频通道分为：Q1类型通道、Q2类型通道、Q3类型通道、Q4类型通道、Q5类型通道以及Q6类型通道。
所述均衡射频通道包括Q1类型通道以及Q3类型通道。
Q1类型通道包括Q1类型接收通道，所述Q1类型接收通道包括依次级联的SP3T、放大器、SP3T、SPDT、一分二功分器、SPDT、均衡器、放大器、衰减器、SPDT、一分三功分器、一分四功分器、SPDT、放大器、衰减器、均衡器、温补衰减器、放大器、SPDT、SPDT、一分四功分器、SPDT、均衡器、SPDT、放大器、SPDT。
所述Q1类型通道还包括Q1类型发射通道，所述Q1类型发射通道包括依次级联的SPDT、放大器、SPDT、均衡器、SPDT、一分四功分器、SPDT、SPDT、放大器、均衡器、SPDT、一分四功分器、一分三功分器、SPDT、放大器、温补衰减器、SPDT、一分二功分器、SPDT、SP3T、放大器、衰减器、均衡器、温补衰减器、放大器、SP3T。
所述Q2类型通道包括Q2类型接收通道，所述Q2类型接收通道包括依次级联的SP3T、放大器、SP3T、SPDT、一分二功分器、SPDT、均衡器、放大器、衰减器、SPDT、一分三功分器、衰减器、温补衰减器、SPDT、均衡器、SPDT、放大器、SPDT。
所述Q2类型通道还通道包括Q2类型发射通道，所述Q2类型发射通道包括依次级联的SPDT、放大器、SPDT、均衡器、SPDT、衰减器、温补衰减器、一分三功分器、SPDT、放大器、温补衰减器、SPDT、一分二功分器、SP3T、SPDT、放大器、衰减器、均衡器、放大器、SP3T。
Q3类型通道包括Q3类型接收通道，所述Q3类型接收通道包括依次级联的SP3T、放大器、SP3T、SPDT、一分二功分器、SPDT、均衡器、放大器、衰减器、SPDT、一分三功分器、一分四功分器、SPDT、放大器、衰减器、均衡器、温补衰减器、放大器、SPDT、SPDT、SP3T、温补衰减器、均衡器、SPDT、SPDT、放大器、SPDT。
所述Q3类型通道还包括Q3类型发射通道，所述Q3类型发射通道包括依次级联的SPDT、放大器、SPDT、SPDT、温补衰减器、均衡器、SPDT、SPDT、SPDT、放大器、均衡器、SPDT、一分四功分器、一分三功分器、SPDT、放大器、温补衰减器、SPDT、一分二功分器、SPDT、SP3T、放大器、均衡器、衰减器、温补衰减器、放大器、SP3T。
所述Q4类型通道包括Q4类型接收通道，所述Q4类型接收通道包括依次级联的SP3T、放大器、SP3T、SPDT、一分二功分器、SPDT、均衡器、放大器、衰减器、SPDT、一分三功分器、SP3T、温补衰减器、SPDT、SPDT、放大器、SPDT。
所述Q4类型通道还包括Q4类型发射通道，所述Q4类型发射通道包括依次级联的SPDT、放大器、SPDT、SPDT、温补衰减器、均衡器、SP3T、一分三功分器、SPDT、放大器、温补衰减器、SPDT、一分二功分器、SPDT、SP3T、放大器、衰减器、均衡器、温补衰减器、放大器、SP3T。
所述Q5类型通道包括Q5类型接收通道，所述Q5类型接收通道包括依次级联的SP3T、放大器、SP3T、SPDT、一分二功分器、SPDT、均衡器、放大器、衰减器、SPDT、一分三功分器、SP3T、SPDT、SPDT、SPDT、放大器、温补衰减器、均衡器、放大器、SPDT。
所述Q5类型通道还包括Q5类型发射通道，所述Q5类型发射通道包括依次级联的SPDT、放大器、SPDT、均衡器、SPDT、SPDT、SPDT、一分三功分器、SPDT、放大器、温补衰减器、SPDT、一分二功分器、SPDT、SP3T、放大器、衰减器、均衡器、温补衰减器、放大器、SP3T。
所述Q6类型通道包括Q6类型接收通道，所述Q6类型接收通道包括依次级联的SP3T、放大器、SP3T、SPDT、一分二功分器、SPDT、均衡器、放大器、衰减器、SPDT、一分三功分器、衰减器、SPDT、SPDT、放大器、温补衰减器、均衡器、放大器、SPDT。
所述Q6类型还通道包括Q6类型发射通道，所述Q6类型发射通道包括依次级联的SPDT、放大器、SPDT、均衡器、SPDT、衰减器、一分三衰减器、SPDT、放大器、温补衰减器、SPDT、一分二功分器、SPDT、SP3T、放大器、衰减器、均衡器、温补衰减器、SP3T。
D支路模块设计
32路信号中每2路信号分成一组共16组信号，每组信号输入功分器后合路成一路输出。
U支路模块设计
8路2GHz~6GHz信号中每2路信号分成一组共4组信号，每组信号经过单刀双掷开关选择后从B端口输出；或者4路信号经过单刀双掷开关选择后从U端口输出。
射频开关矩阵主要用于控制射频信号的传输路径，通常由多个射频功分和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。射频开关矩阵主要在无线通信、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。
传统的射频开关矩阵主要是由功分器模块和开关模块组成，实现多路输出端口对每路输入信号的独立任意选择、无阻塞，对于任意一个信号，最多可实现多路的分路，同时，保证信号间的高隔离度和程控交换信道对信号的载噪比、幅频畸变最小。
如图9所示，由A支路模块详细框图可知，接收通道输入端与发射通道输出端同为单刀三掷开关输入端口，接收通道输出端与发射通道输入端同为单刀二掷开关输入端口。
单刀二掷开关VD75181输入驻波小于1.2，单刀三掷开关ISW-00203T输入驻波小于1.3。射频电缆+连接器组合驻波≤1.5。
所以，设备能实现输入输出驻波＜2.0。
开关隔离度
电路设计中采用了三种开关：单刀二掷、单刀三掷、自制PIN开关。
单个单刀二掷开关隔离度≥40dB，单个单刀三掷开关隔离度≥35dB，自制PIN开关隔离度≥70dB。
由图9可知，开关均可实现两级级联设计，并且放大器电路可进行电源管理，进一步增加了隔离度。
综上，满足指标要求“开关隔离度≥65dB”。
幅度一致性
由Q1~Q6的链路仿真分析可知，各链路增益范围为9dB~10dB之间，带内正负波动最大分别+2.0dB、-0.5dB。
所以，幅度一致性=3.5dB。
开关矩阵的控制采用ATMEL公司设计生产的FPGA，微处理器内部资源丰富，功耗低，速度快，从而能及时的处理各种输入及各种输出。内置的大容量的程序存储器和数据存储器使主控板电路非常简洁，从而有效的避免了因外扩存储器带来的电路复杂和不稳定性。
如图10所示，开关矩阵模块控制电路中，FPGA集成并完成以下功能：
模块上电工作，通过RS422接口芯片完成与系统的在位状态检测，上报实时状态，完成与系统的实时通信。
实现开关选择功能，完成双向放大器的电源管理功能。
负责完成通信的数据容错检错机制，确保总线网络的良好状态及数据传输的可靠性。
软件调试可以通过JTAG在线调试，以及对模块实现软件的在线升级。
FPGA通过RS422接收上位机数据，解析数据后下发控制命令，并控制模块的电源通断。
RS422通信
开关矩阵模块的各种控制是通过RS422通信完成。
RS422采用高速率并严格按照通信协议传输信号。通过通信发送和接收数据，以此来实现开关控制和电源管理控制。
通信电路主要采用成熟的MAX485E芯片及少量的外围电路来实现电平转换功能，共用两只芯片，以实现全双工通讯。
CAN调试通信
CAN总线分为第一路CAN主总线和第二路CAN备用总线且2路CAN总线接口互为备份。按照模块内部布线要求，总线通信波特率为1Mbps，按照报文格式完成通信。
CAN总线分为两种通信方式：
主从式通信
系统中大部分模块使用这种方式，每次通信由射频管理模块发起，其他模块进行应答。
主动上报数据
对于主动上报数据的节点，应定期检查本节点的CAN接口工作情况，若发现故障，启用备用CAN总线进行通信的同时，应向CAN总线主节点上报“节点主总线接口故障”，主节点应用层服务程序向系统控制管理程序上报故障。
电源设计
电源转换的原理分析
采用直流电源供电:+28V，通过DCDC电路转换成+6V和-6V，再经过LDO分别稳压到+5V和-5V给各器件供电。同时考虑电磁兼容，输入端增加了直流滤波器。
如图11所示，电源中的+6V输出的主功率转换电路均采用独立的有源钳位电路拓扑结构进行功率转换，输出都采用同步整流电路；由于两路功率转换均采用有源钳位和同步整流技术可将电源的整体效率大大提高，PCB板采用多层板技术内置主变压器和电感绕组，主要芯片和功率器件均采用国产器件，满载效率完全可以满足88%，可以实现高功率密度和高可靠性以及低纹波噪音；所有器件均采用SMD贴片器件，使开关电源的整体结构尺寸也更小，裸板高度也可以做到11mm以内甚至更低。
电源功耗计算如下
各部分电路功耗统计表，如下表所示：
表2 电路功耗统计
由电源供电电路设计框图11中的功耗统计可知，整个模块全部工作时的功耗约为32W，小于技术要求40W。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种多支路开关矩阵，其特征在于，包括双向输出单元，所述双向输出单元为设有M个第一端口和N个第二端口的射频矩阵，所述M包括端口An，n=1 ,… ,4，所述N为20，包括端口Wi与端口Nj，其中i=1 ,… ,12，j=1 ,… ,8；所述射频矩阵包括多条射频通道，每条所述射频通道上依次连接有第一级放大层、第一级功分层、第二级放大层、第二级功分层、第三级衰减层以及第三级放大层，在第二级功分层与第三级衰减层之间还包括至少一条设置有中间放大模块的均衡射频通道，
当所述均衡射频通道处于接收模式时，所述第一端口n通过均衡射频通道可选的与第二端口j或第二端口i连接，输入信号经第一端口n、第一级放大层、第一级功分层、第二级放大层、第二级功分层输出至中间放大模块A端，所述中间放大模块的B端可选择的通过第三级衰减层、第三级放大层连接至第二端口j，或通过第三级放大层直接连接第二端口i；
当所述均衡射频通道处于发射模式时，所述第一端口n通过均衡射频通道可选的与第二端口j或第二端口i连接，输入信号通过第二端口j、第三级放大层通过第三级衰减层连接至中间放大模块B端，或通过第二端口i、第三级放大层直接连接中间放大模块B端，中间放大模块的A端依次通过第二级功分层、第二级放大层、第一级功分层、第一级放大层连接第一端口n。
2.根据权利要求1所述的一种多支路开关矩阵，其特征在于，所述第一级放大层包括分别与M个第一端口连接的第一级放大模块F1n，其中，至少一个第一级放大模块包括第一SP3T、第二SP3T，所述第一SP3T的固定端用于连接第一端口，所述第二SP3T的固定端用于连接第一级功分层，所述第一SP3T、第二SP3T的三个切换端之间一一对应连接有第一放大器电路、第二放大器电路、第三放大器电路，所述第一放大器电路与第二放大器电路用于第一端口作为输入端口的放大，所述第三放大器电路用于第一端口作为输出端口的放大。
3.根据权利要求2所述的一种多支路开关矩阵，其特征在于，所述第三放大器电路包括两个级联的放大器，以及两个放大器之间依次级联的温补补偿器、均衡器、衰减器。
4.根据权利要求3所述的一种多支路开关矩阵，其特征在于，所述第一级功分层包括分别与第一级放大模块F1n连接的第一级功分模块SP1n，其中，至少一个第一级功分模块与第一级放大模块之间设置有第一SPDT，所述第一SPDT的固定端连接所述第二SP3T的固定端，所述第一级功分模块包括主路分别连接在所述第一SPDT切换端的若干个一分二功分器，所述一分二功分器的支路分别连接至第二级放大层。
5.根据权利要求4所述的一种多支路开关矩阵，其特征在于，所述第二级放大层包括分别设置在每个一分二功分器的每个支路上的第二级放大模块F2i，其中，至少一个第二级放大模块包括第二SPDT、第三SPDT，所述第二SPDT的固定端连接在一分二功分器支路上，所述第三SPDT的固定端用于连接第二功分层，所述第二SPDT、第三SPDT的两个切换端之间一一对应连接有第四放大器电路、第五放大器电路，所述第四放大器电路用于第一端口作为输入端口的放大，所述第五放大器电路用于第一端口作为输出端口的放大。
6.根据权利要求5所述的一种多支路开关矩阵，其特征在于，所述均衡射频通道为4条，所述4条均衡射频通道共用一个中间放大模块，所述中间放大模块包括依次级联的一分四功分器D3、第四SPDT、第五SPDT、第六SPDT、一分四功分器D4，所述第四SPDT固定端连接在一分四功分器D3的主路上，所述一分四功分器D3的4条支路分别连接至4个第一端口对应的第二级功分层上，所述第五SPDT固定端与第六SPDT固定端连接，所述第六SPDT一个切换端连接在一分四功分器D4的主路上，另一个切换端连接至第三级衰减层，所述一分四功分器D4的4条支路分别连接至4个第二端口对应的第三级放大层上。
7.根据权利要求6所述的一种多支路开关矩阵，其特征在于，所述第四SPDT、第五SPDT的两个切换端之间一一对应连接有第六放大器电路、第七放大器电路，所述第六放大器电路用于第一端口作为输入端口的放大，所述第七放大器电路用于第一端口作为输出端口的放大。
8.根据权利要求1所述的一种多支路开关矩阵，其特征在于，所述第二级功分层包括分别与第二级放大模块连接的若干个功分器，所述功分器的主路用于连接第二级放大模块，所述功分器的支路分别连接至第三级衰减层或中间放大模块。
9.根据权利要求1所述的一种多支路开关矩阵，其特征在于，还包括控制处理单元，所述控制处理单元用于与上位机进行通信，并控制所述多支路开关矩阵中开关的切换。
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