CN1273998C - 开关装置和卫星天线开关装置 - Google Patents

Abstract

一种卫星天线开关装置，包括：LNB端口，LNB连接到该端口；接收器端口，用于与LNB交换信号的接收器连接到该端口；级联端口，另一个开关装置级联连接到该端口；和阻抗电路，充当用于检测在LNB与接收器之间交换的信号的装置。所述阻抗电路根据级联端口的连接状态来提供阻抗值，并且当另一个开关装置级联连接到级联端口时，与信号路径电断开。使用这种结构，即使在多级开关装置的级联连接中，卫星天线开关装置也经受较少的交换信号衰减。

Description

开关装置和卫星天线开关装置

本非临时申请根据35U.S.C.§119(a)要求于2003年2月27日在日本提交的专利申请No.2003-050455的优先权，其全部内容以引用方式包含在本文的内容中。

技术领域

本发明涉及一种用于控制多个器件之间的相互连接的开关装置(switching apparatus)。更具体的，本发明涉及一种用于基于一对多或多对多来控制转换器与接收器之间的相互连接的卫星天线开关装置，该装置被安装在用于对由卫星天线接收的信号执行预定转换操作的转换器与用于与转换器交换信号的接收器之间。

背景技术

在卫星广播或卫星通信的接收中，经由同轴电缆等将由卫星天线接收的高频信号从被装配到卫星天线的LNB(low-noise block conventer，低噪声块转换器)馈送到接收器(例如STB(set-top bpx机顶盒))。在多个接收器中分配从单个LNB输出的接收信号的情况下，或在从多个LNB输出的接收信号之一被选择馈送到单个接收器的情况下，或者以期望的方式在多个接收器中分配从多个LNB输出的接收信号的情况下，将卫星天线开关装置(下面称作“开关盒”)安装在LNB与接收器之间，用于控制这些器件之间的相互连接(例如，如公开待审的日本专利申请No.H4-159824中所公开的)。

除了连接LNB的LNB端口和连接接收器的接收器端口之外，一些模式的常规开关盒也包括级联端口，相同结构的开关盒的LNB端口可以连接到该级联端口。这样允许多个开关盒的级联连接。

如上配置的开关盒确实允许简单地通过将另一个开关盒连接到级联端口从而使开关盒被级联连接，来容易地增加共享相同LNB的接收器的数量。这样使这种类型的开关盒非常有用。

然而，使用如上配置的开关盒，由于它的电路结构，当多个开关盒被级联连接时，在接收器和LNB之间交换的信号被严重地衰减，以致在最糟糕的情况下不能对它们进行检测。现在，将参考图4来详细解释这个问题是如何发生的。图4是示出常规开关盒的主要部分(信号交换部分)结构的电路图。在该图中，为了简化，假设只有一个LNB 31和一个接收器21连接到第一级开关盒110，并且只有一个接收器22连接到第二级开关盒120。

当一个命令信号从接收器21馈送到LNB 31时，根据该命令信号，微计算机m1导通和截止晶体管n1，以便改变流经阻抗电路z1的电流，该阻抗电路用于信号检测。作为这种控制的结果，节点a1处的电势随命令信号而波动，从而使命令信号以叠加在从接收器21馈送的直流电压的形式，经由LNB端口LP1而被馈送出。以这种方式，给LNB 31提供电能和命令信号。

另一方面，当将命令信号从接收器22馈送到LNB 31时，根据该命令信号，微计算机m2导通和截止晶体管n2，以便改变流经阻抗电路z2的电流。作为这种电流控制的结果，节点a2处的电势随命令信号而波动，从而使命令信号以叠加在从接收器22馈送的直流电压的形式，经由LNB端口LP2而被馈送出。经由LNB端口LP2馈送的电压被馈送到开关盒110的级联端口CP1，并且只有该电压的交流分量通过耦合电容器c1被馈送到节点a1。因此，命令信号以叠加在从接收器21馈送的直流电压的方式，经由LNB端口LP1而被馈送出。

然而，当这些常规开关盒110和120被级联连接时，阻抗电路z1和z2互相并联连接，在基于交流电考虑的情况下阻抗电路z1和z2都接地(参见图5A和5B所示的等效电路)，于是假设阻抗电路z1和z2被设计成具有相同的阻抗值，那么节点a1和a2的实际阻抗值被减小到所设计的阻抗值的一半。另一方面，晶体管n1和n2的集电极电流是根据其周边常数(peripheral constant)预先确定的，并且因此，当阻抗值减小到如上所述的一半时，节点a1和a2处的电压降(即脉冲信号的幅度)相应地减小到一半。基于相同的原理，当n个开关盒级联连接时，脉冲信号的幅度减小到l/n，在最糟糕的情况下，以致于不能如上所述地检测所交换的信号。

发明内容

本发明的目的是提供一种开关装置，尤其是卫星天线开关装置，该卫星天线开关装置即使在用于多级开关盒的级联连接时，也不会引起交换信号的衰减。

为了实现上述目的，根据本发明，提供一种开关装置，尤其是卫星天线开关装置，该装置包括：第一端口(LNB端口)，第一器件(LNB)被连接到所述第一端口；第二端口(接收器端口)，与第一器件交换信号的第二器件(接收器)被连接到所述第二端口；第三端口(级联端口)，另一个开关装置的第一端口级联连接到所述第三端口；阻抗电路，充当用于检测在第一和第二器件之间交换的信号的装置。这里，阻抗电路根据第三端口的连接状态来提供阻抗值，且当另一个开关装置的第一端口连接到第三端口时，所述阻抗电路被电断开。

附图说明

通过参考附图结合优选实施例进行的下列描述，本发明的这个和其他目的和特征将变得清晰，其中：

图1A和1B是示出如何安装体现本发明的开关盒的示例的示意图；

图2是示出开关盒11和12的主要部分结构的电路图；

图3A和3B是基于交流电考虑的开关盒11和12的等效电路图；

图4是示出常规开关盒的主要部分结构的电路图；以及

图5A和5B是基于交流电考虑的开关盒的等效电路图。

具体实施方式

图1A和1B是示出如何安装体现本发明的开关盒的示例的示意图。在图1A中，开关盒11包括：LNB端口LP1a到LP1c，用于对由卫星天线(未示出)接收的信号执行预定转换操作的LNB 31a到31c连接到该端口；和接收器端口RP1a到RP1d，用于与LNB 31a到31c交换信号的接收器21a到21d连接到该端口，并且直流电压被从那些接收器21a到21d提供到该端口。因此，这种结构允许以在最多4个接收器之间共享最多3个LNB的方式，来控制LNB和接收器之间的相互连接。

开关盒11还包括级联端口CP1a到CP1c，相同结构的另一个开关盒12的LNB端口LP2a到LP2c连接到该端口。如图1B所示，这允许开关盒12被级联连接到开关盒11，从而允许随意增加共享LNB 31a到31c的接收器的数据。

开关盒11和12以及LNB 31a到31c都由微计算机来控制，以便根据从接收器21a到21d以及22a到22d馈送的命令信号(脉冲信号)来执行各种操作。例如，开关盒11和12控制接收器21a到21d以及22a到22d与LNB 31a到31c之间的相互连接，从而前者可以从所需的后者之一中获取信息。而且，开关盒11和12提供接收器与LNB之间的信号传输路径，以便允许它们之间的双向通信，借此将命令信号从接收器21a到21d以及22a到22d传送到LNB 31a到31c，并且将接收的信号从LNB 31a到31c传送到接收器21a到21d以及22a到22d。

图2是示出开关盒11和12的主要部分(信号交换部分)结构的电路图。在该图中，为了简化，假设只有LNB 31和接收器21连接到开关盒11，并且只有接收器22连接到开关盒12。

如该图所示，接收器端口RP1和RP2经由用于信号检测的阻抗电路Z1和Z2而连接到LNB端口LP1和LP2，以便利用这些路径将从接收器21和22馈送的直流电压传送到LNB端口LP1和LP2。接收器端口RP1和RP2也连接到微计算机M1和M2的输入端，以便利用这些路径将从接收器21和22馈送的命令信号传送到微计算机M1和M2。级联端口CP1和CP2经由耦合电容器C1和C2连接到LNB端口LP1和LP2。

位于阻抗电路Z1和Z2与LNB端口LP1和LP2之间的节点A1和A2，分别连接到npn型双极性晶体管N1和N2的集电极。晶体管N1和N2的发射极分别经由电阻R1和R2接地。晶体管N1和N2的基极分别连接到微计算机M1和M2的输出端。这里，晶体管N1和N2被提供作为用于将命令信号叠加到从接收器21和22馈送的直流电压上的装置，因为微计算机M1和M2自身都不能实现这种功能。

在体现本发明的这些开关盒11和12中，每个阻抗电路Z1和Z2都不被设计成固定电阻元件，而是被设计成并联谐振电路，该并联谐振电路具有互相并联连接的电阻电路、电感器L1z或L2z以及电容器C1z或C2z，其中所述电阻电路具有与pnp型双极性晶体管P1z或P2z串联连接的电阻器R1z或R2z。晶体管P1z的基极连接到电阻器R1a与R1b之间的节点B1，所述电阻器R1a与R1b串联连接在级联端口CP1与地线之间，并且晶体管P2z的基极连接到电阻器R2a与R2b之间的节点B2，所述电阻器R2a与R2b串联连接在级联端口CP2与地线之间。

使用这种结构，当开关盒12没有被级联连接到开关盒11时，并且因此没有直流电压提供到级联端口CP1，则节点B1处的电势为低。这就使晶体管P1z导通，从而导致电阻器R1z被并入到并联谐振电路。相反，当开关盒12被级联连接到开关盒11时，并且因此将直流电压从LNB端口LP2提供到级联端口CP1，则节点B1处的电势为高。这就使晶体管P1z截止，从而导致电阻器R1z与并联谐振电路断开。应当注意，不管开关盒11和12是否被级联连接在一起，最终都没有直流电压提供给级联端口CP2，因此节点B2处的电势一直为低。这就保持晶体管P2z导通，从而使电阻器R2z被并入到并联谐振电路。

在如上所述配置的阻抗电路Z1和Z2中，当晶体管P1z和P2z导通时(即当电阻器R1z和R2z被并入到并联谐振电路时)，它们的谐振频率被设定为与被馈送到LNB 31的命令信号的脉冲频率相等，并且当它们谐振时其阻抗值由电阻器R1z和R2z的电阻值来确定。而且，如此设计阻抗电路Z1和Z2，以便当晶体管P1z和P2z截止时(即当电阻器R1z和R2z与并联谐振电路断开时)，它们的阻抗值无限高。

例如，在命令信号的脉冲频率是22[kHz]的情况下，建议将电阻电路的电阻(电阻器R1z和R2z的电阻与晶体管P1z和P2z的导通状态电阻之和)设定为15[Ω]，将电感器L1z和L2z的自感设定为820[μH]，并且将电容器C1z和C2z的电容设定为0.068[μF]。

使用这种结构，不管一起级联连接多少级开关盒，最终都能够将所需阻抗值仅提供给开关盒的阻抗电路(在图中，开关盒12的阻抗电路Z2)，并且电断开所有其他开关盒的阻抗电路(在图中，开关盒11的阻抗电路Z1)(参见图3A和3B所示的等效电路)。因此，即使当一起级联连接多级时，也会使接收器与LNB之间交换的信号经受较少的衰减，使得能够以满意的方式执行通信。

而且，在如上所述配置的阻抗电路Z1和Z2中，当晶体管P1z和P2z导通时，它们的阻抗值只等于命令信号的脉冲频率上的期望值，并且低于任何其他频率分量。具体地说，对于直流分量，不管晶体管P1z和P2z是否导通或截止，由于存在电感器L1z和L2z，阻抗电路Z1和Z2总是提供非常低的电阻值。这有利于消除命令信号中包含的噪声，并且防止馈送到LNB 31的直流电压的衰减。

现在，将详细描述当按如上配置的开关盒11和12被级联连接在一起时(即当晶体管P1z截止并且晶体管P2z导通时)，它们实际上如何进行操作。

首先，将描述命令信号从接收器21馈送到LNB 31的情况。在这种情况下，微计算机M1根据从接收器21馈送出的命令信号来导通和截止晶体管N1，以便改变流经阻抗电路Z2的电流。作为这种控制的结果，节点A2处的电势随命令信号而波动，于是命令信号以叠加到从接收器22馈送出的直流电压上的形式，经由LNB端口LP2而被馈送出去。经由LNB端口LP2馈送的电压被馈送到开关盒11的级联端口CP1，并且只有该电压的交流分量通过耦合电容器C1被馈送到节点A1。因此，命令信号以叠加到从接收器21馈送的直流电压上的形式，经由LNB端口LP1而被馈送出去。以这种方式，命令信号与电压一起被馈送到LNB 31。

接着，将描述将命令信号从接收器22馈送到LNB 31的情况。在这种情况下，微计算机M2根据从接收器22馈送的命令信号来导通和截止晶体管N2，以便改变流经阻抗电路Z2的电流。作为这种控制的结果，节点A2处的电势根据命令信号而波动，于是命令信号以叠加到从接收器22馈送出的直流电压上的形式，经由LNB端口LP2而被馈送出去。经由LNB端口LP2馈送的电压被馈送到开关盒11的级联端口CP1，并且只有该电压的交流分量通过耦合电容器C1被馈送到节点A1。因此，命令信号以叠加到从接收器21馈送的直流电压上的形式，经由LNB端口LP1而被馈送出去。以这种方式，命令信号与电压一起被馈送到LNB 31。

上述实施例涉及本发明被应用到卫星天线开关装置的情况。然而，应当理解，本发明通常也可以被广泛应用到用于控制多个器件之间的相互连接的开关装置中，即除上面具体讨论的装置以外的任何其他类型的开关装置。

如上所述，使用根据本发明的开关装置，尤其是卫星天线开关装置，即使当多级开关装置级联连接在一起时，也能够使交换信号经受较少的衰减，因此能够以满意的方式来执行通信。

Claims (9)

1.一种开关装置，包括：

第一端口，第一器件被连接到所述第一端口；

第二端口，与所述第一器件交换信号的第二器件被连接到所述第二端口；

第三端口，另一个开关装置的第一端口连接到所述第三端口；

阻抗电路，充当用于检测在所述第一和第二器件之间交换的所述信号的装置，

其中，所述阻抗电路根据所述第三端口的连接状态来提供阻抗值，并且当所述另一个开关装置的第一端口连接到所述第三端口时，所述阻抗电路被电断开。

2.一种开关装置，包括：

x个第一端口，

第一器件被连接到所述第一端口；

阻抗电路；

y个第二端口，

经由所述阻抗电路连接到所述第一端口，

与所述第一器件交换信号的第二器件被连接到所述第二端口，并且

直流电压被从所述第二器件提供到所述第二端口；

耦合电容器；

x个第三端口，

经由所述耦合电容器被连接到所述第一端口，并且

另一个开关装置的第一端口被连接到所述第三端口；以及

信号叠加电路，

根据来自所述第二器件的命令信号，来改变流经所述阻抗电路的电流，以便将所述命令信号以叠加到提供给所述第二端口的所述直流电压上的形式馈送到所述第一端口，

其中，所述x和y是自然数，当控制连接到所述x个第一端口的所述第一器件和连接到所述y个第二端口的所述第二器件之间的相互连接时，所述阻抗电路根据所述第三端口的连接状态来提供阻抗值。

3.根据权利要求2所述的开关装置，

其中，所述阻抗电路根据所述第三端口的电压施加状态来提供所述阻抗值。

4.根据权利要求3所述的开关装置，

其中，所述阻抗电路每个都是包含互相并联连接的电阻电路、电感器以及电容器的并联谐振电路，所述电阻电路包含与开关电路串联连接的电阻器，所述开关电路根据所述相应的第三端口的所述电压施加状态而断开或闭合。

5.根据权利要求4所述的开关装置，

其中，所述阻抗电路每个都如此设计以便：当所述开关电路处于接通状态时，所述阻抗电路的谐振频率等于所述命令信号的脉冲频率，当所述阻抗电路谐振时，通过所述电阻器的电阻值来确定其阻抗值，并且当所述开关电路处于断开状态时，对所述命令信号的阻抗值无限大。

6.一种卫星天线开关装置，包括：

x个转换器端口，

对经由卫星天线接收的信号执行预定转换操作的转换器被连接到所述转换器端口；

阻抗电路；

y个接收器端口，

经由所述阻抗电路被连接到所述转换器端口，

用于与所述转换器交换信号的接收器器件被连接到所述接收器端口，并且

直流电压被从所述接收器提供到所述接收器端口；

耦合电容器；

x个级联端口，

经由所述耦合电容器被连接到所述转换器端口，并且

另一个卫星天线开关装置的转换器端口被连接到所述级联端口；以及

信号叠加电路，

根据来自所述接收器的命令信号，来改变流经所述阻抗电路的电流，以便将所述命令信号以叠加到提供给所述接收器端口的所述直流电压上的形式馈送到所述转换器端口，

其中，所述x和y是自然数，当控制连接到所述x个转换器端口的所述转换器和连接到所述y个接收器端口的所述接收器之间的相互连接时，所述阻抗电路根据所述级联端口的连接状态来提供阻抗值。

7.根据权利要求6所述的卫星天线开关装置，

其中，所述阻抗电路根据所述级联端口的电压施加状态来提供所述阻抗值。

8.根据权利要求7所述的卫星天线开关装置，

其中，所述阻抗电路每个都是包含互相并联连接的电阻电路、电感器以及电容器的并联谐振电路，所述电阻电路包含与开关电路串联连接的电阻器，所述开关电路根据所述相应的级联端口的所述电压施加状态而断开或闭合。

9.根据权利要求8所述的卫星天线开关装置，

其中，所述阻抗电路每个都如此设计以便：当所述开关电路处于接通状态时，所述阻抗电路的谐振频率等于所述命令信号的脉冲频率，当所述阻抗电路谐振时，通过所述电阻器的电阻值来确定其阻抗值，并且当所述开关电路处于断开状态时，对所述命令信号的阻抗值无限大。

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