CN209545572U - 一种高隔离度的分离式射频矩阵开关 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高隔离度的分离式射频矩阵开关，包括M个功分模块和N个开关模块，所述开关模块和功分模块之间通过模块立体交叉对插，所述开关模块的输入端口数与功分模块的输出端口数相等；所述功分模块包括功率分配电路和开关吸收电路，所述功率分配电路和开关吸收电路藕接，所述开关模块包括放大电路，所述放大电路和开关吸收电路藕接。本实用新型的射频矩阵开关将射频矩阵开关中的功分模块和开关模块从物理上界定分离，提高了通道隔离度指标，以解决现有的射频矩阵开关通道隔离度低、功分器调试时需要连接负载以及开关内部物理分腔加工难度大的问题。

Description

一种高隔离度的分离式射频矩阵开关

技术领域

本实用新型涉及射频通信技术领域，具体涉及一种高隔离度的分离式射频矩阵开关。

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。

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。

目前的射频开关矩阵均是将功分器模块与开关模块分离设计，请参考附图1，从设计上，功分器模块的厚度要小于开关输入端口的间距，开关模块的厚度要小于功分器的输出端口间距，通过控制功分器和开关模块的机加工精度，使用类似BMA的盲插拔射频连接器立体交叉的方式拼接，再通过一套支架固定，保证了拼接的准确度和可靠性，同时去掉了功分器输出端口与开关输入端口的电缆，有效地保证了系统的可靠性。

射频开关矩阵作为通信系统的重要组成部分，其技术指标的提高也显得越来越重要，通道隔离度又是矩阵设备的关键指标，通道隔离度决定信号串扰的幅度大小，对于接收系统，不同天线的增益不一样、通道的放大量不一样，通信中不同系统的载波功率不一样，造成不同输入端的信号差别较大，当隔离度指标不够时，可能造成对信号通路的干扰，目前传统的射频开关矩阵的功分器模块测试时，除测试端口外，其余端口需要使用50欧姆匹配负载，这样测试得到的指标才比较接近实际使用时的指标，目前功分器模块的缺点如下：

a)当功分器的分配规模较大时，比如1分32的功分器，未测试端口需要使用31个50欧姆的匹配负载及31只BMA/SMA的转接器连接，使用负载和转接头较多，更换测试端口时则需要拧下转接器，步骤繁琐，花费时间较多，效率低；

b)当功分器50欧姆负载与开关关断时的吸收有较大偏差时，单独调试功分模块得到的指标与实际需求指标有偏差，影响整个矩阵设备的指标。

目前开关模块的设计，矩阵设备需求的开关均为吸收式开关，关断的端口在实际产品中就相当于对应的功分器端口接50欧姆负载，一般情况开关的隔离度需要达到75dB甚至更高，目前开关模块的缺点如下：

a)开关模块射频面盖板需使用螺钉全部固定后才能测到比较真实的隔离度指标，如果盖板没有使用螺钉固定，测试得到的开关隔离度与实际偏差很大，没有参考意义；

b)开关设计每个输入通道需要物理分腔进行隔离，才能保证相邻通道间有良好的隔离度，如果设备要求的隔离度指标太高，例如要求80dB及以上，即使分腔设计也比较难以实现，并且分腔设计的腔体机加工成本比较高，加工周期更长；

c)如果要减小开关模块的尺寸，只有使用微封装工艺，微封装生产工艺复杂，周期长，生产成本相对比较高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种高隔离度的分离式射频矩阵开关，将射频矩阵开关中的功分模块和开关模块从物理上界定分离，提高了通道隔离度指标，以解决现有射频矩阵开关通道隔离度低、功分器调试时需要连接负载以及开关内部物理分腔加工难度大的问题。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：

一种高隔离度的分离式射频矩阵开关，包括M个功分模块和N个开关模块，所述开关模块和功分模块之间通过模块立体交叉对插，所述开关模块的输入端口数与功分模块的输出端口数相等；所述功分模块包括功率分配电路和开关吸收电路，所述功率分配电路和开关吸收电路藕接，所述开关模块包括放大电路，所述放大电路和开关吸收电路藕接。

进一步地，每个所述开关模块包括多个输入端口，每个所述输入端口分别对应连接一个所述功分模块；每个功分模块包括多个输出端口，每个输出端口分别对应连接一个所述开关模块的所述输入端口，所述输入端口和所述输出端口一一对应。

进一步地，所述功率分配电路为1：N功分电路，所述的开关吸收电路为N个2:1开关组成的吸收电路，所述放大电路为M:1开关放大电路，所述的1：N功分电路的N个输出端口分别对应连接一个所述的2:1开关的输入端口，所述N个2:1开关的输出端口分别对应连接一个所述的M:1开关放大电路的输入端口，所述输入端口和所述输出端口一一对应。

进一步地，所述1：N功分电路包括一个输入端IN和N个输出端OUT1-OUTN，所述输入端与所述第一电容的一端、阻抗Z₀的一端以及中心节点A的一端连接，所述第一电容的另一端和阻抗Z₀的另一端接地，所述中心节点A的另一端分别与电感L′1-L′N的一端连接，所述电感L′1-L′N的另一端分别与N个第一阻抗Z₁的一端连接和N个输出端OUT1-OUTN连接，N个所述的第一阻抗Z₁的另一端接地。

进一步地，所述的2:1开关为PIN二极管开关或集成块开关。

进一步地，所述的PIN二极管开关包括多组单通道PIN管电路，每组单通道PIN管电路包括1路或2路单通道PIN管电路。

进一步地，所述单通道PIN管电路包括二极管D1-D6、电感L1-L3、电容C1-C2、电阻R1和电源VS；

所述电源VS的输出端与所述电容C2的一端、电感L2的一端以及电感L3的一端连接，所述电容C2的另一端接地，所述电感L3的另一端分别与所述电容C1的一端和二极管D6的正极连接，所述电容C1的另一端与电阻R1的一端连接，所述电阻R1的另一端接地；射频信号输入端分别与所述电感L1的一端、二极管D6的负极以及二极管D1的正极连接，所述电感L1的另一端接地，所述二极管D1的负极分别与所述二极管D2的正极、二极管D3的正极、二极管D4的正极、电感L2的另一端以及二极管D5的负极连接，所述二极管D2的负极、二极管D3的负极以及二极管D4的负极均接地，所述二极管D5的正极分别与所述电感L4的一端以及射频信号输出端连接，所述电感L4的另一端接地。

本实用新型具有以下有益效果：

(1)本实用新型的高隔离度的分离式射频矩阵开关，将开关吸收电路剥离放在功分模块内，这就取消了开关的物理分腔，从而剥离了吸收电路的开关内部，就不再需要分腔设计，更重要的是提高了矩阵开关的通道隔离度，针对常用的工作频段的开关矩阵，比如中频、超短波、L、S频段，开关模块完全可以取消微封装设计，直接使用集成开关芯片或者塑封的PIN二极管即可实现矩阵的高隔离度；这样开关模块内的印制板就可以取消微封装工艺，采用机器贴装来完成其器件的焊接，然后螺钉将印制板固定在腔体上即可，器件的焊接一致性好，也极大的缩短了生产周期，提高了生产效率。

(2)本实用新型的功分器调试时不需要连接负载，避免了使用负载和转接头较多、更换测试端口时则需要拧下转接器步骤繁琐的情况，步骤变得更加简单，花费时间少，效率高；单独调试功分模块得到的指标将与实际需求指标有不会再有偏差，不会影响整个矩阵设备的指标，调试得到的指标与实际指标一致。

(3)本实用新型取消了以往的开关内部的物理分腔设计，加工、生产成本低，生产工期快。

附图说明

图1为现有技术中的射频矩阵开关的结构示意图；

图2为现有技术中的射频矩阵开关的结构示意图；

图3为本实用新型的高隔离度的分离式射频矩阵开关的实现原理框图；

图4为本实用新型的功率分配电路的电路原理图；

图5为本实用新型的单通道PIN管电路原理图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

请参照图2，为目前矩阵实现时，功分器模块只是包含单纯的放大和功率分配电路，实现1路输入多路输出的功能；开关模块只包含了开关和放大电路，采用吸收式开关设计，实现多路输入信号选择其中1路输出的功能。例如1个M×N矩阵，其功分器和开关电路的框图如图2所示。

请参照图3，一种高隔离度的分离式射频矩阵开关，包括M个功分模块和N个开关模块，所述M＝1……n(n≥1)；所述N＝……n(n≥1)；所述开关模块和功分模块之间通过模块立体交叉对插，所述开关模块的输入端口数与功分模块的输出端口数相等，其特征在于，所述功分模块包括功率分配电路和开关吸收电路，所述开关模块包括放大电路，所述开关吸收电路和放大电路连接。

现有的开关吸收电路是置入开关模块内的，本实用新型的开关吸收电路剥离置入所述功分模块内。

优选地，所述的每个所述开关模块包括多个输入端口，每个所述输入端口分别对应连接一个所述功分模块；每个功分模块包括多个输出端口，每个输出端口分别对应连接一个所述开关模块的所述输入端口，所述输入端口和所述输出端口一一对应。

优选地，所述的功率分配电路为1：N功分电路，所述的放大电路为M:1开关放大电路，所述的开关吸收电路为N个2:1开关组成的吸收电路，所述的1：N功分电路的N个输出端口分别对应连接一个所述的2:1开关的输入端口，所述N个2:1开关的输出端口分别对应连接一个所述的M:1开关放大电路的输入端口，所述输入端口和所述输出端口一一对应。

本实用新型的高隔离度的分离式射频矩阵开关，其主要的工作流程是：工作时，根据不同的测试需求，通过主控制计算机将相应的通道控制代码通过通用接口单元发送到控制单元。控制单元进行相应的地址译码发送到驱动单元中，驱动单元根据发送过来的不同代码接通或者断开M×N交叉点矩阵阵列单元中的不同开关，最终实现相应射频开关矩阵通道的控制，只要能实现射频开关矩阵通道的控制的现有技术均可，在此不再赘述。

本实用新型的高隔离度的分离式射频矩阵开关，将开关吸收电路剥离放在功分模块内，这就取消了开关的物理分腔，从而剥离了吸收电路的开关内部就不再需要分腔设计，更重要的是提高了矩阵开关的通道隔离度，针对常用的工作频段的开关矩阵，比如中频、超短波、L、S频段，开关模块完全可以取消微封装设计，这样开关模块内的印制板就可以取消微封装工艺，采用机器贴装来完成其器件的焊接，然后螺钉将印制板固定在腔体上即可，器件的焊接一致性好，也极大的缩短了生产周期，提高了生产效率。

优选地，参照图4，所述1：N功分电路包括一个输入端IN和N个输出端OUT1-OUTN，所述输入端与所述第一电容的一端、阻抗Z₀的一端以及中心节点A的一端连接，所述第一电容的另一端和阻抗Z₀的另一端接地，所述中心节点A的另一端分别与电感L′1-L′N的一端连接，所述电感L′1-L′N的另一端分别与N个第一阻抗Z₁的一端连接和N个输出端OUT1-OUTN连接，N个所述的第一阻抗Z₁的另一端接地。

优选地，所述的2:1开关为PIN二极管开关，直接使用塑封的PIN二极管即可实现矩阵的高隔离度，还可使用集成块开关。

优选地，所述的PIN二极管开关包括多组单通道PIN管电路，每组单通道PIN管电路包括不超过2路单通道PIN管电路。

请参照图5，所述单通道PIN管电路包括二极管D1-D6、电感L1-L3、电容C1-C2、电阻R1和电源VS；

所述电源VS的输出端与所述第二电容C2、第二电感L2、第三电感L3的一端连接，所述第二电容C2的另一端与地连接，所述第三电感L3的另一端分别与所述第一电容C1的一端、第六二极管D6的正极连接，所述第一电容C1的另一端与第一电阻R1的一端连接，所述第一电阻R1的另一端接地；射频信号输入端分别与所述第一电感L1的一端、第六二极管D6的负极、第一二极管D1的正极连接，所述第一电感L1的另一端接地，所述第一二极管D1的负极分别与所述第二二极管D2的正极、第三二极管D3的正极、第四二极管D4的正极、第二电感L2的另一端、第五二极管D5的负极连接，所述第二二极管D2的负极、第三二极管D3的负极、第四二极管D4的负极均接地，所述第五二极管D5的正极分别与所述第四电感L4以及射频信号输出端连接，所述第四电感L4的另一端接地。

所述矩阵电路开关采用PIN二极管设计，利用PIN二极管在直流正、反偏压时呈现近似导通或断开的阻抗特性，实现控制微波信号通道的切换作用，有效减小开关模块的尺寸，采用SBMA类小型化接头设计，进一步减小开关模块和功分模块体积，重量也随之大大降低。

本实用新型的功分器调试时不需要连接负载，避免了使用负载和转接头较多、更换测试端口时则需要拧下转接器步骤繁琐的情况，步骤变得更加简单，花费时间少，效率高；单独调试功分模块得到的指标将与实际需求指标有不会再有偏差，不会影响整个矩阵设备的指标，调试得到的指标与实际指标一致。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高隔离度的分离式射频矩阵开关，其特征在于，包括M个功分模块和N个开关模块，所述开关模块和功分模块之间通过模块立体交叉对插，所述开关模块的输入端口数与功分模块的输出端口数相等；所述功分模块包括功率分配电路和开关吸收电路，所述功率分配电路和开关吸收电路耦接，所述开关模块包括放大电路，所述放大电路和开关吸收电路耦接。

2.根据权利要求1所述的高隔离度的分离式射频矩阵开关，其特征在于，每个所述开关模块包括多个输入端口，每个所述输入端口分别对应连接一个所述功分模块；每个功分模块包括多个输出端口，每个输出端口分别对应连接一个所述开关模块的所述输入端口，所述输入端口和所述输出端口一一对应。

3.根据权利要求2所述的高隔离度的分离式射频矩阵开关，其特征在于，所述功率分配电路为1：N功分电路，所述的开关吸收电路为N个2:1开关组成的吸收电路，所述放大电路为M:1开关放大电路，所述的1：N功分电路的N个输出端口分别对应连接一个所述的2:1开关的输入端口，所述N个2:1开关的输出端口分别对应连接一个所述的M:1开关放大电路的输入端口，所述输入端口和所述输出端口一一对应。

4.根据权利要求3所述的高隔离度的分离式射频矩阵开关，其特征在于，所述1：N功分电路包括一个输入端IN和N个输出端OUT1-OUTN，所述输入端与所述第一电容的一端、阻抗Z₀的一端以及中心节点A的一端连接，所述第一电容的另一端和阻抗Z₀的另一端接地，所述中心节点A的另一端分别与电感L′1-L′N的一端连接，所述电感L′1-L′N的另一端分别与N个第一阻抗Z₁的一端连接和N个输出端OUT1-OUTN连接，N个所述的第一阻抗Z₁的另一端接地。

5.根据权利要求3所述的高隔离度的分离式射频矩阵开关，其特征在于，所述的2:1开关为PIN二极管开关或集成块开关。

6.根据权利要求5所述的高隔离度的分离式射频矩阵开关，其特征在于，所述的PIN二极管开关包括多组单通道PIN管电路，每组单通道PIN管电路包括1路或2路单通道PIN管电路。

7.根据权利要求6所述的高隔离度的分离式射频矩阵开关，其特征在于，所述单通道PIN管电路包括二极管D1-D6、电感L1-L3、电容C1-C2、电阻R1和电源VS；

所述电源VS的输出端与所述电容C2的一端、电感L2的一端以及电感L3的一端连接，所述电容C2的另一端接地，所述电感L3的另一端分别与所述电容C1的一端和二极管D6的正极连接，所述电容C1的另一端与电阻R1的一端连接，所述电阻R1的另一端接地；射频信号输入端分别与所述电感L1的一端、二极管D6的负极以及二极管D1的正极连接，所述电感L1的另一端接地，所述二极管D1的负极分别与所述二极管D2的正极、二极管D3的正极、二极管D4的正极、电感L2的另一端以及二极管D5的负极连接，所述二极管D2的负极、二极管D3的负极以及二极管D4的负极均接地，所述二极管D5的正极分别与所述电感L4的一端以及射频信号输出端连接，所述电感L4的另一端接地。