CN105511361B

CN105511361B - 射频信号智能切换矩阵开关

Info

Publication number: CN105511361B
Application number: CN201610013247.6A
Authority: CN
Inventors: 燕官锋; 史剑锋; 霍彦锋; 王彦霞; 梁广军; 成传湘; 李萧龙
Original assignee: HEBEI JINGHE ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: HEBEI JINGHE ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2016-01-11
Filing date: 2016-01-11
Publication date: 2018-06-19
Anticipated expiration: 2036-01-11
Also published as: CN105511361A

Abstract

本发明公开一种射频信号智能切换矩阵开关，用于射频信号多个输出路由的切换和控制，包括射频开关电路、射频合路电路、控制射频开关电路和射频合路电路的控制电路，射频开关电路上设置若干个射频开关单元及与该射频开关单元对应的射频输入接口；射频合路电路包括若干射频输出接口及与射频输出接口对应的射频合路单元，每个射频开关单元内包括若干分路器，分路器所分的信号路数与射频合路电路的射频合路单元数量相同，分路器的每路信号后面对应设置有受控制电路控制的开关；射频开关单元的开关与射频合路电路的射频合路单元按照顺序依次对应连接。本发明射频端口携带时钟反馈，高隔离、体积小的矩阵开关设备。

Description

射频信号智能切换矩阵开关

技术领域

本发明涉及一种矩阵开关，用于射频信号多个输出路由的切换和控制。

背景技术

在微波自动***中，射频和微波开关大量用于仪器和被测件间的信号路由，以及地面接收和转发设备。开关矩阵是将多个开关(如单刀单掷开关、单刀双掷开关、单刀多掷开关)根据电路拓扑结构以节点的形式构成阵列，并以矩阵的方式实现电路的功能的电路模块。开关矩阵将射频/微波信号和低频信号切换***集成到此测试***中，这样就可以把来自多台仪器的信号连接至一个或多个被测件。开关矩阵的主要作用是对多路微波信号的传输路径进行切换，并根据***的需要，在不同的时间段选择所需要的频率信号进行后续的处理，也可根据***输入、输出的要求，选择不同输入通道的微波信号通过开关矩阵内部的控制，输出到不同的输出通道或者特定的输出通道用一套测试装置完成多种测试，而不需要频繁地断开和连接。实现测试过程的自动化，提高测试效率并且降低成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种射频信号智能切换矩阵开关，能够将自多台仪器的信号连接至多个被测件，并且自动管理信号的切换和通断，射频端口携带时钟反馈，高隔离、体积小。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

射频信号智能切换矩阵开关，包括射频开关电路、射频合路电路、控制射频开关电路和射频合路电路的控制电路，射频开关电路上设置若干个射频开关单元及与该射频开关单元对应的射频输入接口；射频合路电路包括若干射频输出接口及与射频输出接口对应的射频合路单元，射频开关电路的每个射频开关单元内包括将来自射频输入接口的射频信号分成若干路信号的信号分路器，信号分路器所分的信号路数与射频合路电路的射频合路单元数量相同，信号分路器的每路信号后面对应设置有受控制电路控制的通断开关；每个射频开关单元中的通断开关按顺序与射频合路电路的射频合路单元依次对应连接。

本发明的进一步改进在于：还包括时钟开关电路，时钟开关电路上设置时钟输入接口及与将来自时钟输入接口的时钟信号分成若干路信号的时钟分路器，时钟分路器的所分的时钟信号路数与射频开关电路的射频开关单元数量相同；时钟分路器的每路信号后面对应设置有受控制电路控制的时钟开关；射频开关电路的射频开关单元中射频输入接口与信号分路器之间设置输入合路器；时钟开关电路的时钟开关按照顺序与射频开关电路的输入合路器依次对应连接。

本发明的进一步改进在于：控制电路包括与远端控制机相连的电源控制接口、与电源控制接口相连的单片机，单片机通过移位寄存器连接射频开关电路的通断开关和时钟开关电路的时钟开关。

本发明的进一步改进在于：射频合路单元包括与射频开关电路连接的输出合路器、连接输出合路器输出端和射频输出接口的放大器，输出合路器的输入端连接射频开关电路所有信号分路器的相对应一路通断开关，输出合路器所合信号路数与射频开关电路的射频开关单元数量相同。

本发明的进一步改进在于：射频开关电路中的射频开关单元数量为12组，射频合路电路中射频合路单元的数量为6组；射频开关电路中射频开关单元的信号分路器为一分六路分路器，信号分路器的六个输出端口连接六个与射频合路单元依次对应连接的通断开关；射频合路单元中的输出合路器为十二合一路合路器，输出合路器的12个输入端口分别连接射频开关电路的12个信号分路器的输出端相对应的一路开关。

本发明的进一步改进在于：还包括为控制电路、射频开关电路、射频合路电路和时钟开关电路提供稳定的直流电源的电源滤波电路，电源滤波电路的输入端通过电源控制接口连接外接电源，输出端分别连接控制电路、射频开关电路、射频合路电路和时钟开关电路。

本发明的进一步改进在于：射频开关电路、射频合路电路、控制电路、时钟开关电路和电源滤波电路设置在一个电路板上，电路板设置在盒体内，所述电源控制接口、射频输入接口、射频输出接口和时钟输入接口设置在盒体上。

由于采用上述技术方案，本发明所产生的有益效果在于：

本发明的射频信号智能切换矩阵开关，结构内部采用独立的腔体结构分割，密闭性好，隔离度高；时钟信号馈到射频端口上，实现端口的多功能化；采用模块化设计，体积小、重量轻、嵌入化程度高。

本发明设置12路射频输入接口、1路时钟输入接口、6路射频输出接口，时钟输入信号馈到12路射频输入端口，可实现同时馈通到任意几路，最多可达12路，也可实现馈通到任意一路，或者时钟信号不馈到任意一路；射频输入可实现任意几路同时输入、通过任意一路射频输出口输出，也可实现任意一路输入、通过任意一路输出口输出等多种工作模式，用户可根据需要自行切换，简单、易操作。

本发明的控制电路控制其他电路的运行，根据设定的情况切换信号，控制电路还通过电源控制接口连接远端机，用户可以通过远端机对本发明进行控制，选择合适的信号切换。

附图说明

图1是本发明盒体的结构示意图；

图2是本发明盒体前视结构示意图；

图3是本发明盒体后视结构示意图；

图4是本发明电路原理示意图；

图5是本发明控制电路的电路原理图；

图6是本发明射频开关单元的电路原理图；

图7是本发明射频合路单元的电路原理图；

图8是本发明时钟开关电路的电路原理图；

图9是本发明的接口电路的电路原理图；

其中：1、射频输出接口，2、射频输入接口，3、时钟输入接口，4、电源控制接口，5、盒体，6、电路板，7、固定件。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明：

射频信号智能切换矩阵开关，包括盒体5、设置在盒体5内的电路板，盒体5上设置12个射频输入接口2、6个射频输出接口1、1个电源控制接口4和1个时钟输入接口3。盒体5包括矩形的底板、与底板边缘垂直连接的侧板、与侧板相连的顶盖；侧板包括前侧壁、与前侧壁相对的后侧壁、分别连接前侧壁和后侧壁两端的左侧壁和右侧壁。12个射频输入接口2、1个电源控制接口4和1个时钟输入接口3设置在前侧壁上；12个射频输入接口2并排设置；6个射频输出接口1设置在后侧壁上。盒体5的底板上设置6个带有螺孔的固定件7。射频输入接口2的数量、射频输出接口1的数量等都可以根据实际需要进行改变。

盒体5为便携式硬铝盒，电路板6与射频输入接口、时钟输入接口3以及电源和控制接口通过螺钉固定连接，射频输入接口用于输入射频信号，时钟输入接口3用于输入时钟信号，射频输出接口1用于射频信号输出，电源和控制接口用于+5V电输入和连接远端机输入控制命令；电路板6是该设备的核心，是电气线路和电子器件的载体，矩阵式射频开关的产生和控制都由电路板6来完成，结合各个接口和盒体5组成完整的矩阵式射频开关。

电路板6上设置控制电路、射频开关电路、射频合路电路、时钟开关电路和电源滤波电路；电源控制电路与电源控制接口4通过接口电路相连的，射频开关电路的输入端连接盒体5上的12个射频输入接口，射频开关电路的输出端连接射频合路电路的输入端；射频合路电路的输入端连接盒体5上的6个射频输出接口1；时钟开关电路输入端连接盒体5上的时钟输入接口3，输出端连接射频开关电路；电源滤波电路分别连接控制电路、射频开关电路、射频合路电路和时钟开关电路。

控制电路包括与远端控制机相连的电源控制接口、与电源控制接口相连的单片机，单片机通过移位寄存器连接射频开关电路的通断开关和时钟开关电路的时钟开关。单片机通过程序控制射频开关电路的通断开关和时钟开关电路的时钟开关的正常开启和闭合，工作人员也可以根据实际需要通过控制远端控制机对射频开关电路的通断开关和时钟开关电路的时钟开关进行控制。

控制电路包括一个单片机、十个移位寄存器，单片机为C8051F410单片机，移位寄存器为NPIC6C4894芯片，十个移为寄存器分别命名为JP1～JP10，单片机C8051F410的第12号管脚连接JP1，第15号连接JP2，第17号管脚连接JP3，第18号管脚连接JP4，第19号管脚连接JP5的1号管脚，第24号管脚连接JP6的1号管脚，第26号管脚连接JP7的1号管脚，第27号管脚连接JP8的1号管脚，第28号管脚连接JP9的1号管脚，第31号管脚连接JP10的1号管脚。JP1～JP10的中的NPIC6C4894芯片连接关系为，1号管脚连接单片机，3号管脚为外接电能接口，19、20号管脚连接电源滤波电路；4～9、13～18号管脚控制指令输出管脚，分别连接相应的电路。单片机的21、22号管脚连接接口电路。

例如，JP1、JP2和JP3的4～9、13～18号管脚分别连接射频开关电路的各个通断开关，控制信号分路器中的各个线路的通断。JP4的4～9号管脚分别连接射频开关电路中的第一个射频开关单元的6个单刀单掷开关，13～18号管脚分别连接第二个射频开关单元的6个单刀单掷开关，即JP4的4～9、13～18号管脚这12个管脚分别连接射频开关电路中的两个射频开关单元中12个单刀单掷开关，控制单刀单掷开关的通断。JP5～JP9的作用和JP4相同，JP5～JP9中每一个移为寄存器的4～9、13～18号管脚分别连接两个射频开关单元的单刀单掷开关。JP10中的4～9、13～18号管脚连接时钟开关电路的12个单刀单掷开关，控制12个单刀单掷开关的通断。

接口电路接收远程控制命令同时将它的输出连接到单片机电路，实现对射频开关电路及时钟开关电路的控制；同时单片机控制电路将射频开关电路及时钟开关电路的工作状态通过接口电路发送至远端机，使远端机可实时监测矩阵式射频开关的工作状态。本实施例中接口电路的具体结构如下，接口电路主体为一个ADM101E芯片。ADM101E芯片的1、8号管脚接地；4号管脚连接单片机的21号管脚，为单片机输出转换的信号；5号管脚连接单片机的22号管脚，接收单片机反馈的信息；6号管脚连接远端机，接收远端机的信号；7号管脚连接远端机，将单片机的信号转换并发送给远端机；10号管脚连接电源滤波电路。

射频开关电路上设置若干个射频开关单元及与该射频开关单元对应的射频输入接口2，射频开关电路的每个射频开关单元内包括将来自射频输入接口2的射频信号分成若干路信号的信号分路器，信号分路器所分的信号路数与射频合路电路的射频合路单元数量相同，信号分路器的每路信号后面对应设置有受控制电路控制的开关。射频开关单元数量一般为12组，因为12个射频开关单元能够在器件利用率最大的情况下，每组射频开关单元包括输入端连接射频输入接口和时钟开关电路的开关的输入合路器、与输入合路器相连的信号分路器，根据输出接口的数量确定信号分路器的型号，如射频输出接口的数量为六个，那么信号分路器为一分六路信号分路器，信号分路器的六个输出接口连接分别连接一个受控制电路控制的开关。

本实施例中的射频开关单元输入合路器和信号分路器共同封装在HMC252芯片中，射频开关单元还包括电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电感L1和电感L2，电容C1为1000pF电容，电容C2和电容C3为100pF电容，电容C4为10pF电容，电容C5为0.1uF电容。射频输入接口通过串联电容C2和电容C4连接HMC252芯片的2号管脚；电容C2和电容C4之间通过电感L1连接时钟开关电路；电感L1通过电容C3接地；HMC252芯片的11号管脚通过并联连接的电容C1和电容C5接地；HMC252芯片的11号管脚还通过电容L2连接电源过滤电路，引入5V的电源；HMC252芯片的12号管脚连接控制电路中JP3移位寄存器的控制指令输出管脚；13号管脚连接控制电路中JP2移位寄存器的控制指令输出管脚；14号管脚连接控制电路中JP1移位寄存器的控制指令输出管脚。HMC252芯片的1、3、4、6、8、10、15、17、19、21～24管脚接地，第5、7、9、16、18、20号管脚为输出管脚，分别连接六个单刀单掷开关。

射频开关电路的开关为单刀单掷开关，本实施例中采用HMC1055芯片，HMC1055芯片的8号管脚连接HMC252芯片的一个输出管脚，HMC1055芯片的2～4号管脚接地，5号管脚为输出管脚，连接射频合路电路，6号管脚通过一个10nH的电感连接电源整流电路，7号管脚连接JP4～JP9中的一个移位寄存器的一个控制指令输出管脚。

射频合路电路包括6个射频合路单元，射频合路单元的数量根据可以根据实际需要进行改变，射频合路单元包括十二合一路输出合路器和放大器，十二合一路输出合路器是根据射频输入接口的数量选择的。本实施例中十二合一路合路器选用HMC252芯片，HMC252芯片的第2～5、8～11、14、15、22、23号管脚为输入管脚，分别连接射频开关电路中12组射频开关单元的单刀单掷开关的输出管脚；HMC252芯片第1、6、7、12、13、16、17、19～21、24号管脚接地；HMC252芯片第18号管脚连接相应的放大器。

时钟开关电路上设置时钟分路器，分路器的选择是根据射频开关电路的射频输入接口的数量确定的，本实施例中射频输入接口的数量为12个，因此时钟分路器选择一分十二路分路器；时钟分路器的所分的时钟信号路数与射频开关电路的射频开关单元数量相同；时钟分路器的每路信号后面对应设置有受控制电路控制的开关；射频开关电路的射频开关单元中射频输入接口与信号分路器之间设置输入合路器；时钟开关电路的开关与射频开关电路的输入合路器按照顺序依次对应连接。

本实施例中时钟开关电路包括输入端连接时钟输入接口3的放大器、与放大器输出端连接的1分12分路器、与1分12分路器输出端相连的12个单刀单掷开关、分别与12个放大器连接的12个低通滤波器；12个低通滤波器的输出端分别连接射频开关电路的12个输出合路器。

1分12分路器为JEPS-12-10芯片，第18号管脚为输入管脚连接放大器的输出管脚，第2～5、8～11、14、15、22、23号管脚为输出管脚，连接相应的单刀单掷开关，第1、6、7、12、13、16、17、19～21、24号管脚接地。

时钟开关电路的单刀单掷开关为HMC1055芯片，HMC1055芯片的8号管脚连接JEPS-12-10芯片的一个输出管脚，HMC1055芯片的2～4号管脚接地，5号管脚为输出管脚，连接相应电路，6号管脚通过一个电感连接电源整流电路，7号管脚连接JP10的一个控制指令输出管脚。

Claims

1.射频信号智能切换矩阵开关，其特征在于：包括射频开关电路、射频合路电路、控制射频开关电路和射频合路电路的控制电路，射频开关电路上设置若干个射频开关单元及与该射频开关单元对应的射频输入接口；射频合路电路包括若干射频输出接口及与射频输出接口对应的射频合路单元，射频开关电路的每个射频开关单元内包括将来自射频输入接口的射频信号分成若干路信号的信号分路器，信号分路器所分的信号路数与射频合路电路的射频合路单元数量相同，信号分路器的每路信号后面对应设置有受控制电路控制的通断开关；每个射频开关单元中的通断开关按顺序与射频合路电路的射频合路单元依次对应连接；还包括时钟开关电路，时钟开关电路上设置时钟输入接口及与将来自时钟输入接口的时钟信号分成若干路信号的时钟分路器，时钟分路器的所分的时钟信号路数与射频开关电路的射频开关单元数量相同；时钟分路器的每路信号后面对应设置有受控制电路控制的时钟开关；射频开关电路的射频开关单元中射频输入接口与信号分路器之间设置输入合路器；时钟开关电路的时钟开关按照顺序与射频开关电路的输入合路器依次对应连接；射频合路单元包括与射频开关电路连接的输出合路器、连接输出合路器输出端和射频输出接口的放大器，输出合路器的输入端连接射频开关电路所有信号分路器的相对应一路通断开关，输出合路器所合信号路数与射频开关电路的射频开关单元数量相同；射频开关电路中的射频开关单元数量为12组，射频合路电路中射频合路单元的数量为6组；射频开关电路中射频开关单元的信号分路器为一分六路分路器，信号分路器的六个输出端口连接六个与射频合路单元依次对应连接的通断开关；射频合路单元中的输出合路器为十二合一路合路器，输出合路器的12个输入端口分别连接射频开关电路的12个信号分路器的输出端相对应的一路开关。

2.根据权利要求1所述的射频信号智能切换矩阵开关，其特征在于：控制电路包括与远端控制机相连的电源控制接口、与电源控制接口相连的单片机，单片机通过移位寄存器连接射频开关电路的通断开关和时钟开关电路的时钟开关。

3.根据权利要求1~2任意一项所述的射频信号智能切换矩阵开关，其特征在于：还包括为控制电路、射频开关电路、射频合路电路和时钟开关电路提供稳定的直流电源的电源滤波电路，电源滤波电路的输入端通过电源控制接口连接外接电源，输出端分别连接控制电路、射频开关电路、射频合路电路和时钟开关电路。

4.根据权利要求3所述的射频信号智能切换矩阵开关，其特征在于：射频开关电路、射频合路电路、控制电路、时钟开关电路和电源滤波电路设置在一个电路板上，电路板设置在盒体内，所述电源控制接口、射频输入接口、射频输出接口和时钟输入接口设置在盒体上。