高精度宽带毫米波8x8矩阵开关及微波参数评估校准方法技术

本发明专利技术提出了一种高精度宽带毫米波8x8矩阵开关及参数评估校准方法，射频链路采用开关最少和链路对称性设计，设计上、下行两行对称的链路通道，每行通道实现8x8＝64路独立射频链路，每个通道由4个SP4T微波开关和2个SPDT微波开关级联组成，开关间采用半刚同轴线缆梳状交叉级联连接方式；可保证矩阵开关DC‑40GHz整个宽带频段内端口阻抗匹配特性良好，射频通道损耗最小，射频通道幅度一致性和相位一致性精度高，并且具有高性能、体积小、自动化等优点，产品设计和调试过程规范化、自动化，大大缩短了批量产品的研发周期。

【技术实现步骤摘要】
高精度宽带毫米波8x8矩阵开关及微波参数评估校准方法
本专利技术属于毫米波自动测试
，特别涉及一种高精度宽带毫米波8x8矩阵开关及多通道微波参数评估校准方法。
技术介绍
随着通信系统及测控系统的不断发展，网络化、综合化、模块化、通用化和智能化逐渐成为主流，系统资源有效分配成了一个很重要的课题，而射频资源复用和重组是其中的一个有效途径。传统的多端口测试步骤，需要人工频繁地手动连接测试电缆，及在被测件空闲端口反复手动连接匹配负载，具有重复性差的缺点，测试速度、测试效率和精度受到限制。目前出现的一些矩阵开关性能指标较差，具有体积大，不能实现自动化，应用受限等缺点。高精度的矩阵开关要求端口良好的阻抗匹配特性及最小的通道损耗，且对所有射频通道幅度一致性和相位一致性精度要求非常高，手动调试过程繁琐、且数据信息量大，目前针对多通道矩阵开关的设计也没有形成规范且高效的设计和调试方法，效率非常低。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题目的是突破传统的多端口测试步骤，避免反复手动连接测试电缆，及在被测件空闲端口反复手动连接匹配负载，解决人工频繁地进行重复连接及重复性差的缺点，大大提高复杂产品或批量产品的测试效率，并能保证产品环境试验过程中测试数据的完整性、一致性和有效性。同时矩阵开关开发流程中，手动调试过程繁琐，且数据信息量大，目前针对多通道矩阵开关的设计也没有形成规范且高效的设计和调试方法，研发效率非常低。为解决上述技术问题，本专利技术一种高精度宽带毫米波8x8矩阵开关及多通道微波参数评估校准方法，包括矩阵开关射频链路组合与布局、触摸液晶屏操作界面+电磁屏蔽微型结构、自研可扩展的开关矩阵继电控制电路、半刚同轴线缆交叉级联梳状连线方法、宽带多通道微波参数评估校准方法等自主设计，具体方法如下：(1)矩阵开关射频链路采用开关最少化和链路对称性设计，设计上、下行两行对称的链路通道，每行通道实现8x8＝64路独立射频链路，每个通道由4个SP4T微波开关和2个SPDT微波开关级联组成，确保开关矩阵的布局最优。机箱前后面板的所有测试仪器端口与所有被测件的射频端口互通互连，使信号传输射频链路经过的开关通路最少，并保证良好的阻抗匹配特性及最小的通道损耗，和所有射频链路通道的一致性。该矩阵开关DC-40GHz整个频段范围内满足驻波VSWR≦1.9，链路插损≦10dB，64路射频链路幅度一致性满足≦1.0dB，相位一致性满足≦±30°@DC-18GHz，性能指标优越。(2)矩阵开关采用电磁屏蔽微型机箱+触摸液晶屏操作界面。机箱采用标准4U上架结构，结构精巧，内部布局紧凑，缝隙处加入电磁密封衬垫，保持缝隙处的导电连续性，避免电磁波泄漏。液晶屏控制界面具有实时显示射频通道切换效果，并具有“锁屏/解屏”功能，防止误操作。(3)矩阵开关继电控制板自主研发，可根据整个机箱内的矩阵开关个数和布局情况，自由自定控制协议和选择IO口控制微波开关的数量，本实施例中，最大可选择控制4个KeySightSPDT矩阵开关和8个KeySightSP4T矩阵开关。ARM处理器通过RS232串口接收来自核心板的串口控制信号，ARM处理器通过自定义总线与Atera的CPLD通信，传输控制信号。在CPLD上8个IO口可控制8个KeySightSPDT矩阵开关和4个KeySightSP4T矩阵开关，实现上下行通道中各开关的闭合和切换。(4)矩阵开关射频通道采用对称性结构设计，半刚同轴线缆梳状级联连接，选定基准线缆或通道进行其余校准的方法。设计时尽量选用相位漂移小、插损小的半钢射频电缆，通过对同一位置号码线缆选定一根线缆为基准线，其余线缆以该基准线为基准进行幅度和相位校准，来保证同一位置号码所有线缆幅度和相位的一致性。端口位置线缆进行端口穿仓驻波特性测试，保证良好匹配特性。整机射频链路的开关和射频线缆级联后，上、下行通道再选定一个基准通道，其余63条通道都以基准通道为参考，进行幅度和相位一致性调试，进而保证整机内每条射频通道线缆总插损指标和幅度、相位的一致性。(5)配套矩阵开关微波参数调试，自主开发的宽带多通道微波参数评估校准软件，可自由加载矢量网络分析仪测试保存的射频链路数据信息，分为驻波指标、幅度指标和相位指标三栏，每栏可根据测试频段需求设置阈值和选择评估参数，通过对每条射频通道所有测试频点的驻波、幅度、相位数据和设置阈值进行比对，来筛选出所有不满足指标的射频通道，结合矩阵开关射频链路组合与布局，定位不合格的某个或某几个半刚线缆，进一步优化指标。上述方法中，矩阵开关射频链路开关最少化和链路的对称性设计，核心器件采用KeySightTechnologies高精度高稳定性的微波开关，设计上、下行两行对称的链路通道，每行通道实现8x8＝64路独立射频链路，由4个SP4T微波开关和2个SPDT微波开关级联组成。开关次数可达500万次，开关自带50Ω负载，防止电磁泄漏，具有通道自锁功能，不使用时可设置所有通道不工作，操作安全。上述方法中，采用电磁屏蔽微型机箱+触摸液晶屏操作界面结构，整个机箱结构采用标准4U结构，机箱深度仅为450mm，结构精巧，内部布局紧凑、合理。机箱缝隙处加入电磁密封衬垫，保持缝隙处的导电连续性，避免电磁波泄漏。散热采用机箱侧面风扇抽风设计，沿机箱中部形成风道，将散热模块的热量抽出去，散热性良好。液晶屏控制界面具有实时显示射频通道切换效果，并具有“锁屏/解屏”功能，防止误操作。上述方法中，可扩展的矩阵开关继电控制电路由ATMEAT91SAM7X256ARM处理器、AteraEPM7256SRI208-10CPLD处理器、4个DC～40GHz的KeySightSPDT矩阵开关、8个DC～40GHz的KeySightSP4T矩阵开关、MAX485接口、CAN接口等单元组成。ARM处理器通过RS232串口接收来自核心板的串口控制信号，ARM处理器通过自定义总线与Atera的CPLD通信，传输控制信号。在CPLD上8个IO口控制8个KeySightSPDT矩阵开关和4个KeySightSP4T矩阵开关，实现上下行通道中各开关的闭合和切换。该电路可根据整个机箱内的矩阵开关个数和布局情况，自由自定控制协议和选择IO口控制微波开关的数量，最大可选择控制8个AgilentSPDT矩阵开关和4个KeySightSP4T矩阵开关。上述方法中，矩阵开关射频通道采用对称性结构设计，开关间采用半刚同轴线缆梳状交叉级联连接方式。为确保矩阵端口驻波小，首先设计时尽量选用相位漂移小、插损小的半钢射频电缆，半刚同轴线缆在制作过程中，尽量通过筛选来保证单根半刚线缆驻波和插损指标达到最好，并对同一位置号码线缆选定一根线缆为基准线，其余线缆以该基准线为基准进行幅度和相位校准，尽量保证同一位置号码所有线缆幅度和相位的一致性。然后对链路连接的每根射频电缆和穿仓进行端口驻波特性测试，使其DC～40GHz整个频段最大驻波小于1.25:1，当特性指标满足后再用于开关之间的级联。整机射频链路的开关和射频线缆级联后，上、下行通道再选定一个基准通道，其余63条通道都以基准通道为参考，进行幅度和相位一致性调试，进而保证整机内每条射频通道线缆总插损指标和幅度、相位的一致性。上述方法中，自主开发的宽带多通道微波参数评本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高性能宽带毫米波8x8矩阵开关，其特征在于，矩阵开关采用电磁屏蔽微型机箱+触摸液晶屏操作界面结构，整个机箱结构采用标准4U结构，机箱深度仅为450mm；射频链路采用开关最少和链路对称性设计，8x8矩阵开关设计上、下行两行对称的链路通道，每行通道实现8x8＝64路独立射频链路，每个通道由4个单刀四掷微波开关和2个单刀双掷微波开关级联组成，开关间采用半刚同轴线缆梳状交叉级联连接方式；所述上行射频通道中，2个单刀双掷微波开关互相串联，每个单刀双掷微波开关又并联2个单刀四掷微波开关；由此，上行通道中，其中1个单刀双掷微波开关上连接的2个单刀四掷微波开关形成一组共8个输入点，另外1个单刀双掷微波开关上连接的2个单刀四掷微波开关也形成一组共8个输出点，由此形成8×8路射频通路；输入点连接激励仪器，输出点连接被测对象；所述下行射频通道中，2个单刀双掷微波开关互相串联，每个单刀双掷微波开关又并联2个单刀四掷微波开关；由此，上行通道中，其中1个单刀双掷微波开关上连接的2个单刀四掷微波开关形成一组共8个输入点，另外1个单刀双掷微波开关上连接的2个单刀四掷微波开关也形成一组共8个输出点；输入点接被测对象，输出点接测试仪器。...

【技术特征摘要】
1.一种高性能宽带毫米波8x8矩阵开关，其特征在于，矩阵开关采用电磁屏蔽微型机箱+触摸液晶屏操作界面结构，整个机箱结构采用标准4U结构，机箱深度仅为450mm；射频链路采用开关最少和链路对称性设计，8x8矩阵开关设计上、下行两行对称的链路通道，每行通道实现8x8＝64路独立射频链路，每个通道由4个单刀四掷微波开关和2个单刀双掷微波开关级联组成，开关间采用半刚同轴线缆梳状交叉级联连接方式；所述上行射频通道中，2个单刀双掷微波开关互相串联，每个单刀双掷微波开关又并联2个单刀四掷微波开关；由此，上行通道中，其中1个单刀双掷微波开关上连接的2个单刀四掷微波开关形成一组共8个输入点，另外1个单刀双掷微波开关上连接的2个单刀四掷微波开关也形成一组共8个输出点，由此形成8×8路射频通路；输入点连接激励仪器，输出点连接被测对象；所述下行射频通道中，2个单刀双掷微波开关互相串联，每个单刀双掷微波开关又并联2个单刀四掷微波开关；由此，上行通道中，其中1个单刀双掷微波开关上连接的2个单刀四掷微波开关形成一组共8个输入点，另外1个单刀双掷微波开关上连接的2个单刀四掷微波开关也形成一组共8个输出点；输入点接被测对象，输出点接测试仪器。2.如权利要求1所述的一种宽带毫米波8x8矩阵开关，其特征在于，还包括继电控制板：包括ARM处理器、CPLD控制器以及IO驱动口，所述IO驱动口与所有的单刀双掷微波开关和单刀四掷微波开关一一对应；ARM处理器通过RS232串口接收来自核心板的串口控制信号，ARM处理器通过自定义总线与Atera的CPLD控制器通信，传输核心板发送的控制信号；在CPLD控制器上8个IO驱动口控制上行射频通道和下行射频通道中各开关4的闭合和切换。3.如权利要求2所述的一种宽带毫米波8x8矩阵开关，其特征在于，还包括X86架构的核心处理器、DOM电子硬盘、内存、液晶显示屏、两个RS232串行接口、两个3.0USB口、一个LAN局域网口的组成结构；矩阵开关在X86为架构的核心处理器通过LVDS接口连接高亮液晶电阻触摸显示屏；核心板RS232串口通信协议发送串口指令到继电器控制板；核心控制板的LAN局域网接口接收来自工控机经由交换机的控制信号，从而再通过继电器控制板控制矩阵开关；另外一个RS232串口外接到面板以备机箱使用；核心板上USBX2的一个USB接口外接到前面板，第二个USB口外接USBHUB，扩展成四个USB口，其中一个接电阻触摸屏设备，另外三个到外接前面板和后面板，以备与核心处理器进行数据传输；DOM电子硬盘和256M的内存用于数据的存储和处理。4.如权利要求1、2或3所述的一种宽带毫米波8x8矩阵开关，其特征在于，所述触摸液晶屏上安装自研开发的矩阵开关通道选择控制软件MircoWaveSwitchMonitor...

【专利技术属性】
技术研发人员：马慧瑾，刘收，蔡栋生，李明军，
申请(专利权)人：北京航天测控技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11