Матрица переключения RF - RF switch matrix

An Матрица переключения RF представляет собой систему дискретных электронных компонентов, интегрированных в радиочастота (RF) сигналы между несколькими входами и несколькими выходами. Популярные приложения, требующие ВЧ-матриц, - это наземные системы, испытательное оборудование и системы связи.

ВЧ-матрица используется в тестовых системах, как при проверке конструкции, так и при производственных испытаниях, для маршрутизации высокочастотных сигналов между тестируемое устройство (DUT) и испытательное и измерительное оборудование. В дополнение к маршрутизации сигналов матрица переключателей РЧ / СВЧ может также содержать компоненты преобразования сигнала, включая пассивные устройства преобразования сигнала, такие как аттенюаторы, фильтры, и направленные ответвители, а также активные устройства преобразования сигналов, такие как усилители и преобразователи частоты. Поскольку требования к маршрутизации и формированию сигналов тестовой системы различаются от проекта к проекту, матрицы переключателей ВЧ / СВЧ обычно разрабатываются специально разработчиком системы тестирования или нанятым подрядчиком для каждой новой тестовой системы.^{[сомнительный – обсудить]}

Матрица переключателей состоит из РЧ переключатели и сигнальные кондиционеры которые монтируются вместе в механической инфраструктуре или корпусе. Затем кабели соединяют переключатели и формирователи сигналов. В матрице переключения затем используется схема драйвера и источник питания для питания и управления переключателями и кондиционерами сигналов. Коммутационная матрица использует разъемы или приспособления для маршрутизации сигнальных трактов от источника и измерительного оборудования к тестируемому устройству. Коммутационная матрица обычно расположена рядом с тестируемым устройством, чтобы сократить пути прохождения сигнала, тем самым уменьшая вносимые потери и ухудшение сигнала.

Преимущества матрицы

Назначение коммутационной матрицы - переместить маршрутизацию и преобразование сигналов в одно центральное место в тестовой системе вместо того, чтобы все это было распределено в разных местах тестовой системы. Перенос маршрутизации и преобразования сигналов в одно место в тестовой системе дает следующие преимущества:

Плоскость калибровки между ИУ и испытательным оборудованием становится меньше и централизованнее, что упрощает определение характеристик.
Переключатели и формирователи сигналов имеют схожие требования к питанию, монтажу и драйверам, поэтому перемещение их в одно место означает, что для их питания и управления им требуется только один источник питания и схема драйвера.
Короткие пути прохождения сигнала уменьшают вносимые потери и повышают целостность сигнала.
Возможны пути прохождения сигналов точной длины, что позволяет контролировать фазовые проблемы.
Упрощает обслуживание и поддержку.

Делать это против покупки

Коммутационные матрицы представляют собой уникальную проблему для разработчиков тестовых систем, поскольку требования к согласованию сигналов, частотный диапазон, полоса пропускания и параметры мощности меняются от приложения к приложению. Компании, занимающиеся тестированием и измерением, не могут предоставить универсальное решение. Это оставляет разработчикам тестовых систем два варианта дизайна матрицы переключения: Инсорсинг или аутсорсинг.

Преимущества Insource

Проприетарный проблемы - большая проблема, особенно в аэрокосмической отрасли Оборонная промышленность. Создание коммутационной матрицы собственными силами решает эту проблему.
Внутренние человеческие ресурсы могут быть менее затратными.
Компания контролирует количество ежедневных человеко-часов, затрачиваемых на разработку.
Быть первым, кто разработал новые технологии в готовый продукт может быть очень прибыльным. Инсорсинг позволяет не тратить время на поиск подходящего подрядчика.
Последовательные конструкции коммутационной матрицы могут быть легко использованы от одной конструкции к другой. Аппаратное и программное обеспечение драйвера коммутатора, механические конструкции, источник питания и т. Д. Могут быть повторно использованы в других конструкциях с небольшими изменениями или без них.

Преимущества аутсорсинга

Единственный способ получить устройство, если у компании нет или не хватает человеческих ресурсов.
Системные интеграторы (подрядчики), как правило, имеют больше опыта и знаний.
Системные интеграторы могут проектировать в рамках жестких спецификаций и справляться со сложными проектами.
Системные интеграторы могут обеспечить гарантированную работу и поддержку продукта.

Маршрутизация сигнала

ПИН-диодный радиочастотный переключатель

В матрицах переключателей обычно используются переключатели двух типов: Коаксиальный Электромеханические переключатели и Твердотельные переключатели, также известный как электронные переключатели. Коаксиальный электромеханический переключатели могут быть далее разделены на две категории в зависимости от их архитектуры: реле с фиксацией и реле без фиксации.

Твердотельные переключатели бывают трех типов: PIN-диод, FET, и гибрид. Преимущества твердотельных переключателей перед переключателями EM:

У них гораздо более высокая скорость переключения (как минимум в 10 000 раз быстрее)
У них почти бесконечная жизнь
Они очень стабильны и воспроизводимы

С другой стороны, поскольку твердотельные переключатели имеют нелинейные участки в своем частотном диапазоне, их полоса пропускания ограничена.

Электромеханический переключатель (ЭМ) обеспечивает лучшее:

вносимая потеря
КСВН
управление мощностью
характеристики изоляции.

По этим причинам электромагнитные переключатели гораздо чаще используются в конструкциях с матрицами переключателей.

Примеры приложений

Пользовательские матрицы переключателей широко используются во всех испытательных системах в секторах беспроводной и аэрокосмической обороны для проверки конструкции и производственных испытаний. Они имеют широкий диапазон сложности, от простого до сложного.

Примером простой конструкции приложения с коммутационной матрицей может быть конфигурация мультиплексора 1:16, которая направляет 12 каналов спутникового телевидения в один анализатор спектра вход, который выполняет проверку целостности сигнала на спутниковых каналах. Такая конструкция потребует 5 однополюсных коаксиальных электромагнитных переключателей на 4 направления, а также необходимых соединительных элементов. коаксиальный кабель для маршрутизации сигналов, наряду с механической инфраструктурой, источником питания и схемой драйвера переключателя для установки, питания и управления переключателями.
Примером более сложной матрицы переключения является приложение, которое измеряет дрожь на нескольких высокоскоростных шинах последовательных данных. Сначала коммутационная матрица принимает сигналы шины данных, затем обеспечивает надлежащее переключение и согласование сигналов перед подачей сигналов на испытательные и измерительные приборы. Эта настраиваемая матрица переключения будет включать 14 электромагнитных переключателей и ряд различных формирователей сигнала, включая делители мощности, усилители, смесители, фильтры и аттенюаторы.

Матрицы радиочастотного переключателя также широко используются на рынке телевизионного вещания для приема и ретрансляции телеканалов. Обычно головная станция кабельного телевидения будет содержать матрицу, позволяющую направлять несколько тарелок, выровненных по разным спутникам, на группу приемников. Матрица радиочастотного переключателя позволяет изменять каналы удаленно, без каких-либо перерывов.

Проблемы дизайна

При разработке пользовательской матрицы переключателей ВЧ / СВЧ от начала до конца существует шесть основных проблем:

Механический дизайн: конструкция электрически экранированного корпуса или коробки, монтажных кронштейнов для внутренних компонентов, с компоновкой компонентов и кабелей.
RF / микроволновая конструкция: план маршрутизации и согласования сигналов, а также план тестирования. Необходимо разработать план калибровки коммутирующей матрицы, чтобы правильно определить пути прохождения сигнала.
Аппаратное обеспечение питания и управления: Необходимо спроектировать и разработать схему источника питания и драйвера переключателя.
Программное обеспечение управления: Потребуется разработать программный драйвер, обеспечивающий интерфейс между управляющим оборудованием и программой тестовой системы.
Документация: Для поддержки технического обслуживания и возможного использования дизайна в будущем необходимо задокументировать всю конструкцию коммутационной матрицы.
План обслуживания: Необходимо разработать план обслуживания, чтобы гарантировать, что срок службы коммутационной матрицы равен сроку службы тестовой системы.

Производители испытательного оборудования предлагают инструменты, обеспечивающие источник питания, схема драйвера и программные драйверы Это существенно экономит время и деньги разработчика тестовой системы, устраняя две из шести проблем проектирования матрицы переключателей: проектирование оборудования для питания и управления, а также разработку драйверов программного обеспечения.

Многие компании представили новые концепции продуктов, которые помогают в разработке пользовательской матрицы коммутации. Эти новые продукты предлагают разработчикам тестовых систем источник питания, схема драйвера и программные драйверы все вместе в мэйнфрейме. Базовый блок обеспечивает гибкую установку переключателей и других компонентов, а также глухие переднюю и заднюю панели, которые можно легко изменить в соответствии с потребностями конструкции. Эти новые продукты устраняют 3 из 6 конструктивных проблем: проектирование механики, проектирование оборудования для питания и управления и разработку драйверов программного обеспечения.