专利名称：延伸式开关矩阵的制作方法
技术领域：
本发明涉及延伸式开 关矩阵，属于有效载荷测试领域。
背景技术：
随着现代空间技术的快速发展，卫星有效载荷的系统设计呈现出结构复杂性与功能多样性。特别是近年来，多波束合成、功率动态调配等技术的应用，使被测链路中包含有BFM(波束形成矩阵)、MPA(多通道混合放大矩阵)等上下行接口数量庞大的设备，这就对地面自动化测试系统的设计提出了新的要求。开关矩阵作为自动化测试系统中不可缺少的重要组成部分，主要是实现自动测试系统与被测件之间的连接与信号路径的变换，通过通道快切实现所需测量。传统的开关矩阵其形态基本可以看作一个独立仪器，其控制电路与微波开关集成在一个几U的机箱中，并通过前后面板的射频接口及射频电缆与仪器和被测件相连接。传统开关矩阵集成好后，其结构及功能将不可改变，一旦被测件的接口数量或接口关系改变，传统开关矩阵势必得重新设计、重新研制。面对如今卫星型号测试任务周期紧，型号结构多样化的特点，传统的开关矩阵已经不能满足需求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供延伸式开关矩阵，该延伸式开关矩阵大大减少了射频长电缆连接被测件的数量，提高了测试效率与精度，增强了测试系统的可靠性与安全性，具有很强的灵活性和可扩展性。本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的延伸式开关矩阵，包括开关端子和控制端，控制端包括多个控制板，其中一个控制板连接一组开关端子，各开关端子以分离模式悬挂于卫星待测分系统外侧，并连接卫星待测分系统和地面测试设备，控制端连接地面的控制计算机，控制计算机通过对控制端的控制实现开关端子的开关切换及路径选择，控制端与开关端子均采用模块化的结构设计，可进行拆分、组合和扩展；开关端子包括低频面和射频面，其中低频面采用针点矩阵的插头式连接结构，通过低频电缆实现开关端子与控制端的连接，射频面上设置有射频电缆接口，通过射频电缆实现开关端子与卫星待测分系统上下行接口连接，开关端子还内置磁保持微波开关。在上述延伸式开关矩阵中，控制板包括微处理器、IO扩展模块、驱动模块、电平转换模块和以太网接口，其中微处理器接收控制计算机的控制指令，并对控制指令进行解析，将解析后的信息以电压量的形式通过IO扩展模块发送至驱动模块，同时从IO扩展模块接收经电平转换模块转换后的电压量，并经以太网返回控制计算机实现开关遥测状态的读取；IO扩展模块通过扩展MCU的输出管脚实现多路输出，同时完成信号电平的锁存以实现遥控遥测读写状态的转换；驱动模块在IO扩展模块写状态下，从微处理器接收电压量实现开关端子开关状态的位置切换；电平转换模块接收开关端子开关状态的遥测信号，对遥测信号进行转换，实现不同电平逻辑的兼容性，并在IO扩展模块读状态下，将转换后的电压量输出给微处理器。在上述延伸式开关矩阵中，开关端子的射频面选用SMF-F。在上述延伸式开关矩阵中，低频面采用的针点矩阵的插头式连接结构选用TKJ36A-X。在上述延伸式开关矩阵中，采用直流脉冲电压激励线圈Jl或J2对所述磁保持微波开关进行控制，线圈Jl或J2产生的磁极与永磁铁的磁极相互作用，使磁保持微波开关在瞬间完成位置转换。
在上述延伸式开关矩阵中，控制板上还设置扩展接口，能够以级联的方式进行通道扩展，以支持多通道控制。本发明与现有技术相比具有如下有益效果(I)本发明延伸式开关矩阵包括开关端子和控制端，控制端包括多个控制板，其中一个控制板连接一组开关端子，各开关端子以分离模式悬挂于卫星待测分系统外侧，控制端连接地面的控制计算机，在使用过程中，控制计算机通过对控制端的控制实现开关端子的开关切换及路径选择，实现具有庞大接口数量被测件的自动化测试应用，大大减少了射频长电缆连接被测件的数量，提高了测试效率与精度，增强了测试系统的可靠性与安全性；(2)本发明延伸式开关矩阵中控制端与开关端子模块化的结构设计，可根据需要进行拆分、组合和扩展，以适应不同被测件的测试任务，地面控制端为一系列控制板的集合，不同控制端板可根据低频连接关系控制置于被测件上的一组开关端子，此结构设计可以通过对控制端子的拆分来实现同时测试几个接口较少的被测件，也可以通过对此结构的组合来完成一个接口较多的被测分系统的测试任务；除此之外，还可以方便的进行结构扩展，如通过增加相似结构的组件，就可以适应以后新型号更多接口、更高要求的测试任务，因此本发明积木式结构在移植、配置方面，具有很强的灵活性和可扩展性；(3)本发明延伸式开关矩阵中的开关端子包括低频面和射频面，其中低频面采用针点矩阵的插头式连接结构，通过低频电缆实现开关端子与控制端的连接，射频面上设置有射频电缆接口，通过射频电缆实现开关端子与卫星待测分系统上下行接口连接，此种可插拔的设计能够实现即插即用，该快插结构很好的保证了根据需求便捷的改变开关端子在星上的放置位置及连接关系，以适应被测件不同阶段的测试；(4)本发明延伸式开关矩阵可实现自动化测试系统多旨测试能力，即一套自动化地面测试系统(控制计算机、开关矩阵及通用测试仪器)在一次搭建、一次配置、一次连接的情况下，只需要控制测试系统中相应开关矩阵的切换位置，即可实现多个被测件的测试任务，大大提高了测试效率及设备利用率；(5)本发明延伸式开关矩阵的结构可大大简少被测件与地面测试系统上下行电缆的连接数量，一个被测件经延伸式开关矩阵可将与地面测试系统的连接关系转化为一路上行、一路下行，再配合通用开关矩阵可使地面测试系统同时连接多个被测件，实现地面测试系统的多旨测试，大大简化了测试系统的结构复杂度；(6)本发明延伸式开关矩阵中的控制板设计了扩展接口，能够以级联的方式进行通道扩展，以达到支持更多通道控制的目的，每个扩展单元可以静态或动态分配ID，实现每个扩展单元的独立控制。
图I为本发明延伸式开关矩阵结构原理图；图2为本发明延伸式开关矩阵实现测试系统多旨测试原理图；图3为本发明延伸式开关矩阵实施原理示意图；图4为本发明开关端子结构示意图；图5为本发明开关端子供电原理图；图6为本发明控制端中控制板原理示意图；图7为本发明控制端的扩展原理图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述如图I所示为本发明延伸式开关矩阵结构原理图，由图可知开关矩阵包括开关端子和控制端，控制端包括一系列控制板，其中一个控制板连接一组开关端子，各开关端子以分离模式悬挂于卫星待测分系统外侧，并连接地面测试设备及卫星待测分系统，，控制端连接地面的控制计算机，控制计算机通过对控制端的控制实现开关端子的开关切换及路径选择，控制端与开关端子均采用模块化的结构设计，可进行拆分、组合和扩展。如图3所示为本发明延伸式开关矩阵实施原理示意图，待测系统的上行接口与下行接口均为64个接口，连接8组开关端子，其中待测系统与开关端子之间通过射频短电缆连接，开关端子与地面测试设备之间通过射频长电缆连接，各开关端子与控制端之间通过低频电缆连接，控制端与地面控制计算机之间及控制计算机与地面测试设备之间通过网线连接。本发明延伸式开关矩阵的结构可大大简少被测件与地面测试系统上下行电缆的连接数量，一个被测件经延伸式开关矩阵可将与地面测试系统的连接关系转化为一路上行、一路下行，因此此设计再配合通用开关矩阵可使地面测试系统同时连接多个被测件，实现地面测试系统的多旨测试，如图2所示为本发明延伸式开关矩阵实现测试系统多旨测试原理图，该延伸式开关矩阵可实现自动化测试系统多旨测试能力。多旨测试，即一套自动化地面测试系统在一次搭建、一次配置、一次连接的情况下，只需要控制测试系统中相应开关矩阵的切换位置，即可实现多个被测件的测试任务，大大提高了测试效率及设备利用率。开关端子以分离模式悬挂于卫星对地板外侧，控制计算机通过对控制端的程控实现开关端子的开关切换及路径选择。开关端子通过射频短电缆与待测分系统的上下行接口连接，联试测试时配合少数射频上舱长电缆即可实现64 8的开关控制，另外若配合通用开关矩阵的8 I的开关控制即可实现64 I的开关控制。如图4所示为本发明开关端子结构示意图，开关端子与低频电缆为可插拔结构设计，即连接方式采用针点矩阵的插头式连接。如图所示开关端子包括低频面和射频面，其中低频面采用针点矩阵的插头式连接结构，通过低频电缆实现开关端子与控制端的连接，射频面上设置有射频电缆接口，通过射频短电缆实现开关端子与卫星待测分系统上下行接口连接，低频面的低频插座可选用J36A-X(TK)，射频面可选用SMF-F，开关端子还内置磁保持微波开关。本发明开关端子可插拔的结构设计能够实现即插即用，使操作非常的便捷，可以很好的适应联试过程中步骤较多，要经常改变开关端子在舱上的固定位置，并且东四平台经常要进行转舱操作的情况。如图5所示为本发明开关端子供电原理图，在开关端子的供电方面，由于要求上舱辅助设备不能以交流电方式供电，因此设计开关端子选用磁保持微波开关。其动作原理是其触点开、合状态平时由永久磁铁所产生的磁力所保持。当开关的触点需要开或合状态时，只需要用直流脉冲电压激励线圈，开关在瞬间就完成了开与合的状态转换，并且触点处于保持状态时，线圈 不需要继续通电，仅靠永久磁铁的磁力就能维持开关的状态不变。因此在对开关进行控制时，只需要用直流脉冲电压激励线圈Jl或J2，线圈产生的磁极与永磁铁的磁极相互作用，就使开关在瞬间就完成了位置转换，原理图如图5的步骤(I) (2) (3)所示。这种设计实现了开关的无常供电设计，同时也实现了开关控制的电磁分离。控制端与开关端子模块化的结构设计，可根据需要进行拆分、组合和扩展，以适应不同被测件的测试任务。地面控制端的模块化设计使延伸式开关矩阵有了可分可合及可扩展的能力。地面控制端为一系列控制端子的集合，不同控制端子可根据低频连接关系控制置于被测件上的一组开关端子。这种结构可以通过对控制端(包括所控开关端子)的拆分来实现同时测试几个接口较少的被测件；并且也可以通过对此结构的组合来完成一个接口较多的被测分系统的测试任务；除此之外，此开关矩阵还可以方便的进行结构扩展，如通过增加相似结构的组件，就可以适应以后新型号更多接口、更高要求的测试任务。因此这种积木式结构在移植、配置方面，具有很强的灵活性和可扩展性。控制端主要包含一系列的控制板，它是控制端的重要核心，通过与用户界面的信息交互，提供脉冲输出用于开关端子的状态控制，并且可以读取开关状态遥测，以实现对各个开关端子的控制功能。如图6所示为本发明控制端中控制板原理示意图，由图可知控制板包括微处理器、IO扩展模块、驱动模块、电平转换模块、以太网接口、电源模块和扩展接□。控制板处理器采用嵌入式ARM微处理器，是一个基于ARM的32位通用MCU，工作时钟50MHz，内置以太网控制器，并具有I2C、SSI、SPI等多种接口方式。处理器可通过成熟的TCP/IP协议栈使嵌入式系统通过以太网LAN 口与PC机进行通信，接受PC机的命令，实现远程控制。微处理器接收控制计算机的控制指令，并对控制指令进行解析，将解析后的信息以电压量的形式通过IO扩展模块发送至驱动模块，IO扩展模块的主要作用是扩展MCU的输出管脚实现多路输出，同时完成信号电平的锁存以实现遥控遥测读写状态的转换，在IO扩展模块写状态下，电压量通过驱动模块输出完成开关端子开关状态的位置切换，驱动模块的主要作用是实现不同开关控制电压的控制。对应外部开关端子开关状态的遥测信号，信号通过电平转换模块进行转换，实现不同电平逻辑的兼容性，是驱动模块的逆过程。在IO扩展模块读状态下，经转换后的电压量输入微处理器，经协议栈及以太网返回控制计算机实现开关遥测状态的读取。为实现控制端的扩展，控制板设计了扩展接口，能够以级联的方式进行通道扩展，以达到支持更多通道控制的目的。每个扩展单元可以静态或动态分配ID，实现每个扩展单元的独立控制。如图7所示为本发明控制端的扩展原理图。本发明延伸式开关矩阵有效的保证了测试效率与测试精度，增强了测试的可靠性与安全性。
以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。
权利要求
1.延伸式开关矩阵，其特征在于包括开关端子和控制端，控制端包括多个控制板，其中一个控制板连接一组开关端子，各开关端子以分离模式悬挂于卫星待测分系统外侧，并连接卫星待测分系统和地面测试设备，控制端连接地面的控制计算机，控制计算机通过对控制端的控制实现开关端子的开关切换及路径选择，控制端与开关端子均采用模块化的结构设计，可进行拆分、组合和扩展；开关端子包括低频面和射频面，其中低频面采用针点矩阵的插头式连接结构，通过低频电缆实现开关端子与控制端的连接，射频面上设置有射频电缆接口，通过射频电缆实现开关端子与卫星待测分系统上下行接口连接，开关端子还内置磁保持微波开关。
2.根据权利要求I所述的延伸式开关矩阵，其特征在于所述控制板包括微处理器、IO扩展模块、驱动模块、电平转换模块和以太网接口，其中微处理器接收控制计算机的控制指令，并对控制指令进行解析，将解析后的信息以电压量的形式通过IO扩展模块发送至驱动模块，同时从IO扩展模块接收经电平转换模块转换后的电压量，并经以太网返回控制计算机实现开关遥测状态的读取；IO扩展模块通过扩展MCU的输出管脚实现多路输出，同时完成信号电平的锁存以实现遥控遥测读写状态的转换；驱动模块在IO扩展模块写状态下，从微处理器接收电压量实现开关端子开关状态的位置切换；电平转换模块接收开关端子开关状态的遥测信号，对遥测信号进行转换，实现不同电平逻辑的兼容性，并在IO扩展模块读状态下，将转换后的电压量输出给微处理器。
3.根据权利要求I所述的延伸式开关矩阵，其特征在于所述开关端子的射频面选用SMF-F。
4.根据权利要求I所述的延伸式开关矩阵，其特征在于所述低频面采用的针点矩阵的插头式连接结构选用TKJ36A-X。
5.根据权利要求I所述的延伸式开关矩阵，其特征在于采用直流脉冲电压激励线圈Jl或J2对所述磁保持微波开关进行控制，线圈Jl或J2产生的磁极与永磁铁的磁极相互作用，使磁保持微波开关在瞬间完成位置转换。
6.根据权利要求I所述的延伸式开关矩阵，其特征在于所述控制板上还设置扩展接口，能够以级联的方式进行通道扩展，以支持多通道控制。
全文摘要
本发明涉及延伸式开关矩阵，包括开关端子和控制端，控制端包括多个控制板，其中一个控制板连接一组开关端子，各开关端子以分离模式悬挂于卫星待测分系统外侧，并连接地面测试设备及待测分系统，控制端连接地面的控制计算机，控制计算机通过对控制端的控制实现开关端子的开关切换及路径选择；开关端子包括低频面和射频面，其中低频面采用针点矩阵的插头式连接结构，通过低频电缆实现开关端子与控制端的连接，射频面上设置有射频电缆接口，通过射频电缆实现开关端子与卫星待测分系统上下行接口连接，该延伸式开关矩阵大大减少了射频长电缆连接被测件的数量，提高了测试效率与精度，增强了测试系统的可靠性与安全性，具有很强的灵活性和可扩展性。
文档编号H03K19/177GK102638259SQ20121009604
公开日2012年8月15日 申请日期2012年3月31日 优先权日2012年3月31日
发明者刘海明, 廖琳芸, 李军, 李琳, 王勇 申请人:西安空间无线电技术研究所