射频矩阵板卡及插卡式射频矩阵的制作方法

本发明涉及射频技术领域，具体而言，涉及一种射频矩阵板卡以及插卡式射频矩阵。

背景技术：

射频矩阵是通信系统中射频信号的程控分路/合路和交叉连接的重要设备，也可以称作射频路由器，该设备在国内的发展大约有20年的历史，从设备级的功分/合路和开关的电缆连接开始，发展到目前的空间立体交叉技术，从1个机柜实现16×16矩阵，到一个机箱可实现32×32的规模。

随着市场的需求发展，对于大规模矩阵的需求越来越多，比如64×64、96×96、128×128，甚至256×256，但目前的技术无法在单设备实现，随着规模的增大，客户对用户级维护的需求越来越迫切。

国外已有同类产品在销售，但其功能指标不能达到国内客户的需求，发明人经调查研究发现，现有的射频矩阵，尤其是大规模射频矩阵采用空间立体交叉技术，矩阵规模越大，占用空间大，维护成本高且不易于维护。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种射频矩阵板卡，以改善上述的问题。

本发明实施例的目的还在于提供一种插卡式射频矩阵，以改善上述的问题。

本发明实施例提供了一种射频矩阵板卡，包括依次层叠设置的功分层、隔离层以及开关层，所述功分层集成设置了至少一个输入单元；所述开关层集成设置了至少一个输出单元；所述隔离层设置于所述功分层与所述开关层之间，用于隔离功分层与开关层之间的信号干扰；所述隔离层设置有射频连接器，所述功分层与所述开关层经所述射频连接器连接；所述射频矩阵板卡还包括控制单元，用于控制射频矩阵板卡内部的功分模块及开关模块的运行。

进一步地，所述功分层集成设置了至少一个输入单元，所述输入单元包括第一放大器以及功分16模块，所述功分16模块用于将一路输入信号分成16路相等或不相等的信号；所述第一放大器与所述功分16模块连接。

进一步地，所述功分16模块包括多个微带1分2功分子模块，所述多个微带1分2功分子模块级联组成功分16模块，所述多个微带1分2功分子模块分为四个层级，其中，第一级到最后一级的每级所包含的微带1分2功分子模块的数量成指数增长，各级所包括的微带1分2功分子模块互相连接，所述第一放大器与第一级微带1分2功分子模块连接，所述输入单元还包括隔离模块，所述隔离模块用于增加不同通道之间的隔离度。

进一步地，所述开关层集成设置了至少一个输出单元，所述输出单元包括16选1开关模块以及第二放大器，所述16选1开关用于将16路相同或不同的信号选择1路进行输出，所述16选1开关模块与所述第二放大器连接。

进一步地，所述16选1开关模块包括5个4选1开关，其中四个4选1开关并联且与第5个4选1开关以及所述第二放大器串联连接。

进一步地，所述控制单元包括多个FPGA芯片，控制单元通过多个FPGA芯片控制射频矩阵板卡内部的功分模块以及开关模块的运行，所述多个FPGA芯片使用串行总线进行通信。

本发明实施例还提供了一种插卡式射频矩阵，包括机箱以及多个射频矩阵板卡，所述射频矩阵板卡包括依次层叠设置的功分层、隔离层以及开关层，所述功分层集成设置了至少一个输入单元；所述开关层集成设置了至少一个输出单元；所述隔离层设置于所述功分层与所述开关层之间，用于隔离功分层与开关层之间的信号干扰；所述隔离层设置有射频连接器，所述功分层与所述开关层经所述射频连接器连接；所述射频矩阵板卡还包括控制单元，用于控制射频矩阵板卡内部的功分模块及开关模块的运行；所述机箱设置有多个纵向交叉分布的功分单元及开关单元，所述多个射频矩阵板卡横向可插拔地与所述功分单元及开关单元连接。

进一步地，所述插卡式射频矩阵还包括主控模块，所述主控模块与每个所述射频矩阵板卡的所述控制单元连接，用于控制每个所述射频矩阵板卡的运行。

进一步地，所述插卡式射频矩阵还包括显示模块，所述显示模块与所述主控模块电性连接，以显示所述插卡式射频矩阵的工作状态信息。

进一步地，所述插卡式射频矩阵还包括预警模块，所述预警模块与所述主控模块电性连接，用于在监测到所述射频矩阵板卡发生故障时向所述主控模块传输预警信息，所述预警信息包括所述射频矩阵板卡的故障信息或状态信息。

相对现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明实施例提供的一种射频矩阵板卡，包括依次层叠设置的功分层、隔离层以及开关层，所述隔离层设置于所述功分层与所述开关层之间，避免了信号之间产生干扰，所述隔离层设置有射频连接器，所述功分层与所述开关层经所述射频连接器连接。相比传统的空间立体交换技术，本发明实施例所提供的射频矩阵板卡采用平面立体交换技术代替传统射频矩阵采用的空间立体交换技术，在不影响信号交换的情况下减小了矩阵所占用的空间。

本发明实施例还提供了一种插卡式射频矩阵，包括机箱、多个射频矩阵板卡以及主控模块，所述机箱设置有多个纵向交叉分布的功分模块及开关模块，所述多个射频矩阵板卡横向可插拔地与所述功分模块及开关模块连接，通过功分模块、开关模块以及多个射频矩阵板卡可组成大规模的矩阵，采用射频矩阵板卡节省了空间，且板卡式设计使射频矩阵更加易于维护。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1示出了本发明所提供的一种射频矩阵板卡示意图。

图2示出了功分层的示意图。

图3示出了输入单元的结构框图。

图4示出了开关层的示意图。

图6示出了射频矩阵板卡第一视角示意图。

图7示出了射频矩阵板卡第二视角示意图。

图8示出了控制单元的示意图。

图9示出了插卡式射频矩阵结构框图。

图10示出了插卡式射频矩阵示意图。

图标：100-射频矩阵板卡；110-功分层；111-输入单元；112-第一放大器；113-功分模块；114-功分子模块；115-输入单元接口；116-隔离模块；117-隔离子模块；120-开关层；121-输出单元；122-第二放大器；123-开关模块；124-开关子模块；125-输出单元接口；130-控制单元；131-SPI总线；132-外部地址线；133-保护电路；134-FPGA芯片；200-主控模块；300-显示模块；400-预警模块；500-插卡式射频矩阵；510-机箱；511-功分单元；512-开关单元；513-背板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。

在本发明的描述中，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

第一实施例

请参阅图1，本实施例提供了一种射频矩阵板卡100，射频矩阵板卡100包括开关层120、功分层110以及隔离层(图未示)；隔离层设置于开关层120与功分层110之间，隔离层设置有射频连接器，射频连接器用于连接射频信号，开关层120与功分层110通过所述射频连接器连接。

请参阅图2，功分层110集成设置了至少一个输入单元111，在本实施例中，为16个输入单元111，输入单元111包括功分模块113以及第一放大器112；功分模块113与第一放大器112电性连接，在本发明实施例中，该功分模块113优选地为功分16模块，功分16模块用于将一路输入信号分成16路相等或不相等的信号，由于射频矩阵板卡100对信号的要求，本实施例中的功分16模块由多个功分子模块114组成，如多个微带1分2功分子模块114级联组成功分16模块。请参阅图3，多个微带1分2功分子模块114分为四个层级，其中，第一级到最后一级的每级所包含的微带1分2功分子模块114的数量成指数增长，各级所包括的微带1分2功分子模块114互相连接，第一放大器112与第一级微带1分2功分子模块114连接，输入单元110还包括隔离模块116；所述隔离模块116包括多个隔离子模块117；每个隔离子模块117与最后一集的微带1分2功分子模块相连，以增加不同通道之间的隔离度，在本实施例中，隔离子模块117为2选1开关，但不限于此，2选1开关包括第一动端、第二动端以及不动端，每个2选1开关的第一动端与一个微带1分2功分连接，第二动端接地以吸收信号，不动端用于输出，由此16个2选1开关依次与8个微带1分2功分连接，以增大不同通道之间的隔离度；第一放大器112具有低噪声、高增益的特性；这样的连接方式可满足通道一致性、驻波及通道平坦度要求，且信号损耗较小。为节省空间方便布线，功分层110的输入单元接口115为两侧出头，使用线缆将输入单元接口115引至开关层120的接口处。

请参阅图4，开关层120集成设置了至少一个输出单元121，在本实施例中，为16个输出单元121，输出单元121包括开关模块123以及第二放大器122；开关模块123与第二放大器122电性连接，第二放大器122具有低噪声、高增益的特点，在本发明实施例中，该开关模块123优选地为16选1开关模块123，16选1开关模块123用于将16路相同或不同的输入信号选择1路进行输出，由于射频矩阵板卡100对信号的要求，本实施例中的16选1开关模块123由多个开关子模块124组成，如多个开关管，请参阅图5，在本实施例中优选地选用4选1开关，5个4选1开关组成16选1开关模块123；为提高隔离度，使用2串4并的方式，使用金丝键合工艺，4个4选1开关并联后与第五个4选1开关以及第二放大器122串联。请参阅图6、图7，为节省空间，开关层120的输出单元接口125采用单侧出头，与通过线缆引来的输入单元接口115形成两排接口。

隔离层位于于功分层110与开关层120之间，包括屏蔽装置，所述屏蔽装置包括但不限于金属的屏蔽网或屏蔽罩，用于隔离功分层110与开关层120之间的信号干扰，隔离层中设有射频连接器，功分层110与开关层120通过射频连接器连接。

射频矩阵板卡100还包括控制单元130，请参阅图8，控制单元130使用多个现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，FPGA)芯片进行控制射频矩阵板卡100内部的功分模块113及开关模块123的工作运行，在本发明实施例中，优选地使用4个FPGA芯片134进行控制，采用串行总线(Serial Peripheral Interface，SPI)进行通信；工作人员可根据实际需要通过可编辑的连接把FPGA与射频矩阵板卡100内部的开关模块123连接起来，能够使开关模块123具有较高的响应速度。

在射频矩阵板卡100内部采用内部固定地址线来区分4片FPGA芯片134，通信数据采用地址加数据的方式发送，在FPGA芯片134收到数据时通过外部地址线132来判断是否需要处理，通过内部地址来判断需要处理哪些数据。在控制方面，每片FPGA芯片134分别控制多个开关。在SPI总线131的接口处，设置有一个保护电路133，保护电路133用于防止因射频矩阵板卡100的内部故障而影响其他的射频矩阵板卡100。在该模式下，采用SPI总线131的方式使整体的通道切换速度能够有极大的提高。射频矩阵板卡100内部的开关切换速度也能达到较快的响应速度。

第二实施例

请参阅图9，本发明实施例提供了一种插卡式射频矩阵500，插卡式射频矩阵500包括机箱510、主控模块200、显示模块300、预警模块400以及多个第一实施例中所描述的射频矩阵板卡100。

射频矩阵板卡100在第一实施例中已经详细介绍，在此不再赘述。

请参阅图10，机箱510包括背板513，背板513上设置有多个纵向交叉分布的功分单元511与及开关单元512，射频矩阵板卡100可与功分单元511及开关单元512可插拔的连接，采用积木式结构，接口主要采用插拔式组装工艺，所装入的射频矩阵板卡100主要采用混合装配工艺即导电银胶粘接和回流贴件及微组装金带级联还有微电装混合等多种装入工艺。多个射频矩阵板卡100可以通过与功分单元511、开关单元512的可插拔连接组成更大规模的矩阵。例如：使用4个16×16射频矩阵板卡100与32个1分2功分以及32个2选1开关组成32×32规模的射频矩阵，由32个1分2功分分别连接到2组每组2张16×16射频矩阵板卡100形成2组32×16的矩阵，在后有32个2选1开关分别与2组32×16的矩阵连接组成32×32规模的插卡式射频矩阵500。当所组成的插卡式射频矩阵500规模越大，组合方式就越灵活。

各个规模插卡式射频矩阵500的射频矩阵板卡100的需求数量如下表1：

表1

主控模块200与每个射频矩阵板卡100的控制单元130连接，用于控制每个射频矩阵板卡100的运行，在本实施例中，每个射频矩阵板卡100内部是直接由4片FPGA芯片134进行开关切换控制，在射频矩阵板卡100采用内部固定地址线来区分4片FPGA芯片134，数据采用地址+数据的方式发送，在FPGA芯片134收到数据时通过外部地址线132来判断是否需要处理，通过内部地址来判断需要处理哪些数据。外部地址线132则由机箱510的背板513上的功分单元511、开关单元512产生，在本实施例中包括7位外部地址线132，这样就能做到任何射频矩阵板卡100插到当前的位置地址都为当前地址。7位的外部地址线132，最多可以加载128个射频矩阵板卡100，能满足组合大型、超大型矩阵的需求。射频矩阵板卡100之间使用SPI总线131进行通信，SPI总线131最高速率能达到12Mbps，完全能够满足128个模块间的通讯。在实际使用中还可以将最多128个射频矩阵板卡100采用多组SPI总线131进行通讯，在采用合理的控制指令时，能做到一次控制多个射频矩阵板卡100进行通道切换，能极大的提高通道响应速度。当某个射频矩阵板卡100处于非工作状态时，主控模块200可控制该射频矩阵板卡100进入休眠状态以降低功耗、延长使用寿命。

显示模块300与主控模块200连接，用于显示插卡式射频矩阵500内射频矩阵板卡100的工作状态信息，可以包括但不限于，插卡式射频矩阵500或射频矩阵板卡100的电量信息、故障信息等。

预警模块400与主控模块200电性连接，预警模块400可检测插卡式射频矩阵500内部的射频矩阵板卡100的故障信息，当检测到有射频矩阵板卡100发生故障时，预警模块400可将该板卡的故障信息传递至主控模块200，主控模块200根据该信息控制显示模块300显示射频矩阵板卡100的故障信息以及预警信息，预警信息包括射频矩阵板卡100的状态信息。

在本实施例中，插卡式射频矩阵500包括多个射频矩阵板卡100，射频矩阵板卡100插入后可自动识别，在某一块射频矩阵板卡100发生故障时，可直接将其取下，换上没有故障的射频矩阵板卡100，方便维护，节省财力。

综上所述，本发明提供了一种射频矩阵板卡，包括功分层、隔离层、开关层，所述功分层集成设置了至少一个输入单元；所述开关层集成设置了至少一个输出单元；输入单元包括第一放大器及功分模块、输出单元包括第二放大器及开关模块；射频矩阵板卡还包括控制单元，采用FPGA芯片进行控制，有很高的响应速度，该射频矩阵板卡采用平面立体交换技术，体积小、重量轻，相比传统的空间立体交换技术，在保障信号传递的同时更节约空间。

本发明所提供的插卡式射频矩阵，包括机箱、主控模块、显示模块、预警模块以及多个射频矩阵板卡，机箱设置有多个功分单元及开关单元，射频矩阵板卡可插拔的与功分单元与开关单元连接，采用积木式结构可组成更大规模的矩阵，主控模块与各射频矩阵板卡的控制单元连接，使射频矩阵板卡具有很高的响应速度，板卡式设计使得多个射频矩阵板卡之间互不影响，易于维护，节约人力财力。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。