一种具有双机热备份功能的开关矩阵装置的制作方法

本发明涉及卫星通信领域中的一种具有双机热备份功能的开关矩阵装置，特别适合作为卫星通信微波信道的高可靠信号切换分发设备。

背景技术：

1、近年来，随着卫星通信系统的快速发展，终端数量与变频通道数量显著增加，且需要针对上下行信号进行灵活切换，对具有输入输出端口间全交换功能的开关矩阵的需求与日俱增。常规的上行开关矩阵采用单刀多掷开关和合路器组成，信号先分时选通再信号合路，该类型设备具备多点对点的信号传输功能；下行开关矩阵采用分路器和单刀多掷开关组成，信号先进行分路再分时选通，该类型设备具备点对多点的信号传输功能。

2、传统单机开关矩阵设备作为链路中的单点设备，其可靠性的优劣直接影响整个系统的可靠性指标。对于可靠性要求较高的大规模固定站，单机模式已不能满足日益严格的系统可靠性指标，单机中任一单元故障都将作为单点故障，使得系统不能正常工作，且短时间内难以恢复。

3、高可靠的应用场景，射频设备(如变频器、功放、低噪、开关矩阵等)需采用热备份模式，但如何判断射频信道是否工作正常非常关键。不能出现以下两种场景，一是信道工作正常但识别出信道异常；二是信道工作异常但识别出信道正常。

4、开关矩阵设备与其它射频设备相比，对于通道故障的识别有其特殊型。对于变频器设备，一般将本振告警信息、工作电流作为触发切换的诱因；对于低噪放设备，一般将设备工作电流作为触发切换的诱因；对于功放设备，一般将功放模块温度、工作电流、反射功率作为触发切换的诱因。对于开关矩阵设备，其内部模块众多且功耗较低，模块温升很小，无论从成本还是从可靠性上都不建议把模块温度作为触发因素；模块工作电流是否正常不能作为设备性能是否正常的唯一因素，因为引起模块异常的非电流因素众多，如微组装金丝损坏等。综上，对于通道故障定位不清，不仅难以为设备可靠性加分，反而使设备可靠性大打折扣。

技术实现思路

1、本发明的目的在于避免上述背景技术中的不足之处而提供一种具有双机热备份功能的开关矩阵装置，本发明通过在开关矩阵设备内部集成基准源，将基准源信号从矩阵入口馈入链路，在矩阵出口前将基准信号提取出来，提取出的基准信号通过滤波、放大和开关选通后进入检波器，通过检波器判断基准信号经过通道后是否正常来决定是否倒换。该装置具有频带宽、端口全交换和性能稳定可靠等特点。

2、本发明的目的是这样实现的：

3、一种具有双机热备份功能的开关矩阵装置，包括倒换单元101、主用开关矩阵102和备用开关矩阵103；

4、主用开关矩阵102与备用开关矩阵103配置相同，均包括开关单元201、合路单元202、第一监控单元203、第一电源滤波器204、第一电源模块205和第一风机208；其中，开关单元201由32个单刀12掷开关模块组成，合路单元202由12个32:1合路器组成；

5、倒换单元101包括耦合分路单元209、耦合合路单元210、第二监控单元211、基准源212、32选1检波开关213、12选1检波开关214、检波器215、第二电源滤波器216、第二电源模块217和第二风机220；其中，耦合分路单元209由32个耦合分路模块组成，耦合合路单元210由12个耦合合路模块组成；外部输入信号从倒换单元101入端1脚馈入，耦合分路单元209中频输入引脚与倒换单元101入端1脚相连，耦合分路单元209基准输入引脚与32选1检波开关213输出引脚相连，耦合分路单元209输出引脚与倒换单元101出端5脚和8脚相连；耦合合路单元210中频输入引脚与倒换单元101输入端6脚和9脚相连，耦合合路单元210中频输出引脚与倒换单元101出端2脚相连，耦合合路单元210基准输出引脚分别与12选1检波开关214输入引脚相连；12选1检波开关214公共端输出引脚与检波器215输入引脚相连，第二电源滤波器216输入引脚与入端3脚相连，第二电源滤波器216输出引脚与第二电源模块217输入引脚相连，第二电源模块217输出+5v脚、+12v脚与各部件相应电源端并接；第二风机220、基准源212、32选1检波开关213、12选1检波开关214和检波器215分别与第二监控单元211的相应端口相连，第二监控单元211的lan接口与出入端4脚相连，第二监控单元211的can接口与出入端7脚相连；

6、倒换单元101入端1脚与外部中频输入信号连接，倒换单元101出端2脚与中频输出信号连接，倒换单元101入端3脚与外部220v交流电源连接，倒换单元101出入端4脚与监控设备连接；

7、主用开关矩阵102入端1脚对内与倒换单元101出端5脚连接，主用开关矩阵102出端2脚对内与倒换单元101入端6脚连接，主用开关矩阵102出入端3脚对内与倒换单元101出入端7脚连接，主用开关矩阵102入端4脚对外与外部220v交流电源连接；

8、备用开关矩阵103入端1脚对内与倒换单元101出端8脚连接，备用开关矩阵103出端2脚对内与倒换单元101入端9脚连接，备用开关矩阵103出入端3脚对内与倒换单元101出入端7脚连接，备用开关矩阵103入端4脚对外与外部220v交流电源连接；

9、来自倒换单元101的信号从入端1脚馈入，开关单元201输入引脚与入端1脚相连，开关单元201输出引脚与合路单元202输入端相连，开关单元201控制引脚与监控单元相连；合路单元202输出引脚与出端2脚相连；第一电源滤波器204输入引脚与入端4脚相连，第一电源滤波器204输出引脚与第一电源模块205输入引脚相连，第一电源模块205输出+5v引脚、+12v引脚与各部件相应电源端并接；第一风机208与第一监控单元203相连，第一监控单元203can接口与出入端3脚相连。

10、进一步地，所述基准源212内部集成了10mhz恒温晶体振荡器，最终锁相输出1.0ghz基准信号。

11、进一步地，基准源212输出的1.0ghz基准信号经过32选1检波开关213进行分时选通，32个输出端口与耦合分路单元209的基准输入端口相连，将基准信号分时馈入32个输入通道；基准信号在经过链路传输后，从耦合合路单元210对应的耦合输出端口输出，分别与12选1检波开关214的12个输入端口相连，分时选通后的公共端信号馈入检波器215，转换成电压送至第二监控单元211；第二监控单元211根据检波电压大小来判断对应的通道是否正常，如果异常，则将该通道切换至另外一台开关矩阵，原开关矩阵的异常通道切换至射频关断状态；如果正常，则状态维持不变。

12、进一步地，装置具有实时巡检和全员巡检两种模式，实时巡检时，只针对在线射频通道进行分时检波判定；全员巡检时，针对所有射频通道进行分时检波判定。

13、本发明与背景技术相比有以下优点：

14、1.具有双机热备份功能的开关矩阵设备有两种集成方式。一种是由2台开关矩阵单机和1台倒换单元组成，另一种方式是将倒换单元内功能电路集成在开关矩阵主机中，备机为独立单机。本发明采用第一种方式，与后一种方式相比，现有方式的设备可靠性更高。现有方式下，主机电源故障时，只是主机不能工作，不影响备机正常工作；而后一种方式下，开关矩阵主机电源故障，整个热备份矩阵设备瘫痪，两台单机均不能正常工作；

15、2.本发明中，耦合分路单元与耦合合路单元中，公共支路信号与主备机信号通过无源功分器进行转换而非开关，此位置在系统中属于单点，要选用高可靠性的器件。与有源开关相比，无源功分器的可靠性更高；

16、3.本发明中，基准源信号频点选为1.0ghz，保证了基准源信号与其二次谐波信号均不在c中频范围(2.2ghz～4.2ghz)内，且作为带外远端信号通过简单的滤波即可滤除；

17、4.本发明中，基准源信号频点选为1.0ghz，该频点与c中频低端信号会交调出二阶杂散，且该杂散在c中频带内。例如，c中频频点为2.2ghz时，二阶交调杂散为3.2ghz。为此，针对该交调杂散信号进行放大器选型，使得两个信号同时馈入放大器时，由于放大器非线性导致的交调杂散尽可能小，最终选择中电宏业的zdh9019作为链路放大器，当基准源信号电平低于-20dbm时，可保证交调杂散低于-50dbc；

18、5.本发明中，倒换单元面板上与单机内部互联的射频插座和配套插头均选用j599系列接插件，该系列接插件可与电缆一体化设计。