RF přepínací matice - RF switch matrix

RF přepínač matice je pole RF přepínače uspořádán tak, aby trasy rádiové frekvence (RF) mezi více vstupy a více výstupy. Mezi aplikace vyžadující vysokofrekvenční matice patří pozemní systémy, testovací zařízení a komunikační systémy.

RF matice se používá ve zkušebních systémech, a to jak při ověřování návrhu, tak při zkoušce výroby, k směrování vysokofrekvenčních signálů mezi testovaným zařízením (DUT) a testovacím a měřicím zařízením. Kromě směrování signálu může RF / mikrovlnná přepínací matice obsahovat také komponenty pro úpravu signálu, včetně pasivních zařízení pro úpravu signálu, jako jsou atenuátory, filtry a směrové vazební členy, stejně jako aktivní úprava signálu, jako je zesilovač a frekvenční měniče. Vzhledem k tomu, že se požadavky na směrování signálu a úpravu signálu testovacího systému liší od designu k designu, mohou být RF / mikrovlnné přepínací matice navrženy na míru inženýrem testovacího systému nebo najatým dodavatelem pro každý nový testovací systém.

Switch Matrix je tvořen diskrétními elektronickými součástmi, včetně RF přepínačů a signálních kondicionérů, které jsou namontovány společně v mechanické infrastruktuře nebo krytu. Kabely propojují spínače a kondicionéry signálu. Spínací matice využívá budicí obvod a napájecí zdroj pro napájení a řízení spínačů a kondicionérů signálu. Přepínací matice používá konektory nebo příslušenství k směrování signálů ze zdroje a měřicího zařízení na DUT. Přepínací matice je obvykle umístěna blízko DUT, aby se zkrátily signální cesty, čímž se sníží vložná ztráta a degradace signálu.

Výhody matice

Přepněte matici

Účelem matice přepínače je přesunout směrování a úpravu signálu do jednoho centrálního místa v testovacím systému, ve srovnání s tím, že je vše distribuováno na různých místech testovacího systému. Přesunutí směrování a úpravy signálu do jednoho místa v testovacím systému má následující výhody:

  • Kalibrační rovina mezi DUT a zkušebním zařízením se zmenšuje a centralizuje, což usnadňuje charakterizaci.
  • Přepínače a kondicionéry signálu mají podobné požadavky na napájení, montáž a ovladač, takže jejich přesun na jedno místo znamená, že k jejich napájení a ovládání je potřeba pouze jeden napájecí zdroj a obvod ovladače.
  • Krátké signální cesty snižují ztrátu vložení a zvyšují integritu signálu.
  • Jsou možné signální cesty s přesnou délkou, čímž se řídí problémy s fázemi.
  • Zjednodušuje servis a podporu.

Dělat to vs koupit to

Přepínací matice představují jedinečný problém pro návrháře testovacích systémů, protože se mění požadavky na úpravu signálu, kmitočtový rozsah, šířka pásma a výkonové aspekty z aplikace na aplikaci. Testovací a měřicí společnosti nemohou poskytnout řešení „univerzální pro všechny“. To ponechává návrhářům testovacího systému dvě možnosti pro jejich návrh matice přepínače: Insourcing nebo outsourcing .

Výhody zdrojů

  1. Majetkové obavy jsou velkým problémem zejména v leteckém obranném průmyslu . Vytvoření interní matice přepínačů tento problém odstraní.
  2. Interní lidské zdroje mohou být méně nákladné.
  3. Společnost má kontrolu nad množstvím denních lidských hodin strávených vývojem.
  4. Být první, kdo z rozvíjející se technologie vytvoří hotový produkt, může být velmi ziskové. Insourcing obchází čas strávený nakupováním u správného dodavatele.
  5. Postupné designy matice přepínačů mohou být vysoce využitelné z jednoho designu do druhého. Hardware a software ovladače přepínače, mechanické konstrukce, napájení atd. Lze všechny znovu použít v jiných provedeních s malými nebo žádnými úpravami.

Zadávat výhody

  1. Jediný způsob, jak získat zařízení, pokud společnosti chybí nebo nemohou ušetřit lidské zdroje.
  2. Systémoví integrátoři (dodavatelé) mají tendenci mít více zkušeností a odborných znalostí.
  3. Systémoví integrátoři mohou navrhovat v úzkých specifikacích a zvládnou složité návrhy.
  4. Systémoví integrátoři mohou poskytovat zaručenou práci a podporu produktu.

Směrování signálu

Mikrofonní spínač s diodou RF

V maticích spínačů se obvykle používají dva typy spínačů: koaxiální elektromechanické spínače a polovodičové spínače , známé také jako elektronické spínače . Koaxiální elektromechanické spínače lze dále rozdělit do dvou kategorií na základě jejich architektury, blokovací relé a neblokovací relé.

Polovodičové spínače se dodávají ve třech typech: PIN dioda , FET a hybridní. Výhody polovodičových spínačů oproti EM spínačům jsou:

  • Mají mnohem vyšší rychlost přepínání (nejméně 10 000krát rychlejší)
  • Mají téměř nekonečný život
  • Jsou velmi stabilní a opakovatelné

Na druhou stranu, protože polovodičové přepínače mají nelineární části ve svém frekvenčním rozsahu, je jejich šířka pásma omezená.

Elektromechanický spínač (EM) poskytuje lepší:

Z těchto důvodů se EM spínače používají mnohem častěji v konstrukcích matic spínačů.

Ukázkové aplikace

Custom Switch Matrices se hojně používají v testovacích systémech v odvětvích bezdrátové a letecké obrany pro ověřování designu a pro výrobní testy. Mají širokou škálu složitosti, od jednoduché po složitou.

  • Příkladem jednoduché aplikace s přepínací maticí by byla konfigurace MUX 1:16, která směruje 12 kanálů satelitní TV do jednoho vstupu analyzátoru spektrálního signálu, který provádí kontroly integrity signálu na satelitních kanálech. Takový design by vyžadoval 5 Single Pole 4 Throw koaxiálních EM přepínačů a také nezbytný propojovací koaxiální kabel pro směrování signálu, spolu s mechanickou infrastrukturou, napájením a obvodem ovladače spínače pro montáž, napájení a provozování přepínačů.
  • Příkladem složitější matice přepínačů je aplikace, která měří jitter na více vysokorychlostních sériových datových sběrnicích. Nejprve spínací matice přijímá signály datové sběrnice, poté zajišťuje správné přepínání a úpravu signálu pro signály před jejich přiváděním do testovacích a měřicích přístrojů. Tato vlastní matice přepínačů by využívala 14 EM přepínačů a řadu různých kondicionérů signálu, včetně: rozdělovačů energie, zesilovačů, mixérů, filtrů a útlumů.

RF přepínací matice se také hojně používají na trhu televizního vysílání pro příjem a opětovné vysílání televizních kanálů. Typicky kabelové televize hlavní stanice bude obsahovat matrici, tak aby více pokrmy, které jsou v souladu s různými satelity, které mají být směrovány do banky přijímačů. RF Switch Matrix umožňuje provádět změny kanálu na dálku, bez jakýchkoli přerušení.

Designové výzvy

Při navrhování vlastní vysokofrekvenční / mikrovlnné přepínací matice od začátku do konce existuje šest hlavních výzev:

  1. Mechanické provedení: návrh elektricky stíněného krytu nebo krabice, vnitřní montážní konzoly komponent, s rozložením komponent a kabeláže.
  2. Návrh RF / mikrovln: plán směrování a úpravy signálu a plán testování. Pro správnou charakteristiku signálních cest bude nutné vytvořit plán kalibrace pro přepínací matici.
  3. Napájecí a řídicí hardware : Bude třeba navrhnout a vyvinout obvody napájecího zdroje a ovladače spínače.
  4. Ovládání softwaru: Bude nutné vyvinout softwarový ovladač, který poskytne rozhraní mezi ovládacím hardwarem a programem testovacího systému.
  5. Dokumentace: Celý návrh matice přepínače je třeba zdokumentovat, aby byla podporována údržba a možné budoucí využití designu.
  6. Plán údržby : Je třeba vypracovat plán údržby, aby byla zajištěna životnost matice přepínače po dobu životnosti testovacího systému.

Výrobci testovacích zařízení nabízejí nástroje, které poskytují napájecí zdroj , obvody ovladačů a softwarové ovladače, což v zásadě šetří čas a náklady návrháře testovacího systému tím, že eliminuje dvě ze šesti výzev návrhu přepínačové matice: návrh napájecího a řídicího hardwaru i vývoj softwarového ovladače.

Mnoho společností představilo nové koncepty produktů, které pomáhají při návrhu přizpůsobené matice přepínače. Tyto nové produkty nabízejí návrhářům testovacích systémů napájecí zdroj , obvody ovladačů a softwarové ovladače, které jsou všechny zabaleny do sálového počítače. Mainframe poskytuje flexibilní upevnění pro spínače a další komponenty, stejně jako prázdné přední a zadní panely, které lze snadno upravit tak, aby vyhovovaly potřebám designu. Tyto nové produkty eliminují 3 ze 6 designových výzev: mechanický design, design hardwaru a ovládání a vývoj softwarových ovladačů

Reference

externí odkazy