一種電臺與測試儀器之間的信號切換選通裝置及方法與流程
2023-10-29 17:25:02
本發明涉及電臺性能測試領域，特別涉及一種電臺與測試儀器之間的信號切換選通裝置與方法。
背景技術：
電臺是一種利用無線電波進行話音或數據接收及發送的通信裝置。電臺的工作頻段一般低於微波頻段，具體按工作頻段劃分，電臺有中長波電臺、短波電臺、超短波電臺。電臺主要用於幾公裡到幾千公裡的遠距離通信，信道衰減非常大，因此電臺一般不支持寬帶通信，通常只能支持話音及中低速率(≤1Mbps)的數據通信業務。因此，電臺的對外接口主要有天線口，音頻口、數據接口和控制接口。有時，為了減少接口數量，也會把音頻口、數據口和控制口合併成一個接口。測試量電臺時，就需要通過這些接口將測量系統和電臺連接起來，進行相關指標的測試。
軍用電臺對可靠性有特殊的要求，每一個電臺在出廠前都要進行嚴格的老化測試。測試的方法是將大量電臺放在全封閉的應力箱內，在相當長的時間內對電臺施加溫度、振動、供電電壓拉偏等等各種應力條件，通過測試的電臺才能達到出廠的標準。由於每個電臺都有幾個對外接口與測量系統連接，而每個接口都需要連接一根電纜，因此應力箱的線纜出口處往往引出數十根測試電纜。
這至少會帶來以下三個問題：
(1)為了避免線纜混淆，需要標記每根電纜對應的電臺；
(2)每次測試電臺時，都需要在一堆電纜中找到當前被測電臺所屬的電纜。
(3)當進行下一個電臺測試前，需要從測試儀器中拔掉前一個電臺的電纜插頭，再找到下一個電臺對應的電纜，重新插入測試儀器上的接口。根據實際觀察，當進行大批量測試時，以上三個問題會嚴重降低測試效率。由於老化中的測試主要針對電臺的最基本指標，單個電臺的測試工作量不大，因此切換電臺接口所佔用的時間可能達到整個測試時間的三分之一以上。
為了解決上述問題，目前的方法是把從所有被測電臺引出來的眾多測試電纜對應電臺進行編號，避免混淆。然後把測試電纜的插頭按功能進行分類，每一類插頭按序號插到一個插頭面板上。以上措施可以緩解線纜插頭的查找問題。在測試環節，仍需手工插拔插座以實現前後電臺的測試電纜更換。
技術實現要素：
本發明的目的在於克服現有技術的缺點與不足，提供一種電臺與測試儀器之間的信號切換選通裝置，根據電臺接口信號的特性，採用一系列開關矩陣，通過簡單的開關操作，便可將被測電臺的測試電纜快速連接到測試儀器，避免了手工逐條更換電纜的操作環節，極大地提高了測試效率。
本發明的另一目的在於提供一種電臺與測試儀器之間的信號切換選通方法。
本發明的目的通過以下的技術方案實現：
一種電臺與測試儀器之間的信號切換選通裝置，包括n個分別與測試儀器相連接的琴鍵開關，所述琴鍵開關包含N+1個聯動的小開關，其中第i個琴鍵開關的第1個小開關至第N個小開關分別與第i個電臺的非射頻信號接口直接連接；第i個琴鍵開關的第N+1個小開關控制第i個射頻開關單元，用於接通或切斷第i個電臺的射頻信號；其中n≥2，1≤i≤n，N≥1。
所述非射頻信號包括音頻信號、控制信號、數據信號。根據非射頻信號種類及頻率的不同，按照實際的需求來設置N的取值。目前傳統電臺均屬於窄帶通信，數據量不大，往往採用低速串口進行控制及數據的交換。音頻為模擬信號，頻率為幾百赫茲到幾千赫茲之間。因此，非射頻信號的選通電路採用低頻的開關電路即可實現。
所述n個射頻開關單元外部設置有封閉的金屬腔體。射頻信號就是電臺輸送給天線以及從天線口輸入給電臺的高頻信號，射頻信號選通電路採用多選一的射頻開關矩陣的形式。射頻開關矩陣採用封閉的金屬腔體進行屏蔽，進入腔體的控制信號及電源應採用穿心電容進行濾波，而射頻信號則通過射頻插座進出。射頻開關的選通由琴鍵開關控制。
所述電臺與測試儀器之間的信號切換選通裝置，還包括狀態指示及衝突保護電路，用於指示電臺是否有效選通，並且在兩個以上的電臺同時選通時啟動自動保護及報警功能。正常情況下，只能按下一個琴鍵開關，即一次只能選通一個電臺。如果兩個以上的電臺同時選通的，則選通的電臺的相關信號會短接。特別是當電臺發射的時候，射頻通路上的大功率射頻信號直接灌入對方電臺，極易導致電臺損壞。衝突保護功能在這種情況下及時斷開兩個電臺的射頻連接，並在控制面板上進行報警。
所述射頻開關單元外接50Ω匹配負載。只有當電臺被選通後，相應的射頻信號才切換到測試儀器上去，這樣可有效防止非當前選通的電臺因誤操作而引起功放燒毀。
所述射頻開關單元的開關器件採用射頻繼電器。可確保本發明在意外斷電的情況下，能自動恢復到默認狀態，使所有電臺的輸出功率都切換到外接大功率負載上。如果用PIN管作為射頻開關組建的開關器件，在斷電情況下，每一組開關都處在半導通狀態，容易使發射電臺的功率耦合到其他電臺上，對安全性產生影響。
所述n個琴鍵開關之間相互獨立，或者n個琴鍵開關組成聯動開關。聯動的琴鍵開關，類似於某些風扇的換擋開關，即按下某個琴鍵開關時，原先按下的琴鍵開關會自動彈出，這樣只需一步操作就能完成電臺的切換。然而，在電臺數量較多的場合，多路聯動的琴鍵開關可靠性將大大降低，也不利於維修拆解，因此採用相互獨立的琴鍵開關還是採用聯動的琴鍵開關，需要根據實際情況進行選擇。
本發明的另一目的通過以下的技術方案實現：
一種電臺與測試儀器之間的信號切換選通方法，包含以下步驟：
S1、將n個琴鍵開關分別與測試儀器相連接，所述琴鍵開關包含N+1個聯動的小開關，其中第i個琴鍵開關的第1個小開關至第N個小開關分別與第i個電臺的非射頻信號接口直接連接；第i個琴鍵開關的第N+1個小開關控制第i個射頻開關單元，用於接通或切斷第i個電臺的射頻信號；其中n≥2，1≤i≤n，N≥1。
S2、測試第L個電臺的性能指標時，將第L個琴鍵開關按下，第L個琴鍵開關的N+1個獨立的小開關閉合，第L個電臺的非射頻信號接口與測試儀器的非射頻信號接口連通，第L個電臺的射頻信號接口與測試儀器的射頻信號接口連通；其中1≤L≤n；
S3、測試第M個電臺的性能指標時，根據琴鍵開關的不同，分以下兩種情況：
(1)當n個琴鍵開關之間相互獨立時，在測試完第L個電臺的性能指標後，再按一下第L個琴鍵開關，第L個琴鍵開關的N+1個獨立的小開關斷開，然後按下第M個琴鍵開關，第M個琴鍵開關的N+1個獨立的小開關閉合，第M個電臺的非射頻信號接口與測試儀器的非射頻信號接口連通，第M個電臺的射頻信號接口與測試儀器的射頻信號接口連通；其中1≤M≤n；
(2)當n個琴鍵開關組成聯動開關時，直接按下第M個琴鍵開關，第M個琴鍵開關的N+1個獨立的小開關閉合，第L個琴鍵開關的N+1個獨立的小開關自動斷開，第M個電臺的非射頻信號接口與測試儀器的非射頻信號接口連通，第M個電臺的射頻信號接口與測試儀器的射頻信號接口連通；其中1≤M≤n；
S4、重複步驟S2至S3，完成n個電臺的性能測試。
本發明與現有技術相比，具有如下優點和有益效果：
1、本發明在測試儀器與多個被測電臺之間建立起一座轉接的橋梁，使每一個被測電臺的相關接口都可以通過這個橋梁快捷地連接到測試儀器上，同時不會受到其他電臺的影響。
2、本發明將測試儀器、琴鍵開關的第1個小開關至第N個小開關、電臺的非射頻信號接口，共同組成非射頻信號選通電路，用於測試電臺的非射頻信號的性能，如音頻信號、控制信號、數據信號。
本發明將測試儀器、琴鍵開關的第N+1個小開關、射頻繼電器、電臺的射頻信號接口，共同組成射頻信號選通電路，用於測試電臺的射頻信號的性能。
非射頻信號選通電路及射頻信號選通電路共同組成信號選通電路，信號選通電路是本發明的核心，用於將當前選定的被測電臺與測試儀器接通，即把電臺的接口和測試儀器的接口對應起來，同時切斷其他電臺與測試儀器的連接。信號選通電路的核心是一系列多路琴鍵開關，每個琴鍵開關有多路開關，每按下一個琴鍵開關，則選通一個電臺。
3、本發明採用多路琴鍵開關實現非射頻信號的選通功能，一個琴鍵開關對應一個電臺，而電臺接口中參與測試的每一根信號線(非射頻)則對應琴鍵開關的某一路小開關。採用多路琴鍵進行信號的選通，相比於採用其他電子器件組成的切換通路，具有電路形式簡單，器件數量少，不引入額外阻抗等優點。此外，值得一提的是，琴鍵開關是無源器件，由其構成的電路不產生額外的電磁幹擾，比用單片機、半導體模擬開關等其他有源器件組成的切換電路有明顯的優勢。
4、電臺在做高低溫老化及可靠性試驗的時候，要對大量電臺在規定的時間內快速測量指標。由於測試儀器只有一套，而電臺的數量較多，每個電臺又有多個接口，每次更換被測電臺時，都要人工將測試電纜從當前被測電臺拔出，再插接到下一電臺的對應接口。嚴重降低了測試效率，增加了人力和時間成本。目前國內還沒有在多個電臺測試時快速將被測電臺的各種接口切換到測試儀器的裝置。本發明創新地使用多通路琴鍵開關、低插損大功率射頻繼電器等切換開關元件，在測量免去了人工插拔測試電纜的麻煩，實現了快速切換被測電臺接口的目的。試驗證明，測試效率提高30％以上。
附圖說明
圖1為本發明所述一種電臺與測試儀器之間的信號切換選通裝置的結構示意圖。
具體實施方式
下面結合實施例及附圖對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限於此。
如圖1，一種電臺與測試儀器之間的信號切換選通裝置，根據電臺接口信號的特性，採用一系列開關矩陣，通過簡單的開關操作，便可將被測電臺的測試電纜快速連接到測試儀器，避免了手工逐條更換電纜的操作環節，極大地提高了測試效率。
本發明的作用是在測試儀器之間和眾多的被測電臺之間建立起一座轉接的橋梁，使每一個被測電臺的相關接口都可以通過這個橋梁快捷地連接到測試儀器上，同時不會受到其他電臺的影響。本發明的原理框圖如圖1所示。本發明包括4部分：信號選通電路、插座面板、控制面板、狀態指示及衝突保護電路。
一、信號選通電路是本發明的核心，用於將當前選定的被測電臺與測試儀器接通，即把電臺的接口和測試儀器的接口對應起來，同時切斷其他電臺與測試儀器的連接。信號選通電路的核心是一系列多路琴鍵開關，每個琴鍵開關有多路開關，每按下一個琴鍵開關，則選通一個電臺。
信號選通電路按信號特性分射頻和非射頻兩種。射頻信號就是電臺輸送給天線以及從天線口輸入給電臺的高頻信號。射頻信號的選通電路採用多選一的射頻開關矩陣的形式。射頻開關矩陣採用封閉的金屬腔體進行屏蔽，進入腔體的控制信號及電源應採用穿心電容進行濾波，而射頻信號則通過射頻插座進出。射頻開關的選通由琴鍵開關控制。
非射頻信號包括電臺的控制、數據、音頻等信號。控制和數據信號為數位訊號，目前傳統電臺均屬於窄帶通信，數據量不大，往往採用低速串口進行控制及數據的交換。音頻為模擬信號，頻率為幾百赫茲到幾千赫茲之間。因此，非射頻信號的選通電路採用低頻的開關電路即可實現。
本發明採用多路琴鍵開關實現非射頻信號的選通功能，一個琴鍵開關對應一個電臺，而電臺接口中參與測試的每一根信號線(非射頻)則對應琴鍵開關的某一路小開關。採用多路琴鍵進行信號的選通，相比於採用其他電子器件組成的切換通路，具有電路形式簡單，器件數量少，不引入額外阻抗等優點。此外，值得一提的是，琴鍵開關是無源器件，由其構成的電路不產生額外的電磁幹擾，比用單片機、半導體模擬開關等其他有源器件組成的切換電路有明顯的優勢。
二、插座面板顧名思義是用來安裝插座的結構面。插座面板上的接口用來連接從被測電臺引出的測試電纜。面板按電臺的接口類型進行區域劃分，同一個區域放置同一種接口，且每一個接口均需編號，以區分不同的電臺。同一個電臺在本發明插座面板上的所有接口為同一個序號。
三、控制面板用於進行選通電臺的操作，並進行一些必需的狀態指示。控制面板包含狀琴鍵開關的按鈕，以及具有各種狀態指示功能的器件。
本發明和測試儀器連接的插座可根據實際情況安裝在插座面板或控制面板上。
四、狀態指示及衝突保護電路用於指示電臺是否有效選通，並且在兩個以上的電臺同時選通時啟動自動保護及報警功能。正常情況下，只能按下一個琴鍵開關，即一次只能選通一個電臺。如果兩個以上的電臺同時選通的，則選通的電臺的相關信號會短接。特別是當電臺發射的時候，射頻通路上的大功率射頻信號直接灌入對方電臺，極易導致電臺損壞。衝突保護功能在這種情況下及時斷開兩個電臺的射頻連接，並在控制面板上進行報警。
圖1中，在其上方從左至右依次是測試儀器、被測電臺1、被測電臺2、…、被測電臺n。測試儀器、被測電臺1、被測電臺2、…、被測電臺n的測試電纜接到本發明規定的位置。同一個電臺的各條測試電纜必須按類別接到本發明相同序號的對應插座上，否則電臺無法和測試儀器建立正確的連接關係。當按下某個琴鍵開關後，與該琴鍵開關相連接的電臺的各條信號線將和測試儀器的接口一一對應，射頻信號也連接到測試儀器的射頻口上。值得說明的是，在本發明中，所有電臺的射頻信號默認狀態都是連接到外接的50Ω匹配負載上，只有當電臺被選通後，相應的射頻信號才切換到測試儀器上去，這樣可有效防止非當前選通的電臺因誤操作而引起功放燒毀。
為了進一步說明本發明的工作原理，首先對琴鍵開關和射頻關單元做簡單描述。如圖1所示，琴鍵開關裡面包含多路獨立的小開關，一次按鍵動作可以實現所有小開關的狀態切換。在本發明中，琴鍵開關裡的一個小開關起到接通或斷開一個信號的作用。小開關的一邊和某個被測電臺連接，小開關的另一邊接測試儀器。當小開關導通時，被測電臺和測試儀器對應的那根信號線就接通了。按照被測電臺測試電纜中參與測試的非射頻信號線的數量，就可以確定琴鍵開關裡小開關的數量。此外，還需要多備一路小開關，用來控制射頻開關。測試儀器和所有的琴鍵開關均有連接，而一個特定的電臺只和一個特定的琴鍵開關連接。這樣，按下某個琴鍵開關後，對應的電臺便會連接到測試儀器中去，而非測試電臺的信號線則完全和測試儀器隔離。
射頻開關單元被安裝在屏蔽腔內，為被測電臺和測試儀器建立多選一的切換選通功能。如圖1所示，測試儀器的射頻線和所有射頻開關組件連接，而一個特定的電臺只和一個特定的射頻開關組件連接。每一個射頻開關組件只能實現一個射頻信號的通斷。
射頻開關單元中實現多選一功能的射頻開關電路需要精心設計，應儘量減少分布參數的影響，使整個單元的回波損耗控制在-18dB以3下，儘量減小本發明引入的射頻失配導致的測量誤差。
建議採用射頻繼電器作為射頻開關組件的開關器件，可確保本發明在意外斷電的情況下，能自動恢復到默認狀態，使所有電臺的輸出功率都切換到外接大功率負載上。如果用PIN管作為射頻開關組建的開關器件，在斷電情況下，每一組開關都處在半導通狀態，容易使發射電臺的功率耦合到其他電臺上，對安全性產生影響。
以電臺1被選通時各電路的工作情況為例，來詳細說明本發明的工作原理。
初始情況：所有琴鍵開關均處於斷開狀態，從圖1可看到，在本發明內部所有電臺的非射頻信號均和測試儀器的相關測試電纜斷開。所有電臺的射頻信號則按默認狀態處理；即每一個電臺的射頻信號都連接外接的50歐姆負載上，一個電臺對應一個負載。
當按下琴鍵開關1後，該琴鍵開關的每一路小開關兩頭的引腳接通，被測電臺1的所有參與測試的非射頻信號和測試儀器的對應信號線一一相連。琴鍵開關同時還把射頻選通觸發電平送到狀態指示及衝突保護電路上去。在沒有衝突的時候，射頻開關單元1將收到一個開關切換信號，射頻通路和50歐姆斷開，切換到測試儀器的射頻通路上。這樣，測試儀器就通過本發明和被測電臺1建立了正確連接，可以像測試單個電臺一樣對電臺1進行控制和數據傳輸。
測量完電臺1後，若要測量電臺n，則需要再次按下琴鍵開關1使琴鍵開關內部的所有小開關都斷開，再按下琴鍵開關n，電臺連接到測試儀器中去。共兩步操作。也有聯動的琴鍵開關，類似於某些風扇的換擋開關，即按下某個琴鍵開關時，原先按下的琴鍵開關會自動彈出，這樣只需一步操作就能完成電臺的切換。然而，在電臺數量較多的場合，多路聯動的琴鍵開關可靠性將大大降低，也不利於維修拆解，因此沒有採用。
如果測試時不慎導致兩個以上的琴鍵開關同時導通，如琴鍵開關1和琴鍵開關n，狀態指示及衝突保護電路可識別兩個以上的琴鍵開關同時導通的情況，給出報警指示，並迅速通過控制射頻開關組件的電源或開關切換信號使琴鍵開關1和琴鍵開關n恢復到默認狀態。這樣，兩個射頻開關組件均各自切換到到外接的50歐姆負載上去，不會同時連接到測試儀器的唯一的射頻通路上。這樣，即使測試儀器執行了電臺的發射指令，也不會導致電臺1和電臺n的射頻通路燒毀。
綜上所述，本發明可以實現多個電臺和測試儀器之間的快速選通功能，並具備解決多個電臺同時選通時的合理機制。本發明具有電路簡單，安全可靠，電磁兼容性好等優勢。
上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式並不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護範圍之內。