超宽带射频开关矩阵网络、控制方法及系统与流程

本发明涉及射频微波测试，具体涉及超宽带射频开关矩阵网络、控制方法及系统。

背景技术：

1、射频开关矩阵是现代射频测试与通信系统中的关键组件，主要功能是实现多路射频信号间的可编程灵活切换，是构建射频自动化测试的开关控制平台的必备设备。现有技术中实现射频开关矩阵的技术方案主要包括基于机电继电器（emr）的架构、基于pin管的固态电子开关架构以及基于rf mems的开关架构。

2、然而，现有的固态开关架构虽然在切换速度上具有一定优势，但在dc~50ghz的超宽带范围内表现欠佳。随着频率升高，半导体结电容效应愈发明显，导致插入损耗急剧增加。特别是在多路信号并发输入的工况下，通道间的电磁耦合难以抑制，极易产生严重的信号串扰，无法满足高精度测试对信号纯净度的严苛要求。

3、与此同时，现有测试系统的拓扑结构灵活性不足，难以适应多类型产品的测试需求。传统设计多采用“一一对应”的固定路由模式，输入架构僵化。当面对不同规格的多端口被测件（如多通道收发组件或相控阵天线）时，往往需要依赖复杂的手动转接或更换硬件配置，不仅延长了测试准备周期，也增加了人为操作失误的风险，导致测试效率低下。

4、在控制逻辑层面，传统系统普遍采用预设固定时延的方式来下发数据采集指令。这种方式无法感知继电器触点的实际物理吸合状态，由于机械动作存在时间离散性，系统常在开关尚未完全稳定的瞬态阶段进行采样。这不仅导致采集到的数据波动大、重复性差，也在一定程度上限制了自动化测试的执行效率。

5、此外，现有方案在功率管理方面存在明显短板。系统普遍缺乏内置的功率自适应调节机制，面对大功率输入信号时，若未能及时调节测试设备的衰减量，极易导致后端精密仪表（如频谱仪、网络分析仪）输入端饱和甚至烧毁；而在测试微弱信号时，若衰减设置不当则会导致信噪比恶化。这种缺乏底层物理层联动的控制方式，使得现有开关矩阵在高性能、超宽带测试场景下适应性差。

6、最后，高性能宽带开关矩阵的硬件成本居高不下。随着对带宽和端口数指标要求的提升，设备造价呈倍数增长。现有设备多采用商业成品模块堆叠，缺乏针对特定测试需求的定制化联动控制，导致系统集成度低，扩展困难，难以满足现代射频测试系统对高效率、高可靠性及低成本的综合需求。

技术实现思路

1、本发明提供一种超宽带射频开关矩阵网络、控制方法及系统，解决了现有射频测试系统输入输出架构僵化、难以适配多类型产品超宽带测试且自动化程度低的问题。

2、本发明通过下述技术方案实现：

3、第一方面，本技术提供了一种超宽带射频开关矩阵网络，基于emr机电继电器组装射频同轴开关搭建，包括射频同轴开关控制单元、射频同轴开关单元、产品外部控制单元、开关电源单元、射频电缆连接单元以及功率检测单元；

4、所述射频同轴开关单元构建有三组相互独立且物理隔离的可编程信号输入通道，三组输入通道支持多路射频信号同步独立输入至待测产品，所述射频同轴开关单元的输出侧配置有用于将多路产品输出信号路由至多台测试设备的开关网络；

5、所述产品外部控制单元集成有fpga控制系统，所述fpga控制系统分别与所述射频同轴开关控制单元及所述功率检测单元通信连接，通过可编程逻辑控制各机电继电器的通断状态，并依据所述功率检测单元的检测结果调节测试设备的衰减参数，所述fpga控制系统被配置为执行底层物理层控制与上层算法的整合逻辑，实现高精度测试切换。

6、进一步优化方案为，所述三组可编程信号输入通道的拓扑结构包括：

7、第一组由1个单刀四掷开关与1个单刀六掷开关级联构成四输入六输出结构，所述单刀四掷开关的1个公共端对应连接至1个所述单刀六掷开关的公共端；

8、第二组由1个单刀四掷开关构成单输入四输出结构；

9、第三组由1个单刀双掷开关构成单输入双输出结构；

10、三组结构共提供12个产品侧输入端口。

11、进一步优化方案为，所述12个产品侧输入端口划分为ina1至ina6、inb1至inb6、inc1至inc2三组，分别对应所述第一组、第二组、第三组拓扑结构；信号源侧接入端口为s1至s6。

12、进一步优化方案为，所述输出侧的开关网络包括两组单刀六掷开关、三级单刀双掷开关及一组单刀四掷开关；

13、两组所述单刀六掷开关的公共端口分别连接至第一级单刀双掷开关的两个输入端，所述第一级单刀双掷开关的公共端口连接至第二级单刀双掷开关的公共端，所述第二级单刀双掷开关的第二输入端连接至另一组单刀双掷开关的公共端，另一组单刀双掷开关的输出端作为输出端口；

14、所述第二级单刀双掷开关的第一输入端口连接至测试设备侧的单刀四掷开关公共端，输出端口作为信号输出端口连接测试设备。

15、进一步优化方案为，所述机电继电器为emr机电继电器，所述射频电缆连接单元采用半刚性同轴电缆，全线阻抗匹配为50欧姆；三组输入通道中任意相邻通道之间的隔离度大于80db，工作频率覆盖dc至50ghz。

16、进一步优化方案为，所述fpga控制系统被配置为：

17、接收上位机下发的切换指令，控制所述射频同轴开关单元中各级联开关完成通路切换；

18、在所述开关切换动作完成后，采集开关吸合状态信号并回传至所述上位机，以触发所述上位机进行数据采集；

19、接收所述功率检测单元回传的输出信号功率数据，经处理后转换为串行数据发送至所述上位机，由所述上位机根据接收到的功率数据自动设置测试设备的衰减量及偏置参数；

20、所述fpga控制系统通过内部设置的联动控制信号与产品外部控制单元通信连接。

21、进一步优化方案为，所述网络通过串口通信协议与上位机交互，所述fpga控制系统发出的回传信号用于消除传统测试系统中依靠预设时延下发数据采集指令带来的时序误差。

22、第二方面，本技术提供了一种控制方法，适用于如上所述的超宽带射频开关矩阵网络，包括以下步骤：

23、获取待测产品的类型信息与待测项目清单；

24、通过fpga控制系统根据待测项目清单调用预设切换逻辑，编程控制射频同轴开关单元中各级联开关的通断组合，建立源信号至待测产品的传输链路；

25、源信号经三组独立输入通道同步送入待测产品的对应输入端口；

26、待测产品的输出信号经射频同轴开关单元路由至对应的测试设备侧端口；

27、输出给测试设备信号功率通过功率检测单元后回传给fpga控制系统，所述fpga控制系统将处理后的功率数据发送至上位机，由上位机生成衰减控制指令并下发至测试设备，实现不同幅度信号的衰减参数自适应调节；

28、所述fpga控制系统在开关切换动作完成后采集开关吸合状态信号并回传至上位机，上位机响应于所述回传信号触发数据采集，完成一键式自动化测试。

29、进一步优化方案为，在切换动作执行前后，通过所述fpga控制系统实时监测各通道的连接状态与功率大小；

30、当检测到通道故障或功率异常时，自动切断当前通道并切换至备用路由，同时向上位机上报错误代码。

31、第三方面，本技术提供了一种控制系统，包括：

32、如上所述的超宽带射频开关矩阵网络；

33、源信号，用于提供射频输入信号至所述超宽带射频开关矩阵网络的源信号侧接入端口s1至s6；

34、测试设备，接入所述超宽带射频开关矩阵网络的测试设备侧端口e1至e6，并根据所述衰减控制指令调节自身衰减参数；

35、上位机，与所述fpga控制系统通信连接，用于下发测试项目清单与切换逻辑，并响应于所述开关吸合状态信号执行数据采集。

36、本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

37、通过三组物理隔离的独立输入通道架构，有效规避了传统固态开关在多信号并发场景下的串扰缺陷,提升了dc至50ghz超宽带范围内的信号纯净度与通道隔离度。依托fpga控制系统实现的开关吸合状态实时回传机制,消除了传统预设时延控制带来的时序误差,确保了数据采集动作的精准触发与系统运行的稳定性。通过集成功率检测单元与上层算法的闭环联动，实现了对输出信号功率的动态监测与测试设备衰减及衰减偏置参数的自适应调节，解决了大功率信号输入导致仪表烧毁及小信号测试信噪比恶化的难题,改变了传统开关矩阵一一对应输出的僵化格局，在扩展多类型射频产品测试适配性的同时，提升了自动化测试的效率与数据准确性。