短波收信天线交换系统的初步设计

短波收信天线交换系统的初步设计X

靳煜1)王玉龙2)

(中国人民解放军91917部队1)北京102401)(海军驻荆州地区通信军事代表室2)荆州434007)摘要:根据短波通信业务对收信天线交换的发展需求,简要介绍了短波收信天线交换系统的功能与结构,并对系统的功能模块进行了初步设计。

关键词:天线交换;集中控制;电子矩阵;公用器;SPDT

中图分类号:T N82

Preliminary Design of the Exchange System of the Shortwave Aerial

Jin Yu1)Wang Yulong2)

(N o.91917of P LA1),Beijing102401)

(N av y Communication M ilitary R epresentative Office in Jing zhou2),Jingzhou434007) Abstract:Development demand that the aerial ex chang es to collecting mail of communication serv ice of foundation shortwave of this text.Function and structure of t he ex chang e system of the aer ial that have introduced the shortw av e and collected mail briefly,and has designed the function module o f the system tentatively.

Key words:aerial ex chang ing,centralized control,electronic matr ix,public device,SPDT

C lass number:T N82

1引言

近年来,短波通信业务在军队短波通信台站得到了迅速发展。短波收信机以及通信终端机不断更新,而目前的收信天线交换系统基本上是机械式的。选择天线靠人工插拔,频繁动作极易造成接触不良、接插件损坏等故障,性能极不稳定。虽然各通信台站的通信规模和通信特点不同,但制作天线自动交换系统,提高天线交换的时效和抢代通的速度已成为各通信台站面临的一个紧迫问题。

短波收信天线交换系统根据通信组网要求,实现收信天线和收信机的快速、准确、可靠连接,并对天线连接状态及使用情况实施监控。适用于在短波通信台站中取代现有的天线交换(机械式的、靠人工插拔操作方式的)系统,提高短波通信系统的可靠性及通信天线的利用率。

2收信天线交换系统基本结构

短波收信天线交换系统主要由三个模块组成:收信天线公用器、收信天线交换器(电子式自动交换矩阵)、收信天线集中控制管理系统。

2.1系统方框图

短波收信天线交换系统方框图如图1所示

:

图1收信天线交换控制系统方框图

2.2各单元功能

2.2.1天线共用器

此单元包括天线阻抗匹配(200欧)50欧),滤波,放大三个环节。实现任意一付天线允许同时接任意10部收信机,这就对信号放大环节提出了很

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总第148期2005年第4期

舰船电子工程

Ship Electronic Engineer ing

Vol.25N o.4

X收稿日期:2005年2月22日,修回日期:2005年3月11日

高的要求,要解决好信号放大的同时,噪声和干扰信号(如雷击)同时放大而影响系统整体效率的矛盾,合理分配好各环节的放大倍数和允许的噪声示数,满足系统整体噪声系数[3db 。2.2.2交换矩阵

此单元采用电子开关或继电器控制电路,输入电路和输出电路形成矩形连接。按设计技术要求,实现天线和收信机的任意连接,并高效地传递信息。

2.2.3天线集中控制管理系统

根据更位通信组网要求,设置天线交换控制指令。实现对交换矩阵的控制,并对天线连接状态及使用情况实时监控,同时,该系统还与发信天线集中控制管理系统相联,安装发信天线交换控制程序,在同一界面内可以监控发信天线的交换。2.2.4更位控制分系统

此系统和天线集中控制管理系统兼容,在更位上进行键盘操作,也可实现对天线交换的控制和监视。由于收信机种类很多,且大部分收信机本身无计算机控制系统,所以改造时需每个更位配置计算机系统。

3 功能模块的设计

3.1整机组成

各路天线信号通过串联在馈线上的防雷保安装置后进入各自天线共用器,经过阻抗转换、滤波、放大,最后共分10路信号输出。其中8路信号进入由SP4T 电子开关及SP32T 电子开关组成的交换矩阵,通过天线集中控制管理系统的控制,终端接收机可以接收任意一幅天线信号。检测单元通过对信号源的检测,可以迅速判断出系统故障点,以便及时对故障模块进行更换。

在系统出现故障时,每一路天线信号可保证有一路信号被可靠输出。3.2矩阵开关系统

矩阵开关系统,由M 条(合路器输出口数目),和(N+1)条行线(接收机数目)及继电器开关、控制部分、显示部分、故障报警部分、电源和操作部分组成。系统内采用同轴继电器构成基本交换网络。60部接收机,通过开关柜可同时接到4路天线上,通过控制器,经过编排可实现任意接收机与任一天线的连接。实现30*60路交换功能,自动完成天线和收信机之间的多路互换互联。

矩阵开关使用计算机控制系统可实现各种状

态的临控、故障预测和报警、历史记录等功能。控制器在搜索阶段依次将天线与30路天线接通,天线的输出端口与收信机接通,当19副天线的接收能力探测任务完成后,采集的数据送入计算机,计算机经计算(信号幅度和相位)选择出各频率点所对应的最佳接收天线,并判断出每部收信机对应的天线,控制器根据计算机提供的指令,完成电子开关接通的动作。3.3电路设计

3.3.1天线共用器

设备共分天线阻抗匹配(2008平衡-508不平衡),低通滤波,低噪声放大、功分四个环节。由于该设备工作在系统的前端,其噪声系数和动态范围的指标的优劣将对系统指标产生决定性的影响。对于无源部分(即阻抗转换、滤波)在确定电路之后着重电路的工艺设计,把插入损耗压到最低。放大部分,采用适合短波频段的XX 型低噪声晶体管,选择最佳工作点,合理分配各级的增益,使噪声系数和线性指标满足要求。功分部分使用M IN I 公司的XXX 型10路功分器,该电路插入损耗较小,性能稳定。

图2 天线共用器示意图

整机增益G \3dB,噪声系数F=2dB 。3.3.2交换矩阵

矩阵电子开关选用SKYWORKS 公司IC 结构的SPDT(单刀双掷)开关,它采用砷化镓(GaAs)的FET 管组成,电路型号为AS170-92。该电路与传统机械式继电器相比特点是体积小、功耗小、价格低,尤其功耗指标是在设计这种大规模矩阵电路中考虑的重要因素之一,它的功耗是0.2mA,而机械继电器是它100倍。价格仅是机械继电器的二分之一。其他指标如工作频率30MHz 时,插入损耗[0.28dB;隔离度\40dB,基本上满足系统要求。

SPDT 开关状态由TTL 电平控制。SP4T 开关含3个SPDT 开关,SP32T 开关含30个SPDT 开关。整个交换矩阵状态由天线集中控制管理系统的计算机发出指令控制。

3.3.3检测单元

检测单元主要是检测系统中的天线共用器以及矩阵电路是否工作正常,其依据是检测天线共用

132 靳 煜等:短波收信天线交换系统的初步设计 总第148期