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矩阵开关&多路耦合器性能参数解读

??矩阵开关和多路耦合器作为卫星通信过程中的一种信号传输分配的关键一环不可或缺。那么如何选取矩阵开关和多路耦合器呢?或者说我们怎么通过它们的性能参数判断它们的优劣呢?本文会给你一个答案。

1.扇入/扇出

??在软件设计扇入/扇出分别指:

  • 扇入:最大输入单个逻辑门可接受的数字信号。软件设计是指直接调用该模块上级模块的数量
  • 扇出:单个逻辑门可以驱动的数字信号输入最大。在软件设计中,指模块直接调用的下级模块的数量

??卫星通信存在差异 例如,扇入矩阵开关对应于扇出矩阵开关结构不同矩阵开关分别用于卫星通信的下行链路(Downlink)随后的信号接收部分与上行链路(Uplink)之前的信号发射部分分别用于相应矩阵开关适用频率范围内的集中统一接收传输和集中统一分配传输。

??在软件设计中,阻塞/非阻塞类似于扇入/扇出 在中间,阻塞意味着一个输入端口只能将信号传输到一个输出端口,而不是将信号传输到所有输出端口。 ??阻塞/非阻塞与同步/异步有什么区别?根据《操作系统概念》(第9版)通信相关部分的相关解释,阻塞/非阻塞与同步/异步是同义词。 对应的解释如下:

  • 阻塞式发送(Blocking send):直到接收到消息,发送方的过程才会被阻塞
  • 非阻塞式发送(Nonblocking send):调用发送方过程 send() 之后,您可以立即进行其他操作
  • 阻塞式接收(Blocking receive):接收方调用 receive() 直到消息到达可用,它才被阻塞
  • 非阻塞接收(Nonblocking receive):接收方调用 receive() 函数后,要么得到有效的结果,要么得到空值,即不会被阻塞

2、频率范围

??在卫星通信中,卫星与地面的交互涉及不同的波段,如L波段(1-2GHz)、S波段(2-4GHz)、C波段(4-8GHz)、Ku波段(12-18GHz)、Ka波段(26.5-40GHz)等等,每个波段或不同波段对应一个或多个矩阵开关或多个耦合器。不同频率 通过功率合成器和信号功率分配器在扇入/扇出中传输,可大致分为有损/无损方式传输。

3、增益

(1)什么是增益?

??一般指放大倍数,指输出信号与输入信号之间的比例关系,通常与放大器有关。天线增益是指能量在特定方向集中的程度。矩阵开关的增益是什么?通常是为了无损输出信号,对于 一个信号输入端口需要将信号传输到所有输出端口,在输送到每个输出端口的过程中,能量将不可避免地减少,使信号能量与输入端口一致无损传输或增加,将通过放大器等部件调整信号,从而产生增益。

(2)可调增益和固定增益

??顾名思义,增益可调,增益可调。一般有两种情况:MGC和AGC。MGC控制电位器或手动增益控制CPU调整电路增益。AGC根据输出电平的大小自动调整电路增益称为自动增益控制。增益10dB可调是指增益允许调整的范围。 ??固定增益,即增益不可调,输出信号与输入信号的比例关系是固定的。

4、平坦度

??对于 一般平坦度是指带内平坦度,也就是说,与中心频率相比,带内信号各频率点的范围变化。

??一直用来衡量发射链中的平坦度指标线性失真重要指标。这是因为无论是放大电路和各级模拟滤波器的频率选择,还是整个发射链路中各设备之间的阻抗不匹配,都是影响输出信号带平整度的直接原因。平坦度越高,信号范围变化越大,信号稳定性越差。国家标准定义了偏离中心频率的要求 /-3.59MHz的带内平坦度差不大于 /-0.5dB。

5.二阶/三阶截点和交调

(1)截点是什么?

??固体放大器通常使用二极管或场效应管等晶体管进行放大。虽然这些晶体管通常用于线性工作模式,但非线性现象仍然存在,例如,互调产品和谐波以虚假信号的形式出现在输出端。在单音调下,虚假信号是输入信号的多个谐波。在双音调下,虚假信号是两个输入信号f1和f二、三阶互调产品是最常见的混合产品。

  • 二阶互调产品是输入信号频率加减后的信号(最大)
  • 三阶互调产物由基波信号和二次谐波组成

(2)什么会导致产生二阶/三阶截点和交调呢?

??一般射频器件接触不良,设备老化,所有这些都可能导致设备的非线性。交叉调整字面上是相互影响(两个或两个以上),交叉调整产品是相互影响的产物。两个或两个以上频率的无线电波在非线性射频设备中传播,或在空气中传播遇到金属物体时,可能会产生其他频率的交叉调整干扰信号。

(3)截点和交调的物理意义是什么?

??三阶交调的截取点是三阶交调IP3(Third-order Intercept Point)在射频或微波多载波通信系统中,三阶交调截取点IP3(Third-order Intercept Point)是一个测量线性度或失真重要指标。 ??交调干扰信号分为三阶、五阶、七阶或更多阶,但三阶交调分量最大。三阶交调是衡量射频设备非线性的重要指标,其尺寸以交调产品与主输出信号的比率表示,单位为dBc。选择射频设备时,三阶交调指标的绝对值越大越好。其值越大,交调产品的主信号越小,对系统的干扰影响越小。 ??对于模拟微波通信,交调失真会产生相邻通道的串扰。对于数字微波通信,系统的频谱利用率会降低,误码率会恶化;因此,系统容量越大,要求就越高IP3越高,IP线性度越高,失真越少。

6、1dB压缩点

(1)什么是1dB压缩点?物理意义是什么?

??放大器具有线性动态范围,放大器的输出功率随输入功率线性增加。放大器进入非线性区,输出功率不再随着输入功率的增加而线性增加,即输出功率低于小信号增益的预期值。增益通常低于线性增益dB输出功率值定义为输出功率1dB压缩点,用P1dB表示。典型情况下,当功率超过时,P1dB时,增益将迅速下降并达到一个最大的或完全饱和的输出功率,其值比P1dB大3-4dB。

(2)如何根据数值判断其性能?

??1dB压缩点越高意味着输出功率越高,信号的线性范围越宽,可靠性更强

7、隔离度

??隔离是为了减少各种干扰对接收机的影响而采取的抑制干扰措施。 一般指输出端口与输出端口之间的隔离。其数值越大越好,表示互相之间的干扰越小。

8、串扰

  串扰是两条信号线之间的耦合、信号线之间的互感和互容引起线上的噪声。容性耦合引发耦合电流,而感性耦合引发耦合电压。 串扰是指一个信号在传输通道上传输时,因电磁耦合而对相邻的传输线产生不期望的影响,在被干扰信号表现为被注入了一定的耦合电压和耦合电流。耦合长度、间距变化、防护底线、防护过孔都会对串扰产生影响。一般有近端、远端、外部、质谱串扰。   对于 而言,一般是指抗串扰度,其值越高表示串扰显现越微弱,产品受影响程度越低。

9、驻波比

  连接器和开关信号路径对于理想50 Ω(或75Ω)传输线匹配的良好程度。驻波比(VSWR)越大,反射越大,匹配越差,信号传输的效率越低。其值越接近1越好。在驻波比为1.5的时候,反射率为4%;1.1的时候,反射率为0.23%。

10、继电器

  继电器(relay)是一种电控制器件,是当输入量(激励量)的变化达到规定要求时,在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器。它具有控制系统(又称输入回路)和被控制系统(又称输出回路)之间的互动关系。通常应用于自动化的控制电路中,它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。   继电器一般都有能反映一定输入变量(如电流、电压、功率、阻抗、频率、温度、压力、速度、光等)的感应机构(输入部分);有能对被控电路实现“通”、“断”控制的执行机构(输出部分);在继电器的输入部分和输出部分之间,还有对输入量进行耦合隔离,功能处理和对输出部分进行驱动的中间机构(驱动部分)。

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