CN115225043A - 一种用于北斗接收机低噪声放大器的电磁防护电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于北斗接收机低噪声放大器的电磁防护电路，包括输入匹配电路、一级防护电路、阻抗匹配电路、一级限幅电路、滤波电路、二级限幅电路和输出匹配电路。本发明通过一级限幅电路、二级限幅电路和滤波电路有效抑制单级瞬态限幅电路尖峰泄漏的缺点，减少敏感器件在经受强电磁脉冲时的损坏风险，达到较好的电磁防护效果。
Description
技术领域
本发明涉及电磁防护技术领域，具体为一种用于北斗接收机低噪声放大器的电磁防护电路。
背景技术
随着电子技术的快速发展与进步，设备外壳越来越多的使用复合材料，电子设备和系统中大量使用高灵敏度和高集成度的半导体器件和电路，而且电子设备所处的电磁环境日益复杂，使得电子设备的电磁灵敏度越来越高。一些强电磁脉冲对高灵敏度半导体器件的正常工作带来巨大的威胁，低噪声放大器作为北斗系统通信接收机前端最为关键的一部分，它的性能好坏直接决定了整个接收机的灵敏度。且由于低噪声放大器的半导体晶体管特性导致其对强电磁脉冲尤为敏感，极易发生电磁干扰。
目前一些通信接收机会在低噪声放大器之前安装一个限幅设计，但是该措施主要用于防止发射通道的功率泄漏以及一些较低功率的电磁干扰，但是对于强电磁脉冲的防护能力不足。使用独立的防护器件(如瞬态抑制二极管、压敏电阻、气体放电管等)进行单级瞬态限幅电路的设计存在响应时间和功率容量相矛盾的问题，存在尖峰泄漏。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于北斗接收机低噪声放大器的电磁防护电路，发夹型微带滤波器和多种瞬态抑制器件相结合，将瞬态限幅和稳态滤波一体化设计降低了输入信号的插入损耗，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于北斗接收机低噪声放大器的电磁防护电路，包括输入匹配电路、一级防护电路、阻抗匹配电路、一级限幅电路、滤波电路、二级限幅电路和输出匹配电路；
所述输入匹配电路的输出端连接有第一滤波电容，所述第一滤波电容的输出端与一级防护电路连接，所述一级防护电路的输出端与阻抗匹配电路的输入端连接，所述阻抗匹配电路的输出端与一级限幅电路连接，所述一级限幅电路的输出端与滤波电路的输入端连接，所述滤波电路的输出端与二级限幅电路的输入端连接，所述二级限幅电路的输出端连接有第二滤波电容，所述第二滤波电容的输出端与输出匹配电路连接。
优选的，所述一级防护电路包括压敏电阻和气体放电管，所述压敏电阻和气体放电管串联，所述气体放电管的一端接地，所述压敏电阻的一端与第一滤波电容的输出端连接。优选的，所述阻抗匹配电路为四分之一波长微带线。
优选的，所述一级限幅电路包括第一PIN二极管和扼流电感一，所述第一PIN二极管和扼流电感一并联，所述第一PIN二极管的负极接地。
优选的，所述滤波电路为发夹型微带滤波器，且其包括介质基片和设置在介质基片上的第一谐振器、第二谐振器、第三谐振器、第四谐振器和第五谐振器，所述第一谐振器、第三谐振器和第五谐振器为发夹型半波长谐振器，且均开口向上；所述第二谐振器和第四谐振器为发夹型半波长谐振器，且开口向下设置，所述第一谐振器和第五谐振器两端设置有抽头一和抽头二，所述抽头一作为输入微带线，所述抽头二作为输出微带线。优选的，所述介质基片采用罗杰斯4350C板材，成分为碳氢化合物陶瓷微波介质材料，厚度为0.635mm，介电常数为3.38，1.5GHZ时介电损耗为0.0037。
优选的，所述二级限幅电路包括第二PIN二极管和扼流电感二，所述第二PIN二极管和扼流电感二并联，所述第二PIN二极管的负极接地。
优选的，所述输出匹配电路和输入匹配电路均采用微带双枝短截线匹配电路。
优选的，所述第一谐振器的长臂为23.7mm和第五谐振器的长臂相等，第一谐振器的短臂为21.8mm和第五谐振器的短臂相等；第二谐振器、第三谐振器和第四谐振器的臂长和第一谐振器的长臂相等；
所述第一谐振器和第二谐振器之间的距离为1.2mm，第二谐振器和第三谐振器之间的距离为1.7mm，所述第三谐振器和第四谐振器之间的距离为1.7mm，所述第四谐振器和第五谐振器之间的距离为1.2mm；所述抽头一的长度为7mm，所述抽头二的长度与抽头一相等。
优选的，所述扼流电感一和扼流电感一采用空心电感，所述PIN二极管的I层厚度为9μm，主要作用为泄流；第二PIN二极管的I层厚度为3μm。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明中，将瞬态限幅电路和稳态滤波电路进行一体化设计，遇到强电磁脉冲时，一级限幅电路响应时间较短所以先导通，形成低阻抗短路，在传输线上产生驻波，由于微带线长度为四分之一波长，所以在一级防护电路处达到驻波幅值的最大值，使一级防护电路快速导通。一级防护电路中压敏电阻先导通，然后气体放电管导通，可以进行大电流的泄放，同时有效防止独立器件使用时存在的续流和电流泄漏问题。
2、本发明中，强电磁脉冲经过一级PIN限幅电路之后，将电磁脉冲产生的能量通过地线释放，但是会产生高频分量，以及存在尖峰泄漏，经发夹带通滤波器之后可以抑制高频分量和尖峰泄漏，再经过二级PIN限幅电路可以有效地抑制尖峰泄漏，最终实现对北斗接收机内低噪声放大器的强电磁脉冲防护。
附图说明
图1为本发明原理连接框图；
图2为本发明电路结构连接图；
图3为本发明滤波电路结构图；
图4为本发明输入匹配电路结构；
图5为本发明输出匹配电路结构图；
图6为本发明滤波电路仿真结果图。
图中：输入匹配电路1、一级防护电路2、阻抗匹配电路3、一级限幅电路4、滤波电路5、二级限幅电路6、输出匹配电力路7、压敏电阻201、气体放电管202、第一PIN二极管401、扼流电感一402、介质基片501、第一谐振器502、第二谐振器503、第三谐振器504、第二PIN二极管601、扼流电感二602。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参阅图1-6，本发明提供一种技术方案：一种用于北斗接收机低噪声放大器的电磁防护电路，包括输入匹配电路1、一级防护电路2、阻抗匹配电路3、一级限幅电路4、滤波电路5、二级限幅电路6和输出匹配电力路7；
输入匹配电路1的输出端连接有第一滤波电容8，第一滤波电容8的输出端与一级防护电路2连接，一级防护电路2的输出端与阻抗匹配电路3的输入端连接，阻抗匹配电路3的输出端与一级限幅电路4连接，一级限幅电路4的输出端与滤波电路5的输入端连接，滤波电路5的输出端与二级限幅电路6的输入端连接，二级限幅电路6的输出端连接有第二滤波电容9，第二滤波电容9的输出端与输出匹配电路7连接。
一级防护电路2包括压敏电阻201和气体放电管202，压敏电阻201和气体放电管202串联，气体放电管202的一端接地，压敏电阻201的一端与第一滤波电容8的输出端连接。当气体放电管202两端的电压不断增大，达到并超过气体放电管内间隙气体的击穿电压时，气体放电管202内部气体被击穿，气体放电管202导通，达到泄放大量电流的作用。利用氧化锌晶体颗粒之间的势垒晶界层的遂穿效应工作，当压敏电阻201两端电压达到过冲峰值电压时会将电压钳制在固定值。
阻抗匹配电路3为四分之一波长微带线，是指一段长度等于传输信号波长的四分之一的传输线，是一种简单实用的单频点阻抗匹配电路，本方案中用于形成驻波。
一级限幅电路4包括第一PIN二极管401和扼流电感一402，第一PIN二极管401和扼流电感一402并联，第一PIN二极管401的负极接地。可以避免气体放电管202的续流和压敏电阻201的漏电流问题，同时可以使结电容变小。
滤波电路5为发夹型微带滤波器，且其包括介质基片501和设置在介质基片501上的第一谐振器502、第二谐振器503、第三谐振器504、第四谐振器505和第五谐振器506，第一谐振器502、第三谐振器504和第五谐振器506为发夹型半波长谐振器，且均开口向上；第二谐振器503和第四谐振器505为发夹型半波长谐振器，且开口向下设置，第一谐振器502和第五谐振器506两端设置有抽头一和抽头二，抽头一作为输入微带线，抽头二作为输出微带线。发夹型微带滤波器特点为采用交叉耦合结构，其通带频率为1.4G-1.7GHZ，能在通带附近的有限频率出产生传输零点，滤波器的带外抑制能力有较大的提高，相比于传统的平行耦合谐振腔充分缩小了尺寸。
介质基片501采用罗杰斯4350C板材，成分为碳氢化合物陶瓷微波介质材料，厚度为0.635mm，介电常数为3.38，1.5GHZ时介电损耗为0.0037。
二级限幅电路6包括第二PIN二极管601和扼流电感二602，第二PIN二极管601和扼流电感二602并联，第二PIN二极管601的负极接地。
扼流电感一402和扼流电感一402的作用是为PIN二极管提供直流通路，以维持直流电流的连续性，实现电导调制。
输出匹配电路7和输入匹配电路1均采用微带双枝短截线匹配电路。
第一谐振器502的长臂为23.7mm和第五谐振器506的长臂相等，第一谐振器502的短臂为21.8mm和第五谐振器506的短臂相等；第二谐振器503、第三谐振器504和第四谐振器505的臂长和第一谐振器502的长臂相等；
第一谐振器502和第二谐振器503之间的距离为1.2mm，第二谐振器503和第三谐振器504之间的距离为1.7mm，第三谐振器504和第四谐振器505之间的距离为1.7mm，第四谐振器505和第五谐振器506之间的距离为1.2mm；抽头一的长度为7mm，抽头二的长度与抽头一相等。
扼流电感一402和扼流电感一402采用空心电感，PIN二极管的I层厚度为9μm，主要作用为泄流；第二PIN二极管601的I层厚度为3μm。
工作原理：本发明将瞬态限幅电路和稳态滤波电路5进行一体化设计，遇到强电磁脉冲时，一级限幅电路4响应时间较短所以先导通，形成低阻抗短路，在传输线上产生驻波，由于微带线长度为四分之一波长，所以在一级防护电路2处达到驻波幅值的最大值，使一级防护电路2快速导通。一级防护电路2中压敏电阻201先导通，然后气体放电管导通，可以进行大电流的泄放，同时有效防止独立器件使用时存在的续流和电流泄漏问题。
强电磁脉冲经过一级PIN限幅电路之后，将电磁脉冲产生的能量通过地线释放，但是会产生高频分量，以及存在尖峰泄漏。经发夹带通滤波器之后可以抑制高频分量和尖峰泄漏，再经过二级PIN限幅电路可以有效地抑制尖峰泄漏，最终实现对北斗接收机内低噪声放大器的强电磁脉冲防护。
其中一级限幅电路4和二级限幅电路6的原理为：当强电磁脉冲注入到PIN二极管时，PIN二极管的I层载流子不断复合，形成和二极管正向偏置极性相同的直流电流，此时的PIN二极管相当于一个小电阻。对信号的正半周和负半周呈现相同的电导率。PIN二极管与扼流电感形成回路，从而实现电导调制，理想情况下输出信号的波形保持不变，幅度降低。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种用于北斗接收机低噪声放大器的电磁防护电路，其特征在于：包括输入匹配电路(1)、一级防护电路(2)、阻抗匹配电路(3)、一级限幅电路(4)、滤波电路(5)、二级限幅电路(6)和输出匹配电力路(7)；
所述输入匹配电路(1)的输出端连接有第一滤波电容(8)，所述第一滤波电容(8)的输出端与一级防护电路(2)连接，所述一级防护电路(2)的输出端与阻抗匹配电路(3)的输入端连接，所述阻抗匹配电路(3)的输出端与一级限幅电路(4)连接，所述一级限幅电路(4)的输出端与滤波电路(5)的输入端连接，所述滤波电路(5)的输出端与二级限幅电路(6)的输入端连接，所述二级限幅电路(6)的输出端连接有第二滤波电容(9)，所述第二滤波电容(9)的输出端与输出匹配电路(7)连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于北斗接收机低噪声放大器的电磁防护电路，其特征在于：所述一级防护电路(2)包括压敏电阻(201)和气体放电管(202)，所述压敏电阻(201)和气体放电管(202)串联，所述气体放电管(202)的一端接地，所述压敏电阻(201)的一端与第一滤波电容(8)的输出端连接。
3.根据权利要求1所述的一种用于北斗接收机低噪声放大器的电磁防护电路，其特征在于：所述阻抗匹配电路(3)为四分之一波长微带线。
4.根据权利要求1所述的一种用于北斗接收机低噪声放大器的电磁防护电路，其特征在于：所述一级限幅电路(4)包括第一PIN二极管(401)和扼流电感一(402)，所述第一PIN二极管(401)和扼流电感一(402)并联，所述第一PIN二极管(401)的负极接地，所述第一PIN二极管(401)的I层厚度为9μm，主要作用为泄流。
5.根据权利要求1所述的一种用于北斗接收机低噪声放大器的电磁防护电路，其特征在于：所述滤波电路(5)为发夹型微带滤波器，且其包括介质基片(501)和设置在介质基片(501)上的第一谐振器(502)、第二谐振器(503)、第三谐振器(504)、第四谐振器(505)和第五谐振器(506)，所述第一谐振器(502)、第三谐振器(504)和第五谐振器(506)为发夹型半波长谐振器，且均开口向上；所述第二谐振器(503)和第四谐振器(505)为发夹型半波长谐振器，且开口向下设置，所述第一谐振器(502)和第五谐振器(506)两端设置有抽头一和抽头二，所述抽头一作为输入微带线，所述抽头二作为输出微带线。
6.根据权利要求5所述的一种用于北斗接收机低噪声放大器的电磁防护电路，其特征在于：所述介质基片(501)采用罗杰斯4350C板材，成分为碳氢化合物陶瓷微波介质材料，厚度为0.635mm，介电常数为3.38，1.5GHZ时介电损耗为0.0037。
7.根据权利要求1所述的一种用于北斗接收机低噪声放大器的电磁防护电路，其特征在于：所述二级限幅电路(6)包括第二PIN二极管(601)和扼流电感二(602)，所述第二PIN二极管(601)和扼流电感二(602)并联，所述第二PIN二极管(601)的负极接地，所述第二PIN二极管(601)的I层厚度为3μm。
8.根据权利要求1所述的一种用于北斗接收机低噪声放大器的电磁防护电路，其特征在于：所述输出匹配电路(7)和输入匹配电路(1)均采用微带双枝短截线匹配电路。
9.根据权利要求5所述的一种用于北斗接收机低噪声放大器的电磁防护电路，其特征在于：所述第一谐振器(502)的长臂为23.7mm和第五谐振器(506)的长臂相等，第一谐振器(502)的短臂为21.8mm和第五谐振器(506)的短臂相等；第二谐振器(503)、第三谐振器(504)和第四谐振器(505)的臂长和第一谐振器(502)的长臂相等；
所述第一谐振器(502)和第二谐振器(503)之间的距离为1.2mm，第二谐振器(503)和第三谐振器(504)之间的距离为1.7mm，所述第三谐振器(504)和第四谐振器(505)之间的距离为1.7mm，所述第四谐振器(505)和第五谐振器(506)之间的距离为1.2mm；所述抽头一的长度为7mm，所述抽头二的长度与抽头一相等。
10.根据权利要求4所述的一种用于北斗接收机低噪声放大器的电磁防护电路，其特征在于：所述扼流电感一(402)和扼流电感一(402)采用空心电感。
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