CN203951441U - 电磁兼容前置放大器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电磁兼容的技术领域，更具体地，涉及电磁兼容前置放大器。电磁兼容前置放大器，其中，包括电源电路、与电源电路连接的电源滤波电路、与电源滤波电路连接的放大管，分别与放大管连接的输入耦合电路、输出耦合电路，输入耦合电路连接信号输入端，输出耦合电路连接信号输出端。本实用新型提供一种低成本、低噪声、高稳定性、宽频带的电磁兼容前置放大器方案。运用在电磁兼容电路的设计分析和整改中，能够直观准确地分析电磁噪声来源及快速定位解决产品的电磁兼容问题。运用该方案既节省了采购前置放大器高昂的成本，又解决了在没有屏蔽室或电波暗室等专业设施的自然空间环境中，对低于环境噪声电平的电磁噪声的测量分析与整改。

Description

电磁兼容前置放大器

技术领域

 本实用新型涉及电磁兼容的技术领域，更具体地，涉及电磁兼容前置放大器。

背景技术

在电磁兼容领域，产品的电磁兼容测试项目的辐射骚扰测试中，为了获得更低的背景环境噪声电平，通常会使用前置放大器进行信号放大处理。此类放大器的特点是宽频带、高增益且信号平坦度较好的放大器，根据实际需要选择合适的带宽和增益，以满足需要。在电路的电磁兼容设计、分析及整改方面，对于产品的某些能量较小的电磁噪声信号，在自然空间环境中，由于存在着各种各样的广播、通讯、卫星等等信号，若要测量分析的电磁噪声电平低于自然空间的环境噪声电平，利用频谱仪和场强探头直接捕获测量，就显得非常困难。只能选择在专业的电波暗室或屏蔽室隔离外界电磁波的干扰后才能测量，但在不具备专业测试场地及设备的情况下，要对产品的电磁兼容设计分析、整改，就需要增加一级增益合适、带宽足够的前置放大器，将较低的噪声电平加以放大处理，最终使之能在频谱仪上呈现出来，便可以解决在自然环境中的电磁噪声测量分析。

在电磁兼容检测行业中，很大一部分前置放大器产品均由国外制造商设计生产，采购成本非常高，前置放大器设备本身属于敏感电子设备，人体携带的静电、输入信号过载及电源波动等因素，均易引起故障或损坏。在电子领域，放大器种类繁多，设计原理迥异，产品用途不同，所有的设计均是根据实际的需求进行设计。

发明内容

本实用新型为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供电磁兼容前置放大器，提供一种低成本、高稳定性、宽频带的电磁兼容前置放大器，运用于产品的电磁兼容设计分析和整改工作中，能够将微弱的电磁噪声进行放大处理，使于技术人员直观分析。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：电磁兼容前置放大器，其中，包括电源电路、与电源电路连接的电源滤波电路、与电源滤波电路连接的放大管，分别与放大管连接的输入耦合电路、输出耦合电路，输入耦合电路连接信号输入端，输出耦合电路连接信号输出端。

本方案中，输入耦合电路包含保护电路及匹配的电路，输出耦合电路包含保护电路及匹配的电路，信号输入端、信号输出端采用衰减较小的高频同轴线连接。

本方案是根据电磁兼容检测领域的特殊要求而设计，专业性高，针对性强，具有低成本、低噪声、高稳定性、宽频带的技术特点，由于在电磁兼容领域的特殊要求，在输入输出阻抗、静电放电保护、带宽、增益等方面都要特殊要求。

本方案在材料选用上，必须全部选用表面贴片型器件，电路由五大部分组成，包含电源电路，电源滤波电路，输入耦合电路，放大管，输出耦合电路，本方案带宽可达从150kHz-1GHz,平均增益达20dB, 信号平坦度(20dB)+/-3dB,电压输入直流7-18伏，总电流≤30毫安。

具体的，所述的电源电路包括二极管D1、灯LED1、电阻R1，二极管D1一端连接VCC，另一端连接灯LED1，灯LED1另一端连接电阻R1。二极管D1, 灯LED1、电阻R1组成电源反接保护及电源通电指示。电压从二极管D1阳极输入，二极管D1的作用在于防止输入电压极性反接。一旦输入电压极性被反接，二极管D1将截止，阻止电流流过二极管D1,保护后级放大电路。灯LED1, 电阻R1为电源指示电路，有电压输入的情况下，灯LED1将被点亮，指示电路工作。

具体的，所述的电源滤波电路包括电源稳压模块U1、电容C1、电容C2、电阻R2、电容C3、电容C4，电源稳压模块U1的Vin端连接电源电路，电源稳压模块U1的Vout端连接电容C2和电阻R2，电源稳压模块U1的GND端接地；电阻R2连接电容C3、电容C4。

所述的放大管为U2信号放大管，U2信号放大管的第4脚通过输入耦合电路连接信号输入端，U2信号放大管的第2脚通过输出耦合电路连接信号输出端；电容C4连接U2信号放大管的第3脚。

本方案中，电源稳压模块U1, 电容C1, 电容C2, 电阻R2, 电容C3，电容C4组成电源滤波电路。电源稳压模块U1为+5伏电源稳压模块，需选用高性能低噪声系数的电源模块。电容C1, 电容C2为电源输入与输出滤波，充分滤除电源输入与输出的纹波噪声，为后级放大电路提供纯净稳定的工作电流。电阻R2, 电容C3, 电容C4为放大管U2的电源输入端去耦电路，电容C4的位置极为重要，在电路布局时，电容C4必须靠在放大管U2的第3脚电源输入脚上，这样的布局能缩短电路走线，将电路在高频时的走线等效电感量降到最小，对放大管U2高频工作时在电源上产生的纹波噪声有较好地吸收，有利于放大电路的稳定工作，同理，电阻R2, 电容C3也尽量靠近电容C4。

进一步的，所述的U2信号放大管的第4脚与U2信号放大管的第2脚通过地层隔离。U2采用宽频带的信号放大管，以满足带宽需要，在电路板布局时，U2的输入与输出引脚之间，用地层进行充分隔离，防止信号的输入脚与输出脚在高频时发生邻近耦合，引起电路自激振荡。

具体的，所述的输入耦合电路包括电阻R4、电容C5、电容C6、二极管D1、二极管D2，U2信号放大管的第4脚连接电容C5、电容C6，再通过电阻R4、二极管D1、二极管D2连接信号输入端。所述的输出耦合电路包括电阻R3、电容C7、电容C8、二极管D3、二极管D4，U2信号放大管的第2脚连接电容C7、电容C8，再通过电阻R3、二极管D3、二极管D4连接信号输出端。

本方案中，电阻R3, 电阻R4, 电容C5, 电容C6, 电容C7, 电容C8组成输入与输出耦合网络及提供输入输出匹配。电阻R3, 电阻R4为U2提供一定的输入与输出阻抗，以消除电路自激振荡。电容C5, 电容C6, 电容C7, 电容C8为满足输入与输出信号从150kHz至1GHz的带宽要求，采用电容并联的方式，提高信号带宽。

二极管D1, 二极管D2, 二极管D3, 二极管D4为输入输出端口静电放电保护二极管。为消除静电放电对电路的损坏，在输入输出端口增加防静电二极管，保护电路以正常工作。

电路完成后，利用金属屏蔽罩，对整个电路进行屏蔽，以消除自然空间中的广播、通讯、卫星等信号耦合至放大器内部。

一种应用所述电磁兼容前置放大器的控制方法，其中：包括以下步骤，

S1. 电源电路提供电源，保护及指示电路工作；

S2. 电源滤波电路滤除电源输入与输出的纹波噪声，为后级放大电路提供纯净稳定的工作电流；

S3. 放大管宽频带信号放大，满足带宽需要；

S4. 输入耦合电路、输出耦合电路提供一定的输入与输出阻抗，消除静电放电对电路的损坏；

S5. 利用金属屏蔽罩，对整个电路进行屏蔽，以消除自然空间中的广播、通讯、卫星等信号耦合至放大器内部。

与现有技术相比，有益效果是：本实用新型提供一种低成本、低噪声、高稳定性、宽频带的电磁兼容前置放大器方案，采用常规的器件进行电路设计，由直流稳压管、放大管、电源滤波电路、输入与输出耦合电路、阻抗稳定电路等电路组成。频率带宽150kHz-1GHz，平均增益20dB, 输出信号平坦度(20dB)+/-3dB 。输入电压直流7-18伏，工作电流≤30毫安。运用在电磁兼容电路的设计分析和整改中，能够直观准确地分析电磁噪声来源及快速定位解决产品的电磁兼容问题。。运用该方案既节省了采购前置放大器高昂的成本，又解决了在没有屏蔽室或电波暗室等专业设施的自然空间环境中，对低于环境噪声电平的电磁噪声的测量分析与整改。

附图说明

图1是本实用新型电路原理方框示意图。

图2是本实用新型电路原理连接示意图。

图3是本实用新型放大管U2连接示意图。

图4是本发明在150kHz – 1GHz的本底噪声，在频点500MHz时本底噪声为-59.7dB示意图。

图5是本实用新型在频点150MHz时增益在20.9dB示意图。

图6是本实用新型在频点500MHz时增益在21.6dB示意图。

图7是本实用新型在频点1000MHz时增益在21.4dB示意图。

图8是本实用新型在150kHz – 1GHz信号平坦度示意图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

如图1、2所示，电磁兼容前置放大器，其中，包括电源电路1、与电源电路1连接的电源滤波电路2、与电源滤波电路2连接的放大管4，分别与放大管4连接的输入耦合电路3、输出耦合电路5，输入耦合电路3连接信号输入端，输出耦合电路5连接信号输出端。

本实施例中，输入耦合电路3包含保护电路及匹配的电路，输出耦合电路5包含保护电路及匹配的电路，信号输入端、信号输出端采用衰减较小的高频同轴线连接。

本方案是根据电磁兼容检测领域的特殊要求而设计，专业性高，针对性强，具有低成本、低噪声、高稳定性、宽频带的技术特点，由于在电磁兼容领域的特殊要求，在输入输出阻抗、静电放电保护、带宽、增益等方面都要特殊要求。

本方案在材料选用上，必须全部选用表面贴片型器件，电路由五大部分组成，包含电源电路1，电源滤波电路2，输入耦合电路3，放大管4，输出耦合电路5，本方案带宽可达从150kHz-1GHz,平均增益达20dB, 信号平坦度(20dB)+/-3dB,电压输入直流7-18伏，总电流≤30毫安。

具体的，电源电路1包括二极管D1、灯LED1、电阻R1，二极管D1一端连接VCC，另一端连接灯LED1，灯LED1另一端连接电阻R1。二极管D1, 灯LED1、电阻R1组成电源反接保护及电源通电指示。电压从二极管D1阳极输入，二极管D1的作用在于防止输入电压极性反接。一旦输入电压极性被反接，二极管D1将截止，阻止电流流过二极管D1,保护后级放大电路。灯LED1, 电阻R1为电源指示电路，有电压输入的情况下，灯LED1将被点亮，指示电路工作。

电源滤波电路2包括电源稳压模块U1、电容C1、电容C2、电阻R2、电容C3、电容C4，电源稳压模块U1的Vin端连接电源电路，电源稳压模块U1的Vout端连接电容C2和电阻R2，电源稳压模块U1的GND端接地；电阻R2连接电容C3、电容C4。

放大管4为U2信号放大管，U2信号放大管的第4脚通过输入耦合电路连接信号输入端，U2信号放大管的第2脚通过输出耦合电路连接信号输出端；电容C4连接U2信号放大管的第3脚。

本实施例中，电源稳压模块U1, 电容C1, 电容C2, 电阻R2, 电容C3，电容C4组成电源滤波电路2。电源稳压模块U1为+5伏电源稳压模块，需选用高性能低噪声系数的电源模块。电容C1, 电容C2为电源输入与输出滤波，充分滤除电源输入与输出的纹波噪声，为后级放大电路提供纯净稳定的工作电流。电阻R2, 电容C3, 电容C4为放大管U2的电源输入端去耦电路，电容C4的位置极为重要，在电路布局时，电容C4必须靠在放大管U2的第3脚电源输入脚上，这样的布局能缩短电路走线，将电路在高频时的走线等效电感量降到最小，对放大管U2高频工作时在电源上产生的纹波噪声有较好地吸收，有利于放大电路的稳定工作，同理，电阻R2, 电容C3也尽量靠近电容C4。

U2信号放大管的第4脚与U2信号放大管的第2脚通过地层隔离。U2采用宽频带的信号放大管，以满足带宽需要，在电路板布局时，U2的输入与输出引脚之间，用地层进行充分隔离，防止信号的输入脚与输出脚在高频时发生邻近耦合，引起电路自激振荡。如图3所示，利用地层穿过U2的底面，隔离信号输入第4脚与输出引脚第2脚。

输入耦合电路3包括电阻R4、电容C5、电容C6、二极管D1、二极管D2，U2信号放大管的第4脚连接电容C5、电容C6，再通过电阻R4、二极管D1、二极管D2连接信号输入端。输出耦合电路5包括电阻R3、电容C7、电容C8、二极管D3、二极管D4，U2信号放大管的第2脚连接电容C7、电容C8，再通过电阻R3、二极管D3、二极管D4连接信号输出端。

本实施例中，电阻R3, 电阻R4, 电容C5, 电容C6, 电容C7, 电容C8组成输入与输出耦合网络及提供输入输出匹配。电阻R3, 电阻R4为U2提供一定的输入与输出阻抗，以消除电路自激振荡。电容C5, 电容C6, 电容C7, 电容C8为满足输入与输出信号从150kHz至1GHz的带宽要求，采用电容并联的方式，提高信号带宽。

二极管D1, 二极管D2, 二极管D3, 二极管D4为输入输出端口静电放电保护二极管。为消除静电放电对电路的损坏，在输入输出端口增加防静电二极管，保护电路以正常工作。

电路完成后，利用金属屏蔽罩，对整个电路进行屏蔽，以消除自然空间中的广播、通讯、卫星等信号耦合至放大器内部。将电路的输入端口采用50欧姆电阻端接后，输出端接至频谱分析仪，接通电源，使前置放大器正常工作，频谱分析仪设置扫频带宽从150kHz 至1GHz，在频谱分析仪上不能有任何杂讯被耦合至放大器。这时所测量到的即是前置放大器的本底噪声电平。

如图4中，在频点500MHz时本底噪声读值为-59.7dBm ，底噪平坦。

前置放大器的增益，在150kHz 至1GHz频段内分别选取高、中、低三个频点，简单地测量放大器在不同频点下的增益。通过信号源向前置放大器注入信号强度为-50dBm的三个频点，分别是150MHz,500MHz,1GHz ，如下图5,图6,图7。

信号平坦度测量，将信号源设置从150kHz 至1GHz扫频输出，信号强度为-50dBm，通过频谱分析仪扫频测量，如下图8。

本实施例是根据电磁兼容检测领域的特殊要求而设计，专业性高，针对性强，具有低成本、低噪声、高稳定性、宽频带的技术特点，由于在电磁兼容领域的特殊要求，在输入输出阻抗、静电放电保护、带宽、增益等方面都要特殊要求。该放大电路运用在电磁兼容电路的设计分析和整改中，既节省了采购前置放大器高昂的成本，又解决了在没有屏蔽室或电波暗室等专业设施的自然空间环境中，对低于环境噪声电平的电磁噪声的测量分析与整改。

一种应用所述电磁兼容前置放大器的控制方法，其中：包括以下步骤，

S1. 电源电路1提供电源，保护及指示电路工作；

S2. 电源滤波电路2滤除电源输入与输出的纹波噪声，为后级放大电路提供纯净稳定的工作电流；

S3. 放大管4宽频带信号放大，满足带宽需要；

S4. 输入耦合电路3、输出耦合电路5提供一定的输入与输出阻抗，消除静电放电对电路的损坏；

S5. 利用金属屏蔽罩，对整个电路进行屏蔽，以消除自然空间中的广播、通讯、卫星等信号耦合至放大器内部。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.电磁兼容前置放大器，其特征在于，包括电源电路（1）、与电源电路（1）连接的电源滤波电路（2）、与电源滤波电路（2）连接的放大管（4），分别与放大管（4）连接的输入耦合电路（3）、输出耦合电路（5），输入耦合电路（3）连接信号输入端，输出耦合电路（5）连接信号输出端。

2.根据权利要求1所述的电磁兼容前置放大器，其特征在于：所述的电源电路（1）包括二极管D1、灯LED1、电阻R1，二极管D1一端连接VCC，另一端连接灯LED1，灯LED1另一端连接电阻R1。

3.根据权利要求2所述的电磁兼容前置放大器，其特征在于：所述的电源滤波电路（2）包括电源稳压模块U1、电容C1、电容C2、电阻R2、电容C3、电容C4，电源稳压模块U1的Vin端连接电源电路（1），电源稳压模块U1的Vout端连接电容C2和电阻R2，电源稳压模块U1的GND端接地；电阻R2连接电容C3、电容C4。

4.根据权利要求3所述的电磁兼容前置放大器，其特征在于：所述的放大管（4）为U2信号放大管，U2信号放大管的第4脚通过输入耦合电路（3）连接信号输入端，U2信号放大管的第2脚通过输出耦合电路（5）连接信号输出端；电容C4连接U2信号放大管的第3脚。

5.根据权利要求4所述的电磁兼容前置放大器，其特征在于：所述的U2信号放大管的第4脚与U2信号放大管的第2脚通过地层隔离。

6.根据权利要求5所述的电磁兼容前置放大器，其特征在于：所述的输入耦合电路（3）包括电阻R4、电容C5、电容C6、二极管D1、二极管D2，U2信号放大管的第4脚连接电容C5、电容C6，再通过电阻R4、二极管D1、二极管D2连接信号输入端。

7.根据权利要求5所述的电磁兼容前置放大器，其特征在于：所述的输出耦合电路（5）包括电阻R3、电容C7、电容C8、二极管D3、二极管D4，U2信号放大管的第2脚连接电容C7、电容C8，再通过电阻R3、二极管D3、二极管D4连接信号输出端。

8.根据权利要求1所述的电磁兼容前置放大器，其特征在于：电磁兼容前置放大器的带宽为150kHz-1GHz,平均增益为20dB, 信号平坦度(20dB)+/-3dB,电压输入直流7-18伏，总电流≤30毫安。