CN219394424U - 一种用于无线接收通道的保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及保护电路领域，具体涉及一种用于无线接收通道的保护电路，包括天线、雷击浪涌瞬态保护电路、大幅度输入信号限幅电路和低噪声放大器，所述雷击浪涌瞬态保护电路一端连接天线的信号输入端，另一端连接后级电路的一端连接，所述低噪声放大器的一端连接在后级电路的另一端用于保护低噪声放大器不被较大的输入信号损坏，所述天线、雷击浪涌瞬态保护电路和大幅度输入信号限幅电路均与地连接，通过设计雷击浪涌瞬态保护电路和大幅度输入信号限幅电路可以能够解决现有技术中天线端口雷击浪涌进入无线接收通道损坏电路的问题和天线接受到较强信号，对无线电接收器中LNA等敏感元件造成损坏的问题。

Description

一种用于无线接收通道的保护电路

技术领域

本实用新型涉及保护电路领域，具体涉及一种用于无线接收通道的保护电路。

背景技术

天线是一种变换器，它把传输线上传播的导行波，变换成在无界媒介(通常是自由空间)中传播的电磁波，或者进行相反的变换。在无线电设备中用来发射或接收电磁波的部件。无线电通信、广播、电视、雷达、导航、电子对抗、遥感、射电天文等工程系统，凡是利用电磁波来传递信息的，都依靠天线来进行工作。

无线通信用的天线端口，常常处于室外的基站塔或者高大建筑物的楼顶，因此，天线端口要遭受大电流高电压的雷击浪涌，同时在雷达或无线电接收器中，不仅是雷击浪涌会损坏设备，敏感型低噪声放大器(LNA)在承受较大的输入信号时也必定会发生损坏，从而影响信号的接受和传递，天线端口防雷击浪涌常用的放电管GDT对地泄放保护电路，体积较大，不便于PCB安装，成本也较高。

实用新型内容

本实用新型提供一种用于无线接收通道的保护电路，其目的在于使电路同时具有对雷击浪涌瞬态干扰的保护功能和对大幅度输入信号限幅的功能。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

提供一种用于无线接收通道的保护电路，包括天线、雷击浪涌瞬态保护电路、大幅度输入信号限幅电路和低噪声放大器，所述雷击浪涌瞬态保护电路一端连接天线的信号输入端，另一端连接大幅度输入信号限幅电路的一端连接，所述低噪声放大器的一端连接在大幅度输入信号限幅电路的另一端用于保护低噪声放大器不被较大的输入信号损坏，所述天线、雷击浪涌瞬态保护电路和大幅度输入信号限幅电路均与地连接。

进一步的，所述雷击浪涌瞬态保护电路包括电容和空心电感，所述电容的一端连接在天线的信号输入端，另一端连接大幅度输入信号限幅电路，所述空心电感的一端连接在电容的一端，另一端接地。

进一步的，所述大幅度输入信号限幅电路包括PIN型二极管和RF扼流圈，所述PIN型二极管的一端分别与电容和低噪声放大器连接，另一端接地，所述RF扼流圈的两端并连在PIN型二极管的两端。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型的一种用于无线接收通道的保护电路，通过设计雷击浪涌瞬态保护电路和大幅度输入信号限幅电路可以能够解决现有技术中天线端口雷击浪涌进入无线接收通道损坏电路的问题和天线接受到较强信号，对无线电接收器中LNA等敏感元件造成损坏的问题。

2、巧妙组合了雷击浪涌防护和大信号限幅电路，使无线接收通道在兼顾瞬态雷击浪涌防护功能的同时，实现对大幅度连续波输入信号的限幅功能，PIN二极管限幅电路能够为雷达或无线电接收器中的LNA等敏感元件提供可靠的保护，保护其不受较大入射信号的影响，整个电路整体设计巧妙，结构简单，采用元件少，占用PCB面积小，防护效果好，容易低成本实现。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施方案或现有技术中的技术方案，下面将对实施方案或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施方案，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的电路图；

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。

参照图1所示，一种用于无线接收通道的保护电路，包括天线、雷击浪涌瞬态保护电路、大幅度输入信号限幅电路和低噪声放大器，所述雷击浪涌瞬态保护电路一端连接天线的信号输入端，另一端连接大幅度输入信号限幅电路的一端连接，所述低噪声放大器的一端连接在大幅度输入信号限幅电路的另一端用于保护低噪声放大器不被较大的输入信号损坏，所述天线、雷击浪涌瞬态保护电路和大幅度输入信号限幅电路均与地连接，天线接受信号，再将信号通过电路传给低噪声放大器，但天线常常处于室外的基站塔或者高大建筑物的楼顶，天线端口易受到大电流高电压的雷击浪涌，大电流高电压的雷击浪涌进入后会对天线连接的低噪声放大器等元器件和电路造成损坏，因此需要在天线和低噪声放大器之间连接雷击浪涌瞬态保护电路，保护无线接收通道上电路以及元器件的安全，天线接受的信号有强有弱，当较强信号进入电路定会损坏敏感型的低噪声放大器(LNA)，因此在天线和低噪声放大器之间需要连接大幅度输入信号限幅电路，削弱较强信号，保护敏感型低噪声放大器。

参照图1所示，所述雷击浪涌瞬态保护电路包括电容和空心电感，所述雷击浪涌瞬态保护电路包括电容和空心电感，所述电容的一端连接在天线的信号输入端，另一端连接大幅度输入信号限幅电路，所述空心电感的一端连接在电容的一端，另一端接地，雷击浪涌瞬态保护电路是基于无线通信用高频信号与雷击浪涌的频谱分布不同的特点，利用电容的高通滤波作用，阻挡雷击低频成分进入后面的电路，通过对地的电感泄放雷击浪涌电流，无线接收端口与大地只有工作绝缘，也就是功能绝缘的要求，没有像以太网端口那样的严格要求，所以无线接收端口芯线可以用电感接地，电容耦合是交流耦合，信号耦合的效果不影响高频RF信号通过，电容用来避免网路含有的直流成份进入另一后端，这是是利用电容本身理论上于直流电的阻值是无限大的特性，而此容量则决定能通过网路的频率(低频截止点)，电容量越大，低频截止点越低，也有机会吸入更多低频浪涌到后级，因为无线射频信号工作频段很高，所以我们可以选择电容容量比较小，会使更多低频段被衰减，这里可以选用通用的2kV1000p瓷片电容，之所以选用高压电容，是想以高压电容为分界线，把高压电容到天线这一端作为高压区，把高压电容另一端作为低压区，以往的工程实践中，我们发现1206表贴的2kV1000pF电容可以耐受4.5kV@1.2/50瞬态雷击浪涌电压，必要时可以选择耐瞬态高压更好的插件电容，被电容挡住的低频雷击浪涌通过空心电感泄放到大地，而这个空心电感需要能承受大电流，因此在选择时要考虑空心电感对的瞬态电流的耐受能力，比如10kA@8/20波形，而PCB上对应走线，也需要加宽加厚，双面走线，必要时可考虑以表面贴敷金属条或电缆代替，选择的电容要耐受20KV@1.2/50瞬态电压不放电(对应10kA@8/20电流波形，IEC61000-4-5等标准规定1.2/50(8/20)雷击发生器信号源内阻为2欧姆)，根据实践经验2kV 12061000pF高压电容，能耐受4.5KV@1.2/50瞬态高压,所以此时要更换成耐压3～4kV的大Pin间距插件式高压电容，同时PCB这块，把电容对应下面PCB局域挖空，其余不相干走线尽量远离C05左边管脚，建议400mil以上，必要时可采用两个高压电容串联来提高电容等效耐压，但还要注意防止PCB上高压电容Pin间放电，关于空心电感的瞬态电流耐受能力的考虑可以参考空心电感公称熔化热能，公称熔化热能是表征器件承受瞬态干扰(短时间大电流的脉冲)能力的一个参量，该值越大，器件的抗瞬态干扰能力越强，选型时，究竟器件的公称熔化热能值取多大合适，取决于电路应承受的瞬态干扰电流的I²t值，一般由器件的公称熔化热能值≥2倍瞬态干扰电流的I²t值来确定，瞬态干扰电流的I²t值由公式(1)计算，其中i(t)是瞬态干扰电流的时间变化关系，上述积分只对一个脉冲进行，根据EMC标准(IEC61000-4-5)，对天线端口的雷击浪涌抗扰性测试一般使用8/20uS波形，8/20uS波形的雷电流随时间的变化可由公式(2)给出，其中A＝0.01243(uS)-3，τ＝3.911(uS)，Im─雷电流峰值，根据公式(1)、(2)，可算出8/20uS波形的雷电流脉冲的I²t值为公式(3)，其中Im为雷电流峰值，单位是安培(A)。

I²t(8/20uS雷电流脉冲)＝1.216×10^-5×I_m ²(A²Sec) (3)

参照图1所示，所述大幅度输入信号限幅电路包括PIN型二极管和RF扼流圈，所述PIN型二极管的一端分别与电容和低噪声放大器连接，另一端接地，所述RF扼流圈的两端并连在PIN型二极管的两端，大幅度输入信号限幅电路的设计基于PIN二极管能够保护敏感元件免受大输入信号的影响，同时不会对小信号操作造成不利影响，普通的二极管由PN结组成，在P和N半导体材料之间加入一薄层低掺杂的本征(Intrinsic)半导体层，组成的这种P-I-N结构的二极管就是PIN二极管，PIN二极管与普通二极管的不同之处在于，PIN二极管在PN结之间，还有一个未掺杂的本征半导体层，即：I层，正因为有本征(Intrinsic)层的存在，PIN二极管应用很广泛，从低频到高频的应用都有，主要用在RF领域，用作RF开关和RF保护电路，大幅度输入信号限幅电路采用PIN开关二极管，当没有RF输入信号或仅存在有RF小信号时，电路中成为限幅器的PIN二极管阻抗特性会达到最大值，通常为几百欧姆或以上，因此，二极管产生非常小的阻抗失配，相应地，可带来低插入损耗，当出现大输入信号时，RF电压迫使电荷载流子(P层的空穴和N层的电子)进入PIN二极管的I层，进入I层后，自由电荷载流子会降低其RF电阻，从限幅电路的RF端口角度来看，这产生了阻抗失配，这种失配会导致来自输入信号的能量被反射至对应的信号源，反射信号与入射信号配合，在PIN二极管产生一个电压最小的驻波，因为反射信号在传输线上暂时呈现最低阻抗，传输线上的每个最小电压都有一个对应的最大电流，最大电流流经PIN二极管，导致二极管I层中的自由电荷载流子量增加，从而产生更低串联电阻、更大阻抗失配以及“更小”的最小电压，最后，二极管的电阻将达到最小值——该值取决于PIN二极管的设计和RF信号的幅值，RF信号幅值增大时，迫使二极管达到充分导通状态，从而进一步降低二极管的电阻，直到二极管饱和并产生尽可能的最小电阻，当RF大信号不再出现，如果I层中的自由电荷载流子量较大，二极管的电阻则会保持在较低水平(此时插入损耗仍然较大)，在RF大信号中断后，可以通过两种机制来减少自由电荷载流子量：一是在I层外进行电荷传导、二是在I层内进行电荷重组，电荷传导的幅值主要由二极管外部电流通路中的直流电阻决定，因此，PIN二极管I层的特性决定了限幅电路的性能，I层的厚度(有时称为宽度)则决定了二极管达到极限时的输入功率：I层越厚，输入参照1dB压缩级别(也称为阈值级别)就越高，I层的厚度、二极管结的面积和二极管的制造材料决定了二极管的电阻、电容以及热阻，RF扼流圈电感器主要功能是使PIN二极管的直流电流通路变得完整，当大信号迫使电荷载流子进入二极管的I层时，会在二极管中产生直流电流，如果没有为直流电流提供完整路径，则不能降低二极管的电阻，二极管也不会达到极限。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (1)

1.一种用于无线接收通道的保护电路，其特征在于，包括：

天线；

雷击浪涌瞬态保护电路；

大幅度输入信号限幅电路；及

低噪声放大器；

所述雷击浪涌瞬态保护电路包括电容和空心电感，所述电容的一端连接在所述天线的信号输入端，另一端连接所述大幅度输入信号限幅电路，所述空心电感的一端连接在所述电容的一端，所述空心电感的另一端接地；

所述大幅度输入信号限幅电路包括PIN型二极管和RF扼流圈，所述PIN型二极管的一端分别与所述电容和所述低噪声放大器连接，所述PIN型二极管的另一端接地，所述RF扼流圈的两端并连在所述PIN型二极管的两端；

所述低噪声放大器的一端连接在所述大幅度输入信号限幅电路的另一端用于保护低噪声放大器不被较大的输入信号损坏；

所述天线与地连接。