本实用新型涉及电磁兼容测试领域，特别涉及一种有源匹配网络装置。
背景技术：
随着汽车工业的迅猛发展，人们对于汽车功能的需求越来越多元化，各种移动互联通信、专用短程通信功能的导入，使大量电器设备在汽车上得以应用，这些电器设备中有许多导线、线圈和带有触点的电器，具有不同的电容和电感，任何一个具有电容和电感的闭合回路都会形成振荡回路，产生高频振荡并以电磁波形式发射到空中，造成车内系统之间和车辆对外电磁兼容辐射升高。整车电磁兼容测试是衡量车载产品电磁兼容性能的必要试验之一。
整车电磁兼容在中频频段的测试依托于有源车载天线，而有源车载接收天线输出阻抗为高阻(该高阻的阻值通常为千欧级别)，因此为了保证有源车载接收天线接收到的射频信号能够无衰减传输到测试接收机，需要匹配测试中有源天线的高阻输出阻抗，以确保中频频段的测试结果的正确性。而现有技术中的有源匹配网络存在诸多缺陷，如：测试连接复杂、可靠性差、容易引入电磁干扰的问题。
技术实现要素：
鉴于上述现有技术的不足之处，本实用新型的目的在于提供一种有源匹配网络装置，适用于电磁兼容整车辐射发射测试的中频频段，用以匹配测试中有源天线的高阻输出阻抗，以确保接收到的射频信号无反射地传输到测试接收机中，同时能够确保测试中不会引入电磁干扰而影响测试结果。
为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案如下：
提供一种有源匹配网络装置，耦接于有源天线和测试接收机之间，包括有源匹配网络和为所述有源匹配网络提供电源的电源模块；
所述有源匹配网络包括：
第一阻抗变换单元，用以接收所述有源天线传输的射频信号，并将所述有源天线的高阻抗变换为中间阻抗；
功率放大单元，耦接于所述第一阻抗变换单元，用以对所述第一阻抗变换单元进行阻抗变换后的射频信号进行信号放大；
第二阻抗变换单元，耦接于所述功率放大单元，用以将所述中间阻抗变换为目标阻抗，并将所述功率放大单元进行信号放大后的射频信号传输至所述测试接收机。
进一步地，所述第一阻抗变换单元包括第一电阻、第二电阻、第三电阻和场效应管；
所述第一电阻耦接于所述场效应管的栅极与所述场效应管的漏极之间，所述第二电阻耦接于所述场效应管的栅极与接地点之间，所述第三电阻耦接于所述场效应管的源极与所述接地点之间，所述场效应管的栅极耦接于所述有源天线，所述场效应管的漏极连接至所述电源模块；
其中，所述场效应管被配置为工作在截止区。
进一步地，所述功率放大单元包括第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第一隔直电容和第一三极管；
所述第四电阻耦接于所述第一三极管的基极与所述电源模块之间，所述第五电阻耦接于所述电源模块与所述第一三极管的集电极之间，所述第六电阻耦接于所述第一三极管的基极与所述接地点之间，所述第七电阻耦接于所述第一三极管的发射极与所述接地点之间，所述第一隔直电容和所述第八电阻相互串联在所述第一三极管的发射极与所述接地点之间；
其中，所述第一三极管被配置为工作在放大区。
进一步地，所述第八电阻被配置为阻值可调电阻。
进一步地，所述第二阻抗变换单元包括第九电阻、第十电阻、第二隔直电容和第二三极管；
所述第九电阻耦接于所述第二三极管的发射极与所述接地点之间，所述第二三极管的基极耦接于所述第一三极管的集电极，所述第二三极管的集电极耦接于所述电源模块，所述第十电阻和所述第二隔直电容相互串联后与所述第二三极管的发射极连接；
其中，所述第二三极管被配置为工作在截止区。
进一步地，所述有源匹配网络还包括与所述第一阻抗变换单元连接的第一带通滤波单元，以对所述有源天线的高阻抗进行阻抗变换之前对所述射频信号进行滤波。
进一步地，所述有源匹配网络还包括第二带通滤波单元，所述第二带通滤波单元连接在所述第一阻抗变换单元与所述功率放大单元之间，以对所述第一阻抗变换单元进行阻抗变换后的射频信号进行滤波。
进一步地，所述第一带通滤波单元与所述第一阻抗变换单元之间还连接有静电防护单元。
进一步地，所述有源匹配网络装置还包括一壳体，所述有源匹配网络设置于所述壳体内部；
所述电源模块被配置为容纳于所述壳体内的电池或所述壳体外的车载电源。
进一步地，所述壳体上还设有切换开关，所述切换开关用以可操作地切换所述电池和所述车载电源与所述有源匹配网络之间的连接。
进一步地，所述壳体上还设有电压表和电流表，所述电压表的一端与所述电源模块相连接，所述电压表的另一端与接地点相连接，所述电流表串联在所述电源模块与所述有源匹配网络之间。
本实用新型实施例提供的一种有源匹配网络装置，适用于电磁兼容整车辐射发射测试的中频频段，该有源匹配网络装置通过对有源天线传输的输出高阻抗经过两次阻抗变换，首先通过第一阻抗变换单元对有源天线传输的射频信号进行一次阻抗变换，使得有源天线输出的千欧级别的高阻抗变换为百欧姆级别的中间阻抗，然后通过功率变换单元对有源天线的射频信号进行信号放大的同时确保第二阻抗变换单元将中间阻抗变换为目标阻抗，由此实现了在中频频带上对有源天线和测试接收机之间的阻抗匹配，能够确保接收到的射频信号无反射地传输到测试接收机中，同时能够确保在测试中不会引入电磁干扰而影响测试结果。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例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例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例提供的一种有源匹配网络装置的模块框图；
图2为本实用新型实施例提供的有源匹配网络的具体电路图；
图3为本实用新型实施例提供的有源匹配网络装置的内部结构图；
图4为本实用新型实施例提供的有源匹配网络装置的外观正视结构示意图；
图5是本实用新型的有源匹配网络装置在中频频段的S11测试结果示意图；
图6是本实用新型的有源匹配网络装置在中频频段上的Smith圆图；
图7是本实用新型的有源匹配网络装置在中频频段上的S21测试结果示意图；
图8a～图8c分别是本实用新型的有源匹配网络装置在低频、中频频段的整车辐射发射频谱测试结果示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
本实用新型实施例提供了一种有源匹配网络装置，适用于电磁兼容整车辐射发射测试的中频频段，用以匹配测试中有源天线的高阻输出阻抗，以确保接收到的射频信号无反射地传输到测试接收机中，同时能够确保测试中不会引入电磁干扰而影响测试结果。
参照图1所示，图1为本实用新型实施例提供的一种有源匹配网络装置的模块框图，该有源匹配网络装置10耦接于有源天线20和测试接收机30之间，其中，有源匹配网络装置10包括有源匹配网络11和电源模块12，电源模块12为有源匹配网络11提供工作电源；有源匹配网络11用于对有源天线20传输的射频信号进行阻抗匹配，以使射频信号无损耗地传输至测试接收机30，同时实现对射频信号的功率进行放大。此外，电源模块12的直流输出电压的电压值为12V。
具体的是，有源匹配网络11包括第一阻抗变换单元111、功率放大单元112和第二阻抗变换单元113；其中，第一阻抗变换单元111，用以通过接收有源天线20传输的射频信号，并将有源天线的高阻抗变换为中间阻抗；功率放大单元112，耦接于第一阻抗变换单元111，用以对第一阻抗变换单元111进行阻抗变换后的射频信号进行信号放大；第二阻抗变换单元113，耦接于功率放大单元112，用以将中间阻抗变换为目标阻抗，并将功率放大单元112进行信号放大后的射频信号传输至测试接收机30，其中，目标阻抗为50欧姆。
本实用新型实施例提供的一种有源匹配网络装置，适用于电磁兼容整车辐射发射测试的中频频段，该有源匹配网络装置通过对有源天线传输的输出高阻抗经过两次阻抗变换，首先通过第一阻抗变换单元对有源天线传输的射频信号进行一次阻抗变换，使得有源天线输出的千欧级别的高阻抗变换为百欧姆级别的中间阻抗，然后通过功率变换单元对有源天线的射频信号进行信号放大的同时确保第二阻抗变换单元将中间阻抗变换为目标阻抗，由此实现了在中频频带上对有源天线和测试接收机之间的阻抗匹配，能够确保接收到的射频信号无反射地传输到测试接收机中，同时能够确保在测试中不会引入电磁干扰而影响测试结果。
参照图2所示，图2为本实用新型实施例提供的有源匹配网络的具体电路图，第一阻抗变换单元111包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和场效应管T1；其中，第一电阻R1耦接于场效应管T1的栅极与场效应管T1的漏极之间，第二电阻R2耦接于场效应管T1的栅极与接地点之间，第三电阻R3耦接于场效应管T1的源极与接地点之间，场效应管T1的栅极通过有源匹配网络的输入端IN耦接于有源天线20，场效应管T1的漏极通过有源匹配网络的电源端VCC连接至电源模块14，其中，场效应管T1被配置为工作在截止区，本实用新型实施例中，场效应管T1可以采用N型场效应管。在实际应用中，可以适当设置第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3各个电阻的阻值，比如将第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3各个电阻的阻值分别设置对应2.2兆欧姆、470千欧姆、2.7千欧姆，在使得N型场效应管的栅极与源极之间的电压高于开启电压(一般是2-4V)，确保N型场效应管T1工作在截止区，进而使有源天线输出的千欧级别的高阻抗变换为百欧姆级别的中间阻抗，以确保功率放大单元工作的稳定性。
继续参照图2所示，功率放大单元112包括第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第一隔直电容C3和第一三极管T2；第四电阻R4耦接于第一三极管T2的基极与电源模块14之间，第五电阻R5耦接于电源模块14与第一三极管T2的集电极之间，第六电阻R6耦接于第一三极管T2的基极与接地点之间，第七电阻R7耦接于第一三极管T2的发射极与接地点之间，第一隔直电容C3和第八电阻R8相互串联在第一三极管T2的发射极与接地点之间，其中，第一三极管T2被配置为工作在放大区，本实用新型实施例中，第一三极管T2可以采用NPN型三极管。此外，第八电阻R8被配置为阻值可调电阻，以调整功率放大单元122的信号放大倍数，示例性的，若第八电阻R8的阻值调整为470欧姆时，此时功率放大单元112能够使得射频信号的功率由0db放大为10db。当然，为了调整功率放大单元112的信号放大倍数，本领域的技术人员可以通过调整第八电阻R8的阻值予以实现。在实际应用中，可以适当设置第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7各个电阻的阻值，比如将第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7各个电阻的阻值分别对应设置为15千欧姆、470欧姆、6.8千欧姆和330欧姆，使得第一三极管工作在放大区的同时能够稳定地使得第二阻抗变换单元将中间阻抗变换为目标阻抗，以同时实现信号放大和阻抗匹配的目的。
继续参照图2所示，第二阻抗变换单元113包括第九电阻R9、第十电阻R10、第二隔直电容C6和第二三极管T3；第九电阻R9耦接于第二三极管T3的发射极与接地点之间，第二三极管T3的基极耦接于第一三极管T2的集电极，第二三极管T3的集电极耦接于电源模块14，第十电阻R10和第二隔直电容C6相互串联在第二三极管T3的发射极与有源匹配网络的输出端OUT之间，其中，第二三极管T3被配置为工作在截止区，本实用新型实施例中，第二三极管T3可以采用NPN型三极管。在实际应用中，可以适当设置第九电阻R9、第十电阻R10的阻值，比如设置第九电阻R9、第十电阻R10的阻值分别对应330欧姆、47欧姆，以使得第二阻抗变换单元将中间阻抗变换为目标阻抗，进而确保有源匹配网络装置接收到的射频信号无反射地传输到测试接收机中。
上述实施例中，参照图1所示，有源匹配网络11还包括与第一阻抗变换单元111连接的第一带通滤波单元114，以对有源天线的高阻抗进行阻抗变换之前对射频信号进行滤波。参照图2所示，第一带通滤波单元114可以包含相互串联的第一滤波电容C1和第一滤波电感L1，第一滤波电容C1连接于场效应管T1的栅极，第一滤波电感L1串联在有源匹配网络的输入端IN与第一滤波电容C1之间，在实际应用中，滤波电容C1的容值可以为22nF，滤波电感L1的感值可以为2.7mH。通过滤波电容和滤波电感构成带通滤波器，该带通滤波器的中心频点为600kHz，通频带范围为100KHz-2MHz，由此通过第一带通滤波单元能够在中频频段上实现对有源天线传输的射频信号进行滤波。
上述实施例中，参照图1所示，有源匹配网络11还包括第二带通滤波单元115，第二带通滤波单元115连接在第一阻抗变换单元111与功率放大单元112之间，以对第一阻抗变换单元111进行阻抗变换后的射频信号进行滤波。参照图2所示，第二带通滤波单元115可以包含相互串联的第二滤波电容C2和第二滤波电感L2，第二滤波电容C2连接于第一三极管T2的源极，第二滤波电感L2串联在第二滤波电容C2与第二三极管T3的基极之间。由此通过第二带通滤波单元能够在中频频段上进一步实现对有源天线传输的射频信号进行滤波。
在实际应用中，可以设置第一滤波电容C1、第二滤波电容C2的容值均为22nF，第一滤波电感L1、第二滤波电感L2的感值均为2.7mH。本实用新型实施例对具体的滤波电感和滤波电容不加以限定。
上述实施例中，参照图1所示，第一带通滤波单元114与第一阻抗变换单元111之间还连接有静电防护单元116。参照图2所示，静电防护单元116可以包括相互串联在电源模块12与接地点之间的两个二极管，为了便于描述，两个二极管分别记为D1和D2，二极管D1和二极管D2之间的连接点与场效应管T1的栅极相连接。通过设置静电防护单元，能够对有源匹配网络装置进行静电防护，以确保有源匹配网络装置内部的电子元件不被ESD损毁。
上述实施例中，电源模块12与有源匹配网络11之间还连接有滤波单元(未图示)，参照图2所示，该滤波单元包括两个滤波电容，两个滤波电容分别记为C4和C5，由此通过滤波单元对电源模块输出的直流电压信号中的杂波信号，确保有源匹配网络能够稳定地工作。
上述实施例中，参照图3和图4所示，图3为本实用新型实施例提供的有源匹配网络装置的内部结构图，图4为本实用新型实施例提供的有源匹配网络装置的外观正视结构示意图，有源匹配网络装置10还包括一壳体13，壳体13包括配合装配的上盖(图中未标记)和底盒(图中未标记)，壳体13的表面设有防氧化镀层，以防止壳体表面氧化。有源匹配网络11通过一支架(图中未标记)设置于壳体13内部，壳体13上设有信号输入端14和信号输出端15，用以连接有源天线20的，信号输入端14用以连接有源天线20与有源匹配网络11，信号输出端15用以连接有源匹配网络11与测试接收机30，其中，信号输入端14、信号输出端15均被配置为SMA转N型连接器；电源模块12被配置为容纳于壳体13内的电池。其中，当电源模块12被配置为容纳于壳体13内的电池时，壳体13上还开设有供电源模块12进行充电的充电孔16。除此之外，还可以将电源模块12配置为壳体13外的车载电源，并通过电源接头连接至车载电源的方式向有源匹配网络11提供直流输入电压。由此通过电池或车载电源向有源匹配网络提供直流输入电压，能够保证直流输入电压的稳定性，进而能够保证有源匹配网络在中频频带上对有源天线和测试接收机之间的阻抗匹配的稳定性。
上述实施例中，参照图3、图4所示，壳体13上还设有切换开关17，切换开关17用以可操作地切换电池和车载电源与有源匹配11网络之间的连接。优选地，切换开关17可以设置为拨动开关或按钮开关。由此通过操作切换开关，切换选择电池和车载电源中的一个与有源匹配网络之间的连接，从而实现灵活且稳定地向有源匹配网络提供直流输入电压的目的。
上述实施例中，参照图3和图4所示，壳体15上还设有电压表18和电流表19，电压表18的一端与电源模块12相连接，电压表18的另一端与接地点相连接，电流表19串联在电源模块12与有源匹配网络11之间，其中，电压表18为指针式机械电压表头，电流表19为指针式机械电流表头，如此，能够在避免引入信号干扰的同时，实现对提供给有源匹配网络的工作电压和工作电流进行监控。
需要说明的是，由于本实用新型实施例的有源匹配网络装置对有源天线传输的射频信号进行了功率放大，如将射频信号的功率由0db放大为10db，因此在电磁兼容整车辐射发射测试中，为确保实验数据真实可靠，可以在测试软件中对此进行修正，此外，还可以通过在电磁兼容整车辐射发射测试系统中设置相应的衰减器，该衰减器连接在有源匹配网络装置与测试接收机之间，以确保实验数据真实可靠。
下面结合测试结果示意对本实用新型的有源匹配网络装置在电磁兼容整车辐射发射测试系统中的应用效果予以说明。
本实用新型的电源适配器可以等效成一个二端口网络，一端接输入信号，另一端接输出信号，以Port1作为信号的输入端口，Port2作为信号的输出端口，S11表示回波损耗，也就是有多少能量被反射回源端(Port1)了，这个值越小越好，一般建议S11<0.1，即-20dB，在中频频段范围内对本实用新型的有源匹配网络装置进行回波损耗S11测试，其回波损耗测试结果如图5所示，从图5中可以直观看出，本实用新型的有源匹配网络装置在中频(520KHz-1.73MHz)的S11测试果示意图整体都低于-20dB。
图6是本实用新型的有源匹配网络装置在中频频段上的Smith圆图，从图6可以看出，本实用新型的有源匹配网络装置在中频频段的多个频点上，均能够很好地实现50欧姆的阻抗匹配，因此能够适用于电磁兼容整车辐射发射测试的中频频段，用以匹配测试中有源天线的高阻输出阻抗，以确保接收到的射频信号无反射地传输到测试接收机中。
S21表示插入损耗，也就是多少能量被传输到了目的端(Port2)了，这个值越大越好，理想值是1，也就是0dB，在中频频段上对本实用新型的有源匹配网络装置进行插入损耗S21测试，其插入损耗测试结果如图7所示，从图7中可以直观看出，本实用新型的有源匹配网络装置在中频(520KHz-1.73MHz)的S21测试果示意图整体接近于10dB，而本实用新型的有源匹配网络装置能够对射频信号的功率由0db放大到10db，由此表征了本实用新型的有源匹配网络装置达到了很好的设计效果。
将本实用新型的电源适配器接入整车电磁兼容辐射发射测试系统，并在电磁兼容整车辐射发射测试系统中设置相应的衰减器(10db衰减)，该衰减器连接在有源匹配网络装置与测试接收机之间，分别在低频(100Khz-150Khz)、中频(520KHz-1.73MHz)频段范围内进行频谱测试，测试结果如图8a～图8c所示，分别是本实用新型的有源匹配网络装置应用于低频、中频波段的整车辐射发射频谱测试结果示意图，所测得的本底噪声均低于限值6dB，留有足够的测试裕量，并未引入宽带和窄带干扰，由此表明本实用新型的有源匹配网络装置不但可以良好的应用于整车辐射发射测试的中频频段，而且还可以很好地应用于整车辐射发射测试的低频频段。
综上测试结果表明本实用新型实施例的有源匹配网络装置能够适用于电磁兼容整车辐射发射测试的中频频段，用以匹配测试中有源天线的高阻输出阻抗，以确保接收到的射频信号无反射地传输到测试接收机中，同时能够确保测试中不会引入电磁干扰而影响测试结果。
上述所有可选技术方案，可以采用任意结合形成本实用新型的可选实施例，在此不再一一赘述。
以上仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。