一种适用于噪声系数分析仪射频接收前端的保护电路的制作方法

本发明涉及测试技术领域，特别涉及一种适用于噪声系数分析仪射频接收前端的保护电路。

背景技术：

蜂窝移动通信、微波毫米波卫星通信、雷达、导航、精密制导等民用军用电子设备技术的发展进步和日益改良的接收机技术密切相关。噪声系数是衡量接收机处理微弱信号能力最为重要的参数之一，在系统带宽一定的条件下，噪声系数直接决定了系统的灵敏度、通话质量、误码率、作用距离等重要性能指标，已成为各种民用和军用设备研制、试验和生产过程中必测的一项主要技术指标。

噪声系数通常采用噪声系数分析仪进行测量，目前的噪声系数分析仪多采用经典的超外差接收体制，为了对镜频信号进行有效抑制，通常将接收频段划分为射频和微波毫米波两个大波段。根据噪声系数级联理论，为了提高整机接收灵敏度，降低噪声系数，减小后级接收电路工作状态变化对整机噪声系数的影响，噪声系数分析仪的接收前端通常配备低噪声高增益放大电路模块。

低噪声高增益放大电路模块通过工作在低电压和低电流状态，因此其本身可承受的输入冲击功率非常小。同时由于射频段的工作频率较低，大输出功率的被测电路模块更容易实现，因此射频前端接收电路常因用户测试时使用不当而烧毁。

另外在测试中，当被测件和噪声系数分析仪整机没有良好共地时，或者用户在测试时使用没有良好接地的电烙铁进行焊接调试时等情况下，会在噪声系数分析仪的接收端口产生50hz/110v的工频感应电压，此感应电压的功率比噪声系数分析仪端口最大可接收的信号功率高近100db。由于噪声系数分析仪射频前端的最低工作频率较低(通常为10mhz)，其最前端的隔直电容容值较大，对此工频感应电压信号的衰减有限，泄露到低噪声高增益放大电路模块输入端的工频电压信号还是会烧毁放大器模块。

以上两种原因是导致噪声系数分析仪整机射频接前端电路烧毁的主要机制，目前还没有覆盖整机整个射频工作频段(如10mhz～4ghz)可对以上两种信号进行抑制的专用保护电路。

因接地不良产生的50hz/110v工频感应电压信号，由于信号的幅度大、功率高、频率低，常用的微波限幅二极管无法满足要求，因此不能利用限幅二极管对其进行抑制。目前使用的方法是在信号传输通路和地电路之间并联电感，利用电感通低频阻高频的特性将此50hz的工频感应电压信号泄放到地电路上，同时此电感对最低频率的测量信号(通常为10mhz)应该呈现高阻状态，尽量不影响测量信号传输。图1示出了一种覆盖10mhz-4ghz射频工作频段可对50hz工频感应电压信号进行抑制的保护电路，由于电感存在寄生电容，其最高工作频率受其自谐振频率限制，电感量越大，最高工作频率越低，而噪声系数分析仪的射频段通常包括近10个倍频程，因此需要采用多个电感串联的方式来覆盖整个射频工作频段，并需要电感并联电阻抑制谐振衰减，改善频响。这种电路最大的缺点是存在接地的直流通路，当被测件的输出存在直流信号时，极易烧毁被测件或保护电路，另外受电感目前工艺水平的限制，这种电路在整个射频段大概会引入0.5db左右的衰减，导致整机的噪声系数恶化0.5db左右。这种电路通过频率选择性实现对50hz/110v工频感应电压信号抑制，但无法对位于接收频段上大功率信号进行抑制。

目前，当需要对超过端口最大可接收功率的射频微波信号进行抑制时，常用一组并联正反接的限幅二极管组成的限幅电路来实现，可根据限幅功率的大小选择合适的限幅二极管，当测量信号的功率小于限幅功率时，测量信号可以近似无损耗的传输，当用户使用不当被测件输出信号功率大于限幅功率时，限幅电路保证输出信号的功率不大于限幅功率，从而实现对后端接收电路的保护。图2a示出了一种使用微波限幅二极管制作的保护电路装置，图2b示出了对应的匹配和传输特性仿真结果。这种电路的缺点是最低工作频率只能mhz量级，可承受的连续波功率只有几瓦，而50hz/110v工频感应信号的功率高达几百瓦，因此这种保护电路无论是工作频率还是可承受功率都无法实现对50hz/110v工频感应信号进行抑制。同时由于限幅二极管存在结电容和封装寄生电容，加入限幅电路后会导致端口频率高端的匹配性能下降，由于反射所损耗的功率也会使限幅电路产生一定的传输损耗，影响整机射频段的噪声系数性能指标。

技术实现要素：

为克服现有电路存在的缺点，本发明提出一种适用于噪声系数分析仪射频接收前端的保护电路，可以对上述两种信号同时进行抑制隔离，提高整个射频前端保护电路装置端口匹配和传输损耗两方面的性能指标，保护电路装置位于射频接收电路的最前端，因此可有效改善整机射频接收频段的端口匹配和整机噪声系数指标，提高测量精度，提高整机的可靠性。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种适用于噪声系数分析仪射频接收前端的保护电路，保护电路位于射频接收电路的最前端，由输入电容和输出电容、并联正反接限幅二极管对、及1/4波长传输线组成；输入电容、1/4波长传输线、输出电容依次串联连接，输入电容与1/4波长传输线的公共点与地电位之间正接限幅二极管，1/4波长传输线与输出电容的公共点与地电位之间反接限幅二极管。

可选地，所述输入电容对最低频率测量信号呈现低阻抗，同时对50hz的工频感应信号呈现高阻抗。

可选地，所述输出电容的容值至少为输入电容容值的100倍。

可选地，所述输入电容和输出电容容值至少为限幅二极管电容容值的1000倍，输入电容和输出电容在50hz频点的阻抗大于5000欧。

可选地，所述输入电容的交流耐压值高于110v。

可选地，所述输入电容的容值为1000pf，输出电容的容值为0.1μf。

可选地，并联限幅二极管对对被测件输出的大功率测量信号进行限幅，当被测件输出信号的功率小于限幅功率时，信号无衰减，当被测件输出信号的功率大于限幅功率时，经过限幅二极管后输出信号的功率等于限幅功率。

可选地，所述限幅二极管的工作频率覆盖噪声系数分析仪的射频段频率，其限幅输出功率小于射频前端第一级低噪声放大器的最大允许输入功率。

可选地，通过1/4波长传输线使在输入端口处来自两个限幅二极管的反射信号产生一定相移，从而导致合成的反射信号幅度减小，改善保护电路端口的匹配性能和传输性能。

可选地，在近似1/4波长频点处，两个来自限幅二极管的反射信号相位相差近180度，最大限度相互抵消。

本发明的有益效果是：

(1)可同时防止由于接地不良产生的50hz/110v工频感应信号和被测件输出的大功率测量信号烧毁噪声系数分析仪的射频段接收电路，并克服以往50hz/110v工频感应信号抑制电路存在接地直流通路，容易烧毁被测件和保护电路的缺点，同时本发明提出的保护电路相对于基于并联电感的保护电路引入的损耗更小，有利于噪声系数分析仪整机噪声系数性能指标的提高。

(2)通过在并联限幅二极管对中引入1/4波长传输线改善了保护电路的输入端口匹配和传输损耗性能指标，从而提高了噪声系数分析仪整机的端口匹配和噪声系数性能指标。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，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为现有的一种覆盖10mhz-4ghz射频工作频段可对50hz工频感应电压信号进行抑制的保护电路示意图；

图2a为现有的一种使用微波限幅二极管制作的保护电路示意图；

图2b为图2a所示保护电路对应的匹配和传输特性仿真结果示意图；

图3为本发明的一种适用于噪声系数分析仪射频接收前端的保护电路的示意图。

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。

现有的保护电路装置无法实现对50hz/110v工频感应电压信号和被测件输出的大功率射频微波测量信号(通常频率大于等于10mhz)同时进行抑制，只有采用两种不同的电路分别对以上两种信号进行抑制。对50hz/110v的工频感应电压信号进行抑制的电路存在到地电路的直流通路，当被测件的输出有直流信号时，极易烧毁被测件和保护电路，同时这种电路在整个射频段还有引入大概0.5db左右的传输损耗。采用限幅二极管实现的保护电路只能对大功率的射频微波信号进行抑制，并且由于限幅二极管自身存在结电容和封装电容等寄生电容，导致电路在工作频率高端匹配性能变差，信号传输的损耗加大。

因此，本发明的目的是提出一种可以对以上两种信号同时进行抑制的保护电路装置，并解决目前电路存在的缺点，即本发明提出的保护电路装置在实现对以上两种信号进行抑制的同时，可以隔离被测件输出的直流信号，并有效提高保护电路在频率高端的匹配和传输性能指标。

本发明的保护电路位于射频接收电路的最前端，如图3所示，本发明的保护电路由输入电容c1和输出电容c2、并联正反接限幅二极管对d1和d2、及1/4波长传输线3部分组成，输入电容c1、1/4波长传输线、输出电容c2依次串联连接，输入电容c1与1/4波长传输线的公共点与地电位之间正接限幅二极管d1，1/4波长传输线与输出电容c2的公共点与地电位之间反接限幅二极管d2。

输入电容c1和输出电容c2的作用包括以下两个方面：

(1)隔直流：防止被测件输出的直流信号进入射频前端电路，保护限幅二极管和后端的接收电路；防止后端低噪声放大器输入端的直流偏置电压向前传输烧毁限幅二极管和被测件。

(2)对50hz/110v工频感应电压信号进行分压，防止大功率的50hz/110v工频感应电压信号施加到后端低噪声高增益放大电路模块上。

因电容的耐压性能良好，如0805封装的陶瓷贴片电容可以承受几百伏的交流电压，因此通过电容c1和c2的合理取值，保证50hz/110v的工频感应电压信号主要降到电容c1上，而输入到限幅二极管和低噪声高增益放大电路模块输入端口的工频感应电压信号幅度满足其可承受功率要求，从而防止限幅二级管和低噪声放大电路模块被50hz/110v的工频感应信号烧毁，同时也保证对测量信号引入的传输衰减尽可能小，一般不超过0.1db。

输入电容c1和输出电容c2取值规则如下：

(1)输入电容c1对最低频率测量信号(通常为10mhz)呈现低阻抗，不影响测量信号的传输，同时50hz的工频感应信号呈现高阻抗。

(2)输出电容c2的容值至少为输入电容c1容值的100倍，c1和c2容值至少为限幅二极管电容容值的1000倍，c1和c2在50hz频点的阻抗应大于5000欧，从而保证输入的50hz工频感应电压信号主要降在输入电容c1两端。同时，输入电容c1的交流耐压值应高于110v，并留有一定余量，耐压上要降额使用，图3示出了输入电容c1和输出电容c2取值的一组实施例。

并联限幅二极管对d1和d2对被测件输出的大功率测量信号进行限幅，当被测件输出的功率小于限幅功率时，信号无衰减，当信号的功率大于限幅功率时，经过限幅二极管后输出信号的功率等于限幅功率，限幅二极管具体型号的选择根据工作频段和限幅功率确定，即限幅二极管的工作频率要覆盖噪声系数分析仪的射频段频率，其限幅输出功率小于射频前端第一级低噪声放大器的最大允许输入功率，同时限幅二极管自身的结电容和其他寄生电容应该尽可能小。

1/4波长传输线用来改善端口的匹配性能，同时减小保护电路的传输损耗。通过1/4波长传输线使在输入端口处来自两个限幅二极管的反射信号产生一定相移，从而导致合成的反射信号幅度减小，改善保护电路端口的匹配性能和传输性能。在近似1/4波长频点处，两个来自限幅二极管的反射信号相位相差近180度，最大限度相互抵消，可实现最大匹配和传输性能的提升，传输线长度的取值可根据具体指标要求进行优化和折衷处理。

本发明通过在并联限幅二极管对中引入1/4波长传输线改善了保护电路的输入端口匹配和传输损耗性能指标，从而提高了噪声系数分析仪整机的端口匹配和噪声系数性能指标。

本发明提出的保护电路可同时防止由于接地不良产生的50hz/110v工频感应信号和被测件输出的大功率测量信号烧毁噪声系数分析仪的射频段接收电路，并克服以往50hz/110v工频感应信号抑制电路存在接地直流通路，容易烧毁被测件和保护电路的缺点，同时本发明提出的保护电路相对于基于并联电感的保护电路引入的损耗更小，有利于噪声系数分析仪整机噪声系数性能指标的提高。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。