专利名称：防雷型gnss信号中继放大器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种GNSS(Global Navigation Satellite System)信号中继放大器，应用于移动通信中GNSS信号的长距离传输增强信号电平，属于通信领域。
背景技术：
GNSS全球导航卫星系统目前包含了美国的GPS、俄罗斯的GL0NASS、中国的 Compass (北斗)、欧盟的Galileo系统，具有全球、全天候、实时和高精度的优点。采用时间测距定位原理，可对地面车辆、海上船只、飞机、导弹、卫星和飞船等各种移动用户进行全天侯的、实时的高精度三维定位测速和精确授时。GNSS在授时领域的应用中，为移动通信系统提供时间基准是其重要的一方面，目前，在第二代和第三代移动通信系统五个标准中，只是第二代的GSM和第三代的WCDMA两个通信标准不使用GNSS授时，其它如二代⑶MA和三代的⑶MA2000、TD-SCDMA等三个通信标准必须使用GNSS进行授时。在应用中，一般将GNSS有源天线通过射频电缆直接与机房内的接收机相连，但是很多基站由于多种原因GNSS有源天线到机房接收机距离过长，高增益的有源天线也不能满足接收机对信号电平的要求，所以必须在射频电缆的适当位置增加中继放大器以增强信号。在现实实例中，一般采用的中继放大器不具备防雷功能或具有小于 2ΚΑ(8/20μ S电流波形)的防浪涌功能，如专利号为ZL200920271683. 9的实施例，其专利说明书声明符合IEC61000-4-5，1. 2/50 μ S，3000V冲击电压的要求，按最为严酷的试验等级 O欧姆等效内阻)来说，其最大承受电流为1.5ΚΑ。但现实是基站都建设在空旷的地方，且高于周围其它建筑物，很容易受到雷击，直击雷或雷电放电电流的传导在GNSS信号线路中感应产生几十千伏特计的冲击电压，在线路中产生高达5ΚΑ以上的冲击电流，致使GNSS中继放大器损坏，达不到中华人民共和国通信行业标准YD/T5098-2001《通信局(站)雷电过电压保护工程设计规范》中所要求的不小于5ΚΑ的标准，不能实现有效避雷。在实际应用中为了保障系统的可靠性，必须在中继放大器的输入与输出两个端口上分别加设避雷器，这就大大增加了成本，同时增加了工程施工量。
发明内容本实用新型要解决的问题是提供一种能够免除避雷器的使用、有效防止雷击损坏的高可靠性GNSS信号中继放大器，具有结构简单、密封性能良好、安装方便、成本低和符合行业防雷标准要求的优点。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是防雷型GNSS信号中继放大器由密封型铝合金防护外壳、螺纹固定密封型针式射频连接器、防雷型GNSS低噪声放大模块、盒体密封胶圈和若干螺钉组成。其特征在于防雷型GNSS低噪声放大模块置于由密封型铝合金防护外壳和盒体密封胶圈及盒体组装螺钉组成的腔体内并通过印制板固定螺钉固定，两个螺纹固定密封型针式射频连接器分别从密封型铝合金防护外壳的两端螺孔旋入固定并由连接器锁紧螺钉锁紧，针式连接端与防雷型GNSS低噪声放大模块的两个端口锡焊连接。本实施例密封性能良好，防护能力达到GB4208-2008 IPX8防护等级；防雷能力符合YD/T5098-2001《通信局(站)雷电过电压保护工程设计规范》要求，防护性能达到GB/T3482-2008《电子设备雷击试验方法》，6. 1电源线雷击试验波形之严酷等级7，电压波形1. 2/50μ S、40kV，电流波形 8/20μ S、20kA的标准，同时螺纹固定型的连接结构使连接器与防护外壳的连接强度足够承受长电缆的拉力，从而不需将防雷型GNSS信号中继放大器固定在固定物上，方便了施工布线。其中所述密封型铝合金防护外壳由上盒体和下盒体两部分组成，上、下盒体结合部位设有盒体密封胶圈，上、下盒体通过盒体组装螺钉紧固时，将盒体密封胶圈压紧，达到密封的效果；下盒体腔体部分以在同一水平线的平台分为上下两部分，装有放大电路与防雷电路的印制板通过螺钉安装在腔体内平台上，两个腔体分别为放大电路和防雷电路的器件提供容纳空间；下盒体的其中一对侧面的中间位置设有螺孔，螺纹固定密封型针式射频连接器的螺纹体从螺孔旋入紧固，将连接器与盒体结合部密封胶圈压紧，达到密封目的，同时依靠设置在腔体边缘的连接器锁紧螺钉锁紧。上下盒体的四角有贯通的安装固定孔，必要时用于固定防雷型GNSS中继放大器到安装面上。下盒体的一侧面设有连接接地线的接地螺钉孔。上、下盒体的内外表面进行导电氧化处理，达到防腐蚀和良好接地的效果。所述螺纹固定密封型针式射频连接器由射频连接器体、内导体、介质、连接器与盒体结合部密封胶圈、介质与连接器体结合部密封胶圈、内导体与介质结合部密封胶圈组成， 射频连接器体的结构依次为标准型连接器结构、防水胶圈槽、固定螺纹体；螺纹体直径比防水胶圈内圈直径略小。所述防雷型GNSS低噪声放大模块是由低噪声放大器、带通滤波器、低压差稳压器、阻容感器件等组成的放大电路和由高压电容、大功率线绕电感、陶瓷气体放电管、压敏电阻、可恢复保险丝、瞬态电压抑制二极管、大功率电阻等组成的防雷电路，布设于同一印制电路板形成。放大电路根据增益要求的不同取舍低噪声放大器的使用数量与类型，根据产品应用系统的不同取舍带通滤波器的类型。放大电路与防雷电路分别布设于同一印刷电路板的两面，有效地抑制了空间传导反馈和防雷电路启动防护时对放大电路的干扰，同时充分利用了空间，大大减小了产品体积，有效地降低了成本。本实用新型的有益效果是能够有效防止GNSS中继放大器的雷击损坏，免除了避雷器的使用，良好的密封效果，应用于各种恶劣的自然环境，增强了产品可靠性，节约了系统的成本，简化了工程安装。
图1是防雷型GNSS信号中继放大器实施例的外观图图2是防雷型GNSS信号中继放大器实施例的一侧面半剖图图3是防雷型GNSS信号中继放大器实施例移去上盒体的内部视图图4是防雷型GNSS信号中继放大器实施的电路原理图其中，1.密封型铝合金防护外壳，2.螺纹固定密封型针式射频连接器，3.防雷型 GNSS低噪声放大模块，4.盒体密封胶圈，5.连接器锁紧螺钉，6.盒体组装螺钉，7.接地螺钉孔，8.安装固定孔，9.印制板固定螺钉，la.上盒体，lb.下盒体，2a.射频连接器体，2b.内导体，2c.介质，2d.连接器与盒体结合部密封胶圈，2e.介质与连接器体结合部密封胶圈， 2f.内导体与介质结合部密封胶圈，Potl.天线端接口，Pot2.设备端接口，Cl.第一高压电容，C2第二高压电容，A.放大电路，Li.第一线绕电感，L2.第二线绕电感，L3.第三线绕电感，L4.第四线绕电感，Pl.第一陶瓷气体放电管，P2.第二陶瓷气体放电管，Dl.第一瞬态电压抑制二极管，D2.第二瞬态电压抑制二极管，Rl.压敏电阻，F.可恢复保险丝，R2.功率电阻，LD0.线性稳压器。
具体实施方式
如图1、图2、图3所示，本实施例由密封型铝合金防护外壳1、两只螺纹固定密封型针式射频连接器2、防雷型GNSS低噪声放大模块3、盒体密封胶圈4、两只连接器锁紧螺钉 5、十只盒体组装螺钉6和六只印制板固定螺钉9组成。防雷型GNSS低噪声放大模块3的印制板两面分别布设放大电路和防雷电路，架设于下盒体Ib的内腔平台上，通过六只印制板固定螺钉9固定连接，以防雷型GNSS低噪声放大模块3的印制板为界将下盒体Ib的内腔分为上下两部分，分别为放大电路和防雷电路提供容纳空间；两只螺纹固定密封型针式射频连接器2分别从下盒体Ib两侧的螺孔旋入并拧紧，两只连接器锁紧螺钉5在相应位置分别旋入并紧固，然后用焊锡把螺纹固定密封型针式射频连接器2的内导体2b针式端与防雷型GNSS低噪声放大模块3焊接；十只盒体组装螺钉6将上盒体Ia和盒体密封胶圈4紧密地与下盒体Ib紧固安装，密封型铝合金防护外壳1的四角各有一个贯通的安装固定孔8，用于需将防雷型GNSS信号中继放大器固定时之用，下盒体Ib的一侧面设有接地螺孔7，用于接地线的安装连接。如图2所示，从防雷型GNSS信号中继放大器实施例的一侧面半剖图中可看到，螺纹固定密封型针式射频连接器2由射频连接器体2a、内导体2b、介质2c、连接器与盒体结合部密封胶圈2d、介质与连接器体结合部密封胶圈2e和内导体与介质结合部密封胶圈2f 组成，其中射频连接器体加一端为标准射频连接器结构，另一端为外螺纹螺栓结构。标准射频连接器结构，可以是N型或TNC型也可以为其它，本图以N型连接器为例说明，内导体 2b为T型结构，结合介质2c的上下两段式结构设计，防止内导体向上串动，提高连接的可靠性。如图4本实施例的电路图所示，电路的连接关系如下防雷型GNSS低噪声放大模块3中天线端接口 Potl同时与第一高压电容Cl和第一线绕电感Ll各自的其中一端相连， 第一高压电容Cl的另一端与放大电路A的输入端相连，放大电路A的输出端与第二高压电容C2的其中一端相连，第二高压电容C2的另一端同时与设备端接口 Pot2和第三线绕电感L3的其中一端相连；第一线绕电感Ll的另一端同时与第二线绕电感L2、第一陶瓷气体放电管Pl各自的其中一端相连，第一陶瓷气体放电管Pl的另一端接地；第二线绕电感L2 另一端同时与第四线绕电感L4、压敏电阻R1、可恢复保险丝F各自的其中一端相连，压敏电阻Rl的另一端接地，可恢复保险丝F的另一端同时与第一瞬态电压抑制二极管D1、功率电阻R2各自的其中一端相连，第一瞬态电压抑制二极管Dl的另一端接地，功率电阻R2的另一端同时与第二瞬态电压抑制二极管D2的其中一端、线性稳压器LDO的输入端相连，第二瞬态电压抑制二极管D2的另一端接地，线性稳压器LDO的输出端与放大电路的供电部分相
6连；第四线绕电感L4的另一端同时与第三线绕电感L3的另一端及第二陶瓷气体放电管P2 的其中一端相连，第二陶瓷气体放电管P2的另一端接地，形成天线端接口 Potl和设备端接口 Pot2两端口对称式防护电路。本实施例工作过程有三种传输路径，分别为射频信号路径、直流供电路径和雷击浪涌泄放路径。在射频信号的传输路径中第一线绕电感Li、第二线绕电感L2对射频信号表现高阻，等效开路，第一高压电容Cl、第二高压电容C2对射频信号表现短路，GNSS射频信号经电缆传输至天线端接口 Potl，经第一高压电容Cl传输到放大电路A的输入端，经过放大电路 A的放大处理，由放大电路A的输出端通过第二高压电容C2传输至设备端接口 Pot2，完成射频信号在链路内的传输。直流供电的路径中第一线绕电感Li、第二线绕电感L2、第三线绕电感L3、第四线绕电感L4对直流供电电流表现短路，第一高压电容Cl、第二高压电容C2和第一陶瓷气体放电管P1、第二陶瓷气体放电管P2和第一瞬态电压抑制二极管D1、第二瞬态电压抑制二极管D2以及压敏电阻Rl对直流供电电流表现开路，直流供电电流由设备端接口 Pot2馈入， 分为两支馈送支路为放大电路A和有源天线馈电，其中一支馈电支路为直流供电电流依次经过第三线绕电感L3、第四线绕电感L4、可恢复保险丝F、功率电阻R2到达线性稳压器LDO 的输入端，经过线性稳压器LDO变换处理为放大电路A供电；另一支馈电支路为直流供电电流依次经过第三线绕电感L3、第四线绕电感L4、第二线绕电感L2、第一线绕电感Ll到达天线端接口 Potl，通过电缆传输为远端的有源天线供电。雷击浪涌有可能从天线端接口 Potl和设备端接口 Pot2的任一端口进入，本实施例对两个端口对称式设计，工作原理相同，保证了无论雷击能量从哪一端口进入，实施效果相同。在雷击浪涌泄放路径中，由于第一高压电容Cl、第二高压电容C2的高阻作用，对雷击能量表现为开路，雷击能量不会从放大电路A的信号输入和输出端对其作用，本实施例中防护器件的反应速度由快到慢和反应电压由低到高依次为瞬态电压抑制二极管、压敏电阻、陶瓷气体放电管，当雷击能量到达设备端接口 Pot2，第一陶瓷气体放电管P1、第二陶瓷气体放电管P2和压敏电阻Rl不会立即启动，雷击浪涌前波能量依次经过第三线绕电感 L3、第四线绕电感L4、可恢复保险丝F和功率电阻R2到第二瞬态电压抑制二极管D2正极端，第二瞬态电压抑制二极管D2在皮秒级时间内对浪涌电压产生响应，快速启动将瞬间过电压控制在一定水平，对线性稳压器LDO进行保护，随着雷击能量增大并达到第一瞬态电压抑制二极管Dl启动电压，第一瞬态电压抑制二极管Dl快速启动，功率电阻R2作为限流电阻对第二瞬态电压抑制二极管D2进行保护，随着雷击能量增大和时间的增加压敏电阻 R1、第二陶瓷气体放电管P2依次启动，将大电流泄放到地，在第一瞬态电压抑制二极管Dl 和第二瞬态电压抑制二极管D2持续放电过程中，高能电流使可恢复保险丝F发热，时间和热量积累到一定程度可恢复保险丝F的阻值突变增大，遏制雷击能量向后传导，保护第一瞬态电压抑制二极管Dl不受后续高能量的损害，第四线绕电感L4、第二线绕电感L2为大功率高感量电感，延迟雷击高能量向压敏电阻Rl处传导和遏制雷击电压的快速增长，同时雷击能量会依次通过第三线绕电感L3、第四线绕电感L4、第二线绕电感L2、第一线绕电感Ll 传导至天线端接口 Potl处，由于第一高压电容Cl的存在，不会对放大电路A的信号输入端造成危害。当雷击能量由天线端接口 Potl处馈入，电路工作原理与上述相同，不作赘述。[0025] 当放大电路A或线性稳压器LDO意外故障导致短路时，可恢复保险丝F会在很短的时间内突变为高阻，等效开路，保护供电系统电源不会损坏。
权利要求1.防雷型GNSS信号中继放大器，其特征是它由密封型铝合金防护外壳(1)、螺纹固定密封型针式射频连接器O)、防雷型GNSS低噪声放大模块C3)、盒体密封胶圈(4)、连接器锁紧螺钉(5)、盒体组装螺钉(6)和印制板固定螺钉(9)组成；防雷型GNSS低噪声放大模块 (3)置于由密封型铝合金防护外壳(1)和盒体密封胶圈(4)及盒体组装螺钉(6)组成的腔体内并通过印制板固定螺钉(9)固定，两个螺纹固定密封型针式射频连接器( 分别从密封型铝合金防护外壳(1)的两端螺孔旋入固定并由连接器锁紧螺钉( 锁紧，针式连接端与防雷型GNSS低噪声放大模块(3)的两个端口锡焊连接。
2.根据权利要求1所述的防雷型GNSS信号中继放大器，其特征是所述密封型铝合金防护外壳(1)由上盒体(Ia)和下盒体(Ib)两部分组成，上、下盒体结合部位设有盒体密封胶圈G)，上、下盒体通过盒体组装螺钉(6)紧固并将盒体密封胶圈(4)压紧，形成密封腔； 密封型铝合金防护外壳(1)的四角有贯通的安装固定孔(8)；其内外表面应进行导电氧化处理。
3.根据权利要求1所述的防雷型GNSS信号中继放大器，其特征是所述螺纹固定密封型针式射频连接器O)由射频连接器体Ca)、内导体(2b)、介质(2c)、连接器与盒体结合部密封胶圈(2d)、介质与连接器体结合部密封胶圈Qe)和内导体与介质结合部密封胶圈 (2f)组成，射频连接器体Oa)的结构依次为标准型连接器结构、防水胶圈槽、固定螺纹体； 螺纹体直径比防水胶圈内圈直径略小。
4.根据权利要求1所述的防雷型GNSS信号中继放大器，其特征是所述防雷型GNSS低噪声放大模块(3)由低噪声放大器、带通滤波器、低压差稳压器、阻容感器件组成放大电路和由高压电容、大功率线绕电感、陶瓷气体放电管、压敏电阻、可恢复保险丝、瞬态电压抑制二极管、大功率电阻组成防雷电路布设于同一印制电路板而形成，放大电路根据增益要求的不同取舍低噪声放大器的使用数量与类型，根据产品应用系统的不同取舍带通滤波器的类型，放大电路与防雷电路分别布设于同一印刷电路板的两面。
5.根据权利要求1或2所述的防雷型GNSS信号中继放大器，特征是所述下盒体(Ib) 内腔体设有在同一水平线的平台，用于装载印制板；下盒体(Ib)的其中一对侧面的中间位置设有安装连接器的螺孔，另一对侧面中的一面设有连接接地线的接地螺钉孔(7)，且在用于安装连接器的螺孔部位的内腔体边缘设有安装连接器锁紧螺钉(5)的螺钉孔。
6.根据权利要求1或4所述的防雷型GNSS信号中继放大器，特征是所述防雷型GNSS 低噪声放大模块(3)中天线端接口(Potl)同时与第一高压电容(Cl)和第一线绕电感(Li) 各自的其中一端相连，第一高压电容(Cl)的另一端与放大电路(A)的输入端相连，放大电路(A)的输出端与第二高压电容(C2)的其中一端相连，第二高压电容(C2)的另一端同时与设备端接口(PoU)和第三线绕电感(U)的其中一端相连；第一线绕电感(Li)的另一端同时与第二线绕电感(L2)、第一陶瓷气体放电管(Pl)各自的其中一端相连，第一陶瓷气体放电管(Pl)的另一端接地；第二线绕电感(L2)另一端同时与第四线绕电感(L4)、压敏电阻(Rl)、可恢复保险丝(F)各自的其中一端相连，压敏电阻(Rl)的另一端接地，可恢复保险丝(F)的另一端同时与第一瞬态电压抑制二极管(Dl)、功率电阻(R2)各自的其中一端相连，第一瞬态电压抑制二极管(Dl)的另一端接地，功率电阻(R2)的另一端同时与第二瞬态电压抑制二极管(D2)的其中一端、线性稳压器(LDO)的输入端相连，第二瞬态电压抑制二极管(拟)的另一端接地，线性稳压器(LDO)的输出端与放大电路的供电部分相连；第四线绕电感(L4)的另一端同时与第三线绕电感(L3)的另一端及第二陶瓷气体放电管(P2)的其中一端相连，第二陶瓷气体放电管(P》的另一端接地，形成天线端接口(Potl)和设备端接口(Pot2)两端口对称式防护电路。
专利摘要防雷型GNSS信号中继放大器适用于GNSS信号的长距离传输，应用于移动通信的时钟系统。本实用新型解决的问题是提供一种能够免除避雷器的使用、有效防止雷击损坏的高可靠性GNSS信号中继放大器，防雷能力符合通信行业标准YD/T5098-2001《通信局(站)雷电过电压保护工程设计规范》要求。其由螺纹固定密封型针式射频连接器、密封型铝合金防护外壳、盒体密封胶圈、防雷型GNSS低噪声放大模块和若干螺钉组成，具有结构简单、有效防雷、密封性能良好、方便施工、节约成本和符合行业防雷标准要求的优点。
文档编号H02H9/04GK202261290SQ201120147370
公开日2012年5月30日 申请日期2011年5月5日 优先权日2011年5月5日
发明者崔建宝 申请人:河北威奥电子科技有限公司