宽带低噪声高频放大器的制作方法

本实用新型涉及一种宽带低噪声高频放大器。

背景技术：

在一些变电站、电力设备制造厂或电力科研单位，基于宽带高频脉冲电流的局部放电在线检测技术得到广泛应用，其可获得丰富的放电信息，从而能够通过脉冲信号特征信息进行多源识别，并可以进行局部放电量的标定，比如，在电缆局放检测试验中的应用。

宽带低噪声高频放大器是基于局部放电宽带高频脉冲电流检测的电力设备绝缘诊断设备的一个重要组成部分。为了准确地记录单个脉冲的局部放电信号的脉冲电流波形，被检测的微弱高频局放信号首先要通过该宽带低噪声高频放大器，然后进行后续处理，如高速数据采集等。所以，高频放大器的性能指标对整个仪器性能起着决定性的作用。

基于局部放电宽带高频脉冲电流检测的电力设备绝缘诊断设备针对被检测的微弱信号动态范围大，为了准确的获得原始局放波形，对宽带低噪声高频放大器提出了更加严格的要求，而现有的放大器只能满足检测频带、内置高通滤波器、功率放大增益中的一种，且放大器采用分体式设计，体积大、成本高。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于针对现有局部放电宽带高频脉冲电流检测的电力设备绝缘诊断设备的特殊要求，提出一种增益倍数可调，体积小、重量轻、成本低的宽带低噪声高频放大器。

本实用新型是采用以下的技术方案实现的：一种宽带低噪声高频放大器，包括金属屏蔽壳体、控制单元和射频放大单元，金属屏蔽壳体采用铝合金材质，其内有两个相互独立、相背设置的第一屏蔽腔和第二屏蔽腔，第一屏蔽腔上密封设置有第一端盖，第二屏蔽腔上密封设置有第二端盖，金属屏蔽壳体采用全密封设计，屏蔽腔的底面为接地面，且光滑平整，控制单元和射频放大单元采用背对背安装方式，分别设置在第一屏蔽腔和第二屏蔽腔内，以屏蔽掉控制单元电路高速数字信号的陡峭的上下沿对模拟射频信号产生的干扰；

所述控制单元包括微控制器、电源模块、RS232模块、RS485模块以及地址模块，所述电源模块、RS232模块、RS485模块以及地址模块均与微控制器相连，所述地址模块采用四位拨码开关，用以实现多个放大器级联，RS232模块、RS485模块用以实现与设备的通讯；

所述射频放大单元包括高通滤波器模块、放大模块、放大增益调节模块，检波模块以及射频输入模块和射频输出模块，高通滤波器模块和放大增益调节模块通过对应的接口与微控制器相连，射频输入模块与高通滤波器模块的输入端相连，高频滤波器模块的输出端依次连接放大模块和放大增益调节模块，放大增益调节模块的输出端与射频输出模块和检波输出模块相连，宽带低噪声高频放大器同时具有射频输出放大功能和射频检波功能，射频输出满足高速测量要求，检波输出满足低速测量要求，所述高通滤波器模块包括全通、7M高通和1M高通三路选通；同时具备RS232口和RS485口，通讯地址可设置，可以实现通过一个RS232口分别控制15个放大器的测量性能。

进一步的，所述射频放大单元通过射频PCB布板设置在第二屏蔽腔内，和控制单元PCB板一样，直接组装到屏蔽腔体的底面上，便于散热，同时使用紧固螺钉，使其与屏蔽腔体紧密结合，射频PCB布板采用上下两层双层板，上层设置微带线，下层为完整的接地平面，射频放大单元各组成模块布局时按照信号由小到大一字型布局。

进一步的，所述电源模块包括LT3680模块以及与LT3680输出相连的LM1117模块和LT1763模块，通过LM1117模块和LT1763模块实现两级变压，分别为控制单元和射频放大单元供电。

进一步的，所述金属屏蔽壳体(1)上设置有电源输入端子(11)、射频输入端子(12)、射频输出端子(13)和检波输出端子(14)，电源输入端子(11)采用穿心电容器，射频输入端子(12)、射频输出端子(13)和检波输出端子(14)采用SMA微带插座。

进一步的，所述微控制器采用STM32系列单片机，RS232模块采用接口芯片sp3232，RS485模块采用接口芯片MAX3483EESA，所述地址模块采用四位拨码开关，因此可实现1～15位编码，从而最多可实现15个放大器级联。

进一步的，所述高通滤波器模块采用七阶巴特沃斯滤波器，其通频带的频率响应曲线最平滑，能够满足在通频带内良好的线性，从而满足微弱信号定量的测量要求。

进一步的，所述放大模块采用RFMD的SBF5089Z，为具有高性能的InGaP/GaAs异质结双极晶体管MMIC放大器，提供了高达0.5GHz的宽带性能和优异的热性能。

进一步的，所述放大增益调节模块采用PE4302，PE4302是一款高线性、6位RF数字步进衰减器，“DSA”以0.5dB步进覆盖31.5dB衰减范围，具有极低的插入损耗和低功耗消耗。

进一步的，所述检波模块采用AD8310芯片，为基于渐进压缩(逐次压缩)技术的400MHz完整单芯片解调对数放大器，在频率最高为100MHz时可提供95dB(±3dB法则一致性)和90dB(±1dB紧误差界限)的动态范围，极其稳定且易于使用，基本不需要外部元件，功耗低。

与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果在于：

本实用新型公开一种宽带低噪声高频放大器，通过对硬件结构及金属屏蔽壳体的结构进行设计，金属屏蔽壳体采用铝合金材质，其内有两个相互独立、相背设置的第一屏蔽腔和第二屏蔽腔，金属屏蔽壳体采用全密封设计，屏蔽腔的底面为接地面，且光滑平整，控制单元和射频放大单元采用背对背安装方式，分别设置在第一屏蔽腔和第二屏蔽腔内；其硬件设计满足实验需求，可测量微弱小局放信号及大信号，测量信号动态范围广，不产生畸变、低噪声；且内置可配置滤波器，可控制增益倍数；结构设计巧妙，体积小、重量轻、便于集成，而且价格低廉，在基于局部放电宽带高频脉冲电流检测的电力设备绝缘诊断设备检测系统或其他相关领域具有较高的实际应用价值。

附图说明

图1为本实用新型实施所述宽带低噪声高频放大器的结构示意图；

图2为本实用新型实施例宽带低噪声高频放大器的原理框图示意图。

具体实施方式

为了能够更加清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

一种宽带低噪声高频放大器，如图1-2所示，包括控制单元4、射频放大单元5以及一金属屏蔽壳体1，金属屏蔽壳体1采用铝合金材质，其内有两个相互独立、相背设置的第一屏蔽腔2和第二屏蔽腔3，第一屏蔽腔2上密封设置有第一端盖21，第二屏蔽腔3上密封设置有第二端盖31，金属屏蔽壳体采用全密封设计，屏蔽腔的底面为接地面，且光滑平整，控制单元4和射频放大单元5采用背对背安装方式，分别设置在第一屏蔽腔2和第二屏蔽腔3内，以屏蔽掉控制单元电路高速数字信号的陡峭的上下沿对模拟射频信号产生的干扰；

继续参考图2，所述控制单元4包括微控制器、电源模块、RS232模块、RS485模块以及地址模块，所述电源模块、RS232模块、RS485模块以及地址模块均与微控制器相连，所述地址模块采用四位拨码开关，用以实现多个放大器级联；

所述射频放大单元5包括高通滤波器模块、放大模块、放大增益调节模块，检波模块以及射频输入模块和射频输出模块，高通滤波器模块和放大增益调节模块通过对应的接口与微控制器相连，射频输入模块与高通滤波器模块的输入端相连，高频滤波器模块的输出端依次连接放大模块和放大增益调节模块，放大增益调节模块的输出端与射频输出模块和检波输出模块相连，宽带低噪声高频放大器同时具有射频输出放大功能和射频检波功能，射频输出满足高速测量要求，检波输出满足低速测量要求，所述高通滤波器模块包括全通、7M高通和1M高通三路选通。

本实施例中，所述射频放大单元5通过射频PCB布板设置在第二屏蔽腔3内，和控制单元PCB板一样，直接组装到屏蔽腔体的底面上，便于散热，同时使用紧固螺钉，使其与屏蔽腔体紧密结合，射频PCB布板采用上下两层双层板，上层设置微带线，下层为完整的接地平面，射频放大单元各组成模块布局时按照信号由小到大一字型布局。

电源模块包括LT3680模块以及与LT3680输出相连的LM1117模块和LT1763模块，通过LM1117模块和LT1763模块实现两级变压，分别为控制单元和射频放大单元供电；其中控制单元(数字电路)采用3.3V供电，射频放大单元(模拟电路)采用5V供电，控制单元和射频放大单元分开供电，满足可靠性要求，有效降低数字电路噪声和射频噪声的干扰，电源模块电路不管形式有多复杂，其大电流环路都要尽可能小，电源线和地线总是要很近放置，电源模块的入口处组合并联三个滤波电容，分别滤除电源线上的低、中、高频，例如：10uf，0.1uf，100pf，并且按照从大到小的顺序依次靠近电源模块的输入管脚。

如图1所示，金属屏蔽壳体1上设置有电源输入端子11、射频输入端子12、射频输出端子13和检波输出端子14，电源输入端子11采用穿心电容器，射频输入端子12、射频输出端子13和检波输出端子14采用SMA微带插座，其他成熟接口的设计在此不做赘述。

下面对本方案的硬件选型做详细说明，在已知上述实现功能及连接关系的前提下，各个芯片之间的连接关系可参考芯片手册进行连接，为本领域技术人员公知常识。比如，微控制器采用STM32系列单片机(如STM32F103C8T6)，RS232模块采用接口芯片sp3232，RS485模块采用接口芯片MAX3483EESA，所述地址模块采用四位拨码开关，因此可实现1～15位编码，从而最多可实现15个放大器级联。所述高通滤波器模块采用七阶巴特沃斯滤波器，其通频带的频率响应曲线最平滑，能够满足在通频带内良好的线性，从而满足微弱信号定量的测量要求；放大模块采用RFMD-SBF5089Z，为具有高性能的InGaP/GaAs异质结双极晶体管MMIC放大器，提供了高达0.5GHz的宽带性能和优异的热性能；所述放大增益调节模块采用PE4302，PE4302是一款高线性、6位RF数字步进衰减器，“DSA”以0.5dB步进覆盖31.5dB衰减范围，具有极低的插入损耗和低功耗消耗；检波模块采用AD8310芯片，为基于渐进压缩(逐次压缩)技术的400MHz完整单芯片解调对数放大器，在频率最高为100MHz时可提供95dB(±3dB法则一致性)和90dB(±1dB紧误差界限)的动态范围，极其稳定且易于使用，基本不需要外部元件，功耗低。

本实施例提出的宽带低噪声高频放大器，基于局部放电宽带高频脉冲电流检测的电力设备绝缘诊断设备检测系统的需求下设计而成，体积小、重量轻、价格便宜，根据预设计、改进和调试等多个步骤实践后，将该宽带低噪声高频放大器用于基于局部放电宽带高频脉冲电流检测的电力设备绝缘诊断设备检测系统中，能实现准确地记录、测量微弱的单个脉冲的局部放电信号的脉冲电流波形的目的，且满足基于局部放电宽带高频脉冲电流检测的电力设备绝缘诊断技术对于高频局放信号的测量要求，即满足：(1)检测频带：16kHz-200MHz；(2)内置高通滤波器可选，分别为：7M高通、1M高通，全通；(3)功率放大增益可调：20～40dB增益步进：0.5dB；(4)输入最大功率：20dBm，在基于局部放电宽带高频脉冲电流检测的电力设备绝缘诊断设备检测系统或其他相关领域具有较高的实际应用价值。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非是对本实用新型作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本实用新型技术方案的保护范围。