專利名稱：信號防雷器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信設(shè)備信號接口的電涌保護(hù)技術(shù)，特別是指一種寬頻帶信號防雷器。
背景技術(shù)：
防雷器又稱為電涌保護(hù)器(SPD，Surge Protective Devices)，是可安裝在設(shè)備端口用于對各種雷電電流、操作過電壓等進(jìn)行保護(hù)的器件。它至少含有一個(gè)非線性元件。
信號接口的防雷設(shè)計(jì)是保證通信設(shè)備能長期可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。隨著通信設(shè)備的發(fā)展，信號接口類型的多樣化，對防雷設(shè)計(jì)技術(shù)和性能價(jià)格比都提出了越來越高的要求。
參見圖1所示，傳統(tǒng)的λ/4防雷器的原理圖。利用傳輸線理論中λ/4短路線原理，在天線的信號線與地線之間連接一個(gè)電感L，從而相當(dāng)于在饋線上接入了一段終端短路的分支線，這段分支線在饋線傳輸?shù)纳漕l頻率上相當(dāng)于一段λ/4短路線，因此這段分支線在饋線的接入點(diǎn)上對射頻頻率相當(dāng)于開路，不影響射頻信號的正常傳輸。而在直流及低頻段，這段線的作用是將信號線短路，雷擊時(shí)信號線間的過電壓/過電流將被有效的抑制。電感可以利用微帶線實(shí)現(xiàn)，也可以選用集總參數(shù)的電感來實(shí)現(xiàn)。這種方案的缺點(diǎn)是只適用于特定波長的高頻窄帶信號，不適用于寬頻帶信號；直流信號(饋電)無法通過。
目前普遍采用的二級防護(hù)方案結(jié)構(gòu)參見圖2所示。包括兩級防護(hù)電路，第一級防護(hù)電路一般由氣體放電管和壓敏電阻組成，能夠泄放較高的雷擊能量；第二級防護(hù)電路采用瞬變電壓抑制器(TVS)將殘壓降低。第一級防護(hù)電路與第二級防護(hù)電路之間用電感器L退耦，以保證第一級防護(hù)電路先于第二級防護(hù)電路啟動(dòng)。然而該方案的缺點(diǎn)是由于必須采用電感器退耦，使得高頻信號無法通過；并且由于電感退耦后仍然有較大的雷電能量，這時(shí)如果信號頻率范圍寬，對二級防護(hù)電路采用的TVS管要求高，二級防護(hù)電路的器件難以選取且成本高。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種可應(yīng)用于寬頻帶信號保護(hù)的防雷器，以低成本的方案解決帶饋電寬頻帶信號的防護(hù)問題。
基于上述目的本發(fā)明提供的一種信號防雷器，包括一級防護(hù)電路和二級防護(hù)電路，一級防護(hù)電路連接在信號線與地之間，其中，所述二級防護(hù)電路為一個(gè)或一個(gè)以上，每個(gè)二級防護(hù)電路與至少一個(gè)需要保護(hù)的信號處理電路并聯(lián)連接，二級防護(hù)電路和信號處理電路的一端接地，另一端通過濾波電路連接至信號線，所述濾波電路允許通過的頻率區(qū)間大于等于與其連接的信號處理電路的處理頻段。
該信號防雷器所述濾波電路由截止頻率小于等于與其連接的所述信號處理電路處理頻段的最低頻率的高通濾波電路和截止頻率大于等于該信號處理電路處理頻段的最高頻率的低通濾波電路串聯(lián)而成；或者為截止頻率小于等于與其連接的所述信號處理電路處理頻段的最低頻率的高通濾波電路；或者為截止頻率大于等于與其連接的所述信號處理電路處理頻段的最高頻率的低通濾波電路。
該信號防雷器中所述濾波電路為多個(gè)，各濾波電路中的所述高通濾波電路自信號輸入端起按截止頻率從低到高的順序串聯(lián)連接，濾波電路中的所述低通濾波電路的輸入端連接至屬于同一濾波電路的高通濾波電路輸出端，所述信號處理電路連接在低通濾波電路的輸出端。
該信號防雷器中所述高通濾波電路的截止頻率進(jìn)一步大于等于比其對應(yīng)信號處理電路處理頻段低的上一級頻段信號的最高頻率；所述低通濾波電路的截止頻率進(jìn)一步小于等于比所述信號處理電路處理頻段高的下一級頻段信號的最低頻率。
該信號防雷器中所述信號處理電路的處理頻段為接收信號頻帶的最低頻段，與該信號處理電路連接的濾波電路為截止頻率大于等于該信號處理電路處理頻段的最高頻率的低通濾波電路。
該信號防雷器中所述信號處理電路的處理頻段為接收信號頻帶的最高頻段，與該信號處理電路連接的濾波電路為截止頻率小于等于所述處理頻段的最低頻率的高通濾波電路。
該信號防雷器所述高通濾波電路中至少設(shè)有一個(gè)高通濾波器或帶通濾波器；所述低通濾波電路中至少設(shè)有一個(gè)低通濾波器或帶通濾波器。
該信號防雷器中所述濾波電路為帶通濾波器，所述帶通濾波器允許通過的頻率范圍大于等于與其連接的信號處理電路的處理頻段。
該信號防雷器中所述一級防護(hù)電路為氣體放電管、或壓敏電阻、或瞬變電壓抑制器、或普通固體放電管、或放電氣隙。
該信號防雷器中所述二級防護(hù)電路為氣體放電管、或壓敏電阻、或瞬變電壓抑制器、或普通固體放電管、或放電氣隙、或λ/4短路線。
從上面所述可以看出，本發(fā)明提供的信號防雷器通過為每個(gè)信號處理電路單獨(dú)設(shè)置二級防護(hù)電路濾波電路進(jìn)行保護(hù)，以及先期濾波等技術(shù)手段，保證了輸入到信號處理電路的信號具有信號各支路芯片可以承受的低殘壓，并具有承受室外信號線大的雷電流、電壓沖擊的能力以及直流饋電能力。從而以極低的成本解決了對寬頻帶信號處理電路進(jìn)行可靠保護(hù)的問題。


圖1為λ/4防雷器的原理示意圖；圖2為現(xiàn)有采用二級防護(hù)方案的防雷器結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為普通寬頻帶信號的頻譜特性示意圖；
圖4為普通寬頻帶信號處理電路示意圖；圖5為本發(fā)明較佳實(shí)施例的寬頻帶信號防雷器結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本發(fā)明采用帶通濾波器的一種寬頻帶信號防雷器結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
普通寬頻帶信號S的頻譜特性參見圖3所示，在頻譜上是由不同頻段的信號S1、S2...Sn疊加而成的。
針對寬頻帶信號，目前普遍采用的信號處理電路的結(jié)構(gòu)參見圖4所示，針對不同頻段的信號S1、S2...Sn分別設(shè)置不同的后級處理電路來分別處理對應(yīng)的信號。
本發(fā)明針對寬頻帶信號處理電路的特點(diǎn)，提出的信號防雷器主要包括一級防護(hù)電路和二級防護(hù)電路。一級防護(hù)電路連接在信號線與地之間；二級防護(hù)電路為一個(gè)或一個(gè)以上，每個(gè)二級防護(hù)電路與一個(gè)需要保護(hù)的信號處理電路并聯(lián)連接，來為每個(gè)信號處理電路提供了單獨(dú)的二級防護(hù)；二級防護(hù)電路和信號處理電路的一端接地，另一端通過濾波電路連接至信號線。其中，所述濾波電路允許通過的頻率區(qū)間大于等于與其連接的信號處理電路的處理頻段。該濾波電路可以直接由帶通濾波器實(shí)現(xiàn)，也可以由高通濾波電路和低通濾波電路組成，高通濾波電路截止頻率應(yīng)小于等于與其連接的所述信號處理電路處理頻段的最低頻率；低通濾波電路的截止頻率應(yīng)大于等于該信號處理電路處理頻段的最高頻率。如此，可將待處理頻段的信號分離出來，屏蔽可能引起危險(xiǎn)的其它頻段信號。
本發(fā)明的信號防雷器主要針對寬頻帶信號處理的防護(hù)，同時(shí)也可應(yīng)用于單頻或窄頻帶信號。
下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對本發(fā)明再作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
本發(fā)明第一個(gè)較佳實(shí)施例的寬頻帶信號防雷器的結(jié)構(gòu)參見圖5示。由一個(gè)一級防護(hù)電路、n-1個(gè)高通濾波器2～n、n-1個(gè)低通濾波器1～n-1、以及n個(gè)第二級防護(hù)電路1～n組成。每個(gè)二級防護(hù)電路與其需要保護(hù)的信號處理電路并聯(lián)連接，除S1處理電路直接通過低通濾波器1連接至信號線，Sn處理電路直接與高通濾波器n連接以外，其它的高通濾波器k與低通濾波器k-1組成一個(gè)濾波電路用于對輸入Sk處理電路的信號進(jìn)行濾波處理，其中k為2～n-1的任意整數(shù)。各高通濾波器自信號輸入端起按截止頻率從低到高的順序串聯(lián)連接，低通濾波器的輸入端連接至屬于同一濾波電路的高通濾波電路輸出端，各信號處理電路分別連接在對應(yīng)低通濾波器的輸出端。當(dāng)然這里僅是舉例，S1和Sn處理電路的濾波電路也可由高通和低通濾波器組成。
第一級防護(hù)電路采用低寄生電容高能量防雷器件，實(shí)現(xiàn)對寬頻帶信號的大雷電能量的泄放，由于還有后級防護(hù)電路，所以對第一級防護(hù)后的殘壓要求不高，可以選用低成本的防護(hù)器件實(shí)現(xiàn)，比如氣體放電管，壓敏電阻等。接著信號通過特別設(shè)計(jì)的多級濾波電路，利用多級高通和低通濾波器將信號分解成不同頻率的信號分別進(jìn)行二級防護(hù)。這些低通和高通濾波器可以起到兩個(gè)作用一方面是將信號按頻段進(jìn)行分離，另一方面由于雷電信號的頻譜特性主要集中在10MHz以內(nèi)，所以通過上述濾波器的濾波處理還可以起到將雷電信號衰減的作用。由于濾波后的信號再分別作二級防護(hù)處理，這時(shí)的信號的頻率范圍已經(jīng)很窄，因此可以用簡單的防護(hù)電路滿足低殘壓的要求，實(shí)現(xiàn)對后級各處理電路的防護(hù)。
較佳的本發(fā)明的濾波器應(yīng)滿足以下要求1)第一級低通濾波器必須要至少由一個(gè)具有一定等效空心電感量的串聯(lián)電感或等效長線組成，以保證退耦的同時(shí)直流饋電能順利通過；2)第一級高通濾波器至少由一個(gè)具有一定耐壓的串聯(lián)電容組成；3)第k級低通濾波器的設(shè)計(jì)原則是低通濾波器的截止頻率應(yīng)設(shè)計(jì)成大于等于信號Sk的最高頻率，優(yōu)選還應(yīng)小于等于信號Sk+1的最低頻率，其中1≤k≤n-1；4)第m級高通濾波器的設(shè)計(jì)原則是高通濾波器的截止頻率應(yīng)設(shè)計(jì)成小于等于信號Sm的最低頻率，優(yōu)選還應(yīng)大于等于信號Sm-1的最高頻率，其中2≤m≤n。
信號通過一級防護(hù)電路泄放掉大的雷電能量，通過低通濾波器1分離出S1信號，S1信號經(jīng)二級防護(hù)電路1后輸入到S1處理電路；頻率＞S1的信號通過高通濾波器1傳輸?shù)胶蠹?，再通過低通濾波器2分離出S2信號，S2信號經(jīng)二級防護(hù)電路2后輸入到S2處理電路；頻率＞S2的信號通過高通濾波器2繼續(xù)傳輸?shù)胶蠹?.....如此直至將n個(gè)信號分離完成，分別進(jìn)行二級防護(hù)后再到達(dá)處理電路進(jìn)行信號處理。各頻段信號通過各自對應(yīng)的二級防護(hù)電路后所殘余的雷電能量已經(jīng)降至很低，完全滿足后級各處理電路對電壓的要求，從而實(shí)現(xiàn)了對后級各處理電路的防護(hù)。
本發(fā)明還可以在該實(shí)施例的基礎(chǔ)上進(jìn)行變化，比如所有低通濾波器可以根據(jù)實(shí)際需要設(shè)計(jì)成帶通濾波器；所有高通濾波器也可以根據(jù)實(shí)際需要設(shè)計(jì)成帶通濾波器。另外，還可以根據(jù)實(shí)際需要減少一級或多級低通濾波器；根據(jù)實(shí)際需要減少一級或多級高通濾波器；以及根據(jù)實(shí)際需要不再使用其中的一個(gè)或多個(gè)二級防護(hù)電路。
另外，本發(fā)明的濾波電路還可以直接由帶通濾波器組成。參見圖6所示，每個(gè)信號處理電路直接通過一個(gè)相應(yīng)的帶通濾波器與信號線連接。這里帶通濾波器允許通過的頻率區(qū)間應(yīng)大于等于與其連接的信號處理電路的處理頻段，優(yōu)選等于與其連接的信號處理電路的處理頻段。另外，本領(lǐng)域人員應(yīng)很容易想到通過串聯(lián)的高通和低通濾波器來替換所述帶通濾波器也是可以的。
本發(fā)明中的高通和低通濾波器都可以由非常廉價(jià)的電感電容實(shí)現(xiàn)；第一級和所有第二級防護(hù)電路都可以用非常廉價(jià)的防護(hù)器件實(shí)現(xiàn)，這些防護(hù)器件可以是氣體放電管、壓敏電阻、普通TVS、普通固體放電管(TSS)等，也可以是放電氣隙或λ/4短路線。
總之，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種信號防雷器，包括一級防護(hù)電路和二級防護(hù)電路，一級防護(hù)電路連接在信號線與地之間，其特征在于，所述二級防護(hù)電路為一個(gè)或一個(gè)以上，每個(gè)二級防護(hù)電路與至少一個(gè)需要保護(hù)的信號處理電路并聯(lián)連接，二級防護(hù)電路和信號處理電路的一端接地，另一端通過濾波電路連接至信號線，所述濾波電路允許通過的頻率區(qū)間大于等于與其連接的信號處理電路的處理頻段。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號防雷器，其特征在于，所述濾波電路由截止頻率小于等于與其連接的所述信號處理電路處理頻段的最低頻率的高通濾波電路和截止頻率大于等于該信號處理電路處理頻段的最高頻率的低通濾波電路串聯(lián)而成；或者為截止頻率小于等于與其連接的所述信號處理電路處理頻段的最低頻率的高通濾波電路；或者為截止頻率大于等于與其連接的所述信號處理電路處理頻段的最高頻率的低通濾波電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的信號防雷器，其特征在于，所述濾波電路為多個(gè)，各濾波電路中的所述高通濾波電路自信號輸入端起按截止頻率從低到高的順序串聯(lián)連接，濾波電路中的所述低通濾波電路的輸入端連接至屬于同一濾波電路的高通濾波電路輸出端，所述信號處理電路連接在低通濾波電路的輸出端。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的信號防雷器，其特征在于，所述高通濾波電路的截止頻率進(jìn)一步大于等于比其對應(yīng)信號處理電路處理頻段低的上一級頻段信號的最高頻率；所述低通濾波電路的截止頻率進(jìn)一步小于等于比所述信號處理電路處理頻段高的下一級頻段信號的最低頻率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號防雷器，其特征在于，所述信號處理電路的處理頻段為接收信號頻帶的最低頻段，與該信號處理電路連接的濾波電路為截止頻率大于等于該信號處理電路處理頻段的最高頻率的低通濾波電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號防雷器，其特征在于，所述信號處理電路的處理頻段為接收信號頻帶的最高頻段，與該信號處理電路連接的濾波電路為截止頻率小于等于所述處理頻段的最低頻率的高通濾波電路。
7.根據(jù)權(quán)利要求2至5任意一項(xiàng)所述的信號防雷器，其特征在于，所述高通濾波電路中至少設(shè)有一個(gè)高通濾波器或帶通濾波器；所述低通濾波電路中至少設(shè)有一個(gè)低通濾波器或帶通濾波器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號防雷器，其特征在于，所述濾波電路為帶通濾波器，所述帶通濾波器允許通過的頻率范圍大于等于與其連接的信號處理電路的處理頻段。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號防雷器，其特征在于，所述一級防護(hù)電路為氣體放電管、或壓敏電阻、或瞬變電壓抑制器、或普通固體放電管、或放電氣隙。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號防雷器，其特征在于，所述二級防護(hù)電路為氣體放電管、或壓敏電阻、或瞬變電壓抑制器、或普通固體放電管、或放電氣隙、或λ/4短路線。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種信號防雷器，主要包括一級防護(hù)電路和二級防護(hù)電路。一級防護(hù)電路連接在信號線與地之間；二級防護(hù)電路為一個(gè)或一個(gè)以上，每個(gè)二級防護(hù)電路與一個(gè)需要保護(hù)的信號處理電路并聯(lián)連接；二級防護(hù)電路和信號處理電路的一端接地，另一端通過濾波電路連接至信號線。其中，所述濾波電路允許通過的頻率區(qū)間大于等于與其連接的信號處理電路的處理頻段。通過本發(fā)明方案保證了輸入到信號處理電路的信號具有信號各支路芯片可以承受的低殘壓，并具有承受室外信號線大的雷電流、電壓沖擊的能力以及直流饋電能力。從而以極低的成本解決了對寬頻帶信號處理電路進(jìn)行可靠保護(hù)的問題。
文檔編號H02H9/06GK1851996SQ200510109160
公開日2006年10月25日 申請日期2005年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月18日
發(fā)明者姜旨蕓, 熊膺 申請人:華為技術(shù)有限公司