本發(fā)明涉及一種電磁屏蔽和長線驅動系統(tǒng)，特別是一種用于加速器強脈沖輻射場的弱信號長線驅動和抗電磁干擾系統(tǒng)。

背景技術：

加速器強脈沖輻射場可以產生很強的電磁輻射和電離輻射，因此要求信號測量端與加速器靶面距離足夠遠，以確保人身和測量儀器的安全。在較遠距離下，信號傳輸會有較大衰減，尤其是對于高頻信號或驅動能力弱的數(shù)字信號，再加之強電磁脈沖通過線纜的耦合，使有效信號極難準確采集到。因此長期以來，加速器強脈沖輻射場中弱信號的準確測量一直沒有得到很好的解決。

以往對高頻信號或弱信號測量時往往采取降頻或縮短測量距離的方法，但這樣無法測量高頻信號的實驗數(shù)據(jù)，并且對于大型加速器，測量距離縮短很有限，電磁干擾也不易屏蔽。常見的電磁屏蔽方法就是在儀器或被測電路外包覆銅網，這種方法雖可以有效屏蔽電磁干擾，但操作繁瑣且不易規(guī)范化，而且難以克服加速器放電時的地電位抖動問題。在瞬時電離輻射實驗中，大規(guī)模集成電路輸出信號的驅動能力一般都較弱，而實驗中使用的電纜具有較大分布電容，且傳輸距離較遠，造成信號傳輸至測試端時產生嚴重畸變。

技術實現(xiàn)要素：

為了克服信號傳輸至測試端時產生嚴重畸變的問題，本發(fā)明采取信號近輸入端加入驅動電路的方法解決此問題，方法是將弱信號輸入至一電流放大器電路，該電路保持信號電壓不變，而放大驅動電流，使之能驅動長電纜，然后經阻抗匹配電路輸出，這樣就可以在保真信號波形的情況下實現(xiàn)長線驅動，且輸出阻抗與電纜特征阻抗匹配，以消除信號反射問題。同時，為了克服地電位抖動和電磁干擾問題，本發(fā)明在電流放大器外加入雙屏蔽系統(tǒng)。該系統(tǒng)外層屏蔽就近接地，盡快泄放耦合電荷，以消除地電位抖動和環(huán)境電磁脈沖對信號的影響；內層屏蔽與外層屏蔽隔離且與測試端地線連接，以提供穩(wěn)定的地電位。整個系統(tǒng)與弱信號間采用屏蔽接插件連接，既保證信號完整性，又方便快捷。

本發(fā)明的技術解決方案是提供一種用于脈沖輻射環(huán)境的電磁屏蔽和長線驅動系統(tǒng)，其特殊之處在于：包括接地的外屏蔽殼、位于外屏蔽殼內的內屏蔽殼、電流放大電路、與電流放大電路相連的阻抗匹配電路；

上述外屏蔽殼和內屏蔽殼間填充絕緣材料；上述內屏蔽殼殼體具有多個輸入端及輸出端標準電纜接頭，上述外屏蔽殼殼體具有與輸入端及輸出端標準電纜接頭對應的導線孔；

上述電流放大電路和阻抗匹配電路位于內屏蔽殼內；

上述電流放大電路的輸入端通過同軸線纜焊接于內屏蔽殼的輸入端標準電纜接頭上；上述阻抗匹配電路的輸出端通過同軸線纜焊接于內屏蔽殼的輸出端標準電纜接頭上；

信號輸入電纜通過導線孔與輸入端標準電纜接頭連接；信號輸出電纜與輸出端標準電纜接頭連接通過導線孔與測試端連接；

上述內屏蔽殼與測試端地線連接。

上述電流放大電路包括多組獨立信道，所述信道包括高速運算放大器、外圍電阻、和/或電容，上述高速運算放大器滿足高輸入阻抗低輸出阻抗，對輸入信號的電壓放大倍數(shù)為1，最大輸出電流可達0.2A，最大輸出電壓擺幅為±10V。

上述高速運算放大器的型號不固定，優(yōu)選為LH0002。

上述阻抗匹配電路包括多組獨立信道，上述信道為并聯(lián)的可調電阻器和可變電容器，上述信道的輸入端與電流放大電路的相應信道通過通信總線連接，上述信道的輸出端通過電纜與輸出電纜接頭連接。

優(yōu)選的，上述可調電阻器可調范圍為0～100Ω；上述可變電容器的可調范圍為0～10nF。

優(yōu)選的，上述電流放大電路和阻抗匹配電路設置于PCB電路板上，上述PCB電路板雙面覆銅且設有地線，上述電流放大電路和阻抗匹配電路的接地端與所述地線連接。

上述信號輸入電纜及信號輸出電纜均為雙屏蔽電纜，上述雙屏蔽電纜包括外屏蔽層、內屏蔽層、芯線，所述外屏蔽層與導線孔相連，上述內屏蔽層與標準電纜接頭的外殼相連，上述芯線與標準電纜接頭的芯線連接。

優(yōu)選的，上述外屏蔽殼與內屏蔽殼均為厚度不小于3mm的銅盒或鋁盒，其長度、高度和寬度不固定，可根據(jù)具體需求而定；屏蔽殼兩側的到線控的尺寸滿足同軸電纜順利通過。

優(yōu)選的，上述外屏蔽殼和內屏蔽殼之間的絕緣材料為厚度不小于2mm的絕緣樹脂或膠木，其他高絕緣性的材料也可用于本系統(tǒng)。

本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明采用雙屏蔽設計，外層屏蔽消除電磁脈沖耦合電流，內層屏蔽消除地電位抖動，提供穩(wěn)定參考地電位；為了克服地電位抖動和電磁干擾問題，本發(fā)明在電流放大器外加入雙屏蔽系統(tǒng)。該系統(tǒng)外層屏蔽就近接地，盡快泄放耦合電荷，以消除地電位抖動和環(huán)境電磁脈沖對信號的影響；內層屏蔽與外層屏蔽隔離且與測試端地線連接，以提供穩(wěn)定的地電位；

2、為了克服信號傳輸至測試端時產生嚴重畸變的問題，本發(fā)明采取信號近輸入端加入驅動電路的方法解決此問題，方法是將弱信號輸入至一電流放大器電路，該電路保持信號電壓不變，而放大驅動電流，使之能驅動長電纜，然后經阻抗匹配電路輸出，這樣就可以在保真信號波形的情況下實現(xiàn)長線驅動，且輸出阻抗與電纜特征阻抗匹配，以消除信號反射問題；

3、本發(fā)明設計了高性能電流放大電路，具有輸入阻抗高、帶寬高、驅動電流大等優(yōu)點；阻抗匹配電路采用可調設計，可以滿足不同特征阻抗電纜的阻抗匹配要求；

4、本發(fā)明采用機械設計和電路設計相結合的方法，使系統(tǒng)滿足電學和裝配等方面的要求，整個系統(tǒng)與弱信號間采用屏蔽接插件連接，既保證信號完整性，又方便快捷。

附圖說明

圖1為本發(fā)明系統(tǒng)結構示意圖；

圖2為高頻信號使用本系統(tǒng)前后的波形圖；

圖3為弱信號使用本系統(tǒng)前后的波形圖；

圖4為使用本系統(tǒng)前后的電磁屏蔽效果對比；

圖5為電流放大電路。

附圖標記如下：1-外屏蔽殼，2-內屏蔽殼，3-PCB電路板，4-電流放大電路，5-阻抗匹配電路，6-通信總線，7-同軸線纜，8-輸入端標準電纜接頭，9-導線孔，10-絕緣材料，11輸出端標準電纜接頭。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明進一步描述：

如圖1所示，為本發(fā)明的結構示意圖，外屏蔽殼1和內屏蔽殼2間填充絕緣材料10，電流放大電路4和阻抗匹配電路5焊接于PCB電路板3上并采用通信總線6相連，兩電路分別通過同軸線纜7焊接于內屏蔽殼2的輸入端標準電纜接頭8及輸出端標準電纜接頭11上，且將與電流放大電路4相連的一側作為系統(tǒng)輸入端，與阻抗匹配電路5相連的一側作為系統(tǒng)輸出端。

外部輸入信號的雙屏蔽電纜的外屏蔽層與導線孔9相連，電纜內屏蔽層和芯線分別與標準電纜接頭的外殼和芯線相連；在另一側使用相同的方法連接信號輸出電纜。標準電纜接頭的型號不唯一，可為BNC、Q9或其他型號的屏蔽電纜接頭。外屏蔽殼1就近接地，內屏蔽殼2與測試端地線連接。PCB電路板3雙面覆銅，且設為地線，與其上所有電路的接地端相連。輸入信號輸入至電流放大電路輸入端，經電流放大后輸出至阻抗匹配電路5，再經阻抗匹配后輸出至輸出電纜，最終至終端測試儀器。

較長距離的同軸電纜的等效電容較大，高頻信號或弱驅動信號直接與同軸電纜相連，測試終端的信號如圖2中曲線1、圖3中曲線1所示，常發(fā)生嚴重的失真，且在傳輸過程中若信號屏蔽不好，電磁干擾會嚴重影響被測信號，如圖4中曲線1所示。在信號輸出端采用本發(fā)明的驅動和屏蔽組合式系統(tǒng)后，信號質量大大提高，如圖2、圖3、圖4中曲線2所示。

現(xiàn)以10MHz的數(shù)字輸出信號為例，說明該套系統(tǒng)的工作過程：由于本發(fā)明描述的系統(tǒng)為多信道驅動系統(tǒng)，圖1示意圖中為7信道，現(xiàn)以其中一路信道進行闡述。輸送被測信號的電纜采用雙屏蔽電纜，外層屏蔽與導線孔9緊密相連，且用屏蔽帶將縫隙封住，然后將內層電纜穿過導線孔9，并將與輸入端標準電纜接頭8匹配的接頭與本系統(tǒng)輸入端標準電纜接頭8對接。同理，將另一側電纜連接至系統(tǒng)輸出端，并調節(jié)阻抗匹配電路5中的電阻和電容值，使之與輸出端連接電纜的特征阻抗相等。10MHz信號通過電纜輸入至電流放大電路4，電流放大電路將該信號電壓保持不變，將最大輸出電流放大到約0.2A，然后將信號通過通信總線6輸出至阻抗匹配電路5，最后由電路5的輸出端輸出至電纜，直至終端測試儀器。由于該電路輸出阻抗與輸出電纜的特征阻抗相等，所以可以消除反射，又由于信號輸出電流足夠大，可以滿足電纜電容充放電時的電流要求，所以10MHz信號可以完整傳輸至測試端。這樣就可以在測試終端測量到50m外完整的高頻弱信號，且不會受到外界電磁脈沖的干擾。