【技术实现步骤摘要】
宽频带VLF差分式磁棒接收天线的前端信号调理电路
本技术属于电路领域，具体涉及一种匹配宽频带VLF差分式磁棒接收天线的前端信号调理电路。
技术介绍
磁棒接收天线基于法拉第电磁感应定律的测磁原理，决定其主要用于交变磁场的测量，被广泛应用于地球自然电磁波分析，使用电磁工具进行地球物理的研究，大地电磁测深及资源勘探、空间物理探测以及研究主要的基本等离子体物理过程等。磁棒天线作为磁敏感元件感应出十分微弱的感应电压信号，需经前端信号调理电路进行放大、滤波、驱动输出等得到磁棒天线的最终输出电压，然后供给信号采集系统。传统的磁棒天线常利用电路的调谐用于单频点的接收，即使用于接收一个完整频段的信号其应用频段通常也很窄，无法接收宽频带的磁场信号；而且天线的电压灵敏度随频率变化大、不平坦，易使天线的输出饱和，降低磁场信号探测的动态范围；相移特性也不连续，无法获取磁场信号真实的相位信息。磁棒天线的电压灵敏度是天线的关键技术指标，可以衡量天线接收性能好坏。对电压灵敏度的实测标定是一项必不可少的工作，但是一般的磁棒天线需借助辅助设备，比如赫姆霍兹线圈等标准磁场发生器进行标定实验，实施起来不仅工作繁琐，而且这些设备成本很大。磁棒天线的分辨率水平是其另一个关键关键技术指标，可以用噪声等效磁感应强度来表示，可以衡量天线能够检测出的最小磁场信号。目前磁棒天线一般采用单端输出，然后进行单端信号的低噪放大，但是一方面磁棒天线本身的共模噪声存在较大干扰，另一方面单端形式的前端放大电路仍然存在较大噪声，最终将导致电路的等效输入噪声较大...
【技术保护点】
1.一种宽频带VLF差分式磁棒接收天线的前端信号调理电路，其特征在于，包括：/n仪表放大器，与差分式分段绕制的磁棒接收天线的两个差分输出端口相连，采用三运放拓扑结构，实现差分信号的低噪声放大；/n高通滤波器，与所述仪表放大器相连，对传送来的信号进行高通滤波；/n低通滤波器，与所述高通滤波器相连，对传送来的信号进行低通滤波；/n驱动输出电路，与所述低通滤波器相连，对所述磁棒接收天线的输出电压进行驱动输出；/n磁通负反馈电路，输入端与所述高通滤波器相连，采用该高通滤波器的输出电压，同时输出端与所述磁棒接收天线的反馈线圈的两个端口相连，反馈回磁棒接收天线部分，激发出反馈磁场，从而减弱被测磁场，实现磁通负反馈的功能；/n标定输入电路，输出端与磁通负反馈电路相连，输入端预留两个端口，供信号源的激励信号输入，用于对所述磁棒接收天线的电压灵敏度进行标定。/n
【技术特征摘要】 【专利技术属性】
1.一种宽频带VLF差分式磁棒接收天线的前端信号调理电路，其特征在于，包括：
仪表放大器，与差分式分段绕制的磁棒接收天线的两个差分输出端口相连，采用三运放拓扑结构，实现差分信号的低噪声放大；
高通滤波器，与所述仪表放大器相连，对传送来的信号进行高通滤波；
低通滤波器，与所述高通滤波器相连，对传送来的信号进行低通滤波；
驱动输出电路，与所述低通滤波器相连，对所述磁棒接收天线的输出电压进行驱动输出；
磁通负反馈电路，输入端与所述高通滤波器相连，采用该高通滤波器的输出电压，同时输出端与所述磁棒接收天线的反馈线圈的两个端口相连，反馈回磁棒接收天线部分，激发出反馈磁场，从而减弱被测磁场，实现磁通负反馈的功能；
标定输入电路，输出端与磁通负反馈电路相连，输入端预留两个端口，供信号源的激励信号输入，用于对所述磁棒接收天线的电压灵敏度进行标定。
2.根据权利要求1所述的宽频带VLF差分式磁棒接收天线的前端信号调理电路，其特征在于：
其中，所述仪表放大器包含：两个磁棒天线差分式感应线圈的输入端口(a和c)、第一低噪声放大器(U1)、第二低噪声放大器(U2)、第三低噪声放大器(U3)、第一电容(C1)、两个第一电阻(Rf1和Rf2)、第二电阻(Rg)，两个第二电容(C2和C3)、两个第三电阻(R1和R2)、第四电阻(R3)、第五电阻(R4)；
所述第一电容(C1)的两端分别与两个所述输入端口(a和b)相连；两个所述第一电阻(Rf1和Rf2)分别连接在所述第一低噪声放大器(U1)和所述第二低噪声放大器(U2)的反向输入端和输出端之间，并且所述第二电阻(Rg)连接在所述第一低噪声放大器(U1)和所述第二低噪声放大器(U2)的反相输入端之间，两个所述第二电容(C2和C3)分别连接在所述第一低噪声放大器(U1)和所述第二低噪声放大器(U2)的输出端和两个所述第三电阻(R1和R2)之间，两个所述第三电阻(R1和R2)分别连接在两个所述第二电容(C2和C3)和所述第三低噪声放大器(U3)的同相、反相输入端之间，所述第四电阻(R3)一端和其中一个所述第三电阻(R1)相连，另一端接地，所述第五电阻(R4)一端与另一个所述第三电阻(R2)相连，另一端与所述第三低噪声放大器(U3)的输出端相连。
3.根据权利要求2所述的宽频带VLF差分式磁棒接收天线的前端信号调理电路，其特征在于：
其中，所述第一电容(C1)为68pF，所述第二电容(C2)为22uF，所述第一电阻(Rf1和Rf2)为3.7kΩ，所述第二电阻(Rg)为75Ω，所述第三电阻(R1和R2)、所述第四电阻(R3)、所述第五电阻(R4)均为10kΩ。
4.根据权利要求1所述的宽频带VLF差分式磁棒接收天线的前端信号调理电路，其特征在于：
其中，所述高通滤波器采用5阶巴特沃斯的拓扑结构，包含：两个第四低噪声放大器(U4和U5)，五个第六电阻(R5～R9)和五个第三电容(C4～C8)；
三个所述第三电容(C4、C5、C6)串联后与所述第四低噪声放大器(U4)的同相输入端相连，一个所述第六电阻(R5)一端与一个所述第三电容(C4)相连，另一端接地，第二个所述第六电阻(R6)连接在另一个所述第三电容(C5)和所述第四低噪声放大器(U4)的输出端之间，第三个所述第六电阻(R7)一端与第三个所述第三电容(C6)相连，另一端接地，第四个所述第三电容(C7)与第五个所述第三电容(C8)串联后连接在所述第四低噪声放大器(U4)的输出端和第二个所述第四低噪声放大器(U5)的同相输入端之间，第四个所述第六电阻(R8)连接在第四个所述第三电容(C7)和第二个所述第四低噪声放大器(U5)的输出端之间，第五个所述第六电阻(R9)一端与第二个所述第四低噪声放大器(U5)的同相输入端相连，另一端接地；
所述高通滤波器的截止频率为3kHz，所述第六电阻(R5～R9)均为1kΩ，五个所述第三电容(C4～C8)依次为4.3nF、1.4nF、1nF、5.6nF、10nF。
技术研发人员：顾旭东，罗凡，张泽衡，陈隆，倪彬彬，赵正予，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：新型
国别省市：湖北;42
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