申请/专利权人：东土磁信(北京)科技有限公司

申请日：2024-04-23

公开（公告）日：2024-06-21

公开（公告）号：CN118226348A

主分类号：G01R33/09

分类号：G01R33/09

优先权：

专利状态码：在审-公开

法律状态：2024.06.21#公开

摘要：本发明公开了一种基于隧道磁阻阵列的高灵敏度脉冲磁场接收装置，属于脉冲磁场远距离接收和通信技术的交叉领域。创新了正交叠层组阵的数字移相合成的方法：选取宽带隧道磁阻传感器芯片，在电路板上排列成矩阵，芯片排列方向相同，组成接收面阵。4个接收面阵上下对齐等距叠放为4层：从最底层开始依次为1、2、3、4层。奇数层芯片灵敏方向与偶数层芯片灵敏方向垂直，奇数层并联输出同相信号，偶数层并联输出正交信号；同相信号、正交信号分别经低噪声宽带放大和采样，再经数字移相合成，得到高灵敏度的宽带信号。本发明解决了隧道磁阻传感器接收窄脉冲磁场时灵敏度与带宽的矛盾，大幅提高接收灵敏度，在磁场窄脉冲远距离通信方面很有实用价值。

主权项：1.一种基于隧道磁阻正交叠层组阵的高灵敏度脉冲磁场接收装置，其特征在于：包括芯片C、同相面阵11、正交面阵12、同相面阵13、正交面阵14、线芯21、屏蔽层铜网22、线芯23、屏蔽层铜网24、同轴电缆头25、同轴电缆座26、同轴电缆头27、同轴电缆座28、同轴电缆29、同轴电缆30、低噪放a31、低噪放b32、ADa33、ADb34、数字移相合成35、阵列电源71、阵列电源72；所述的芯片C，其特征在于：其为隧道磁阻传感器芯片，其型号为TMR2905SP，包括输出信号正极C1、输出信号正极C2、电源正极C3、电源地C4；所述的同相面阵11，其特征在于：其制作方法如下：取49只所述的芯片C；取一个电路板，其尺寸为79.4mm×79.4mm×1mm；在所述的电路板上画出7×7的行线和列线，行线与列线垂直，行线与电路板横向平行，列线与电路板的纵向平行；行线间距为9.9mm，列线间距为9.9mm；第4行与第4列交叉点，与电路板平面几何中心点重合；共有49个行线与列线的交叉点，每个交叉点上放置一个所述的芯片C，芯片C的几何中心与其对应的交叉点重合；所有芯片C的放置方向皆相同，其感应磁场磁感应强度的灵敏方向，与电路板横向平行；这样，就构成了一个7×7的芯片矩阵，芯片矩阵上的芯片C都是并联工作，合成接收磁场信号；芯片矩阵、芯片对应的电路、电路板构成一个完整的合成接收磁场的面阵，命名为接收面阵；其中：同一接收面阵上所有芯片C的输出信号正极C1，皆为互连，并统一引出为共同端子，为面阵信号输出正极，命名为U+1，并标识在电路板9上；同一接收面阵上所有芯片C的输出信号负极C2，皆为互连，并统一引出为共同端子，为面阵信号输出负极，命名为U-2，并标识在电路板9上；同一接收面阵上所有芯片C的电源正极C3，皆为互连，并统一引出为共同端子，为面阵电源正极，命名为+3，并标识在电路板9上；同一接收面阵上的所有芯片C的电源地C4，皆为互连，并统一引出为共同端子，为面阵电源地，命名为-4，并标识在电路板9上；以上所述的方法制作的接收面阵，命名为同相面阵，每个同相面阵共包括49只所述的芯片C；所述的同相面阵13，其特征在于：其特征完全等同于所述的同相面阵11；所述的正交面阵12，其特征在于：其制作方法如下：在制作所述的同相面阵11的基础上，制作正交面阵12；将同相面阵11上布局的每个所述的芯片C，以其几何中心为中心，各自在电路板上旋转90°，在此基础上，重复上述制作所述的同相面阵11的步骤和同样要求，即得到新的接收面阵，命名为正交面阵；其中：同一正交面阵上所有芯片C的输出信号正极C1，皆为互连，并统一引出为共同端子，为面阵信号输出正极，命名为U+5，并标识在电路板9上；同一正交面阵上所有芯片C的输出信号负极C2，皆为互连，并统一引出为共同端子，为面阵信号输出负极，命名为U-6，并标识在电路板上9；同一正交面阵上所有芯片C的电源正极C3，皆为互连，并统一引出为共同端子，为面阵电源正极，命名为+7，并标识在电路板9上；同一正交面阵上的所有芯片C的电源地C4，皆为互连，并统一引出为共同端子，为面阵电源地，命名为-8，并标识在电路板9上；每个正交面阵共包括49只所述的芯片C；所述的正交面阵14，其特征在于：其特征完全等同于所述的正交面阵12；所述的同相面阵11、正交面阵12、同相面阵13、正交面阵14以正交叠层组阵的方法进行合成接收，所述的正交叠层组阵的特征在于：按上述要求制作4个接收面阵：同相面阵11、正交面阵12、同相面阵13、正交面阵14；将4个接收面阵以2mm的间距、上下对齐等距叠放为4层，定义最底层为第1层，依次有，第1层为同相面阵11、第2层为正交面阵12、第3层为同相面阵13、第4层为正交面阵14；同相面阵11、同相面阵13感应磁场的灵敏方向为横向，正交面阵12、正交面阵14感应磁场的灵敏方向为纵向，二者方向相互垂直；同相面阵11、同相面阵13并联输出，输出信号命名为同相信号；正交面阵12、正交面阵14并联输出，输出信号命名为正交信号；所述的低噪放a31，其特征在于：其为低噪声场效应宽带放大器，性能指标为：工作频带＝DC～220MHz，噪声系数NF＝0.35dB，增益G＝52dB，输入阻抗＝50欧姆，其输入接口为同轴SMA结构，为同轴电缆座26；所述的低噪放b32，其特征在于：其为低噪声场效应宽带放大器，性能指标为：工作频带＝DC～220MHz，噪声系数NF＝0.35dB，增益G＝52dB，输入阻抗＝50欧姆，其输入接口为同轴SMA结构，为同轴电缆座28；所述的低噪放a31与所述的低噪放b32，它们的型号、各项性能指标、结构、装配形式完全一样；所述的同轴电缆29，其特征在于：包括线芯21、屏蔽层铜网22、同轴电缆头25；其为SMA同轴电缆结构，特性阻抗为50欧姆；其一端为同轴电缆头25；其另一端为同轴开口线，与所述的同相面阵11、同相面阵13相连：线芯21与同相面阵11、同相面阵13的U+1相连，屏蔽层铜网22与同相面阵11、同相面阵13的U-2相连；所述的同轴电缆30，其特征在于：包括线芯23、屏蔽层铜网24、同轴电缆头27；其为SMA同轴电缆结构，特性阻抗为50欧姆；其一端为同轴电缆头27；其另一端为同轴开口线，与所述的同相面阵12、同相面阵14相连：线芯23与同相面阵12、同相面阵14的U+1相连，屏蔽层铜网24与同相面阵12、同相面阵14的U-2相连；所述的同轴电缆29与所述的同轴电缆30，它们的型号、各项性能指标、长度、装配形式完全一样；所述的低噪放a31，其特征在于：其通过所述的同轴电缆座26与所述的同轴电缆29的同轴电缆头25相连；所述的低噪放b32，其特征在于：其通过所述的同轴电缆座28与所述的同轴电缆30同轴电缆头27相连；所述的低噪放a31，其特征在于：其接收和放大所述的同相面阵11、同相面阵13并联输出的所述的同相信号；其放大后输出的是同相支路信号，命名为xat，送给所述的ADa33；所述的低噪放b32，其特征在于：其接收和放大所述的正交面阵12、正交面阵14并联输出的所述的正交信号；其放大后输出的是正交支路信号，命名为xbt，送给所述的ADb34；所述的ADa33，其特征在于：接收所述的xat并采样和数字化；其采样率为1GHz；其输出的原始序列同相支路，命名为xan，送给数字移相合成35；所述的ADb34，其特征在于：接收所述的xbt并采样和数字化；其采样率为1GHz；其输出的原始序列正交支路，命名为xbn，送给数字移相合成35；所述的ADa33与所述的ADb34在各项性能指标、电气结构上完全一样；所述的ADa33与所述的ADb34具备采样时钟同步机制。

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