CN102820864A - 一种具有极低插损的宽频带低温射频微波功率限幅器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有极低插损的宽频带低温射频微波功率限幅器，属于射频微波功率限幅器电路技术领域，该限幅器包括四个Pin限幅二极管，两个射频微波隔直电容C1、C2，一段四分之一波长微带线；其中，两电容分别连接射频微波输入输出端；四个Pin限幅二极管分别反接组成两组Pin限幅二极管对；第一组Pin限幅二极管对的1端与四分之一波长微带线的1端、电容C1的2端连接，该Pin限幅二极管对的2端和地连接；第二组Pin限幅二极管对的1端与四分之一波长微带线的2端、电容C2的1端连接，该Pin限幅二极管对的2端和地连接。该限幅器具有超宽的工作频带，极低的泄漏电平，可以用于保护工作在低温真空环境下的高温超导滤波系统不被强信号烧毁。

Description

一种具有极低插损的宽频带低温射频微波功率限幅器

技术领域

本发明属于射频微波功率限幅器电路技术领域，特别是一种工作在低温（75K）真空环境下的具有极低差损的宽频带低温射频微波功率限幅器。

背景技术

高温超导滤波系统是当前高温超导微波电路设计的重要应用领域之一。高温超导滤波系统具有极低的噪声系数、极高的带边陡峭度、良好的带外抑制，将其应用于各种微波通信设备的接收机前端，可以大幅度提高整个系统的灵敏度和选择性，因此在移动通信、军事通信、卫星通信等微波通信领域具有广泛的应用前景和巨大的市场潜力。高温超导滤波系统一般工作在低温（75K）真空环境下，一般由高温超导滤波器、低温低噪声放大器、低温真空腔体、制冷机和电子控制系统组成，如图1所示。

在实际应用中，高温超导滤波系统往往会受到环境中大功率干扰信号或者发射系统泄漏的大功率信号的冲击，接收系统里面的核心器件——高温超导滤波器、低噪声放大器很容易被烧毁或者击穿，继而使整个接收系统瘫痪。因此必须在高温超导滤波系统前端加装低温射频微波限幅器防止大功率信号烧毁系统。

图2所示是一种常规的射频微波限幅器的电路结构图，其主要包括一个Pin二极限幅二极管D1，一个为限幅二极管提供直流通路的射频电感L1，两个隔直电容C1、C2。常规的射频微波限幅器应用在高温超导滤波系统中有以下缺点：

（1）由于常规的射频微波限幅器采用的元器件最低工作温度为250K，所以其不能稳定工作在低温75K温度环境下；

（2）由于限幅二极管的单向导通性，该限幅电路只能对正半周期的输入功率信号起到限幅作用。

（3）由于射频电感的寄生效应，该限幅器随着频率的提高，其匹配性能变差，表现为该限幅器的驻波比变差和插损变大，给系统带来较大的噪声。

（4）由于常规的射频微波限幅器只采用单个Pin二极限幅晶体管，电路的隔离度较小，泄漏电平较高，不能有效地防止大功率信号烧毁系统。

发明内容

本发明的目的是为解决上述技术问题，提出了一种具有极低插损的宽频带低温射频微波功率限幅器，该限幅器可以长期稳定地工作在低温真空环境下，在很宽的频带内具有极低的插损，并且可以有效地防止大功率信号烧毁高温超导滤波系统。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种具有极低插损的宽频带低温射频微波功率限幅器，其特征是：包括四个Pin限幅二极管D1，D2，D3，D4，两个射频微波隔直电容C1、C2，一段四分之一波长微带线；电容C1的1端连接射频微波的输入，电容C2的2端连接射频微波的输出；Pin限幅二极管D1和D2，D3和D4分别反接组成两组Pin限幅二极管对；D1和D2组成的Pin限幅二极管的1端与四分之一波长微带线的1端、电容C1的2端连接，2端和地连接；D3和D4组成的Pin限幅二极管的1端与四分之一波长微带线的2端、电容C2的1端连接，2端和地连接。

该限幅器的工作频率为100-4000MHz。

本发明的特点及有益效果：

本发明采用微带混合电路实现。该器件可以长期稳定地工作在低温真空环境下，在很宽的频带内具有极低的插损，并且可以有效地防止大功率射频微波信号烧毁高温超导滤波系统。试验证明，该低温射频微波限幅器具有以下优点，达到了预期目的。

（1）能长期稳定工作在低温75K真空环境下；

（2）具有很宽的工作频带，工作频带为100-4000MHz；

（3）在工作频带内具有极低的驻波比（<1.15）和极低的插损(<0.1dB)。在较小功率信号输入时，使信号几乎无衰减地通过。

（4）最大能承受33dBm的输入功率信号，并且具有极低的泄漏电平（<11dBm）。当输入信号功率高于门限电平时，输出信号功率会产生很大衰减，可以有效地防止大功率信号烧毁高温超导滤波系统。

附图说明

图1是一般高温超导滤波系统示意图；

图2是已有的射频微波限幅器电路原理图；

图3是本发明的射频微波限幅器电路原理图；

图4是在低温75K真空环境下，本发明电路在小功率信号输入时候的输入驻波比与频率的关系图；

图5是在低温75K真空环境下，本发明电路在小功率信号输入时候的输出驻波比与频率的关系图；

图6是在低温75K真空环境下，本发明电路在小功率信号输入时候的插损与频率的关系图；

图7是在低温75K真空环境下，本发明电路在功率信号输入时候的输出功率与输入功率关系图；

具体实施方式

结合附图说明本发明的具体实施方式如下：本发明提出的一种具有极低插损的宽频带低温射频微波功率限幅器，如图3所示，其特征是：包括四个Pin限幅二极管D1，D2，D3，D4，两个射频微波隔直电容C1、C2，一段四分之一波长微带线；电容C1的1端连接射频微波的输入，电容C2的2端连接射频微波的输出；Pin限幅二极管D1和D2，D3和D4分别反接组成两组Pin限幅二极管对；D1和D2组成的第一组Pin限幅二极管对的1端与四分之一波长微带线的1端、电容C1的2端连接，第一组Pin限幅二极管对的2端和地连接；D3和D4组成的第二组Pin限幅二极管对的1端与四分之一波长微带线的2端、电容C2的1端连接，第二组Pin限幅二极管对的2端和地连接。

本发明适用于100-4000MHz的射频微波频段。

本发明的原理：电容C1和电容C2既能起到隔直的作用，又和Pin限幅二极管D1～D4一起保证限幅器工作频带内具有低驻波比和低插损。Pin限幅二极管D1和D2，D3和D4分别反接，可以在任何射频微波信号输入的情况下自动形成直流通道，而不需要再增加射频微波电感形成直流通路。此外，四分之一波长微带线可以在不增大限幅器插损的情况下，有效地增加限幅器的隔离度。

本发明的宽频带低温射频微波功率限幅器各组成元件的具体实施方式分别说明如下：电路基板材料：Rogers公司生产的Rogers4350B型基板材料，介电常数为3.48，基板厚度为0.508mm，覆铜层厚度为36μm，相应的四分之一波长微带线线宽为1.08mm；电容C1和C2容值为100pF，采用American Technical Ceramics公司生产的ATC 700B电容系列，该系列电容容值变化随温度很小。Pin限幅二极管采用Skyworks公司生产的CLA系列Pin限幅二极管，该系列二极管经过长期实验证明可以在低温75K温度环境下稳定工作，其在10GHz的典型插损为0.2dB，能承受的最大输入连续信号功率大于33dBm，最大泄漏电平不大于12dBm。

用以上电路，如图4、图5和图6分别表示低温75K真空环境下低温限幅器在-25dBm小功率信号输入情况下的输入驻波比、输出驻波比和插损跟频率的关系曲线。可以看出，在低温75K真空环境下，当大小为-25dBm的小功率信号输入本低温限幅器的时候，限幅器在工作频带100-4000MHz内，驻波比小于1.15，插入损耗小于0.1dB，信号几乎无衰减地通过。

用以上电路，如图7所示，在低温75K真空环境下，频率为3GHz的功率信号输入本低温限幅器的时候，在较小功率信号输入时，输出信号功率和输入信号功率几乎相同，信号几乎无衰减地通过。当输入信号功率高于门限电平（约为5dBm）时，输出信号功率开始衰减；当输入信号功率继续增大，输出信号功率的衰减幅度增大。从测试结果可以看出，当输入信号功率在33dBm范围内，低温限幅器的最大泄漏电平小于11dBm。

Claims (2)

1.一种具有极低插损的宽频带低温射频微波功率限幅器，其特征在于：该限幅器包括四个Pin限幅二极管（D1，D2，D3，D4），两个射频微波隔直电容（C1、C2），一段四分之一波长微带线（M1）；其中，第一电容（C1）的1端连接射频微波输入，第二电容（C2）的2端连接射频微波输出；第一和第二Pin限幅二极管（D1、D2），第三和第四Pin限幅二极管（D3、D4）分别反接组成两组Pin限幅二极管对；第一和第二Pin限幅二极管（D1、D2）组成的第一组Pin限幅二极管对的1端与四分之一波长微带线（M1）的1端、第一电容（C1）的2端连接，该第一组Pin限幅二极管对的2端和地连接；第三和第四Pin限幅二极管（D3、D4）组成的第二组Pin限幅二极管对的1端与四分之一波长微带线（M1）的2端、第二电容（C2）的1端连接，该第二组Pin限幅二极管对的2端和地连接。

2.根据权利1要求所述的一种具有极低插损的宽频带低温射频微波功率限幅器，其特征在于，该限幅器的工作频率为100-4000MHz。

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