CN110661503A - 超高功率限幅器 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于电子器件技术领域，提供了一种超高功率限幅器，包括：第一隔离模块、第一限幅模块、第二限幅模块和第二隔离模块；各个限幅模块分别包括至少两个二极管单元；第一隔离模块分别与第一限幅模块的第一端、第二限幅模块的第一端及第二隔离模块连接；第一限幅模块的各个二极管单元的正极分别与第一限幅模块的第一端连接，第二限幅模块的各个二极管单元的负极分别与第二限幅模块的第一端连接。本申请通过在第一限幅模块中并联多个二极管单元，能够降低二极管结电容，增加二极管数量，同时通过第二限幅模块的整流特性，提高限幅器的耐功率能力，进而提高超高功率限幅器的可靠性。
Description
技术领域
本发明属于电子器件技术领域，尤其涉及一种超高功率限幅器。
背景技术
高功率微波(high power microwave，HPM)是指瞬时峰值功率超过100MW，辐射波长在厘米至毫米范围，即频率在0.3GHz～300GHz之间的相干电磁辐射源。在高功率微波武器的迅猛发展下，在电子对抗技术的日趋成熟下，当今电子设备所面临的电磁环境更加复杂，所受到的威胁更加巨大。高功率微波因其功率高、频率高等特性，对电子设备的干扰和危害极大，针对高功率微波武器的防护需求越来越迫切。
随着电子技术发展与半导体工艺的进步，接收链路的线性度越来越高。高耐功率高超高功率限幅器的应用需求巨大。传统HPM限幅器一般采用GaAs(砷化镓)限幅器，而GaAs限幅器耐功率低，无法满足高功率的要求。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种超高功率限幅器，以解决现有技术中限幅器耐功率低的问题。
本发明实施例提供了一种超高功率限幅器，包括：第一隔离模块、第一限幅模块、第二限幅模块和第二隔离模块；所述第一限幅模块和所述第二限幅模块分别包括至少两个二极管单元；
所述第一隔离模块的第一端为限幅输入端，所述第一隔离模块的第二端分别与所述第一限幅模块的第一端、所述第二限幅模块的第一端及所述第二隔离模块的第一端连接，所述第二隔离模块的第二端为限幅输出端；
所述第一限幅模块的各个二极管单元的正极分别与所述第一限幅模块的第一端连接，所述第二限幅模块的各个二极管单元的负极分别与所述第二限幅模块的第一端连接；所述第一限幅模块的各个二极管单元的负极、所述第二限幅模块的各个二极管单元的正极分别接地。
在一个实施例中，所述超高功率限幅器还包括输入匹配电路；
所述输入匹配电路的第一端与所述第一隔离模块的第二端连接，所述输入匹配电路的第二端与所述第一限幅模块的第一端连接。
在一个实施例中，所述超高功率限幅器还包括输出匹配电路；
所述输出匹配电路的第一端与所述第二限幅模块的第一端连接，所述输出匹配电路的第二端与所述第二隔离模块的第一端连接。
在一个实施例中，所述第一限幅模块包括6个二极管单元；所述第一限幅模块的各个二极管单元分别包括一个正极与所述第一限幅模块的第一端连接、负极接地的二极管。
在一个实施例中，所述第一限幅模块的各个二极管均为GaN PIN二极管。
在一个实施例中，所述第二限幅模块的各个二极管单元分别包括一个负极与所述第二限幅模块的第一端连接，正极接地的二极管。
在一个实施例中，所述第二限幅模块的各个二极管均为SiC肖特基二极管。
在一个实施例中，所述第一限幅模块与所述第二限幅模块之间的电长度大于预设电长度阈值。
在一个实施例中，所述超高功率限幅器还包括第三隔离模块，所述第三隔离模块的第一端与所述第一限幅模块的第一端连接，所述第三隔离模块的第二端与所述第二限幅模块的第一端连接。
在一个实施例中，所述第一隔离模块包括第一电容，所述第二隔离模块包括第二电容，所述第三隔离模块包括第三电容。
本发明提供的超高功率限幅器包括：第一隔离模块、第一限幅模块、第二限幅模块和第二隔离模块；所述第一限幅模块和所述第二限幅模块分别包括至少两个二极管单元；所述第一隔离模块分别与所述第一限幅模块的第一端、所述第二限幅模块的第一端及所述第二隔离模块连接；所述第一限幅模块的各个二极管单元的正极分别与所述第一限幅模块的第一端连接，所述第二限幅模块的各个二极管单元的负极分别与所述第二限幅模块的第一端连接；所述第一限幅模块的各个二极管单元的负极、所述第二限幅模块的各个二极管单元的正极分别接地。本实施例通过在第一限幅模块中并联多个二极管单元，能够降低二极管结电容，增加二极管数量，同时通过第二限幅模块的整流特性，从而提高限幅器的耐功率能力，进而提高超高功率限幅器的可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的超高功率限幅器的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的超高功率限幅器的电路示意图；
图3是本发明实施例提供的同轴型GaN与SiC二极管限幅器的实物图；
图4是本发明实施例提供的盒体型GaN与SiC二极管限幅器的实物图；
图5是本发明实施例提供的表贴型GaN与SiC二极管限幅器的实物图；
图6是本发明实施例提供的超高功率限幅器的S参数仿真曲线。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含一系列步骤或单元的过程、方法或系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
实施例1：
图1示出了本发明一实施例所提供的超高功率限幅器的电路结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：
如图1所示，本发明实施例提供了一种超高功率限幅器的结构示意图，其包括：
包括：第一隔离模块10、第一限幅模块20、第二限幅模块30和第二隔离模块40；所述第一限幅模块20和所述第二限幅模块30分别包括至少两个二极管单元；
所述第一隔离模块10的第一端为限幅输入端，所述第一隔离模块10的第二端分别与所述第一限幅模块20的第一端、所述第二限幅模块30的第一端及所述第二隔离模块40的第一端连接，所述第二隔离模块40的第二端为限幅输出端；
所述第一限幅模块20的各个二极管单元的正极分别与所述第一限幅模块20的第一端连接，所述第二限幅模块30的各个二极管单元的负极分别与所述第二限幅模块30的第一端连接；所述第一限幅模块20的各个二极管单元的负极、所述第二限幅模块30的各个二极管单元的正极分别接地。
本实施例针对某接收机提供了一种采用二极管实现可耐受峰值功率超过1000W，且保证开启门限大于20dbm的高功率微波防护限幅器。
在本实施例中，如图1所示，包括第一隔离模块10、第一限幅模块20、第二限幅模块30和第二隔离模块40。，且每个限幅模块包括至少两个二极管单元。并且，每个限幅模块的至少两个二极管单元并联连接。具体地，第一限幅模块20的各个二极管单元的正极与第一限幅模块20的第一端连接，负极接地；第二限幅模块30的各个二极管单元的负极与第二限幅模块30的第一端连接，正极接地。
因此，当限幅器输入端输入正向的微波信号且微波信号的电压大于二极管开启电压时，则第一限幅模块20开启工作，第一限幅模块20的二极管正向到地导通，此时第一限幅模块20相当于一个电阻，从而降低微波信号的电压幅度。当限幅器输入端输入正向的微波信号且该微波信号的电压小于二极管开启电压时，则第一限幅模块20不工作，此时第一限幅模块20相当于电容，微波信号正常通过限幅器。
当限幅器输入端输入负向的微波信号，且微波信号的电压绝对值大于二极管开启电压，则第二限幅模块30开启工作，此时第二限幅模块30的二极管相当于一个电阻，从而降低微波信号的电压幅度。当限幅器输入端输入负向的微波信号且该微波信号的电压的绝对值小于二极管开启电压时，则第二限幅模块30不工作，第二限幅模块30相当于电容，微波信号正常通过限幅器。
具体地，由于两个限幅模块的二极管单元均并联连接，可以降低二极管结电容，增加二极管的数量，从而提高限幅器的耐功率能力，同时，通过第一隔离模块10和第二隔离模块40对微波信号的隔离，能够提高限幅器的限幅隔离度，降低泄露功率。
在一个实施例中，所述超高功率限幅器还包括输入匹配电路；
所述输入匹配电路的第一端与所述第一隔离模块10的第二端连接，所述输入匹配电路的第二端与所述第一限幅模块20的第一端连接。
在一个实施例中，所述超高功率限幅器还包括输出匹配电路；
所述输出匹配电路的第一端与所述第二限幅模块30的第一端连接，所述输出匹配电路的第二端与所述第二隔离模块40的第一端连接。
在本实施例中，图2示出了另一种超高功率限幅器的电路图，如图2所示，超高功率限幅器还包括输入匹配电路50和输出匹配电路60，其中，输入匹配电路50用于保证限幅器输入端的驻波实现良好匹配，输出匹配电路60用于保证限幅器输出端的驻波实现良好匹配，从而降低泄露功率。
在一个实施例中，所述第一限幅模块20包括6个二极管单元；所述第一限幅模块20的各个二极管单元分别包括一个正极与所述第一限幅模块20的第一端连接、负极接地的二极管。
在一个实施例中，所述第一限幅模块20的各个二极管均为GaN PIN二极管。
在一个实施例中，所述第二限幅模块30的各个二极管单元分别包括一个负极与所述第二限幅模块30的第一端连接，正极接地的二极管。
在一个实施例中，所述第二限幅模块30的各个二极管均为SiC肖特基二极管。
如图2所示，在本实施例中，第一限幅模块20包括至少两个第一二极管单元21，第二限幅模块30包括至少两个第二二极管单元31，为了便于说明，将同一名称的二极管单元标记为同一标号，但是实际中各个限幅模块中的不同二极管单元为不同的装置。
具体地，第一限幅模块20包括6个第一二极管单元21，各个第一二极管单元21并联连接，且各个第一二极管单元21的正极均与第一限幅模块20的第一端连接。第一限幅模块20的每个第一二极管单元21均包括一个二极管，且每个二极管的正极均与第一限幅模块20的第一端连接，负极均接地。
在本实施例中，第二限幅模块30包括4个第二二极管单元31，且每个第二二极管单元31均包括一个二极管，每个二极管的正极均接地，负极均与第二限幅模块30的第一端连接。
在本实施例中，第一限幅模块20的二极管为GaN PIN二极管，第二限幅模块30的二极管为SiC肖特基二极管。其中，GaN PIN二极管的开启电压为4V，SiC肖特基二极管的开启电压为0.5V，因此，通过SiC肖特基二极管的整流特性，SiC肖特基二极管能够提供一个由地到GaN PIN二极管的电压信号，加速第一限幅模块20的的GaN PIN二极管的导通，从而提高本实施例提供的超高功率限幅器的耐功率能力。
在一个实施例中，所述第一限幅模块20与所述第二限幅模块30之间的电长度大于预设电长度阈值。
在一个实施例中，所述超高功率限幅器还包括第三隔离模块，所述第三隔离模块的第一端与所述第一限幅模块20的第一端连接，所述第三隔离模块的第二端与所述第二限幅模块30的第一端连接。
在一个实施例中，所述第一隔离模块10包括第一电容，所述第二隔离模块40包括第二电容，所述第三隔离模块包括第三电容。
在本实施例中，为了提高限幅器整体的限幅隔离度，在第一限幅模块20和第二限幅模块30之间可以串联一个第三隔离模块，第三隔离模块可以为一个第三电容。
在本实施例中，为了提高限幅器整体的限幅隔离度，还可以延长第一限幅模块20和第二限幅模块30之间的微电线，从而增加第一限幅模块20和第二限幅模块30之间的电长度。
在本实施例中，由于GaN PIN二极管与SiC肖特基二极管为不同的电路结构及形式，限幅器采用两片式结构，利用氮化铝混合集成电路工艺进行实现，将GaN PIN二极管和SiC肖特基二极管金锡共晶焊接至氮化铝陶瓷基板，最终封装于高导热封装中。利用金锡及氮化铝热导率高的特性，可以将二极管由于功率耗散产生的热量迅速传导到整个电路基板，进而传导到封装，提高限幅器的耐功率容量。
本实施例提供的GaN PIN二极管与SiC肖特基二极管相结合的限幅器形式简单、耐功率高，可靠性高，通过与Si和GaAs二极管限幅模块的组合，可以实现不同开启电压、泄露功率及耐功率的限幅器。
在本发明的一个实施例中，本实施例提供的超高功率限幅器可以包括设计为多种形式，如图3示出了本实施例提供的一种同轴型GaN与SiC二极管限幅器的实物图，图4示出了本实施例提供的一种盒体型GaN与SiC二极管限幅器的实物图，图5示出了一种表贴型GaN与SiC二极管限幅器的实物图。
如图6所示，图6示出了本实施例提供的超高功率限幅器的S参数仿真曲线，其中，图6(a)为超高功率限幅器的输入匹配电路50的输入反射系数的Smith圆图，图6(b)为超高功率限幅器的反向传输系数的仿真特性曲线；图6(c)为超高功率限幅器的插损仿真特性曲线，图6(d)为超高功率限幅器的输出匹配电路60的输出反射系数的Smith圆图。
本实施例提供的GaN PIN与SiC肖特基二极管相结合的限幅器形式简单、易于单片集成，耐功率度高，可靠性好，通过与Si和GaAs二极管限幅电路的组合，可以实现不同开启电压、泄露功率及耐功率的限幅器，目前在小型化高功率微波防护限幅器等产品中得到推广。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种超高功率限幅器，其特征在于，包括：第一隔离模块、第一限幅模块、第二限幅模块和第二隔离模块；所述第一限幅模块和所述第二限幅模块分别包括至少两个二极管单元；
所述第一隔离模块的第一端为限幅输入端，所述第一隔离模块的第二端分别与所述第一限幅模块的第一端、所述第二限幅模块的第一端及所述第二隔离模块的第一端连接，所述第二隔离模块的第二端为限幅输出端；
所述第一限幅模块的各个二极管单元的正极分别与所述第一限幅模块的第一端连接，所述第二限幅模块的各个二极管单元的负极分别与所述第二限幅模块的第一端连接；所述第一限幅模块的各个二极管单元的负极、所述第二限幅模块的各个二极管单元的正极分别接地。
2.如权利要求1所述的超高功率限幅器，其特征在于，所述超高功率限幅器还包括输入匹配电路；
所述输入匹配电路的第一端与所述第一隔离模块的第二端连接，所述输入匹配电路的第二端与所述第一限幅模块的第一端连接。
3.如权利要求1所述的超高功率限幅器，其特征在于，所述超高功率限幅器还包括输出匹配电路；
所述输出匹配电路的第一端与所述第二限幅模块的第一端连接，所述输出匹配电路的第二端与所述第二隔离模块的第一端连接。
4.如权利要求1所述的超高功率限幅器，其特征在于，所述第一限幅模块包括6个二极管单元；所述第一限幅模块的各个二极管单元分别包括一个正极与所述第一限幅模块的第一端连接、负极接地的二极管。
5.如权利要求4所述的超高功率限幅器，其特征在于，所述第一限幅模块的各个二极管均为GaN PIN二极管。
6.如权利要求1所述的超高功率限幅器，其特征在于，所述第二限幅模块的各个二极管单元分别包括一个负极与所述第二限幅模块的第一端连接，正极接地的二极管。
7.如权利要求6所述的超高功率限幅器，其特征在于，所述第二限幅模块的各个二极管均为SiC肖特基二极管。
8.如权利要求1所述的超高功率限幅器，其特征在于，所述第一限幅模块与所述第二限幅模块之间的电长度大于预设电长度阈值。
9.如权利要求1至8任一项所述的超高功率限幅器，其特征在于，所述超高功率限幅器还包括第三隔离模块，所述第三隔离模块的第一端与所述第一限幅模块的第一端连接，所述第三隔离模块的第二端与所述第二限幅模块的第一端连接。
10.如权利要求9所述的超高功率限幅器，其特征在于，所述第一隔离模块包括第一电容，所述第二隔离模块包括第二电容，所述第三隔离模块包括第三电容。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200107 |