CN112702034A - 一种渐变pin管阵限幅系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种渐变PIN管阵限幅系统。本发明由多个匹配传输线、多个渐变PIN管阵模块、接地电感、正向PIN管、反向PIN管构成，每个渐变PIN管阵模块由PIN管、阻抗变换传输线构成。本发明通过阻抗变换传输线来调整每个渐变PIN管阵模块对外呈现不的阻抗值，靠近输入端的渐变PIN管阵模块的阻抗值最大，靠近输出端的阻抗值最小，从而解决传统限幅器电路第一级渐变PIN管阵模块吸收的功率较大的问题，将大功率尽量均匀的分配在各级渐变PIN管阵模块。本发明通过渐变结构将大功率分配到各级渐变PIN管阵模块，不仅可以通过改善PIN管的材料和结构提升限幅器的耐功率能力，还可以通过使用更多的渐变PIN管阵模块来获得更大的耐功率能力的提升。
Description
技术领域
本发明属于微波集成控制技术领域，且特别涉及一种渐变PIN管阵限幅系统。
背景技术
接收机广泛装备于各类型雷达和通信系统中，但是经常会暴露在大功率电磁辐射环境下，很容易受到攻击而造成功能失效。限幅器是保护接收机内部敏感电路不被大功率射频信号烧毁的关键器件，提高限幅器的耐功率能力对于接收机的可靠性至关重要。
限幅器按工作方式可分为反射式和吸收式，按工作原理可分为有源限幅和无源限幅。其区别就是有源式限幅是靠直流偏置将PIN管导通，而无源式限幅是靠大功率信号把PIN管导通。提升限幅器的耐功率能力，上述不同类型的限幅器有不同的改进方式，但是所有的改进都是针对限幅器的第一级PIN管阵，这是因为目前所有限幅器的耐功率提升设计都是基于第一级PIN管阵，完全依靠第一级PIN管阵来应对大功率射频信号的输入。第一级PIN管阵由于受到PIN材料和器件结构的限制，很难在提升功率方面有所突破，目前最大功率的单片限幅器耐功率水平仍远远低于功率放大器的输出功率。
发明内容
本发明提供了一种渐变PIN管阵限幅系统，可以解决上述背景技术中提出的所有问题。
本发明的目的是解决现有技术所存在的技术问题：目前限幅器的耐功率完全依靠第一级PIN管阵，后级电路对耐功率的提升微乎其微，极大限制了限幅器的耐功率水平。本发明提供了一种渐变PIN管阵限幅系统，这种拓扑的电路可以将功率进行分配到多级PIN管阵，可以更有效提高限幅器的耐功率水平。
一种渐变PIN管阵限幅系统，其特征在于，包括：
第一匹配传输线、第二匹配传输线、...、第i匹配传输线、第i+1匹配传输线、第i+2匹配传输线、第一渐变PIN管阵模块、第二渐变PIN管阵模块、...、第i渐变PIN管阵模块、接地电感、正向PIN管、反向PIN管构成；
所述的第一匹配传输线、第二匹配传输线、...、第i匹配传输线、第i+1匹配传输线、第i+2匹配传输线通过有线方式依次连接；
所述第i匹配传输线与所述第i+1匹配传输线之间的连接点与所述第i渐变PIN管阵模块的一端连接；所述第i渐变PIN管阵模块的另一端接地；
所述第i渐变PIN管阵模块由第i阻抗变换传输线、第i个PIN管构成；
所述第i阻抗变换传输线与所述第i个PIN管的正极连接；所述第i个PIN管的负极接地；
所述第i+1匹配传输线与所述第i+2匹配传输线之间的连接点与所述接地电感的一端连接；所述接地电感的另一端接地；
所述第i+2匹配传输线与所述信号输出之间的连接点与所述正向PIN管的正极、所述反向PIN管的负极连接；
所述正向PIN管的负极接地、所述反向PIN管的正极接地。
所述第一匹配传输线用于输入大功率射频信号，依次通过所述第i匹配传输线将功率分配至所述第i渐变PIN管阵模块；
所述的第一渐变PIN管阵模块、第二渐变PIN管阵模块、...、第i渐变PIN管阵模块的阻抗值依次减小；
所述第i阻抗变换传输线的长度为所述渐变PIN管阵限幅系统工作频率的四分之一波长，通过调节所述第i阻抗变换传输线的宽度以调整所述第i渐变PIN管阵模块的阻抗值，且所述第i阻抗变换传输线越宽，所述第i渐变PIN管阵模块的阻抗值越小，所述第i阻抗变换传输线越窄，所述第i渐变PIN管阵模块的阻抗值越大；
作为优选，所述第i匹配传输线用于将射频信号以低插入损耗向第i渐变PIN管阵模块传输，所述第i阻抗变换传输线通过改变传输线阻抗改变射频信号在第i渐变PIN管阵模块的能量分布，所述第i渐变PIN管阵模块将大功率射频信号反射回第i传输线，所述第i+1匹配传输线将所述第i渐变PIN管阵模块泄露的射频信号传输到所述第i+1渐变PIN管阵模块。
作为优选，所述接地电感用于为渐变PIN管阵模块提供直流到地的通路。
作为优选，所述的正向PIN管、反向PIN管用于对所述第i+2匹配传输线输出的信号进行限幅，输出较低电平的限幅信号。
因此，本发明具有如下优点：
本发明一种渐变PIN管阵限幅系统，通过渐变结构将大功率分配到各级渐变PIN管阵模块，不仅可以通过改善PIN管的材料和结构提升限幅器的耐功率能力，还可以通过使用更多的渐变PIN管阵模块来获得更大的耐功率能力的提升。
为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文具体实施方式，并配合附图，作详细说明如下。
附图说明
图1：为本发明的核心单元渐变PIN管阵模块。
图2：为本发明的一种渐变PIN管阵系统。
图3：为本发明的渐变PIN管阵限幅系统电路。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
一种渐变PIN管阵限幅系统，其特征在于包括：
第一匹配传输线、第二匹配传输线、...、第i匹配传输线、第i+1匹配传输线、第i+2匹配传输线、第一渐变PIN管阵模块、第二渐变PIN管阵模块、...、第i渐变PIN管阵模块、接地电感、正向PIN管、反向PIN管构成；
所述的第一匹配传输线、第二匹配传输线、...、第i匹配传输线、第i+1匹配传输线、第i+2匹配传输线通过有线方式依次连接；
所述第i匹配传输线与所述第i+1匹配传输线之间的连接点与所述第i渐变PIN管阵模块的一端连接；所述第i渐变PIN管阵模块的另一端接地；
所述第i渐变PIN管阵模块由第i阻抗变换传输线、第i个PIN管构成；
所述第i阻抗变换传输线与所述第i个PIN管的正极连接；所述第i个PIN管的负极接地；
所述第i+1匹配传输线与所述第i+2匹配传输线之间的连接点与所述接地电感的一端连接；所述接地电感的另一端接地；
所述第i+2匹配传输线与信号输出之间的连接点与所述正向PIN管的正极、所述反向PIN管的负极连接；
所述正向PIN管的负极接地、所述反向PIN管的正极接地。
所述第一匹配传输线用于输入大功率射频信号，依次通过所述第i匹配传输线将功率分配至所述第i渐变PIN管阵模块；
所述的第一渐变PIN管阵模块、第二渐变PIN管阵模块、...、第i渐变PIN管阵模块的阻抗值依次减小；
所述第i阻抗变换传输线的长度为所述渐变PIN管阵限幅系统工作频率的四分之一波长，通过调节所述第i阻抗变换传输线的宽度以调整所述第i渐变PIN管阵模块的阻抗值，且所述第i阻抗变换传输线越宽，所述第i渐变PIN管阵模块的阻抗值越小，所述第i阻抗变换传输线越窄，所述第i渐变PIN管阵模块的阻抗值越大；
所述第i匹配传输线用于将射频信号以低插入损耗向第i渐变PIN管阵模块传输，所述第i阻抗变换传输线通过改变传输线阻抗改变射频信号在第i渐变PIN管阵模块的能量分布，所述第i渐变PIN管阵模块将大功率射频信号反射回第i传输线，所述第i+1匹配传输线将所述第i渐变PIN管阵模块泄露的射频信号传输到所述第i+1渐变PIN管阵模块。
所述接地电感用于为第i渐变PIN管阵模块提供直流到地的通路。
所述的正向PIN管、反向PIN管用于对所述第i+2匹配传输线输出的信号进行限幅，输出较低电平的限幅信号。
i＝5。
图1为本发明的核心单元渐变PIN管阵模块。图2为本发明的一种渐变PIN管阵系统。图3为本发明的渐变PIN管阵限幅系统电路。
请参照图1，本发明的核心单元渐变PIN管阵模块包括阻抗变换传输线和PIN管。
请参照图2，本发明的渐变PIN管阵系统包含渐变PIN管阵模块和匹配传输线，使用的元件包括：PIN管，匹配传输线，阻抗变换传输线；请参照图3，渐变PIN管阵限幅系统电路有核心部分和辅助部分，核心部分为渐变PIN管阵，辅助部分使用的元件包括电感，匹配传输线和PIN管。
在本实施例中，当在该电路中输入大功率射频信号时，传输线会将功率分配在渐变PIN管阵的每个渐变PIN管阵模块；
在本实施例中，每个渐变PIN管阵模块对外呈现不同的阻抗值，靠近输入端的渐变PIN管阵模块的阻抗值最大，靠近输出端的阻抗值最小。这种设计可以解决传统限幅器电路第一级渐变PIN管阵模块吸收的功率较大的问题，可以将大功率尽量均匀的分配在各级渐变PIN管阵模块。
在本实例中渐变PIN管阵模块对外呈现不同的阻抗值可以靠阻抗变换传输线来调整，传输线的阻抗值与衬底的厚度和介电常数相关，传输线越宽，阻抗值越小，传输线越窄，阻抗值越大。阻抗变换传输线的长度为限幅器工作频率的四分之一波长。
在本实施例中，在渐变PIN管阵后接入了并联到地的电感，可以为PIN管反向导通的直流通路，渐变PIN管阵可以在信号的整个周期内具有限幅作用。
在本实施例中，辅助部分靠近信号输出端的位置加入了一个正向接地和一个反向接地的PIN管，这对PIN管的作用有两点：1、将输出信号匹配到输出端口阻抗，通常为50欧；2、降低限幅器的输出电平，保证接收机后级电路不被击穿烧毁。
综上所示，本发明具有如下优点：
本发明一种渐变PIN管阵限幅系统，通过使用不同阻抗值的渐变PIN管阵模块将输入功率分配到不同PIN管，让更多的PIN管承受功率，这种设计可以极大提升限幅器的耐功率水平。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了匹配传输线、渐变PIN管阵模块、接地电感、正向PIN管、反向PIN管等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
Claims (3)
1.一种渐变PIN管阵限幅系统，其特征在于，包括：
第一匹配传输线、第二匹配传输线、...、第i匹配传输线、第i+1匹配传输线、第i+2匹配传输线、第一渐变PIN管阵模块、第二渐变PIN管阵模块、...、第i渐变PIN管阵模块、接地电感、正向PIN管、反向PIN管构成；
所述的第一匹配传输线、第二匹配传输线、...、第i匹配传输线、第i+1匹配传输线、第i+2匹配传输线通过有线方式依次连接；
所述第i匹配传输线与所述第i+1匹配传输线之间的连接点与所述第i渐变PIN管阵模块的一端连接；所述第i渐变PIN管阵模块的另一端接地；
所述第i渐变PIN管阵模块由第i阻抗变换传输线、第i个PIN管构成；
所述第i阻抗变换传输线与所述第i个PIN管的正极连接；所述第i个PIN管的负极接地；
所述第i+1匹配传输线与所述第i+2匹配传输线之间的连接点与所述接地电感的一端连接；所述接地电感的另一端接地；
所述第i+2匹配传输线与所述信号输出之间的连接点与所述正向PIN管的正极、所述反向PIN管的负极连接；
所述正向PIN管的负极接地、所述反向PIN管的正极接地；
所述第一匹配传输线用于输入大功率射频信号，依次通过所述第i匹配传输线将功率分配至所述第i渐变PIN管阵模块；
所述的第一渐变PIN管阵模块、第二渐变PIN管阵模块、...、第i渐变PIN管阵模块的阻抗值依次减小；
所述第i阻抗变换传输线的长度为所述渐变PIN管阵限幅系统工作频率的四分之一波长，通过调节所述第i阻抗变换传输线的宽度以调整所述第i渐变PIN管阵模块的阻抗值，且所述第i阻抗变换传输线越宽，所述第i渐变PIN管阵模块的阻抗值越小，所述第i阻抗变换传输线越窄，所述第i渐变PIN管阵模块的阻抗值越大；
所述第i匹配传输线用于将射频信号以低插入损耗向第i渐变PIN管阵模块传输，所述第i阻抗变换传输线通过改变传输线阻抗改变射频信号在第i渐变PIN管阵模块的能量分布，所述第i渐变PIN管阵模块将大功率射频信号反射回第i传输线，所述第i+1匹配传输线将所述第i渐变PIN管阵模块泄露的射频信号传输到所述第i+1渐变PIN管阵模块。
2.根据权利要求1所述的渐变PIN管阵限幅系统，其特征在于：
所述接地电感用于为渐变PIN管阵模块提供直流到地的通路。
3.根据权利要求1所述的渐变PIN管阵限幅系统，其特征在于：
所述的正向PIN管、反向PIN管用于对所述第i+2匹配传输线输出的信号进行限幅，输出较低电平的限幅信号。
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