CN114639933A - 基于渐变式传输线的宽带大功率防护模块及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种基于渐变式传输线的宽带大功率防护模块及装置，其整体为对称结构，包括介质基板，所述介质基板上设有接地金属地板，所述介质基板上设置有信号输入端和信号输出端，在信号输入端和信号输出端之间顺着信号的传输方向依次连接输入端阻抗传输线、第一渐变式传输线、第一级并联二极管阵列、中间传输线、第二级并联二极管阵列、第二渐变传输线以及输出端阻抗传输线；所述第一渐变式传输线的线宽顺着信号的传输方向呈渐变展宽，第二渐变传输线的线宽顺着信号的传输方向呈渐变收缩。本发明利用渐变式传输线结构，降低各级并联二极管阵列安装处传输线阻抗，减小PIN二极管电容效应带来的影响，提升防护模块耐受功率。
Description
技术领域
本发明涉及电磁防护技术领域，尤其是涉及一种基于渐变式传输线的宽带大功率防护模块及装置。
背景技术
随着电磁脉冲源技术的发展，超宽带辐射源和高功率辐射源渐渐出现在公众视野。超带宽辐射源和高功率辐射源辐射功率高，瞬时辐射峰值功率超过100MW，严重威胁着强电磁辐照下的信息系统安全。天线作为电磁波收发主要端口，是强电磁能量耦合的重要通道，从天线涌入的电磁波能量将会给天线后端低噪放、混频器等敏感器件带来致命威胁。针对高功率能量的防护需求越来越迫切。
限幅器能够将输出信号幅度限定在安全范围内，是接收支路电磁能量防护的重要部件。传统限幅器耐受功率小或者防护带宽窄，无法满足强电磁防护需求。
近年来，提出的接收支路电磁能量防护模块主要为限幅器，但能同时满足宽带、低插损、高频以及高耐受功率特性的限幅器较为鲜见。随着空间辐射场能量越来越高，传统限幅器已难以应对。为有效防护强电磁能量冲击，大功率限幅器成为研究焦点，但现有大功率限幅器工作频带较窄，且带内插入损耗较大。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种基于渐变式传输线的宽带大功率防护模块及装置。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一方面，本发明提供一种基于渐变式传输线的宽带大功率防护模块，其整体为对称结构，包括介质基板，所述介质基板上设有接地金属地板，所述介质基板上设置有信号输入端和信号输出端，在信号输入端和信号输出端之间顺着信号的传输方向依次连接输入端阻抗传输线、第一渐变式传输线、第一级并联二极管阵列、中间传输线、第二级并联二极管阵列、第二渐变传输线以及输出端阻抗传输线；所述第一渐变式传输线的线宽顺着信号的传输方向呈渐变展宽，第二渐变传输线的线宽顺着信号的传输方向呈渐变收缩；
所述第一级并联二极管阵列由多个PIN二极管组成，第一级并联二极管阵列中的各PIN二极管设置在接地金属地板上，第一级并联二极管阵列中的各PIN二极管的N极与接地金属地板相连，第一级并联二极管阵列中的各PIN二极管的P极通过金丝键合工艺连接在第一渐变式传输线第二端和中间传输线第一端之间；
所述第二级并联二极管阵列由多个PIN二极管组成，第二级并联二极管阵列中的各PIN二极管设置在接地金属地板上，第二级并联二极管阵列中的各PIN二极管的N极与接地金属地板相连，第二级并联二极管阵列中的各PIN二极管的P极通过金丝键合工艺连接在中间传输线第二端和第二渐变式传输线第一端之间。
靠近信号输入端的第一级并联二极管阵列中各PIN二极管比靠近信号输出端的第二级并联二极管阵列中各PIN二极管的I层厚，因此其耐受功率高，相对于靠近信号输入端的第一级并联二极管阵列中各PIN二极管，靠近信号输出端的第二级并联二极管阵列中的各PIN二极管的I层薄，能有效地抑制尖峰泄露。
进一步地，所述PIN二极管通过垫片支撑在接地金属地板上。
进一步地，所述第一渐变式传输线第一端的线宽与输入端阻抗传输线的线宽相同，所述第一渐变式传输线的线宽顺着信号的传输方向渐变展宽至与中间传输线的线宽相同。
进一步地，所述第二渐变式传输线第一端的线宽与中间传输线的线宽相同，所述第二渐变式传输线的线宽顺着信号的传输方向渐变收缩至与输出端阻抗传输线的线宽相同。
进一步地，还包括接地过孔，所述接地过孔将介质基板顶面和底面的接地金属地板连通。为充分接地，接地过孔分布均匀且密集。
另一方面，本发明提供一种基于渐变式传输线的宽带大功率防护装置，包括前面所述任一种基于渐变式传输线的宽带大功率防护模块。
进一步地，所述基于渐变式传输线的宽带大功率防护装置包括输入端射频接头和输出端射频接头，所述输入端射频接头与所述基于渐变式传输线的宽带大功率防护模块中的输入端阻抗传输线连接且输入端射频接头与输入端阻抗传输线之间阻抗匹配，所述输出端射频接头与所述基于渐变式传输线的宽带大功率防护模块中的输出端阻抗传输线连接且输出端射频接头与输出端阻抗传输线之间阻抗匹配。
进一步地，所述基于渐变式传输线的宽带大功率防护装置，包括金属腔体，所述基于渐变式传输线的宽带大功率防护模块设置在所述金属腔体内，所述输入端射频接头和输出端射频接头分别设置在金属腔体侧壁上。
本发明利用渐变式传输线结构，降低各级并联二极管阵列安装处传输线阻抗，减小PIN二极管电容效应带来的影响，提升防护模块耐受功率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明一实施例的结构示意图；
图2为图1的局部放大结构示意图；
图3为本发明一实施例的整体结构示意图；
图4为图3的内部安装结构示意图；
图中标号：
1、介质基板；2、信号输入端；3、信号输出端；4、阻抗传输线；5、第一渐变式传输线；6、第一级并联二极管阵列；7、中间传输线；8、第二级并联二极管阵列；9、第二渐变传输线；10、输出端阻抗传输线；11、接地过孔；12、接地金属地板；13、输入端射频接头；14、输出端射频接头；15、金属腔体；16、盖体。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将以附图及详细叙述来清楚说明本发明所揭示内容的精神，任何所属技术领域技术人员在了解本发明内容的实施例后，当可由本发明内容所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本发明内容的精神与范围。本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
参照图1，一实施例中提供的一种基于渐变式传输线的宽带大功率防护模块，其整体为对称结构，其包括介质基板1，所述介质基板1上设置有信号输入端2和信号输出端3，在信号输入端2和信号输出端3之间顺着信号的传输方向依次连接输入端阻抗传输线4、第一渐变式传输线5、第一级并联二极管阵列6、中间传输线7、第二级并联二极管阵列8、第二渐变传输线9以及输出端阻抗传输线10；所述第一渐变式传输线5的线宽顺着信号的传输方向呈渐变展宽，第二渐变传输线9的线宽顺着信号的传输方向呈渐变收缩。输入端阻抗传输线与第一渐变式传输线相连，第二渐变传输线和输出端阻抗传输线相连，可以实现电磁波能量最大化传输。
所述第一级并联二极管阵列6由多个PIN二极管组成，第一级并联二极管阵列6中的各PIN二极管设置在接地金属地板12上，第一级并联二极管阵列6中的各PIN二极管的N极与接地金属地板12相连，第一级并联二极管阵列6中的各PIN二极管的P极通过金丝键合工艺连接在第一渐变式传输线第二端和中间传输线第一端之间；所述第二级并联二极管阵列8由多个PIN二极管组成，第二级并联二极管阵列中8的各PIN二极管设置在接地金属地板12上，第二级并联二极管阵列8中的各PIN二极管的N极与接地金属地板12相连，第二级并联二极管阵列8中的各PIN二极管的P极通过金丝键合工艺连接在中间传输线第二端和第二渐变式传输线第一端之间。
通过设置接地过孔11，所述接地过孔11将介质基板顶面和底面的接地金属地板12连通。为充分接地，接地过孔11分布均匀且密集。
输入端阻抗传输线第一端其本身可以作为信号输入端，输出端阻抗传输线第二端其本身可以作为信号输出端。
也可以输入端阻抗传输线第一端和输出端阻抗传输线第二端分别连接一信号接头，分别作为信号输入端和信号输出端，输入端阻抗传输线第一端和输出端阻抗传输线第二端与对应的信号接头之间要确保阻抗匹配。
靠近信号输入端的第一级并联二极管阵列6中各PIN二极管比靠近信号输出端的第二级并联二极管阵列8中各PIN二极管的I层厚，因此其耐受功率高，相对于靠近信号输入端的第一级并联二极管阵列6中各PIN二极管，靠近信号输出端的第二级并联二极管阵列8中的各PIN二极管的I层薄，能有效地抑制尖峰泄露。
一实施例中，主要由两段50欧姆阻抗传输线、两段渐变式传输线、两个并联PIN二极管阵列等结构组成，具体结构如图1所示。防护模块两端接头内部芯线与50欧姆阻抗传输线连接，有效降低端口反射；50欧姆阻抗线通过一段渐变式微带传输线展宽后，与PIN二极管并联阵列相接，渐变式传输线结构能够减小PIN二极管电容效应带来的影响，同时PIN二极管阵列能够增强防护模块耐受功率。综合优化后的防护模块同时兼具功率耐受高、工作带宽宽以及泄露功率小等特征。
工作原理为：当流入信号的功率小于设定阈值时，由于信号能量无法使第一级并联二极管阵列和第二级并联二极管阵列中各PIN二极管导通，各PIN二极管在断开状态下，可以等效为小容值结电容C与封装电感L的串联电路。流入的信号通过输入端阻抗传输线、第一渐变式传输线、金丝键合工艺中的金丝、中间传输线、金丝键合工艺中的金丝、第二渐变传输线以及输出端阻抗传输线正常传输至输出端，信号在传输过程中损耗较小。
当流入信号的功率大于设定阈值时，即当强电磁信号涌入防护模块时，流入的信号经输入端阻抗传输线、第一渐变式传输线、达到第一级并联二极管阵列，由于靠近信号输入端的第一级并联二极管阵列中各PIN二极管比靠近信号输出端的第二级并联二极管阵列中各PIN二极管的I层厚，因此其耐受功率高，信号能量经中间传输线流至第二级并联二极管阵列，相对于靠近信号输入端的第一级并联二极管阵列中各PIN二极管，靠近信号输出端的第二级并联二极管阵列中的各PIN二极管的门限电压低，响应时间短，大部分流入的强电磁信号能量被反射，仅小部分能量泄露并经第二渐变传输线以及输出端阻抗传输线传输到输出端，第一级并联二极管阵列中各PIN二极管在流入信号能量与反射能量综合作用下，加速导通，大部分能量在第一级并联二极管阵列处被反射。由于第一级并联二极管阵列耐受功率大，整个防护模块耐受功率也随之提升。
上述实施例中，输入端阻抗传输线4以及输出端阻抗传输线10均为50欧姆阻抗传输线，输入端阻抗传输线4以及输出端阻抗传输线10分别与信号输入端和信号输出端相连接，减小端口连接处电磁能量反射。信号输入端和信号输出端连接的50欧姆阻抗传输线分别通过一段渐变式微带传输线展宽后，分别与一级PIN二极管并联阵列相接，渐变式传输线结构能够减小PIN二极管电容效应带来的影响，降低防护模块插入损耗，同时PIN二极管阵列能够增强防护模块耐受功率。综合优化后的防护模块同时兼具功率耐受高、工作带宽宽以及泄露功率小等特征。在与两段渐变式传输线结构中，靠近输入端的第一级PIN二极管并联阵列耐受场强高，在靠近输出端的第二级PIN二极管并联阵列响应时间短、功率泄露小，两级PIN二极管并联阵列组合，可达到耐受场强高、响应时间短以及功率泄露小的目的。
一实施例提供一种基于渐变式传输线的宽带大功率防护装置，包括前面所述任一实施例中所提供的基于渐变式传输线的宽带大功率防护模块。
参照图3和图4，所述基于渐变式传输线的宽带大功率防护装置包括金属腔体15、输入端射频接头13和输出端射频接头14，所述基于渐变式传输线的宽带大功率防护模块设置在所述金属腔体15内，所述输入端射频接头13和输出端射频接头14分别设置在金属腔体15的左右侧壁上。所述输入端射频接头13与所述基于渐变式传输线的宽带大功率防护模块中的信号输入端2（信号输入端2可以就是输入端阻抗传输线第一端）连接且输入端射频接头13与输入端阻抗传输线之间阻抗匹配，所述输出端射频接头14与所述基于渐变式传输线的宽带大功率防护模块中的信号输出端3（信号输出端3可以就是输出端阻抗传输线第二端）连接且输出端射频接头14与输出端阻抗传输线之间阻抗匹配。为了便于安装、检修和更换，所述金属腔体15还包括可拆卸的盖体16，打开盖体16可以将基于渐变式传输线的宽带大功率防护模块安装到金属腔体15内，关闭盖体16可以对金属腔体15进行封闭。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.基于渐变式传输线的宽带大功率防护模块，其特征在于，其整体为对称结构，其包括介质基板，所述介质基板上设有接地金属地板，所述介质基板上设置有信号输入端和信号输出端，在信号输入端和信号输出端之间顺着信号的传输方向依次连接输入端阻抗传输线、第一渐变式传输线、第一级并联二极管阵列、中间传输线、第二级并联二极管阵列、第二渐变传输线以及输出端阻抗传输线；所述第一渐变式传输线的线宽顺着信号的传输方向呈渐变展宽，第二渐变传输线的线宽顺着信号的传输方向呈渐变收缩；
所述第一级并联二极管阵列由多个PIN二极管组成，第一级并联二极管阵列中的各PIN二极管设置在接地金属地板上，第一级并联二极管阵列中的各PIN二极管的N极与接地金属地板相连，第一级并联二极管阵列中的各PIN二极管的P极通过金丝键合工艺连接在第一渐变式传输线第二端和中间传输线第一端之间；
所述第二级并联二极管阵列由多个PIN二极管组成，第二级并联二极管阵列中的各PIN二极管设置在接地金属地板上，第二级并联二极管阵列中的各PIN二极管的N极与接地金属地板相连，第二级并联二极管阵列中的各PIN二极管的P极通过金丝键合工艺连接在中间传输线第二端和第二渐变式传输线第一端之间。
2.根据权利要求1所述的基于渐变式传输线的宽带大功率防护模块，其特征在于，靠近信号输入端的第一级并联二极管阵列中各PIN二极管比靠近信号输出端的第二级并联二极管阵列中各PIN二极管的I层厚，其耐受功率高，相对于靠近信号输入端的第一级并联二极管阵列中各PIN二极管，靠近信号输出端的第二级并联二极管阵列中的各PIN二极管的I层薄，能抑制尖峰泄露。
3.根据权利要求1或2所述的基于渐变式传输线的宽带大功率防护模块，其特征在于，所述第一渐变式传输线第一端的线宽与输入端阻抗传输线的线宽相同，所述第一渐变式传输线的线宽顺着信号的传输方向渐变展宽至与中间传输线的线宽相同。
4.根据权利要求3所述的基于渐变式传输线的宽带大功率防护模块，其特征在于，所述第二渐变式传输线第一端的线宽与中间传输线的线宽相同，所述第二渐变式传输线的线宽顺着信号的传输方向渐变收缩至与输出端阻抗传输线的线宽相同。
5.根据权利要求1所述的基于渐变式传输线的宽带大功率防护模块，其特征在于，还包括接地过孔，所述接地过孔将介质基板顶面和底面的接地金属地板连通。
6.基于渐变式传输线的宽带大功率防护装置，其特征在于，包括如权利要求1所述的基于渐变式传输线的宽带大功率防护模块。
7.根据权利要求6所述的基于渐变式传输线的宽带大功率防护装置，其特征在于，包括输入端射频接头和输出端射频接头，所述输入端射频接头与所述基于渐变式传输线的宽带大功率防护模块中的输入端阻抗传输线连接且输入端射频接头与输入端阻抗传输线之间阻抗匹配，所述输出端射频接头与所述基于渐变式传输线的宽带大功率防护模块中的输出端阻抗传输线连接且输出端射频接头与输出端阻抗传输线之间阻抗匹配。
8.根据权利要求7所述的基于渐变式传输线的宽带大功率防护装置，其特征在于，包括金属腔体，所述基于渐变式传输线的宽带大功率防护模块设置在所述金属腔体内，所述输入端射频接头和输出端射频接头分别设置在金属腔体侧壁上。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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