CN114824704B - 一种基于基片集成波导的电磁防护组件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于基片集成波导的电磁防护组件，属于高功率微波电磁防护技术领域。包括矩形介质板、金属地板、矩形金属贴片、第一金属化通孔阵列、第二金属化通孔阵列、馈线、短路贴片、PIN二极管、贴片电感；其中第一金属化通孔阵列、矩形金属贴片、金属地板共同构成矩形波导腔；馈线通过贴片电感连接矩形金属贴片，上下两侧均通过PIN二极管连接一短路贴片；短路贴片与金属地板之间通过第二金属化通孔阵列连通。本发明在基片集成波导上构成了滤波电路与两级泄放电路，实现了电磁防护的效果，不仅使滤波器具有基片集成波导低剖面、低损耗、低辐射、低成本、易加工以及易与平面电路集成等优点，还具有对高功率电磁干扰进行防护的能力。

Description

一种基于基片集成波导的电磁防护组件
技术领域
本发明属于高功率微波电磁防护技术领域，特别涉及一种基于基片集成波导的电磁防护组件。
背景技术
电磁作战在未来势必会成为一种被广泛运用的作战方式。电磁作战不仅包括高功率电磁脉冲对设备的电磁摧毁，还包括雷电等自然现象对设备潜在的威胁。随着技术的发展，高功率电磁脉冲响应时间可以达到ns级别，辐射功率也大大的提升，这对设备的电磁防护提出了严峻的考验。
基片集成波导技术广泛应用在微波通信和射频前端中，该技术具有低剖面、低损耗、低辐射、低成本、易加工以及易与平面电路集成等优点，因此使用基片集成波导设计滤波器能够达到相较于微带电路更低的插入损耗以及辐射损耗。
然而，现有的电磁防护大多针对简单的微带电路设计，因此，各项指标都不能很好的达到要求。随着通信技术的发展，对射频防护组件提出了更高的要求。
一般的基片集成波导只是单纯的用于滤波器或天线的设计，并不能实现防护功能，因此在大功率的电磁干扰下，往往会对后端设备造成很大的损坏。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种基于基片集成波导的电磁防护组件，在保证基片集成波导滤波器低剖面、低损耗、易加工等优点的同时，又可以对设备起到很好的保护作用。
本发明采用的技术方案如下：
一种基于基片集成波导的电磁防护组件，其特征在于，包括矩形介质板、金属地板、矩形金属贴片、第一金属化通孔阵列、第二金属化通孔阵列、馈线、短路贴片、PIN二极管、贴片电感；
所述金属地板覆盖矩形介质板下表面；
所述矩形金属贴片设置于矩形介质板上表面，且矩形金属贴片的上、下边沿分别与矩形介质板的上、下边沿重合；
所述第一金属化通孔阵列连通矩形金属贴片与金属地板；所述第一金属化通孔阵列、矩形金属贴片、金属地板共同构成矩形波导腔；
所述馈线，包括对称设置于矩形金属贴片的左右两侧的第一馈线、第二馈线；
所述第一馈线和第二馈线的一端位于介质板的边，另一端通过贴片电感连接矩形金属贴片；
所述第一馈线和第二馈线的上下两侧均通过一个PIN二极管连接一短路贴片；
所述短路贴片与金属地板之间通过第二金属化通孔阵列连通。
进一步地，所述第一馈线、第二馈线为矩形金属微带线。
进一步地，所述第一金属化通孔阵列包括两排金属化通孔，两排金属化通孔位于矩形介质板上下两侧。
进一步地，所述第一馈线、第二馈线与短路贴片之间的距离大于或等于0.2mm。
进一步地，所述第一金属化通孔阵列、第二金属化通孔阵列的通孔半径小于1mm，中心距小于2mm。
进一步地，所述第一馈线、第二馈线与矩形金属贴片之间的距离大于或等于0.2mm。
本发明实现电磁防护的原理如下：
本发明的基于基片集成波导的电磁防护组件，构成了滤波电路与两级泄放电路。当通过基片集成波导的电压小于PIN二极管的导通电压时，PIN二极管可以等效为电容，通过等效电容以及贴片电感调节基片集成波导的阻抗，使其在一定的频段内实现阻抗匹配，显示出滤波特性。当通过基片集成波导的电压大于PIN二极管的导通电压时，触发PIN二极管的微波特性，在一定时间内PIN二极管导通并等效为电阻，导通后可以看做馈线通过电阻直接接地，实现能量的反射，从而保护后端设备。通带外的电磁干扰通过滤波电路进行防护，通带内的电磁干扰通过两级泄放电路进行防护，可以将电压幅度上万伏的电磁干扰控制在安全水平。
与现有技术相比，本发明在基片集成波导上实现了电磁防护的效果，不仅使滤波器具有基片集成波导低剖面、低损耗、低辐射、低成本、易加工以及易与平面电路集成等优点，还具有对高功率电磁干扰进行防护的能力。
附图说明
图1为本发明实施例的正面示意图；
图2是本发明实施例的反面示意图；
图3是本发明实施例正常工作状态下的散射参数曲线；
图4是本发明实施例高功率电磁干扰下的散射参数曲线。
其中：1、馈线，2、金属地板，3、矩形金属贴片，4、矩形介质板，5、第一金属化通孔阵列，6、第二金属化通孔阵列，7、贴片电感，8、PIN二极管，9、短路贴片。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
参照图1、图2，本实施例的一种基于基片集成波导的电磁防护组件，包括矩形介质板、金属地板、矩形金属贴片、第一金属化通孔阵列、第二金属化通孔阵列、馈线、短路贴片、PIN二极管、贴片电感。
金属地板覆盖介质板下表面；矩形金属贴片设置于介质板上表面，且矩形金属贴片的上、下边沿分别与介质板的上、下边沿重合。
金属地板与矩形介质板形状相同，长40.4mm，宽30mm。
矩形介质板介电常数为2.2，厚度为0.508mm。
馈线包括对称设置于矩形金属贴片左右两侧的第一馈线、第二馈线，第一馈线和第二馈线均为矩形金属微带线，长5mm，宽1.6mm，其一端位于介质板的边，另一端通过贴片电感连接矩形金属贴片，贴片电感的值为0.2nH。
第一馈线和第二馈线的上下两侧均通过一个PIN二极管连接一矩形短路贴片，短路贴片长2.4mm，宽1.6mm。
第一馈线、第二馈线与短路贴片之间的距离为0.2mm，与矩形金属贴片之间的距离也为0.2mm。
第一金属化通孔阵列连通矩形金属贴片与金属地板，包括两排间距为30mm的金属化通孔，通孔中心距边缘0.8mm；第一金属化通孔阵列、矩形金属贴片、金属地板共同构成矩形波导腔。
每个短路贴片与金属地板之间通过两个金属化通孔连通，短路贴片与金属地板之间的金属化通孔构成第二金属化通孔阵列。
第一金属化通孔阵列、第二金属化通孔阵列的通孔半径为0.4mm，中心距为1.2mm。
本发明通过PIN二极管未导通时的等效电容进行阻抗匹配；通过PIN二极管的微波特性进行电磁防护，可以用于敏感设备保护、电磁脉冲防护等。
参照图3，图3是基片集成波导在正常工作状态下的S11以及S21仿真结果。由图3可知，该结构在3.42GHz-5.94GHz范围内S11参数均小于-15dB，S21参数均大于-0.36dB，能够保证通带内的信号以极小的损耗通过，同时对带外信号有一定的抑制效果。
参照图4，图4是基片集成波导在导通工作状态下的S11以及S21仿真结果。由图4可知，该结构在3.42GHz-5.94GHz范围内S21参数均小于-30dB，基本实现的信号的全反射，阻止信号通过基片集成波导，从而实现了对后端设备的防护。
以上描述仅是本发明的一个实施方式，不构成对本发明的任何限制，显然对于本领域的专业人员来说，在了解了本发明内容和原理后，都可能在不背离本发明原理、结构的情况下，进行形式和细节上的各种修正和改变，但是这些基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于基片集成波导的电磁防护组件，其特征在于，包括矩形介质板、金属地板、矩形金属贴片、第一金属化通孔阵列、第二金属化通孔阵列、馈线、短路贴片、PIN二极管、贴片电感；
所述金属地板覆盖矩形介质板下表面；
所述矩形金属贴片设置于矩形介质板上表面，且矩形金属贴片的上、下边沿分别与矩形介质板的上、下边沿重合；
所述第一金属化通孔阵列连通矩形金属贴片与金属地板；所述第一金属化通孔阵列、矩形金属贴片、金属地板共同构成矩形波导腔；
所述馈线，包括对称设置于矩形金属贴片的左右两侧的第一馈线、第二馈线；
所述第一馈线和第二馈线的一端位于介质板的边，另一端通过贴片电感连接矩形金属贴片；
所述第一馈线和第二馈线的上下两侧均通过一个PIN二极管连接一短路贴片；
所述短路贴片与金属地板之间通过第二金属化通孔阵列连通；
当通过基片集成波导的电压小于PIN二极管的导通电压时，PIN二极管等效为电容，通过等效电容以及贴片电感调节基片集成波导的阻抗，使其在频段内实现阻抗匹配，显示滤波特性；当通过基片集成波导的电压大于PIN二极管的导通电压时，触发PIN二极管的微波特性，PIN二极管导通并等效为电阻，导通后作为馈线通过电阻直接接地，实现能量的反射，从而保护后端设备。
2.如权利要求1所述的一种基于基片集成波导的电磁防护组件，其特征在于，所述第一金属化通孔阵列包括两排金属化通孔，两排金属化通孔位于矩形介质板上下两侧。
3.如权利要求2所述的一种基于基片集成波导的电磁防护组件，其特征在于，所述第一馈线、第二馈线为矩形金属微带线。
4.如权利要求3所述的一种基于基片集成波导的电磁防护组件，其特征在于，所述第一馈线、第二馈线与短路贴片之间的距离大于或等于0.2mm。
5.如权利要求2所述的一种基于基片集成波导的电磁防护组件，其特征在于，所述第一金属化通孔阵列、第二金属化通孔阵列的通孔半径小于1mm，中心距小于2mm。
6.如权利要求3或4所述的一种基于基片集成波导的电磁防护组件，其特征在于，所述第一馈线、第二馈线与矩形金属贴片之间的距离大于或等于0.2mm。
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