CN115102147B - 一种宽带低插损高功率容量的高功率微波防护装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及微波领域，尤其涉及能够承受高功率容量、快速响应的宽带低插损高功率容量的高功率微波防护装置。包括依次连接的输入接口、第一匹配电路、第二匹配电路以及输出接口，还包括有大功率瞬态响应电路和加速导通电路，输入接口接大功率瞬态响应电路和加速导通电路的共用输入端，该大功率瞬态响应电路的另一端接电路板地，加速导通电路另一端接电路板地；输出接口接第二匹配电路的输出端，第一匹配电路的输入端与加速导通电路的输入端相连。本发明的一种宽带低插损高功率容量的高功率微波防护装置，能够承受大功率高功率微波攻击，保证受保护电路正常工作时有用信号损耗尽可能小且不影响其正常工作，具有承受高功率容量、快速响应的特点。
Description
技术领域
本发明涉及微波领域，尤其涉及一种能够承受高功率容量、快速响应的宽带低插损高功率容量的高功率微波防护装置。
背景技术
随着电子器件微型化、智能化，电子设备面临高功率微波的威胁越来越现实，提升电子设备防高功率微波攻击能力的需求越来越迫切。电子设备端口高功率微波防护问题是电子设备整体防护的关键，引起了业内广泛关注。对于高功率微波防护装置而言，要求该装置对受保护电路影响尽可能小，即该装置插损和驻波小、应用频带宽、线性度好；此外要求该装置防护高功率微波能力强，即响应速度快、恢复时间短、耐受功率大、限幅输出低，从而确保受保护电路安全。目前高功率微波防护装置大多采用能量吸收方法和技术，如波导等离子体限幅方法、电路滤波和开关器件防护方法等，这些方法美中不足是难以保证防护装置综合指标最优化，即要么耐受功率大、频带宽而响应速度不够和插入损耗偏大，要么响应速度快、插入损耗小但耐受功率低，存在这些问题的主要原因是防护电路设计思想和器件匹配中存在固有矛盾和问题。
一、防护装置功率容量问题
对于大功率高功率微波攻击，防护装置应具备耐受大功率的能力，必须在防护电路设计中考虑应用能够耐受大功率的器件，而快响应速度对防护器件选型提出了更高要求。
二、防护装置小插入损耗与低限幅输出问题
保证受保护电路正常工作时有用信号损耗尽可能小且不影响其正常工作，小插入损耗和驻波比是对防护装置的基本要求。低限幅输出是为了保证受保护电路的安全性与可靠性。为了解决上述问题，防护电路匹配设计和限幅能力设计成为关键。
三、防护装置快响应与宽带应用问题
高功率微波上升时间只有几个ns甚至ps，要求防护电路设计具有快响应能力，否则达不到防护效果。此外一些受保护电路工作频带很宽，有的达到GHz，要求防护装置在整个工作带宽内具有低插入损耗和小驻波比性能，无疑增加了防护电路设计难度。
上述问题之间相互关联，是一个矛盾统一体。耐受大功率与快响应之间、低插入损耗与宽带和低限幅输出之间是一个难以调和问题，采用常用的方法实现困难大。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种能够承受高功率容量、快速响应的宽带低插损高功率容量的高功率微波防护装置。
本发明采用的技术方案是：一种宽带低插损高功率容量的高功率微波防护装置，包括电路板和与该电路板配合且依次连接的输入接口、第一匹配电路、第二匹配电路以及输出接口，还包括有大功率瞬态响应电路和加速导通电路，所述的输入接口接大功率瞬态响应电路和加速导通电路的共用输入端，该大功率瞬态响应电路的另一端接电路板地，所述的加速导通电路另一端接电路板地；所述的输出接口接第二匹配电路的输出端，所述的第一匹配电路的输入端与加速导通电路的输入端相连。
为更好地实现本发明，还包括有第一高效限幅电路和第二高效限幅电路，所述的第一匹配电路的输出端与第一高效限幅电路和第二高效限幅电路的共用输入端相连，所述的第一高效限幅电路的另一端和第二高效限幅电路的另一端均接电路板地；所述的第二匹配电路的输入端与第一高效限幅电路和第二高效限幅电路的共用输入端相连。
为更好地实现本发明，还包括有金属屏蔽壳体，该金属屏蔽壳体包括金属腔体和盖板，所述的盖板通过螺丝与金属腔体固定连接。
为更好地实现本发明，所述的电路板采用高频介质基板并用高导电性胶粘接于金属腔体内部底面。
为更好地实现本发明，所述的输入接口和输出接口均为标准50欧姆SMA型接头，且通过螺丝固定在金属腔体两端。
为更好地实现本发明，所述的大功率瞬态响应电路由一组正反向并联的大通流TVS管组成，该TVS管一端与输入接口连接，另一端接电路板地。
为更好地实现本发明，所述的加速导通电路由检波电路和一个快导通二极管组成，检波电路的输入端与输入接口连接，检波电路的输出端与快导通二极管正极性相连，该快导通二极管负极性端接电路板地。
为更好地实现本发明，所述的第一匹配电路和第二匹配电路均由电容和具有分布参数的微带结构集总电容以及集总电感组成，电容经微带线接加速导通电路的输入端，所述的电容的输出端经微带接第一高效限幅电路的输入端。
为更好地实现本发明，所述的第一高效限幅电路和第二高效限幅电路均由一组正反向并联的限幅二极管和一组正反向并联的开关二极管组成，两个并联的限幅二极管和两个并联的开关二极管两两并联，两两并联后的一端接第一匹配电路输出端，另一端接电路板地。
本发明的有益效果体现在：本发明的一种宽带低插损高功率容量的高功率微波防护装置，通过电路板、输入接口、第一匹配电路、第二匹配电路、输出接口、大功率瞬态响应电路以及加速导通电路等的配合，能够承受大功率高功率微波攻击，保证受保护电路正常工作时有用信号损耗尽可能小且不影响其正常工作，具有承受高功率容量、快速响应的特点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明的一种宽带低插损高功率容量的高功率微波防护装置的一种结构示意图；
图2为本发明的一种宽带低插损高功率容量的高功率微波防护装置的一种高功率方波注入耐高压测试流程框图；
图3为本发明的一种宽带低插损高功率容量的高功率微波防护装置的方波注入50ns耐高压测试数据图；
图4为本发明的一种宽带低插损高功率容量的高功率微波防护装置的一种100W高功率方波注入耐高压测试流程框图；
图5为本发明的一种宽带低插损高功率容量的高功率微波防护装置的100W高功率微波注入测试数据图；
图6为本发明的一种宽带低插损高功率容量的高功率微波防护装置的插入损耗测试数据图；
图7为本发明的一种宽带低插损高功率容量的高功率微波防护装置的驻波比测试数据图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
实施例1：
如图1至图7所示，本发明的一种宽带低插损高功率容量的高功率微波防护装置，包括电路板和与该电路板配合且依次连接的输入接口、第一匹配电路、第二匹配电路以及输出接口，还包括有大功率瞬态响应电路和加速导通电路，所述的输入接口接大功率瞬态响应电路和加速导通电路的共用输入端，该大功率瞬态响应电路的另一端接电路板地，所述的加速导通电路另一端接电路板地；所述的输出接口接第二匹配电路的输出端，所述的第一匹配电路的输入端与加速导通电路的输入端相连。本发明的一种宽带低插损高功率容量的高功率微波防护装置，通过电路板、输入接口、第一匹配电路、第二匹配电路、输出接口、大功率瞬态响应电路以及加速导通电路等的配合，能够承受大功率高功率微波攻击，保证受保护电路正常工作时有用信号损耗尽可能小且不影响其正常工作，具有承受高功率容量、快速响应的特点。
本高功率微波防护装置与其他高功率微波防护装置比较，具有如下优点和效果：功率容量大，响应速度快本防护装置电路设计中采用了电磁波反射设计和检波与快导通复合电路设计，可耐受10kW以上的高功率微波注入，耐受连续波注入功率达到100W以上，且最大限幅输出功率小于20dBm，可以响应上升时间小于1ns的快沿脉冲。适用频带宽，带内插入损耗小，本防护装置电路设计中基于ADS仿真确定匹配电路电容和微带结构集总参数，优化了电路布局，实现了适用工作频率范围覆盖S波段、带内插入损耗均小于0.5dB。通流能力大，限幅输出低，本防护装置电路设计中采用了限幅二极管和开关二极管并联复合设计方法，且电路装配中采用了金丝键合工艺、电路板采用导电胶面接地工艺，可以承受几kV的瞬态电压，在注入100W以上、10kW以上的高功率微波以上时，限幅输出功率小于20dBm。实验和检测结果表明，该发明的高功率微波防护装置，在防护能力与防护等级上，满足电子装备射频通道对强电磁攻击自适应防护的要求。
作为优选的，还包括有第一高效限幅电路和第二高效限幅电路，所述的第一匹配电路的输出端与第一高效限幅电路和第二高效限幅电路的共用输入端相连，所述的第一高效限幅电路的另一端和第二高效限幅电路的另一端均接电路板地；所述的第二匹配电路的输入端与第一高效限幅电路和第二高效限幅电路的共用输入端相连。
作为优选的，还包括有金属屏蔽壳体，该金属屏蔽壳体包括金属腔体和盖板，所述的盖板通过螺丝与金属腔体固定连接。
作为优选的，所述的电路板采用高频介质基板并用高导电性胶粘接于金属腔体内部底面。
作为优选的，所述的输入接口和输出接口均为标准50欧姆SMA型接头，且通过螺丝固定在金属腔体两端。
作为优选的，所述的大功率瞬态响应电路由一组正反向并联的大通流TVS管组成，该TVS管一端与输入接口连接，另一端接电路板地。
作为优选的，所述的加速导通电路由检波电路和一个快导通二极管组成，检波电路的输入端与输入接口连接，检波电路的输出端与快导通二极管正极性相连，该快导通二极管负极性端接电路板地。检波电路与快导通二极管配合构成加速导通电路，其作用是在遇到大功率高功率微波时助推大功率瞬态响应电路工作，实现大功率微波能量的快速响应和泄放。
作为优选的，所述的第一匹配电路和第二匹配电路均由电容和具有分布参数的微带结构集总电容以及集总电感组成，电容经微带线接加速导通电路的输入端，所述的电容的输出端经微带接第一高效限幅电路的输入端。第一匹配电路中电容量值确定和微带结构设计，是通过ADS仿真和电路工作带宽（如截至频率）来确定的。其目的有二个，一是保证防护装置的宽带应用，二是将电路设计成一个电磁波反射面，将流经的高功率微波能量的一部分沿原路反射回去。
作为优选的，为进一步更好地实施本发明，所述的第一高效限幅电路和第二高效限幅电路均由一组正反向并联的限幅二极管和一组正反向并联的开关二极管组成，两个并联的限幅二极管和两个并联的开关二极管两两并联，两两并联后的一端接第一匹配电路输出端，另一端接电路板地。第一高效限幅电路和第二高效限幅电路中限幅二极管和开关二极管采用金丝键合工艺焊接，保证良好的通流能力。第一高效限幅电路和第二高效限幅电路的作用是将通过第一匹配电路后的残余功率进一步降低。第二高效限幅电路的电路结构和作用与第一高效限幅电路相同，唯一区别是第二高效限幅电路中选用的限幅二极管和开关二极管的耐受功率能力比第一高效限幅电路中限幅二极管和开关二极管的低6dB。第二高效限幅电路的作用是保证经过该电路后高功率微波功率小于20dBm。第二高效限幅电路的输入端接第一高效限幅电路的输入端，第二高效限幅电路的输出端接电路板地。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
Claims (4)
1.一种宽带低插损高功率容量的高功率微波防护装置，其特征在于：包括电路板和与该电路板配合且依次连接的输入接口、第一匹配电路、第二匹配电路以及输出接口，还包括有大功率瞬态响应电路和加速导通电路，所述的输入接口接大功率瞬态响应电路和加速导通电路的共用输入端，该大功率瞬态响应电路的另一端接电路板地，所述的加速导通电路另一端接电路板地；所述的输出接口接第二匹配电路的输出端，所述的第一匹配电路的输入端与加速导通电路的输入端相连；还包括有第一高效限幅电路和第二高效限幅电路，所述的第一匹配电路的输出端与第一高效限幅电路和第二高效限幅电路的共用输入端相连，所述的第一高效限幅电路的另一端和第二高效限幅电路的另一端均接电路板地；所述的第二匹配电路的输入端与第一高效限幅电路和第二高效限幅电路的共用输入端相连；
所述的大功率瞬态响应电路由一组正反向并联的大通流TVS管组成，该TVS管一端与输入接口连接，另一端接电路板地；
所述的加速导通电路由检波电路和一个快导通二极管组成，检波电路的输入端与输入接口连接，检波电路的输出端与快导通二极管正极性相连，该快导通二极管负极性端接电路板地；
所述的第一匹配电路和第二匹配电路均由电容和具有分布参数的微带结构集总电容以及集总电感组成，电容经微带线接加速导通电路的输入端，所述的电容的输出端经微带接第一高效限幅电路的输入端；
所述的第一高效限幅电路和第二高效限幅电路均由一组正反向并联的限幅二极管和一组正反向并联的开关二极管组成，两个并联的限幅二极管和两个并联的开关二极管两两并联，两两并联后的一端接第一匹配电路输出端，另一端接电路板地。
2.根据权利要求1所述的一种宽带低插损高功率容量的高功率微波防护装置，其特征在于：还包括有金属屏蔽壳体，该金属屏蔽壳体包括金属腔体和盖板，所述的盖板通过螺丝与金属腔体固定连接。
3.根据权利要求2所述的一种宽带低插损高功率容量的高功率微波防护装置，其特征在于：所述的电路板采用高频介质基板并用高导电性胶粘接于金属腔体内部底面。
4.根据权利要求3所述的一种宽带低插损高功率容量的高功率微波防护装置，其特征在于：所述的输入接口和输出接口均为标准50欧姆SMA型接头，且通过螺丝固定在金属腔体两端。
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