CN116666924B - 一种三维波导型功率选择结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种三维波导型功率选择结构,涉及射频电路设计技术领域,包括N个三维单元结构,三维单元结构包括空心金属波导腔和至少1个插入空心金属波导腔的介质板,介质板上印刷有平面电路,三维单元结构沿着空心金属波导腔的金属壁的垂直方向周期延拓,N个三维单元结构组成周期阵列,其中,N≥9。本发明具有宽抑制频带、高选择性、具有耐击穿性和耐高温性的优点。

Description

一种三维波导型功率选择结构
技术领域
本发明涉及射频电路设计技术领域,特别是一种三维波导型功率选择结构。
背景技术
在射频系统中,功率选择结构是用来防护大功率信号照射时,射频器件被超高的感应场强和温度破坏的情况。如今,二维结构或是多层级联的功率选择结构被广泛研究,其基本结构设计都是通过在频率选择表面的基础上添加PIN二极管或是肖特基二极管来实现开关特性。描述功率选择结构的主要指标有:1)小功率时的通带带宽;2)大功率时的抑制带宽;3)小功率时的插入损耗;4)大功率时的屏蔽效能。
公开的功率选择结构根据结构不同,有以下几类:
1)申请号为202110409183.2的中国专利公开了一种双频功率选择结构,在介质基板上表面印刷有两个平行相对设置的长方形的金属环周期单元结构,在C波段(5.4~6.0GHz)和S波段(2.6~2.8 GHz)实现了双频带。但该结构在大功率信号照射下,在3-4GHz内依旧存在通带,这没有形成宽频带的抑制。
2)申请号为202210447146.5的中国专利申请公开了一种基于多层结构的超宽带功率选择结构,在三层具有一定间距的介质基板上表面印刷带有二极管的金属结构,实现了6-10GHz频带内插损小于1dB的通带,2-16GHz频带内10dB以上的屏蔽效能。该结构实现了超宽带的抑制,但结构较为复杂,所用二极管较多,抑制频带还未能覆盖常用的微波频段。
3)期刊微博学报公开了一篇名为“波导型能量选择电磁防护器件设计与实现”的论文,论文所描述的结构在波导的上下内壁上加装了加载了PIN二极管的超表面阵列,在1.8-2.2GHz的频带内,小功率下插入损耗小于1.5dB,大功率下屏蔽效能不低于10dB。该结构的抑制频带很小,屏蔽效能不高。
综上所述,公开的功率选择结构在以下方面有待提高:1)所设计结构的抑制频带太小,不能覆盖常用的微波频段;2)小功率下带插入损耗基本都小于1dB,但屏蔽效能一般都只是不小于10dB,未能达到更高性能的屏蔽;3)都只考虑了大/小功率下的结构的开关特性,没有考虑到结构是否会被击穿,是否会被高温破坏结构的情况。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种三维波导型功率选择结构,本发明具有宽抑制频带、高选择性、具有耐击穿性和耐高温性的优点。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案:
根据本发明提出的一种三维波导型功率选择结构,包括N个三维单元结构,三维单元结构包括空心金属波导腔和至少1个插入空心金属波导腔的介质板,介质板上印刷有平面电路,三维单元结构沿着空心金属波导腔的金属壁的垂直方向周期延拓,N个三维单元结构组成周期阵列,其中,N≥9。
作为本发明所述的一种三维波导型功率选择结构进一步优化方案,平面电路是加载了二极管的电路。
作为本发明所述的一种三维波导型功率选择结构进一步优化方案,平面电路是金属贴片电路,还包括二极管,金属贴片电路与二极管连接。
作为本发明所述的一种三维波导型功率选择结构进一步优化方案,二极管是PIN二极管、肖特基二极管或变容二极管。
作为本发明所述的一种三维波导型功率选择结构进一步优化方案,空心金属波导腔的内、外口径是正方形口径或矩形口径,三维单元结构沿着空心金属波导腔的四个金属壁的垂直方向,进行周期延拓。
作为本发明所述的一种三维波导型功率选择结构进一步优化方案,空心金属波导腔的金属壁厚度在0.01mm-10mm之间。
作为本发明所述的一种三维波导型功率选择结构进一步优化方案,介质板插入金属波导腔的方式是平行于上下金属壁进行插入、垂直于上下金属壁进行插入、倾斜任意角度进行插入或是以上任意方式的组合进行插入。
一种三维波导型功率选择结构,包括N个三维单元结构,三维单元结构包括空心金属波导腔和1个插入空心金属波导腔的介质板,介质板位于金属波导腔的中心,介质板的一面贴有两对金属贴片,两对金属贴片分别紧贴着介质板的前后边,每对金属贴片包括两个金属贴片、两个金属贴片之间还设有二极管元件;三维单元结构沿着空心金属波导腔的金属壁的垂直方向周期延拓,N个三维单元结构组成周期阵列,其中,N≥9。
一种三维波导型功率选择结构,包括N个三维单元结构,三维单元结构包括空心金属波导腔和两块插入空心金属波导腔的介质板,两块介质板插入空心金属波导腔的方式分别是垂直和水平于空心金属波导腔的底部,两块介质板位于金属波导腔的中心位置,水平插入的介质板的前端与金属波导腔的前端相齐、后端与金属波导腔的后端之间有间距;垂直插入的介质板的前端与金属波导腔的前端之间有间距、后端与金属波导腔的后端相齐;在两个介质板的一面均贴有两对通过二极管相连接的金属贴片,这两对金属贴片分别紧贴着介质板的前端、后端。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比,具有以下技术效果:
(1)通过采用波导腔的三维结构,有着比传统二维功率选择结构更好的耐击穿型和耐高温性,让结构能够更好,更持久地抑制大功率信号;
(2)本发明加载二极管的三维波导型功率选择结构有着更广的大功率信号抑制带宽,能屏蔽掉大部分常用波段的大功率信号;
(3)可进一步增加插入介质板的个数,更改插入的方式和介质板表面印刷的电路,以实现多极化,多频带的小功率带通特性。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的加载二极管的三维波导型功率选择结构的结构示意图。
图2a为本发明实施例1的小功率信号的工作状态下的散射参数与频率关系的仿真曲线图。
图2b为本发明实施例1的大功率信号的工作状态下的散射参数与频率关系的仿真曲线图。
图中的附图标记解释为:图中的附图标记解释为:1-金属波导腔,101-第一介质板,102-第一金属贴片,103-第一二极管元件,104-第二金属贴片,105-第三金属贴片,106-第二二极管元件,107-第四金属贴片,201-第二介质板,202-第五金属贴片,203-第三二极管元件,204-第六金属贴片,205-第七金属贴片,206-第四二极管元件,207-第八金属贴片。
实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明:
实施例1中,金属波导腔1采用铜材料,金属波导腔内口径为一个边长为9.2mm的正方形,金属波导腔的厚度为0.4mm,即金属波导腔外口径为边长10mm的正方形,金属波导腔的长度为8.8mm。在金属波导腔内中心位置,插入了两块介质板:第一介质板101与第二介质板201,其中第一介质板101为垂直插入,第二介质板201为水平插入。两块介质板的相对介电常数为5,介质板的厚度为0.5mm,高度为9.2mm,深度为7.3mm。
水平插入的第一介质板101前端与金属波导腔的前端相齐,后端与金属波导端的后端相距1.5mm;垂直插入的第二介质板201前端与金属波导腔的前端相距1.5mm,后端与金属波导端的后端相齐。这样不仅避免了两块介质板上的二极管相交,也方便实物加工。
在两个介质板的一面均贴有两对由二极管连接的金属贴片,金属贴片的高度为4mm,宽度为1mm。本发明实施例1的结构示意图如图1所示。
该波导型功率选择结构为加载二极管的三维周期结构,其单元结构包括一个金属波导腔1,第一介质板101,第一金属贴片102,第一二极管元件103,第二金属贴片104,第三金属贴片105,第二二极管元件106,第四金属贴片107,第二介质板201,第五金属贴片202,第三二极管元件203,第六金属贴片204,第七金属贴片205,第四二极管元件206,第八金属贴片207。所述第一金属贴片102与第二金属贴片104通过第一二极管元件103相连,第三金属贴片105与第四金属贴片107通过第二二极管元件106相连;第五金属贴片202与第六金属贴片204通过第三二极管元件203相连,第七金属贴片205与第八金属贴片207通过第四二极管元件206相连。第一介质板101位于金属波导腔的中心垂直位置;第二介质板201位于金属波导腔中心水平位置。第一金属贴片102和第二金属贴片104紧贴着第一介质板101的前端,第三金属贴片105和第四金属贴片107紧贴着第一介质板101的后端;第五金属贴片202和第六金属贴片204紧贴着第二介质板201的前端,第七金属贴片205和第八金属贴片207紧贴着第二介质板201的后端,这样所实现的性能最佳。
波导型功率选择结构有两个工作状态。图2a、图2b为本发明实施例1在小功率信号和大功率信号两个工作状态下的散射参数与频率关系的仿真曲线图。在小功率信号下,二极管关闭,尚未导通,可将二极管等效为断开状态。第一金属贴片102与第二金属贴片104、第三金属贴片105与第四金属贴片107、第五金属贴片202与第六金属贴片204、第七金属贴片205与第八金属贴片207,这四对金属贴片之间没有连接,此时,在8.75-9.4GHz的频带内,能够提供3dB带宽的双极化小功率信号通过,如图2a所示;在大功率信号下,二极管导通,可将二极管等效为2Ω的电阻,此时,在0-15GHz的频带内,能够提供20dB的双极化大功率信号抑制,如图2b所示。与现有技术相比,本发明实施例1提供的波导型功率选择表面,不仅提供了良好的双极化通带,而且在更广的频带内实现了双极化电磁屏蔽。
本发明的波导型功率选择表面能够提供0-15GHz频带内20dB的大功率信号抑制,比以往的功率选择结构有着更宽的抑制频带;此外,由于使用三维的金属波导结构,比传统二维结构有着更好的耐击穿性和耐高温性。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种三维波导型功率选择结构,其特征在于,包括N个三维单元结构,三维单元结构包括空心金属波导腔和至少1个插入空心金属波导腔的介质板,介质板上印刷有平面电路,三维单元结构沿着空心金属波导腔的金属壁的垂直方向周期延拓,N个三维单元结构组成周期阵列,其中,N≥9;
介质板的一面贴有两对金属贴片,两对金属贴片分别紧贴着介质板的前后边,每对金属贴片包括两个金属贴片、两个金属贴片之间还设有二极管元件。
2.根据权利要求1所述的一种三维波导型功率选择结构,其特征在于,平面电路是加载了二极管的电路。
3.根据权利要求1所述的一种三维波导型功率选择结构,其特征在于,平面电路是金属贴片电路,还包括二极管,金属贴片电路与二极管连接。
4.根据权利要求2-3中任意一项所述的一种三维波导型功率选择结构,其特征在于,二极管是PIN二极管、肖特基二极管或变容二极管。
5.根据权利要求1所述的一种三维波导型功率选择结构,其特征在于,空心金属波导腔的内、外口径是正方形口径或矩形口径,三维单元结构沿着空心金属波导腔的四个金属壁的垂直方向,进行周期延拓。
6.根据权利要求1所述的一种三维波导型功率选择结构,其特征在于,空心金属波导腔的金属壁厚度在0.01mm-10mm之间。
7.根据权利要求1所述的一种三维波导型功率选择结构,其特征在于,介质板插入金属波导腔的方式是平行于上下金属壁进行插入、垂直于上下金属壁进行插入、倾斜任意角度进行插入或是以上任意方式的组合进行插入。
8.一种三维波导型功率选择结构,其特征在于,包括N个三维单元结构,三维单元结构包括空心金属波导腔和1个插入空心金属波导腔的介质板,介质板位于金属波导腔的中心,介质板的一面贴有两对金属贴片,两对金属贴片分别紧贴着介质板的前后边,每对金属贴片包括两个金属贴片、两个金属贴片之间还设有二极管元件;三维单元结构沿着空心金属波导腔的金属壁的垂直方向周期延拓,N个三维单元结构组成周期阵列,其中,N≥9。
9.一种三维波导型功率选择结构,其特征在于,包括N个三维单元结构,三维单元结构包括空心金属波导腔和两块插入空心金属波导腔的介质板,两块介质板插入空心金属波导腔的方式分别是垂直和水平于空心金属波导腔的底部,两块介质板位于金属波导腔的中心位置,水平插入的介质板的前端与金属波导腔的前端相齐、后端与金属波导腔的后端之间有间距;垂直插入的介质板的前端与金属波导腔的前端之间有间距、后端与金属波导腔的后端相齐;在两个介质板的一面均贴有两对通过二极管相连接的金属贴片,这两对金属贴片分别紧贴着介质板的前端、后端。
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Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004015483A (ja) * 2002-06-07 2004-01-15 Murata Mfg Co Ltd 3次元周期構造体、その製造方法、高周波素子、および高周波装置
GB0505407D0 (en) * 2002-06-07 2005-04-20 Murata Manufacturing Co Applications of a three-dimensional periodic structure
CN105576381A (zh) * 2015-12-15 2016-05-11 哈尔滨工业大学 基于立体结构的频率选择表面结构
DE102017111319A1 (de) * 2017-05-24 2018-11-29 Miele & Cie. Kg Einrichtung zur Erzeugung und Transmission von Hochfrequenzwellen (HF-Wellen)
CN109638465A (zh) * 2018-12-17 2019-04-16 中国人民解放军国防科技大学 一种波导高功率防护器件
CN112689455A (zh) * 2021-03-11 2021-04-20 四川大学 一种基于相变材料的自适应电磁防护结构
CN113394527A (zh) * 2021-06-22 2021-09-14 湖南电磁场科技有限公司 单层夹片式波导限幅结构
CN113410651A (zh) * 2021-06-21 2021-09-17 山西大学 一种宽频带高功率微波自适应防护装置
CN114824704A (zh) * 2022-04-12 2022-07-29 电子科技大学 一种基于基片集成波导的电磁防护组件
CN115332780A (zh) * 2022-06-27 2022-11-11 中国舰船研究设计中心 一种超宽带能量选择表面设计及优化方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004015483A (ja) * 2002-06-07 2004-01-15 Murata Mfg Co Ltd 3次元周期構造体、その製造方法、高周波素子、および高周波装置
GB0505407D0 (en) * 2002-06-07 2005-04-20 Murata Manufacturing Co Applications of a three-dimensional periodic structure
CN105576381A (zh) * 2015-12-15 2016-05-11 哈尔滨工业大学 基于立体结构的频率选择表面结构
DE102017111319A1 (de) * 2017-05-24 2018-11-29 Miele & Cie. Kg Einrichtung zur Erzeugung und Transmission von Hochfrequenzwellen (HF-Wellen)
CN109638465A (zh) * 2018-12-17 2019-04-16 中国人民解放军国防科技大学 一种波导高功率防护器件
CN112689455A (zh) * 2021-03-11 2021-04-20 四川大学 一种基于相变材料的自适应电磁防护结构
CN113410651A (zh) * 2021-06-21 2021-09-17 山西大学 一种宽频带高功率微波自适应防护装置
CN113394527A (zh) * 2021-06-22 2021-09-14 湖南电磁场科技有限公司 单层夹片式波导限幅结构
CN114824704A (zh) * 2022-04-12 2022-07-29 电子科技大学 一种基于基片集成波导的电磁防护组件
CN115332780A (zh) * 2022-06-27 2022-11-11 中国舰船研究设计中心 一种超宽带能量选择表面设计及优化方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
High-Performance Energy Selective Surface Based on the Double-Resonance Concept;Lin Zhou等;《IEEE Transactions on Antennas and Propagation》;第69卷(第11期);7658 - 7666 *
波导型能量选择电磁防护器件设计与实现;张继宏等;《微波学报》;第38卷(第1期);36-40 *
超宽带强电磁防护能量选择表面设计;毋召锋;《国防科技大学学报》;第45卷(第3期);179-185 *

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