CN116886062B - 高阻表面波导限幅器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高阻表面波导限幅器，涉及电磁波传输装置技术领域。所述波导包括波导本体，所述波导本体的内腔的底壁上设置有高阻抗表面，当入射波功率强度较低时，高阻抗表面呈现理想电导体特性，电磁波照常传输；当入射波功率强度较高时，高阻抗表面呈现为理想磁导体特性，电磁波传输被阻碍，起到功率限制和保护的作用。所述波导限幅器能够有效的对输入的电磁波进行限制，且工作带宽宽，插损小，响应速度快。
Description
技术领域
本发明涉及电磁波传输装置技术领域，尤其涉及一种高阻表面波导限幅器。
背景技术
功率限制器是一种常见的保护器，常用在接收通道和灵敏的射频系统中，依靠本身的自控能力限制系统中高强度的输入波。有许多集成器件可以作为功率限制器使用，然而目前大部分的器件还只是作用于平面电流， 高强度输入波保护问题在传输线和波导器件中仍需要解决。现有技术中的可以对高强度输入波起到阻碍作用的器件在工作带宽、插损和响应时间上仍存在许多不足。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是如何提供一种能够有效的对输入的电磁波进行限制，且工作带宽宽，插损小，响应速度快的高阻表面波导限幅器。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种高阻表面波导限幅器，包括波导本体，所述波导本体的内腔的底壁上设置有高阻抗表面，当入射波功率强度较低时，高阻抗表面呈现理想电导体特性，电磁波照常传输；当入射波功率强度较高时，高阻抗表面呈现为理想磁导体特性，电磁波传输被阻碍，起到功率限制和保护的作用。
进一步的技术方案在于：所述高阻抗表面包括介质板，所述介质板的背面形成有背面金属层，所述介质板的正面形成有若干个阻抗变换单元，每个所述阻抗变换单元通过金属柱与所述背面金属层连接。
进一步的技术方案在于：所述阻抗变换单元包括中心贴片与外围贴片，所述外围贴片上形成有与所述中心贴片相适配的腐蚀孔，所述中心贴片位于所述腐蚀孔内，且所述中心贴片不与所述外围贴片直接接触，所述中心贴片与所述外围贴片之间设置有二极管，通过所述二极管的打开或者闭合能够使所述中心贴片与所述外围贴片不连接或连接到一起。
优选的，所述腐蚀孔的整体为十字形，所述中心贴片的整体也为十字形，所述中心贴片的四个端部与所述外围贴片之间各设置有一个二极管。
进一步的技术方案在于：所述金属柱的上端与所述中心贴片的中心连接，所述金属柱的下端与所述背面金属层连接。
进一步的技术方案在于：当电磁波在波导中传输时，高阻抗表面的上表面会被激励，当入射波功率强度较低时，二极管处于断开状态，外围贴片与背面金属层不连接，高阻抗表面呈现理想电导体特性，电磁波照常传输；
当入射波功率强度较高时，二极管处于导通状态，外围贴片通过二极管与中心贴片连接，中心贴片通过金属柱与背面金属层连接，高阻抗表面呈现为理想磁导体特性，电磁波传输被阻碍，起到功率限制和保护的作用。
进一步的技术方案在于：二极管放置在阻抗变换单元的中心位置以便被触发，同时排布方式要使用对称结构来避免高次模的产生。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本申请所述波导本体的内腔的底壁上设置有高阻抗表面，当入射波功率强度较低时，高阻抗表面呈现理想电导体特性，电磁波照常传输；当入射波功率强度较高时，高阻抗表面呈现为理想磁导体特性，电磁波传输被阻碍，起到功率限制和保护的作用。
此外，由于波导中的场主要集中在波导的中心，因此二极管也要放置在中心位置以便被触发，同时排布方式要使用对称结构来避免高次模的产生。另外，为了减小 HIS 结构的插入损耗，在选择介质板时需要选择损耗系数低的材料。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明实施例所述限幅器的结构示意图（立体图）；
图2是本发明实施例所述限幅器的结构示意图（侧视图）
图3是本发明实施例所述限幅器中高阻抗表面的结构示意图；
图4是本发明实施例所述限幅器中高阻抗表面的结构示意图；
图5是本发明实施例所述限幅器中高阻抗表面的侧视结构示意图；
图6是图5中A部的放大结构示意图；
图7是本发明实施例所述限幅器中高阻抗表面的分解结构示意图；
图8是本发明实施例的高阻抗表面中阻抗变换单元的放大结构示意图；
图9是本发明实施例所述限幅器中高阻抗表面中阻抗变换单元、部分介质板以及部分背面金属层的立体结构示意图；
其中：1、波导本体；2、高阻抗表面；3、介质板；4、背面金属层；5、金属柱；6、中心贴片；7、外围贴片；8、腐蚀孔；9、二极管。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
如图1-图2所示，本发明实施例公开了一种高阻表面波导限幅器，包括波导本体1，所述波导本体1可以使用现有技术中的波导，其制作材料一般为金属材料；所述波导本体1的内腔的底壁上设置有高阻抗表面2，当入射波功率强度较低时，高阻抗表面2呈现理想电导体特性，电磁波正常传输；当入射波功率强度较高时，高阻抗表面2呈现为理想磁导体特性，电磁波传输被阻碍，起到功率限制和保护的作用。
进一步的，如图3-图8所示，所述高阻抗表面2包括介质板3，所述介质板3的背面形成有背面金属层4，所述背面金属层4为接地金属层，其铺设在所述介质板3的整个背面；为了减小高阻抗表面2 结构的插入损耗，在选择介质板时需要选择损耗系数低的材料；所述介质板3的正面形成有若干个阻抗变换单元，所述阻抗变换单元呈阵列状排列在所述介质板3的上表面，每个所述阻抗变换单元通过金属柱5与所述背面金属层4连接。
进一步的，如图8-图9所示，所述阻抗变换单元包括中心贴片6与外围贴片7，所述外围贴片7上形成有与所述中心贴片6相适配的腐蚀孔8，所述中心贴片6位于所述腐蚀孔8内，且所述中心贴片6不与所述外围贴片7直接接触，所述中心贴片6与所述外围贴片7之间设置有二极管9，优选的，所述二极管9可以使用肖特基二极管，还可以使用其它类型的二极管。通过所述二极管9的打开或者闭合能够使所述中心贴片6与所述外围贴片7不连接或连接到一起。本实施例中，所述腐蚀孔8的整体为十字形，所述中心贴片6的整体也为十字形，所述中心贴片6的四个端部与所述外围贴片7之间各设置有一个二极管9。所述金属柱5的上端与所述中心贴片6的中心连接，所述金属柱5的下端与所述背面金属层4连接。二极管9放置在阻抗变换单元的中心位置以便被触发，同时排布方式要使用对称结构来避免高次模的产生。
工作原理：
对于端口尺寸长边为 a，宽边为 b 的矩形波导来说，当底壁为理想磁导体时，主模的传输特性就会被改变，会阻止主模在波导中的传输，特别是当工作带宽小于理想磁导体波导的截止频率时。一般情况下很难在实际应用中实现 理想磁导体结构，但是理想磁导体的磁特性可在高阻抗表面的谐振带内实现。
利用非线性集总元件，可使高阻抗表面的状态在理想电导体和理想磁导体之间切换。
本申请中，该高阻抗表面结构，当电磁波在波导中传输时，高阻抗表面的上表面会被激励，当入射波功率强度较低时，二极管9处于断开状态，外围贴片7与背面金属层4不连接，高阻抗表面呈现理想电导体特性，电磁波在波导腔体内正常传输；
当入射波功率强度较高时，二极管9处于导通状态，外围贴片7通过二极管9与中心贴片6连接，中心贴片6通过金属柱5与背面金属层4连接，高阻抗表面呈现为理想磁导体特性，在波导腔体内传播的电磁波传输被阻碍，起到功率限制和保护的作用。
Claims (7)
1.一种高阻表面波导限幅器，包括波导本体（1），其特征在于：所述波导本体（1）的内腔的底壁上设置有高阻抗表面（2），当入射波功率强度较低时，高阻抗表面（2）呈现理想电导体特性，电磁波正常传输；当入射波功率强度较高时，高阻抗表面（2）呈现为理想磁导体特性，电磁波传输被阻碍，起到功率限制和保护的作用；
所述高阻抗表面（2）包括介质板（3），所述介质板（3）的背面形成有背面金属层（4），所述介质板（3）的正面形成有若干个阻抗变换单元，每个所述阻抗变换单元通过金属柱（5）与所述背面金属层（4）连接；
所述阻抗变换单元包括中心贴片（6）与外围贴片（7），所述外围贴片（7）上形成有与所述中心贴片（6）相适配的腐蚀孔（8），所述中心贴片（6）位于所述腐蚀孔（8）内，且所述中心贴片（6）不与所述外围贴片（7）直接接触，所述中心贴片（6）与所述外围贴片（7）之间设置有二极管（9），通过所述二极管（9）的打开或者闭合能够使所述中心贴片（6）与所述外围贴片（7）不连接或连接到一起；
当电磁波在波导中传输时，高阻抗表面的上表面会被激励，当入射波功率强度较低时，二极管（9）处于断开状态，外围贴片（7）与背面金属层（4）不连接，高阻抗表面呈现理想电导体特性，电磁波在波导腔体内正常传输；
当入射波功率强度较高时，二极管（9）处于导通状态，外围贴片（7）通过二极管（9）与中心贴片（6）连接，中心贴片（6）通过金属柱（5）与背面金属层（4）连接，高阻抗表面呈现为理想磁导体特性，在波导腔体内传播的电磁波传输被阻碍，起到功率限制和保护的作用。
2.如权利要求1所述的高阻表面波导限幅器，其特征在于：所述腐蚀孔（8）的整体为十字形，所述中心贴片（6）的整体也为十字形，所述中心贴片（6）的四个端部与所述外围贴片（7）之间各设置有一个二极管（9）。
3.如权利要求1所述的高阻表面波导限幅器，其特征在于：所述金属柱（5）的上端与所述中心贴片（6）的中心连接，所述金属柱（5）的下端与所述背面金属层（4）连接。
4.如权利要求1所述的高阻表面波导限幅器，其特征在于：所述二极管（9）为肖特基二极管。
5.如权利要求1所述的高阻表面波导限幅器，其特征在于：二极管（9）放置在阻抗变换单元的中心位置以便被触发，同时排布方式要使用对称结构来避免高次模的产生。
6.如权利要求1所述的高阻表面波导限幅器，其特征在于：所述介质板（3）选择损耗系数低的材料制作。
7.如权利要求1所述的高阻表面波导限幅器，其特征在于：所述阻抗变换单元呈阵列状排列在所述介质板（3）的上表面。
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