CN203014750U

CN203014750U - 一种限幅电路和微波限幅器

Info

Publication number: CN203014750U
Application number: CN 201220577550
Authority: CN
Inventors: 黄丹
Original assignee: CHENGDU YAGUANG ELECTRONIC Co Ltd
Current assignee: CHENGDU YAGUANG ELECTRONIC Co Ltd
Priority date: 2012-11-05
Filing date: 2012-11-05
Publication date: 2013-06-19
Anticipated expiration: 2022-11-05

Abstract

本实用新型公开提供了一种限幅电路和微波限幅器，所述限幅电路中，第一电感的第一端与第一级电容的第二端相连，第二端与控制端相连，并将滤波电容的第一端连接在所述第一电感的第二端，第二端接地，通过控制端为第一级二极管提供直流信号，提高了第一级二极管的承受功率，与现有技术相比，在相同承受功率的前提下，所述限幅电路可以选择结电容更小的PIN二极管，使得在小功率信号通过时，降低了通过微波限幅器的信号损耗，提高限幅器的性能指标。

Description

一种限幅电路和微波限幅器

技术领域

本实用新型涉及微波技术领域，更具体的说是涉及一种限幅电路和微波限幅器。

背景技术

随着电磁波应用的广泛和深入，微波限幅器作为一种重要的微波控制器件被广泛应用于微波信号接收机等系统中，常用于防止系统运行过程中信号接收端的元件被大功率信号烧毁，以及减少扫频震荡器和相位检测系统中的幅度调制等。

现有的微波限幅器是利用微波半导体二极管的非线性限幅机理，通过级联PIN二极管（positive-intrinsic-negative diode，PIN二极管）实现限幅。当输入的信号功率较小时，微波信号可以几乎无阻的通过，当输入的信号幅度超出一定功率时，二极管开始限幅，实现对输入信号的衰减，保护后级器件不被过大的射频信号烧毁。

为了保证微波限幅器能对功率大的信号起到限幅作用，现有的微波限幅器中第一级限幅二极管通常为结电容大，承受功率高的PIN限幅管芯，但是结电容大的限幅管芯会使信号损耗大，当小功率信号通过微波限幅器时，若信号损失严重，会影响微波信号的质量。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种限幅电路和微波限幅器，解决选择结电容大的限幅管芯使信号损失严重而影响微波信号质量的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种限幅电路，包括，第一电容、第二电容、第一级二极管、至少一个第二级二极管、第一电感、第二电感和滤波电容，其中：

所述第一电容的第一端用于与微波信号输入端相连，第二端连接所述第二电容的第一端；所述第二电容的第二端用于与微波信号输出端相连；

所述第一级二极管阳极与所述第一电容的第二端相连，阴极接地；

所述第一电感的第一端与所述第一电容的第二端相连，第二端与控制端相连；

所述滤波电容的第一端与所述第一电感的第二端相连，第二端接地；

所述第二级二极管阳极均与所述第二电容的第二端相连，阴极均接地；

所述第二电感的第一端与所述第二电容的第二端相连，第二端接地。

优选地，还包括限流电阻，所述限流电阻的第一端连接在所述第一电感的第二端，第二端连接所述控制端。

一种微波限幅器，包括壳体，粘接在所述壳体内壁的电路基片，和由不同元器件包括第一电容、第二电容、第一级二极管、至少一个第二级二极管、第一电感、第二电感和滤波电容组成的限幅电路；

其中，所述滤波电容的第二端、所述第一级二极管的阴极和所述第二级二极管的阴极粘结在所述壳体内壁上，所述第一电容、所述第二电容、所述第一电感和所述第二电感均设置在所述电路基片上；

所述第一电容的第一端与微波信号输入端接口相连，第二端连接所述第二电容的第一端；所述第二电容的第二端与微波信号输出端接口相连；

所述第一级二极管阳极与所述第一电容的第二端相连；

所述第一电感的第一端与所述第一电容的第二端相连，第二端与控制端接口相连；

所述滤波电容的第一端与所述第一电感的第二端相连；

所述第二级二极管阳极均与所述第二电容的第二端相连；

所述第二电感的第一端与所述第二电容的第二端相连，第二端连接在所述壳体内壁上。

优选地，所述电路基片上还包括限流电阻，所述限流电阻的第一端连接所述第一电感的第二端，第二端连接所述控制端。

优选地，所述壳体为可伐KOVER合金材料。

优选地，所述壳体内壁包括底座，所述滤波电容的第二端、所述第一级二极管的阴极和所述第二级二极管的阴极粘结在所述底座上；所述第二电感的第二端通过引线键合连接在所述底座上。

优选地，所述电路基片采用380℃高温合金粘结于所述壳体内底部；所述滤波电容的第二端、所述第一级二极管的阴极和所述第二级二极管的阴极均采用280℃高温合金直接粘结于所述壳体内的底座上；所述第二电感的第二端采用引线键合连接在所述底座上。

优选地，所述电路基片为99.6%的三氧化二铝AL₂O₃基片。

优选地，所述微波信号输入端接口和所述微波信号输出端接口采用玻针连接方式设置在所述壳体上，通过合金将玻璃绝缘子与所述壳体烧结为一体形成接口。

优选地，还包括盖板，所述盖板采用平行封焊工艺焊接在所述壳体上。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本实用新型公开提供了一种限幅电路和微波限幅器，所述限幅电路中，第一电感的第一端与第一级电容的第二端相连，第二端与控制端相连，并将滤波电容的第一端连接在所述第一电感的第二端，第二端接地，通过控制端为第一级二极管提供直流信号，提高了第一级二极管的承受功率，与现有技术相比，在承受相同功率的前提下，使得所述限幅电路可以选择结电容小的PIN二极管，当小功率信号通过时，降低了通过微波限幅器的信号损耗，提高限幅器的性能指标。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例的一种限幅电路的电路结构图；

图2为本实用新型一种微波限幅器的内部结构示意图；

图3为本实用新型微波限幅器的应用线路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例公开了一种限幅电路和微波限幅器，所述限幅电路中，第一电感的第一端与第一电容的第二端相连，第一电感的第二端与控制端相连，滤波电容的第一端与第一电感的第二端相连，第二端接地。通过控制端为第一级二极管提供直流信号，提高了第一级二极管的承受功率，与现有技术相比，使得在相同承受功率的前提下，所述限幅电路可以选择结电容更小的PIN二极管，当小功率信号通过时，降低了通过限幅电路的信号损耗，提高了限幅电路的性能指标。

参见图1，示出本实用新型实施例的一种限幅电路的电路结构图。

所述限幅电路包括第一电容C1、第二电容C2、第一电感L1、第二电感L2、滤波电容C3、第一级二极管V1、至少一个第二级二极管；

所述第二级二极管相并联后连接在所述第二电容C2和输出端OUT之间，在实际应用中，限幅电路对第二级二极管个数并不做具体限定，可根据实际输入微波信号功率的大小和对输出微波信号功率的大小的要求在第二电容C2和输出端OUT之间并联不同数量的第二级二极管，用于实现对微波信号的衰减，产生良好的限幅作用。其中，作为一个实施例，如图1所示，所述第二级二极管可以包括三个：第二级二极管V21、V22和V23。

结合图1，其中：

所述第一电容C1的第一端用于与微波信号输入端IN相连，第二端与所述第二电容C2的第一端相连；

所述第二电容C2的第二端用于与微波信号输出端OUT相连；

所述第一级二极管V1的阳极与所述第一电容C1的第二端相连，阴极接地；

所述第一电感L1的第一端与所述第一电容C1的第二端相连，第二端与控制端相连；

所述滤波电容C3的第一端与所述第一电感L1的第二端相连，第二端接地；

所述至少一个第二级二极管的阳极与所述第二电容C2的第二端相连，阴极接地；

所述第二电感L2的第一端与所述第二电容的第二端相连，第二端接地。

图1中，V21、V22和V23的阳极均与所述第二电容C2的第二端相连，阴极均接地。

其中，所述第一电感L1为扼流电感，能阻碍交流通过，使直流通过；

其中，所述滤波电容C3用于降低交流脉动波纹系数，使直流输出平滑；

所述第一级二极管V1和至少一个第二级二极管均为PIN二极管即限幅管芯。

所述控制端C可以由系统外接电路控制，可一直输入高电平或根据输入功率的大小同步输入低电平或高电平，例如，可由外接检波电路控制，能根据输入端输入功率的大小同步输入低电平或高电平，当输入功率较小时，控制端C呈低电平，当输入功率达到某个值时，控制端C同步输入高电平，其中，控制端C同步输入高电平的输入功率的值可以根据实际要求通过外接电路设定。

当控制端输入高电平时，可以在外接电路上加限流电阻后再与控制端C相连，或在电路中直接设置限流电阻，即所述限幅电路可以还包括限流电阻，所述限流电阻的第一端连接所述第一电感的第二端，第二端连接所述控制端。

所述限流电阻可以防止直流信号将第一级二极管管芯烧毁。

为了使大功率信号进来时，限幅电路能起到限幅作用，第一级二极管需要选择结电容大，承受功率大的PIN二极管，否则第一级二极管在大功率信号进来时，会被烧毁，但是结电容大的限幅管芯会使信号损耗增大，当小功率信号通过微波限幅器时，若信号损失严重，会影响微波信号的质量。而控制端C为第一级二极管提供直流信号，提高了第一级二极管的承受功率，与现有技术相比，在承受相同功率的前提下，使得所述限幅电路的第一级二极管可以选择结电容较小的PIN二极管，当输入的微波功率较小时，能降低通过微波限幅器的信号损耗，提高限幅器的性能指标。

以控制端C能根据输入端输入功率的大小同步输入低电平或高电平为例，所述限幅电路具体的工作过程为：

微波信号从所述输入端输入，从所述输出端输出，当输入的微波信号功率较小时，控制端C呈低电平，第一级二极管和第二级二极管两端的微波电压较小，不能使PIN二极管导通，PIN二极管等效为一个小电容，呈现极高的微波阻抗，输入信号低损耗的通过限幅电路。

随着微波信号功率的增加，当达到某个值时，控制端C同步输入高电平，第一级二极管低阻抗导通，第一级二极管将从输入端IN输入的微波信号引起信号失配而反射掉一部分，使得电路的微波功率减小。同时，第二电感L2为第二级二极管提供直流通路，使得第二级二极管在较低功率下能处于低阻抗导通状态，产生良好的限幅作用。

其中，随着微波功率的增加，PIN二极管I区中存储的载流子也越多，PIN二极管的微波阻抗也就越低，则反射的微波信号就越大，使得限幅电路产生良好的限幅作用。当输入的微波功率继续增加时，PIN二极管的微波阻抗不再降低，则PIN二极管等效为小电阻，限幅电路达到衰减极限。

在本实施例中，第一电感L1的第一端与第一电容C1的第二端相连，第二端与控制端C相连，滤波电容C3的第一端与第一电感L1的第二端相连，第二端接地。通过控制端C为第一级二极管V1提供直流信号，提高了第一级二极管的承受功率，与现有技术相比，使得在相同承受功率的前提下，该限幅电路可以选择结电容小的PIN二极管，当小功率信号通过时，降低了通过限幅电路的信号损耗，提高了限幅电路的性能指标。

控制端C为第一级二极管提供了直流通路，使第一级二极管V1处于低阻抗导通状态，实现了在低功率下限幅；同时使得第一级二极管V1能反射掉的微波信号多，提高了限幅电路功率容量。相对于现有技术来说，若想达到相同的限幅效果，并联的第二级二极管的个数比现有技术中第二级二极管的个数少。当小功率信号通过时，由于并联二极管个数的减小，降低了通过微波限幅器的信号损耗，提高了限幅电路的性能指标。

参见图2，示出本实用新型一种微波限幅器一个实施例的内部结构示意图。

结合图2，所述微波限幅器，包括壳体1，粘接在所述壳体内壁的电路基片，和由第一电容C1、第二电容C2、第一电感L1、第二电感L2、滤波电容C3、第一级二极管V1、至少一个第二级二极管不同元器件组成的限幅电路。

需要说明的是，在实际应用中，本实用新型实施例所提供的微波限幅器对第二级二极管个数并不做具体限定，可根据实际输入微波信号功率的大小和对输出微波信号功率的大小的要求在第二电容C2和输出端OUT之间并联不同数量的第二级二极管，用于实现对微波信号的衰减，产生良好的限幅作用。

图2中是以三个第二级二极管V21、V22和V23为例。

其中，所述滤波电容C3的第二端、第一级二极管V1的阴极、第二级二极管V21、V22和V23的阴极均直接粘结在所述壳体内壁上，所述限幅电路中的第一电容C1、第二电容C2、第一电感L1和第二电感L2设置在所述电路基片上，连接成所述的限幅电路；

其中，所述第一电感和所述第二电感可以在电路基片图形加工时直接制作在所述电路基片上，也可以在连接所述限幅电路过程中，直接粘结在所述电路基片上；所述第一电容和所述第二电容在连接所述限幅电路过程中，直接粘结在所述电路基片上。

其中，元器件可设置在同一个电路基片上，也可以根据图2所示设置在不同的电路基片上，需要说明的是，在实际应用中，并不对电路基片的个数做具体限定，图2中是以五个电路基片A1、A2、A3、A4和A5为例。

其中，所述限幅电路具体为：

所述第一电容C1的第一端与微波信号输入端接口IN相连，第二端与所述第二电容C2的第一端相连；

所述第二电容C2的第二端与微波信号输出端接口OUT相连；

所述第一级二极管V1的阳极与所述第一电容C1的第二端相连；

所述滤波电容C3的第一端与所述第一电感L1的第二端相连；

所述第二电感的第一端与所述第二电容的第二端相连，第二端通过引线键合连接在所述壳体内壁上；

所述至少一个第二级二极管的阳极均与所述第二电容C2的第二端相连。图2中，V21、V22和V23的阳极均与所述第二电容C2的第二端相连，阴极均粘结在所述壳体内壁上。

其中，所述第一电感L1为扼流电感。

其中，所述电路基片上还包括限流电阻，所述限流电阻的第一端连接所述第一电感的第二端，第二端连接所述控制端。

所述微波限幅器的限幅电路原理图如图1所示，所述微波限幅器的限幅原理和上述限幅电路的实施例一样，在此不作重复赘述。

本实施例中，微波限幅器采用有源限幅电路，通过控制端为第一级二极管提供直流通路，提高了第一级二极管的承受功率，使得可以选择结电容小的PIN二极管，当小功率信号通过时，降低了通过微波限幅器的信号损耗，提高了限幅器的性能指标。

在实际应用中，所述微波限幅器中的不同元器件可以通过导线、微带线和引线键合的方式连接成上述限幅电路，具体的连接方式有多种，其中，作为一种实施例，连接关系可以为：

所述第一电容C1的第一端通过第一微带线与微波信号输入端接口IN相连，第二端通过第二微带线与所述第二电容C2的第一端相连；

所述第二电容C2的第二端通过第三微带线与微波信号输出端接口OUT相连；

所述第一级二极管V1的阳极通过引线键合连接在所述第二微带线上，阴极直接粘结在所述壳体内壁上；

所述第一电感L1的第一端可以通过粘结或引线键合的方式与所述第一电容C1的第二端相连，第二端通过导线与控制端相连；

所述滤波电容C3的第一端通过导线与所述第一电感L1的第二端相连，第二端直接粘结在所述壳体内壁上；

所述第二电感的第一端通过粘结或引线键合连接到所述第三微带线上，第二端通过引线键合连接在所述壳体内壁上；

所述至少一个第二级二极管的阳极均可通过引线键合的方式连接在所述第三微带线上，阴极均直接粘结在所述壳体内壁上。

所述微带线是一种用于微波集成电路的传输线，具有传输微波信号和导电的功能。其中，所述第一电感和所述第二电感可以在电路基片图形加工时直接制作上所述电路基片上。

所述壳体1采用KOVAR合金材料，使得所述微波限幅器体积小，重量轻，具有良好的散热和耐功率特性，适用于小尺寸微结构的发送与接收T／R收发组件。

所述壳体内壁包括底座，所述底座采用凸台的方式设计在所述壳体内壁，具体的，所述限幅电路中的滤波电容C3的第二端、第一级二极管V1的阴极和至少一个第二级二极管的阴极直接粘结在所述底座上;所述第二电感L2的第二端通过引线键合连接在所述底座上。

其中，所述滤波电容C3的第二端、第一级二极管V1的阴极和至少一个第二级二极管的阴极均采用280℃高温合金直接将其引脚粘结于所述壳体内的底座上；所述第二电感的第二端采用引线键合方式连接在所述底座上；所述电路基片采用380℃高温合金粘结于所述壳体内底部；

需要说明的是，所述底座的个数不做具体限定，所述限幅电路中的滤波电容的第二端、第一级二极管的阴极和至少一个第二级二极管可以粘结在不同的底座上。

本实施例中，PIN管芯直接粘接在所述底座上，二极管正常工作时产生的热量可直接通过壳体内壁散失，不会出现热量堆积的现象，使得该微波限幅器具有较大功率的容量，提高了微波限幅器的可靠性。

所述电路基片可选用99.6%的AL₂O₃陶瓷薄膜基片制作。

陶瓷基片具有高介电常数、高绝缘电阻、高纯度、高热导率、低热膨胀系数、高热稳定性、表面光洁度高、抗化学性好的优点，在陶瓷板上制作的薄膜电路具有电路尺寸小、频率高、可靠性高等优点。

其中，可在电路图形加工过程中直接将电阻、电感等无源器件制作在电路基片上，在使用时，减少了制造环节，同时，也可直接提供用户需要的专用阻容值和电感值的元器件，解决了使用非标准的阻值和电感值元器件的问题。

同时由于KOVER合金的热膨胀系数接近AL₂O₃陶瓷基片，可避免因热膨胀系数差别过大而引起的热应力破坏。

本实施例中，电路基片选用99.6%的AL₂O₃薄膜基片制作，AL₂O₃薄膜基片图形加工精度高，微带精度最小可达±2.54μm，使得制作成的限幅器具有更高的指标一致性，产品调试工作量小，大幅度提高了测试效率和产品的可靠性。

所述壳体上设置有通过合金将玻璃绝缘子与所述壳体烧结为一体形成的微波信号输入端接口和微波信号输出端接口，所述微波信号输入端接口和所述微波信号输出端接口采用玻针连接方式设置在所述壳体上。

所述微波信号输入端接口和所述微波信号输出端接口均为玻璃绝缘子，并通过玻针连接方式与壳体内限幅电路相连，在壳体加工过程中，使用合金将玻璃绝缘子同壳体烧结为一体，形成输入端接口和输出端接口，实现了高密封、高强度的特性，并且使用安装方便，提高了微波限幅器的可靠性。

所述微波限幅器还包括盖板，所述盖板采用平行封焊工艺焊接在所述壳体上，保证了限幅器的高密封性。

在实际应用中，所述微波限幅器的制作工艺为：

1、采用KOVER合金制作壳体，电路基片选用99.6%的AL₂O₃陶瓷薄膜基片，采用微波混合集成电路薄膜工艺在基片上制作微带电路图形，并将它们清洗干净;

2、将陶瓷薄膜基片采用380℃高温合金烧结在壳体内壁上，并将其清洗干净；

3、将所述滤波电容C3的第二端、第一级二极管V1的阴极和至少一个第二级二极管的阴极采用280℃高温合金粘结在壳体内的底座上；将所述第一电容C1、第二电容C2采用280℃高温合金粘结在所述电路基片上，第一电感L1和第二电感L2制作在所述电路基片上，通过引线键合将各元器件连接成上述微波限幅器中的限幅电路，其中，所述第二电感L2的第二端通过引线键合连接在所述壳体内壁上或所述壳体底座上；

4、将连接成的限幅电路进行测试，清洁整理；

5、将盖板与壳体进行平行封焊，进行各项筛选试验；

6、将筛选完毕的微波限幅器进行测试，选取出符合指标要求的微波限幅器，外观检验合格品包装入库。

通过上述工艺制作的微波限幅器，采用有源限幅电路，由控制端C为第一级二极管提供了直流通路，使第一级二极管处于低阻抗导通状态，实现了在低功率下限幅，同时使得V1能反射掉的微波信号多，提高了限幅电路功率容量。选择结电容小的第一级二极管，和全并联二极管的设计方式，使得微波限幅器在小功率信号通过时，降低了信号损耗，提高了限幅器的性能指标。

同时，微波限幅器采用微波混合集成电路薄膜工艺，壳体选用KOVAR合金一体化装配，壳体内底座采用凸台方式设计，采用高温烧结工艺，盖板与壳体采用平行封焊工艺焊接，实现了小尺寸、重量轻、能适应高低温工作环境、可靠性好、密封性强的微波限幅器。

在实际应用中，所述微波限幅器可以应用于微波信号接收机等系统中，用于防止系统运行过程中信号接收端的元件被大信号烧毁，以及减少扫荡振荡器和相位检测系统中的幅度调制等。

参见图3，示出本实用新型微波限幅器的一种实施例的应用线路图。当输入信号的功率较小时，微波限幅器处于线性工作区，从天线进来的有用信号低损耗的通过微波限幅器，并进入接收系统；当输入的信号功率达到一定值时，微波限幅器中的限幅管芯开始限幅，以保护后级器件不被过大的射频信号烧毁。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种限幅电路，其特征在于，包括，第一电容、第二电容、第一级二极管、至少一个第二级二极管、第一电感、第二电感和滤波电容，其中：

2.根据权利要求1所述的限幅电路，其特征在于，还包括限流电阻，所述限流电阻的第一端连接在所述第一电感的第二端，第二端连接所述控制端。

3.一种微波限幅器，其特征在于，包括壳体，粘接在所述壳体内壁的电路基片，和由不同元器件包括第一电容、第二电容、第一级二极管、至少一个第二级二极管、第一电感、第二电感和滤波电容组成的限幅电路；

所述第一级二极管阳极与所述第一电容的第二端相连；

所述滤波电容的第一端与所述第一电感的第二端相连；

所述第二级二极管阳极均与所述第二电容的第二端相连；

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述电路基片上还包括限流电阻，所述限流电阻的第一端连接所述第一电感的第二端，第二端连接所述控制端。

5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述壳体为可伐KOVER合金材料。

6.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述壳体内壁包括底座，所述滤波电容的第二端、所述第一级二极管的阴极和所述第二级二极管的阴极粘结在所述底座上；所述第二电感的第二端通过引线键合连接在所述底座上。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述电路基片采用380℃高温合金粘结于所述壳体内底部；所述滤波电容的第二端、所述第一级二极管的阴极和所述第二级二极管的阴极均采用280℃高温合金直接粘结于所述壳体内的底座上。

8.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述电路基片为99.6%的三氧化二铝AL₂O₃陶瓷薄膜基片。

9.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述微波信号输入端接口和所述微波信号输出端接口采用玻针连接方式设置在所述壳体上，通过合金将玻璃绝缘子与所述壳体烧结为一体形成接口。

10.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，还包括盖板，所述盖板采用平行封焊工艺焊接在所述壳体上。