專利名稱：一種帶狀線型大功率微波限幅器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及大功率微波器件技術(shù)(High Power MicrowaveEquipments)，特別是涉及一種帶狀線型大功率微波限幅器。
背景技術(shù)：
微波限幅器往往是采用微帶線作為傳輸載體，限幅二極管也多采用裸芯芯片，因此要求裝配工藝比較苛刻，同時這種限幅器承受的微波信號功率也非常有限，大功率的波導(dǎo)限幅器，雖然能承受比較大的微波信號功率，但是在頻段比較低(C波段以下)時，體積、重量就比較大，焊接工藝要求高，可靠性難以保障。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在體積、重量大，焊接工藝要求高，承載功率小、可靠性低的問題，本發(fā)明的目的是提供一種帶狀線腔體結(jié)構(gòu)，維修方便、具有體積小、重量輕、承載功率大、帶寬寬、插入損耗小、限幅門限電平低特點的帶狀線型大功率微波限幅器。
為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供一種帶狀線型大功率微波限幅器，包括一框架位于上蓋板、下蓋板的兩側(cè)端部并連接，形成帶狀線的腔體結(jié)構(gòu)；一芯線位于上蓋板、下蓋板之間且平行于上蓋板、下蓋板的內(nèi)壁；一組支撐片垂直于上蓋板、下蓋板的內(nèi)壁，且分布于上蓋板、下蓋板的槽中；在一芯線本體上有一組凸起孔，在每對凸起孔的端部分別與一同軸型PIN限幅二極管的一端采用彈性歐姆連接；在套釘與螺釘之間有壓簧片位于上蓋板、下蓋板的孔中，同軸型PIN限幅二極管的另一端與套釘相連；一芯線位于一組支撐片的孔中，且支撐片的孔法線與芯線的軸線平行，用于將芯線支撐、定位；一組諧振腔分別位于兩個支撐片之間，且位于上蓋板、下蓋板的本體上；一組同軸型PIN限幅二極管，每對同軸型PIN限幅二極管中心線垂直于芯線的中心線，且對稱分布于諧振腔和芯線中；根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述支撐片采用多個支撐片，多個支撐片之間的間距為λ/4波長。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述同軸型PIN限幅二極管采用多個同軸型PIN限幅二極管，多個同軸型PIN限幅二極管兩兩背靠背并聯(lián)連接，多個并聯(lián)連接的同軸型PIN限幅二極管分別以λ/4波長的間隔壓裝在芯線上，使多個并聯(lián)連接的同軸型PIN限幅二極管形成串聯(lián)結(jié)構(gòu)，用于對大功率微波信號的限幅。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述帶狀線結(jié)構(gòu)按芯線的寬度、厚度和上蓋板、下蓋板之間的距離形成所需的特征阻抗。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述同軸型PIN限幅二極管與芯線的彈性歐姆接觸是在多個螺釘分別與多個同軸型PIN限幅二極管之間安裝壓簧片和套釘，多個螺釘?shù)穆菁y結(jié)構(gòu)分別把多個同軸型PIN限幅二極管穿過多個諧振腔并壓裝在芯線上。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述多個同軸型PIN限幅二極管采用多級不同厚度的組合層，第一級為厚組合層位于框架本體上微波信號輸入端口的附近，第二級及后級的組合層的厚度依次遞減并依次逐級位于框架本體上微波信號輸出端口的附近。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述多個諧振腔是在上蓋板、下蓋板的本體上開圓槽，同軸型PIN限幅二極管位于圓槽中，通過調(diào)整圓槽的外徑和深度達(dá)到和同軸型PIN限幅二極管寄生參數(shù)形成諧振。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述帶狀線結(jié)構(gòu)的功率容量為
Pmaxρb2p=6.02×103Z0[tb-12(tb)2]]]>式中，Pmax為帶狀線結(jié)構(gòu)峰值擊穿功率(千瓦)，ρ為帶狀線的駐波系數(shù)，b為芯線到上蓋板31、下蓋板32的間距(英寸)，t為芯線2厚度，P為空氣壓力(大氣壓單位)，Z0為帶狀線結(jié)構(gòu)的特征阻抗。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述的同軸型PIN二極管采用不同厚度的組合層I，當(dāng)組合層I的寬度ω遠(yuǎn)小于載流子擴(kuò)散長度時，同軸型PIN二極管組合層I的電阻Rf近似表示為Rf=ωf20Ir]]>式中Rf為組合層I的電阻Ω；ω為組合層I的寬度μm；f為微波頻率GHzIr為微波產(chǎn)生的電流均方根值A(chǔ)。


圖1是本發(fā)明的帶狀線型大功率微波限幅器外形示意圖；圖2是本發(fā)明的帶狀線型大功率微波限幅器示內(nèi)部結(jié)構(gòu)意圖；圖3是本發(fā)明的帶狀線型大功率微波限幅器局部示意圖；圖4是同軸型PIN限幅二極管的組合層的厚度示意圖。
具體實施例方式
為了進(jìn)一步說明本發(fā)明的特征及結(jié)構(gòu)，以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細(xì)描述。
實施例如本發(fā)明的圖1和圖2，一種帶狀線型大功率微波限幅器結(jié)構(gòu)示意圖所示，包括一框架1，一芯線2，上蓋板31、下蓋板32；支撐片包括第一支撐片41、第二支撐片42、第三支撐片43、第四支撐片44；螺釘包括第一螺釘51、第二螺釘52、第三螺釘53、第四螺釘54、第五螺釘55、第六螺釘56；同軸型PIN限幅二極管包括第一同軸型PIN限幅二極管61、第二同軸型PIN限幅二極管62、第三同軸型PIN限幅二極管63、第四同軸型PIN限幅二極管64、第五同軸型PIN限幅二極管65、第六同軸型PIN限幅二極管66；一散熱片7、六個壓簧片8、六個套釘9和六個諧振腔10。
一框架1位于上蓋板31、下蓋板32的兩側(cè)端部并連接，形成帶狀線的腔體結(jié)構(gòu)；一芯線2位于上蓋板31、下蓋板32之間且平行于上蓋板31、下蓋板的內(nèi)壁；一組支撐片垂直于上蓋板、下蓋板的內(nèi)壁，且分布于上蓋板、下蓋板32的槽中；在一芯線2本體上有一組凸起孔，在每對凸起孔的端部分別與一同軸型PIN限幅二極管的一端采用彈性歐姆連接；在套釘9與螺釘5之間有壓簧片8位于上蓋板31、下蓋板32的孔中，同軸型PIN限幅二極管的另一端與套釘9相連；一芯線2位于一組支撐片4的孔中，且支撐片4的孔法線與芯線2的軸線平行，用于將芯線2支撐、定位；一組諧振腔10分別位于兩個支撐片4之間，且位于上蓋板31、下蓋板32的本體上；一組同軸型PIN限幅二極管，每對同軸型PIN限幅二極管中心線垂直于芯線的中心線，且對稱分布于諧振腔10和芯線2中；框架1、芯線2和上蓋板31、下蓋板32組合形成帶狀線的腔體結(jié)構(gòu)，第一支撐片41、第二支撐片42、第三支撐片43、第四支撐片44對芯線2起支撐、定位作用，它們之間的間距為λ/4波長，第一同軸型PIN限幅二極管61、第二同軸型PIN限幅二極管62、第三同軸型PIN限幅二極管63、第四同軸型PIN限幅二極管64、第五同軸型PIN限幅二極管65、第六同軸型PIN限幅二極管66，先兩兩背靠背進(jìn)行并聯(lián)，再間隔λ/4波長的位置壓裝在芯線2上，形成三級串聯(lián)。
其中框架1采用鋁材制成，型號為LY12-CZ，用數(shù)控加工中心銑削而成，內(nèi)表面鍍銀。
上蓋板31、下蓋板32可以選用鋁材制成，型號為LY12-CZ，用數(shù)控加工中心銑削而成，內(nèi)表面鍍銀?？蚣?位于上蓋板31、下蓋板32的兩側(cè)端部并連接，形成帶狀線的腔體結(jié)構(gòu)；帶狀線結(jié)構(gòu)的功率容量為Pmaxρb2p=6.02×103Z0[tb-12(tb)2]]]>式中，Pmax為帶狀線結(jié)構(gòu)峰值擊穿功率(千瓦)，ρ為帶狀線的駐波系數(shù)，b為芯線到上蓋板31、下蓋板32的間距(英寸)，t為芯線2厚度，P為空氣壓力(大氣壓單位)，Z0為帶狀線結(jié)構(gòu)的特征阻抗。
芯線2采用銅材制成，型號為H62-CZ，用數(shù)控加工中心銑削而成，表面鍍銀。帶狀線結(jié)構(gòu)按芯線2的寬度選擇4mm、厚度選擇2mm，上蓋板31、下蓋板32之間的距離選擇6mm，填充介質(zhì)為空氣介質(zhì)，芯線2組成的帶狀線結(jié)構(gòu)滿足特征阻抗50歐姆的傳輸線要求。芯線的兩端留由高頻接插座的安裝焊接孔。
第一支撐片41、第二支撐片42、第三支撐片43、第四支撐片44可選用聚四氟乙烯為材料制成，對芯線2起支撐、定位的作用，由于第一支撐片41、第二支撐片42、第三支撐片43、第四支撐片44改變了帶狀線傳輸?shù)倪B續(xù)性，第一支撐片41、第二支撐片42、第三支撐片43、第四支撐片44之間的間距滿足λ/4波長的要求，這樣第一支撐片41、第二支撐片42、第三支撐片43、第四支撐片44形成不連續(xù)性就能相互抵消，同時支撐片要求滿足阻抗變換的要求。
如本發(fā)明的圖3，是本發(fā)明的帶狀線型大功率微波限幅器局部示意圖所示多個同軸型PIN限幅二極管與芯線2采用彈性歐姆接觸，由多個套釘9和壓簧片8分別墊在六個同軸型PIN限幅二極管的尾部，再由多個螺釘5分別把六個同軸型PIN限幅二極管穿過六個諧振腔10壓裝在芯線2上。
限幅二極管采用第一同軸型PIN限幅二極管61、第二同軸型PIN限幅二極管62、第三同軸型PIN限幅二極管63、第四同軸型PIN限幅二極管64、第五同軸型PIN限幅二極管65、第六同軸型PIN限幅二極管66采用背靠背的壓裝方式，數(shù)級背靠背同軸型PIN限幅二極管采用三級串聯(lián)方式，以實現(xiàn)對大功率微波信號的限幅。當(dāng)微波信號功率超過門限電平以后，同軸型PIN限幅二極管的電阻Rf隨微波功率加大而減小。本發(fā)明帶狀線型大功率微波限幅器是一種自控式衰減器，無需外加控制電路，當(dāng)微波信號功率超過同軸型PIN限幅二極管的門限電平以后，同軸型PIN限幅二極管的電阻Rf隨微波功率加大而減小。微波功率的一小部分由同軸型PIN限幅二極管吸收，大部分被反射，因此在限幅狀態(tài)時，微波限幅器具有很高駐波比。
為了使微波限幅器有較高功率容量和較低駐波比，如本發(fā)明的圖4，同軸型PIN限幅二極管的組合層I的厚度示意圖所示所述多個同軸型PIN限幅二極管采用多級不同厚度的組合層I，對不同厚度組合層I的多個同軸型PIN限幅二極管進(jìn)行適當(dāng)組合，第一級為最厚組合層I，把最厚組合層I的同軸型PIN限幅二極管放在靠近框架1本體上微波信號輸入端口的附近，中間級組合層I厚度依次遞減并依次靠近框架1本體上微波信號輸出端口，最后一級為最薄組合層I的同軸型PIN限幅二極管放在靠近框架1本體上微波信號輸出端口的附近。在微波脈沖上升過程中，薄組合層I的同軸型PIN限幅二極管門限電平低，因而先變到低電阻。于是，在脈沖前沿尚未達(dá)到滿功率時，薄組合層I的同軸型PIN限幅二極管為后級電路提供了保護(hù)。隨著微波脈沖功率繼續(xù)增加，較厚組合層I的同軸型PIN限幅二極管逐漸導(dǎo)通。當(dāng)同軸型PIN限幅二極管間距適當(dāng)時，同軸型PIN限幅二極管間的傳輸線可起到阻抗變換器的作用，這時后面薄組合層I的同軸型PIN限幅二極管對前面厚組合層I的同軸型PIN限幅二極管呈現(xiàn)高阻抗，這樣就減小了厚組合層I的同軸型PIN限幅二極管導(dǎo)通時間。這種組合的結(jié)果，前級厚組合層I的同軸型PIN限幅二極管承擔(dān)較大微波功率，并使之反射；后級薄組合層I的同軸型PIN限幅二極管承擔(dān)已衰減的較小微波功率，而且提前導(dǎo)通，可使漏過尖峰減小。
當(dāng)輸入的微波信號功率增長到規(guī)定功率時，產(chǎn)生很大衰減，此后輸入功率再繼續(xù)加大時，輸出功率仍保持恒定。
可見微波信號對I層的電導(dǎo)調(diào)制作用比直流要弱得多，只有足夠大的微波信號時才出現(xiàn)限幅作用。
當(dāng)組合層I的寬度ω遠(yuǎn)小于載流子擴(kuò)散長度時，同軸型PIN二極管組合層I的電阻Rf近似表示為Rf=ωf20Ir]]>式中Rf為組合層I的電阻Ω；ω為組合層I的寬度μm；f為微波頻率GHzIr為微波產(chǎn)生的電流均方根值A(chǔ)。
為了防止發(fā)生電擊穿，中心芯線帶的棱角改為光滑的圓角，進(jìn)一步提高功率容量。
同軸型PIN限幅二極管的壓裝之間的間距同樣滿足λ/4的要求，同軸型PIN限幅二極管采用背靠背的壓裝方式，其目的是對微波的正、負(fù)峰值都形成限幅的作用，為了使同軸型PIN限幅二極管與芯線2實現(xiàn)彈性歐姆接觸，在螺釘5與同軸型PIN限幅二極管尾部之間加裝了壓簧片，同時為了防止螺釘5壓壞二極管，在同軸型二極管的尾部加裝了套釘，防止壓裝過緊壓壞二極管。
為了進(jìn)行有效的散熱處理在上蓋板31、下蓋板32上開槽形成齒狀散熱片7，以滿足大功率限幅器散熱的要求。
在上蓋板31、下蓋板32和本體上開圓槽形成諧振腔10，通過調(diào)節(jié)諧振腔10圓槽的外徑和深度達(dá)到和同軸型PIN限幅二極管寄生參數(shù)形成諧振效果。
本發(fā)明適用于微波大功率的帶狀線型的大功率限幅器，該器件為腔體結(jié)構(gòu)，承受微波信號功率可達(dá)數(shù)千瓦，工作頻率為S波段時，可承載峰值功率2.4千瓦(占空比為10％)，體積小，工作頻率為S波段，三級PIN限幅二極管串聯(lián)時，本發(fā)明的器件長度小于100mm×24mm×24mm，重量輕小于100g，帶寬寬，工作頻率為S波段時，帶寬可達(dá)±100MHz，插入損耗小，工作頻率為S波段時，可達(dá)-0.3dB、限幅門限電平低，可在輸入功率為-10dBm時，即可開始限幅，輸出信號功率小，輸入信號峰值功率為2.4千瓦時，限幅輸出信號峰值功率為19.5dBm，帶內(nèi)平坦度好，在±100MHz的帶寬內(nèi)，帶內(nèi)平坦度小于±0.1dB，諧波抑制好，二次諧波的抑制可達(dá)-37dB。
所述同軸型PIN限幅二極管采用不同厚度的組合層I，此種做法可以實現(xiàn)限幅器在承受大功率時，不致于燒毀同軸型PIN限幅二極管，并起到對自小功率信號就進(jìn)行限幅。
該器件采用帶狀線作為微波信號傳輸載體，空氣(真空)或介質(zhì)材料為傳輸介質(zhì)，在內(nèi)導(dǎo)體芯線上設(shè)置數(shù)級同軸型PIN限幅二極管壓裝臺階，在帶狀線的上蓋板、下蓋板上設(shè)置了同軸型PIN限幅二極管的壓緊螺釘，同軸型PIN限幅二極管采用背靠背的壓裝方式，并在上、下蓋板上同軸型PIN限幅二極管壓裝部位開圓槽形成諧振腔，與同軸型PIN限幅二極管實現(xiàn)調(diào)諧，通過采用不同厚度組合層的同軸型PIN限幅二極管的組合實現(xiàn)對大功率限幅和小信號的低損耗傳輸。本發(fā)明為腔體結(jié)構(gòu)，內(nèi)導(dǎo)體芯線采用聚四氟乙烯材料作支撐，無需采用微波板材，同軸型PIN限幅二極管采用背靠背的壓裝方式，裝卸方便，具有體積小，重量輕，抗沖擊能力強(qiáng)的特點。
同軸型PIN限幅二極管在一定功率微波信號的作用下，使同軸型PIN限幅二極管處于導(dǎo)通的狀態(tài)，實現(xiàn)對微波信號的衰減，達(dá)到限幅的目的，當(dāng)微波信號小于二極管的導(dǎo)通門限值時，微波信號能低損耗傳輸，該器件具有可靠性高和壽命長的特點，在移動通訊、航空電子、電子對抗、雷達(dá)、醫(yī)療等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。
以上所述，僅為本發(fā)明中的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可理解想到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的包含范圍之內(nèi)，因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種帶狀線型大功率微波限幅器，其特征在于，包括一框架位于上蓋板、下蓋板的兩側(cè)端部并連接，形成帶狀線的腔體結(jié)構(gòu)；一芯線位于上蓋板、下蓋板之間且平行于上蓋板、下蓋板的內(nèi)壁；一組支撐片垂直于上蓋板、下蓋板的內(nèi)壁，且分布于上蓋板、下蓋板的槽中；在一芯線本體上有一組凸起孔，在每對凸起孔的端部分別與一同軸型PIN限幅二極管的一端采用彈性歐姆連接；在套釘與螺釘之間有壓簧片位于上蓋板、下蓋板的孔中，同軸型PIN限幅二極管的另一端與套釘相連；一芯線位于一組支撐片的孔中，且支撐片的孔法線與芯線的軸線平行，用于將芯線支撐、定位；一組諧振腔分別位于兩個支撐片之間，且位于上蓋板、下蓋板的本體上；一組同軸型PIN限幅二極管，每對同軸型PIN限幅二極管中心線垂直于芯線的中心線，且對稱分布于諧振腔和芯線中。
2.如權(quán)利要求1所述的微波限幅器，其特征在于所述支撐片采用多個支撐片，多個支撐片之間的間距為λ/4波長。
3.如權(quán)利要求1所述的微波限幅器，其特征在于所述同軸型PIN限幅二極管采用多個同軸型PIN限幅二極管，多個同軸型PIN限幅二極管兩兩背靠背并聯(lián)連接，多個并聯(lián)連接的同軸型PIN限幅二極管分別以λ/4波長的間隔壓裝在芯線上，使多個并聯(lián)連接的同軸型PIN限幅二極管形成串聯(lián)結(jié)構(gòu)，用于對大功率微波信號的限幅。
4.如權(quán)利要求1所述的微波限幅器，其特征在于所述帶狀線結(jié)構(gòu)按芯線的寬度、厚度和上蓋板、下蓋板之間的距離形成所需的特征阻抗。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波限幅器，其特征在于所述同軸型PIN限幅二極管與芯線的彈性歐姆接觸是在多個螺釘分別與多個同軸型PIN限幅二極管之間安裝壓簧片和套釘，多個螺釘?shù)穆菁y結(jié)構(gòu)分別把多個同軸型PIN限幅二極管穿過多個諧振腔并壓裝在芯線上。
6.如權(quán)利要求1所述的大功率微波限幅器，其特征在于所述在上蓋板、下蓋板的外部開槽形成齒狀散熱片。
7.如權(quán)利要求1所述的微波限幅器，其特征在于所述多個同軸型PIN限幅二極管采用多級不同厚度的組合層，第一級為厚組合層位于框架本體上微波信號輸入端口的附近，第二級及后級的組合層的厚度依次遞減并依次逐級位于框架本體上微波信號輸出端口的附近。
8.如權(quán)利要求1所述的微波限幅器，其特征在于所述多個諧振腔中分別置有同軸型PIN限幅二極管，通過調(diào)整諧振腔的外徑和深度達(dá)到和同軸型PIN限幅二極管寄生參數(shù)形成諧振。
9.如權(quán)利要求4所述的微波限幅器，其特征在于所述帶狀線結(jié)構(gòu)的功率容量為Pmaxρb2p=6.02×103Z0[tb-12(tb)2]]]>式中，Pmax為帶狀線結(jié)構(gòu)峰值擊穿功率，ρ為帶狀線的駐波系數(shù)，b為芯線到上蓋板、下蓋板的間距，t為芯線厚度，P為空氣壓力，Z0為帶狀線結(jié)構(gòu)的特征阻抗。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的微波限幅器，其特征在于所述的同軸型PIN二極管采用不同厚度的組合層，當(dāng)組合層的寬度ω遠(yuǎn)小于載流子擴(kuò)散長度時，同軸型PIN二極管組合層的電阻Rf近似表示為Rf=ωf20Ir]]>式中Rf為組合層I的電阻Ω；ω為組合層I的寬度μm；f為微波頻率GHzIr為微波產(chǎn)生的電流均方根值A(chǔ)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種帶狀線型大功率微波限幅器，包括框架、芯線、上蓋板、下蓋板、支撐片、限幅二極管、壓簧片、套釘、諧振腔；采用帶狀線結(jié)構(gòu)作為微波信號傳輸載體，在帶狀線內(nèi)導(dǎo)體芯線上設(shè)置數(shù)級限幅二極管壓裝臺階，在其上蓋板、下蓋板上設(shè)置了限幅二極管的壓緊螺釘，限幅二極管采用背靠背的壓裝方式，并在上蓋板、下蓋板上開圓槽形成諧振腔與限幅二極管實現(xiàn)調(diào)諧，采用不同厚度組合層的限幅二極管的組合實現(xiàn)對大功率微波信號限幅和小信號的低損耗傳輸。本發(fā)明為腔體結(jié)構(gòu)無需采用微波板材，限幅二極管更換方便，提高器件的可靠性和壽命，在移動通訊、航空電子、雷達(dá)、電子對抗、醫(yī)療等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用前景。
文檔編號H01P3/08GK101068051SQ20061011440
公開日2007年11月7日 申請日期2006年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月9日
發(fā)明者丁四如 申請人:中國科學(xué)院電子學(xué)研究所