一種射頻前端電磁脈沖防護(hù)模塊的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及射頻技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種射頻前端電磁脈沖防護(hù)模塊。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，各類射頻和微波電子信息系統(tǒng)的射頻前端防護(hù)基本采用基于單級(jí)或多級(jí)PIN 二極管的限幅模塊，能夠保護(hù)射頻前端敏感的低噪聲放大模塊在數(shù)百V/m的高強(qiáng)度輻射場(chǎng)下不遭受物理?yè)p傷。然而，電磁脈沖輻射場(chǎng)高達(dá)數(shù)十kV/m以上，現(xiàn)有防護(hù)模塊無(wú)法確保射頻前端的安全性。具體來(lái)說(shuō)，存在如下問題:
承受功率低:目前所采用防護(hù)模塊的脈沖功率承受能力不超過(guò)lkW。已有資料表明，電磁脈沖環(huán)境下各類通信系統(tǒng)、警戒探測(cè)系統(tǒng)射頻前端的瞬時(shí)耦合功率將數(shù)十kW以上。
[0003]抑制度低:由于現(xiàn)有防護(hù)模塊的設(shè)計(jì)目的是應(yīng)對(duì)千瓦級(jí)以下的強(qiáng)射頻干擾，而后級(jí)防護(hù)對(duì)象一低噪聲放大模塊的損傷閾值為數(shù)十毫瓦，因此在抑制度方面通常不大于50dB。電磁脈沖場(chǎng)輻照下，由于耦合到射頻前端的峰值功率在十千瓦量級(jí)，為保證后級(jí)低噪放模塊不發(fā)生電熱損傷，抑制度應(yīng)達(dá)到60dB以上。
[0004]響應(yīng)速度慢:現(xiàn)有防護(hù)模塊中采用的PIN 二極管在電磁脈沖注入時(shí)的響應(yīng)時(shí)間為數(shù)ns到數(shù)十ns，由于電磁脈沖前沿通常為亞ns級(jí)，現(xiàn)有防護(hù)技術(shù)過(guò)慢的響應(yīng)速度將引起后級(jí)敏感的低噪聲放大模塊發(fā)生瞬態(tài)電擊穿。
[0005]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供一種射頻前端電磁脈沖防護(hù)模塊，解決現(xiàn)有射頻前端防護(hù)模塊存在的承受功率低、抑制度低和響應(yīng)速度慢的問題。
[0007]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種射頻前端電磁脈沖防護(hù)模塊，包括初級(jí)高功率限幅模塊，所述初級(jí)高功率限幅模塊包括多層同軸型防護(hù)膜片和定向耦合器，定向耦合器既可以位于任意兩層防護(hù)膜片之間，也可以位于第一層防護(hù)膜片之前或最后一層防護(hù)膜片之后；
每層防護(hù)膜片均由同軸型印制電路板和電路板上圍繞圓心呈放射狀分布的防護(hù)鏈組成，所述防護(hù)膜片兩側(cè)布置有套在同軸內(nèi)導(dǎo)體上的圓形磁環(huán)，所述防護(hù)鏈上分布著用于脈沖電壓抑制的非線性無(wú)源防護(hù)器件；
所述定向耦合器由平行于同軸內(nèi)導(dǎo)體的耦合線和固定于同軸外導(dǎo)體上的射頻輸出接頭組成。
[0008]初級(jí)尚功率限幅t旲塊的功能是對(duì)尚功率電磁脈沖?目號(hào)的幅度進(jìn)彳丁初步抑制，此種防護(hù)模塊適用于具有較高級(jí)別電磁脈沖輻射場(chǎng)損傷閾值的受防護(hù)對(duì)象，例如短波、超短波通信系統(tǒng)。
[0009]圓形磁環(huán)的作用是在回路中產(chǎn)生一定的感抗，以抵消膜片上防護(hù)器件分布電容產(chǎn)生的容抗，降低限幅模塊對(duì)正常工作信號(hào)的插入損耗。
[0010]按上述方案，所述射頻前端電磁脈沖防護(hù)模塊還包括控制模塊和末級(jí)低功率限幅模塊，所述控制模塊包括一個(gè)或多個(gè)檢波比較器，末級(jí)低功率限幅模塊主要由PIN 二極管構(gòu)成；
所述控制模塊的輸入端與定向耦合器的輸出相連，控制模塊的輸出端與末級(jí)低功率限幅豐吳塊相連。
[0011]控制模塊的功能是為末級(jí)低動(dòng)率限幅模塊提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)；末級(jí)低功率限幅模塊的功能是將經(jīng)過(guò)初步抑制的高功率電磁脈沖信號(hào)的幅度削減到更低水平，保護(hù)敏感設(shè)備。包括初級(jí)高功率限幅模塊、控制模塊和末級(jí)低功率限幅模塊的防護(hù)模塊適用于具有中等級(jí)別電磁脈沖輻射場(chǎng)損傷閾值的受防護(hù)對(duì)象，例如L、S波段的警戒探測(cè)系統(tǒng)。
[0012]按上述方案，所述射頻前端電磁脈沖防護(hù)模塊還包括延時(shí)模塊；所述控制模塊通過(guò)延時(shí)模塊與末級(jí)低功率限幅模塊相連。
[0013]延時(shí)模塊的功能是適當(dāng)延長(zhǎng)初級(jí)限幅模塊輸出信號(hào)傳遞到末級(jí)防護(hù)模塊所需的時(shí)間，從而補(bǔ)償末級(jí)防護(hù)模塊的啟動(dòng)延時(shí)，降低尖峰泄露能量。包括延時(shí)模塊的防護(hù)模塊適用于具有較低級(jí)別電磁脈沖輻射場(chǎng)損傷閾值的受防護(hù)對(duì)象，例如C、X波段的部分警戒探測(cè)系統(tǒng)和Ku波段的衛(wèi)星通信系統(tǒng)。
[0014]按上述方案，所述檢波比較器由峰值檢波電路和比較電路構(gòu)成。
[0015]峰值檢波電路主要由具有低勢(shì)皇高度和低結(jié)電容的肖特基二極管、濾波電容和扼流電感組成，其作用是提取輸入射頻信號(hào)的包絡(luò)，形成視頻信號(hào)，并提供給比較電路；比較電路由具有納秒級(jí)傳播延時(shí)和毫伏級(jí)響應(yīng)閾值的高速比較器及外圍電路元件構(gòu)成，其作用是對(duì)輸入的視頻信號(hào)幅度和預(yù)先設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，以判斷是否有構(gòu)成潛在危害的電磁脈沖進(jìn)入射頻前端。正常情況下比較器輸出低電平，如果視頻信號(hào)幅度大于所設(shè)定閾值，則比較器輸出特定脈寬的高電平驅(qū)動(dòng)信號(hào)，脈寬由定時(shí)電路決定，信號(hào)幅度取決于比較器供電電壓。
[0016]按上述方案，所述末級(jí)低功率限幅模塊內(nèi)的PIN 二極管采用裸芯片，陰極焊接在末級(jí)低功率限幅模塊金屬外殼底部的內(nèi)面，由陽(yáng)極引出的兩根鍵合線串聯(lián)于電路板上的微帶線之間。
[0017]按上述方案，所述初級(jí)高功率限幅模塊內(nèi)部防護(hù)膜片的層數(shù)小于等于3層。
[0018]按上述方案，所述防護(hù)鏈上分布的用于脈沖電壓抑制的非線性無(wú)源防護(hù)器件為TVS 二極管或PIN 二極管。
[0019]按上述方案，所述第一層防護(hù)膜片防護(hù)鏈上所采用的防護(hù)器件為TVS 二極管；第二層和第三層防護(hù)膜片防護(hù)鏈上所采用的防護(hù)器件為PIN 二極管。
[0020]本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是:本發(fā)明提供的防護(hù)模塊能夠克服現(xiàn)有射頻前端防護(hù)模塊存在的承受功率低、抑制度低和響應(yīng)速度慢的問題，將防護(hù)模塊的功率承受能力提高到10kW級(jí)，抑制度提高到60dB以上，響應(yīng)時(shí)間降低到Ins以內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)電磁脈沖輻射場(chǎng)下各類敏感電子信息系統(tǒng)射頻前端的有效防護(hù)。
【附圖說(shuō)明】
[0021]下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，附圖中: 圖1是本發(fā)明防護(hù)模塊實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明防護(hù)模塊實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是本發(fā)明防護(hù)模塊實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4是本發(fā)明初級(jí)高功率限幅模塊的外部結(jié)構(gòu)；
圖5是本發(fā)明初級(jí)高功率限幅模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；
圖6是本發(fā)明初級(jí)高功率限幅模塊的局部剖視圖；
圖7是本發(fā)明單個(gè)同軸型防護(hù)膜片的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖8是本發(fā)明控制模塊的電路圖；
圖9是本發(fā)明含兩個(gè)檢波比較器控制模塊的電路圖；
圖10是本發(fā)明延時(shí)模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖11是本發(fā)明末級(jí)低功率限幅模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖12是本發(fā)明單個(gè)PIN 二極管在電路上的安裝示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0023]防護(hù)模塊的實(shí)施方式分為三種，如圖1、圖2和圖3所示。圖1中，防護(hù)模塊內(nèi)部?jī)H包括初級(jí)高功率限幅模塊101。當(dāng)受防護(hù)對(duì)象的電磁脈沖輻射場(chǎng)損傷閾值較高時(shí)(通常大于1000V/m)，可以采用這種方式。圖2中，防護(hù)模塊內(nèi)部包括初級(jí)高功率限幅模塊101、控制模塊102和末端低功率限幅模塊103。當(dāng)受防護(hù)對(duì)象的電磁脈沖輻射場(chǎng)損傷閾值處于中等水平時(shí)(通常在100V/m — 1000V/m的區(qū)間內(nèi))，可以采用這種方式。圖3中，防護(hù)模塊內(nèi)部包括初級(jí)高功率限幅模塊101、控制模塊102、末端低功率限幅模塊103和延時(shí)模塊104。當(dāng)受防護(hù)對(duì)象的電磁脈沖輻射場(chǎng)損傷閾值處于較低水平時(shí)(通常小于100V/m)，可以采用這種方式。
[0024]如果防護(hù)模塊內(nèi)部采用第一種構(gòu)成方式，即僅包括初級(jí)高功率限幅模塊，那么定向耦合