器不需要對外提供信號，耦合器的射頻輸出接頭連接到匹配負(fù)載。如果防護(hù)模塊內(nèi)部采用第二種構(gòu)成方式，即包括初級高功率限幅模塊、控制模塊和末級低功率限幅模塊，或者采用第三種構(gòu)成方式，即包括初級高功率限幅模塊、延時(shí)模塊、控制模塊和末級低功率限幅模塊，那么定向耦合器的射頻輸出接頭通過射頻同軸電纜連接到控制模塊的輸入端，由此將耦合器輸出信號提供給控制模塊內(nèi)部的檢波比較器。
[0025](2)初級高功率限幅模塊實(shí)施方式
初級高功率限幅模塊的外部結(jié)構(gòu)如圖4所示，其基本外形為圓柱體，在兩端為圓臺形，以達(dá)到與射頻接頭阻抗相匹配的目的。圖中201所示是定向耦合器的射頻輸出接頭。
[0026]初級高功率限幅模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖5所示，圖中所示包括3層同軸型防護(hù)膜片301、302、303，同時(shí)包括用于降低對正常工作信號插入損耗的6個(gè)圓形磁環(huán)304、305、306、307、308和309，310所示是屬于定向耦合器的帶狀耦合線。熟悉本領(lǐng)域的專業(yè)人員應(yīng)知悉，實(shí)際應(yīng)用中防護(hù)膜片和圓形磁環(huán)的數(shù)量根據(jù)需要均可調(diào)整。
[0027]初級高功率限幅模塊的局部剖視圖如圖6所示。圖中401所示是平行于內(nèi)導(dǎo)體的耦合線，402所示是定向耦合器的射頻輸出接頭。
[0028]單個(gè)同軸型防護(hù)膜片的結(jié)構(gòu)如圖7所示。防護(hù)膜片基于射頻PCB板，在板上分布著i條放射狀的防護(hù)器件鏈，每條鏈上包括j個(gè)串聯(lián)的防護(hù)器件(1、j為整數(shù)，1、j均大于或等于1)。在防護(hù)器件的選擇上，防護(hù)鏈上分布著防護(hù)器件，可以采用TVS 二極管或PIN 二極管等具有脈沖電壓抑制效果的非線性無源元件。TVS 二極管通常具有高達(dá)數(shù)十kV的耐壓等級和亞ns的響應(yīng)速度，因此可以安裝于第一層防護(hù)膜片；PIN 二極管具有較低的通態(tài)阻抗和ns級的響應(yīng)速度，因此可以安裝于第二層或第三層膜片。
[0029](2)控制模塊實(shí)施方式
控制模塊的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)如圖8所示。圖中601所示是峰值檢波電路，602所示是比較電路。在601內(nèi)，包括了肖特基二極管D1、濾波電容C1和C2、扼流電感L1以及匹配電阻R1，其作用是提取輸入射頻信號的包絡(luò)，形成視頻信號，并提供給比較電路；在602內(nèi)，包括了具有納秒級傳播延時(shí)和毫伏級響應(yīng)閾值的高速比較器U1和U2，定時(shí)元件R4和C3及相關(guān)外圍電路元件。比較電路602具有捕捉ns級快速瞬變信號的功能。其基本原理是，當(dāng)輸入到U1的視頻信號幅度大于VREF時(shí)，U1輸出高電平驅(qū)動信號。由于U1的輸出端連接到U2的正向輸入端，因此U2輸出高電平。即使U1輸入端的視頻信號經(jīng)過數(shù)ns后消失，由于比較器環(huán)路的正反饋?zhàn)饔?，U1仍繼續(xù)輸出高電平。在這個(gè)維持過程中，定時(shí)電路逐漸給C3充電，當(dāng)C3的電壓與U2正向輸入端電壓相等時(shí)，U2輸出低電平，U1的輸出也因此從高電平變?yōu)榈碗娖?，定時(shí)過程結(jié)束。
[0030]如果控制模塊采用單個(gè)檢波比較器時(shí)所具備的驅(qū)動能力不能滿足要求，則可以采用多個(gè)檢波比較器，以同步驅(qū)動的方式為PIN 二極管提供偏置電流，如圖9所示。
[0031](3)延時(shí)模塊實(shí)施方式
延時(shí)模塊的簡化結(jié)構(gòu)如圖10所示，圖中801是模塊的金屬外殼，802是模塊內(nèi)部的射頻延時(shí)線。為節(jié)約空間，延時(shí)線可以采用蛇型平面結(jié)構(gòu)彎曲放置。對于特征阻抗為50Ω的射頻電纜，每米能產(chǎn)生的延時(shí)約4ns。在應(yīng)用中，根據(jù)末級低功率限幅模塊響應(yīng)速度的不同，所需要的射頻延時(shí)線長度也不同，但基本的關(guān)系是射頻延時(shí)時(shí)間應(yīng)不小于末級低功率限幅模塊的響應(yīng)延時(shí)。
[0032](4)末級低功率限幅模塊實(shí)施方式
末級低功率限幅模塊結(jié)構(gòu)如圖11所示。它包括三個(gè)端口，射頻信號輸入端口 901、射頻信號輸出端口 902和驅(qū)動信號輸入端口 903。904、905和906是PIN 二極管，實(shí)際應(yīng)用中根據(jù)需要可以調(diào)整數(shù)量。907是微帶線，908是輸出端的隔直電容。圖12所示是單個(gè)PIN 二極管在電路上的安裝方式，其中1001表示PIN 二極管的裸芯片，陰極焊接在末級低功率限幅模塊金屬外殼底部的內(nèi)面，1002表示連接PIN 二極管陽極和微帶線的鍵合線。鍵合線的直徑只有數(shù)十μ m，其電感為nH級，因此能夠與二極管的結(jié)電容共同構(gòu)成T型低通濾波電路，有助于降低小信號狀態(tài)下由PIN 二極管結(jié)電容引入的插入損耗。1003表示印制在PCB板上的微帶線。1004表不PCB板的介質(zhì)，1005表不限幅模塊的金屬外殼。
[0033]應(yīng)當(dāng)理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種射頻前端電磁脈沖防護(hù)模塊，其特征在于，包括初級高功率限幅模塊，所述初級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； 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。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的射頻前端電磁脈沖防護(hù)模塊，其特征在于，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低功率限幅豐吳塊相連。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的射頻前端電磁脈沖防護(hù)模塊，其特征在于，所述射頻前端電磁脈沖防護(hù)模塊還包括延時(shí)模塊；所述控制模塊通過延時(shí)模塊與末級低功率限幅模塊相連。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的射頻前端電磁脈沖防護(hù)模塊，其特征在于，所述檢波比較器由峰值檢波電路和比較電路構(gòu)成。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的射頻前端電磁脈沖防護(hù)模塊，其特征在于，所述末級低功率限幅模塊內(nèi)的PIN 二極管采用裸芯片，陰極焊接在末級低功率限幅模塊金屬外殼底部的內(nèi)面，由陽極引出的兩根鍵合線串聯(lián)于電路板上的微帶線之間。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的射頻前端電磁脈沖防護(hù)模塊，其特征在于，所述初級高功率限幅模塊內(nèi)部防護(hù)膜片的層數(shù)小于等于3層。7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的射頻前端電磁脈沖防護(hù)模塊，其特征在于，所述防護(hù)鏈上分布的用于脈沖電壓抑制的非線性無源防護(hù)器件為TVS 二極管或PIN 二極管。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的射頻前端電磁脈沖防護(hù)模塊，其特征在于，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。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種射頻前端電磁脈沖防護(hù)模塊，包括初級高功率限幅模塊，所述初級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；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。本發(fā)明的射頻前端電磁脈沖防護(hù)模塊具有十千瓦級功率承受能力、60dB以上抑制度和亞納秒級響應(yīng)特性，能有效解決現(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。
【IPC分類】H03F1/26
【公開號】CN105305972
【申請?zhí)枴緾N201510819235
【發(fā)明人】王冬冬, 鄧峰, 鄭生全, 高嵐
【申請人】中國艦船研究設(shè)計(jì)中心
【公開日】2016年2月3日
【申請日】2015年11月20日