本發(fā)明涉及一種高功率微波特性的限幅器，屬于射頻無(wú)線通信。

背景技術(shù)：

1、限幅電路是一種阻抗隨輸入射頻信號(hào)變化的二端口網(wǎng)絡(luò)，實(shí)際上可以看作是一種功率控制電路。限幅電路的主要功能是在接收微波信號(hào)較小時(shí)，保證信號(hào)無(wú)損的通過(guò)，保證系統(tǒng)靈敏度，在通過(guò)信號(hào)較大時(shí)，對(duì)其進(jìn)行衰減，保證后級(jí)只接收有限的功率，從而完成對(duì)后級(jí)的保護(hù)。

2、限幅二極管是限幅工作的核心器件，決定了限幅器的插入損耗、限幅電平、功率容量等各項(xiàng)性能指標(biāo)。限幅電路工作時(shí)依靠的是限幅二極管的微波特性，限幅二極管通常是非線性元件，當(dāng)微波信號(hào)通過(guò)限幅二極管時(shí)，可以根據(jù)信號(hào)大小控制通或斷。

3、傳統(tǒng)功分器是一種常用的射頻(rf)器件，其結(jié)構(gòu)主要包括一個(gè)微帶線、耦合結(jié)構(gòu)和輸出端口。傳統(tǒng)限幅器有以下幾個(gè)弊端：

4、1.失真：傳統(tǒng)限幅器可能會(huì)引入失真，特別是在輸入信號(hào)超出限幅范圍時(shí)，會(huì)出現(xiàn)削波效應(yīng)，導(dǎo)致輸出信號(hào)失真。

5、2.過(guò)載：當(dāng)輸入信號(hào)超出限幅器的處理范圍時(shí)，傳統(tǒng)限幅器無(wú)法對(duì)這些過(guò)載信號(hào)進(jìn)行有效處理，可能會(huì)導(dǎo)致輸出信號(hào)完全被截?cái)嗷虍a(chǎn)生非線性失真。

6、3.固定限幅范圍：傳統(tǒng)限幅器通常只能設(shè)定一個(gè)固定的限幅范圍，這可能限制了其在不同信號(hào)范圍下的適用性。

7、4.功耗：傳統(tǒng)限幅器可能會(huì)消耗較多的功耗，特別是在需要長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)工作時(shí)，功耗較高可能會(huì)成為一個(gè)問(wèn)題。

8、雖然傳統(tǒng)限幅器存在這些缺點(diǎn)，但在一些簡(jiǎn)單的應(yīng)用場(chǎng)景下仍然具有一定的實(shí)用性。近年來(lái)，隨著技術(shù)的發(fā)展，一些新型的限幅器設(shè)計(jì)試圖克服這些傳統(tǒng)限幅器的缺點(diǎn)，提供更好的性能和靈活性。

9、限幅器在通信系統(tǒng)、音頻處理、醫(yī)學(xué)成像、電力系統(tǒng)等領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用，在各種科學(xué)、工程和技術(shù)領(lǐng)域中也有其獨(dú)特的應(yīng)用，以配合特定的信號(hào)處理需求，主要因?yàn)樗鼈兛梢韵拗菩盘?hào)的振幅范圍。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的：本發(fā)明主要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種高功率微波限幅電路，已有提高功率容量技術(shù)電路尺寸大、電路結(jié)構(gòu)難調(diào)整、性能不佳等缺點(diǎn)的同時(shí)，具有限幅可調(diào)范圍靈活、靈敏度高、功耗低、功率容量大以及尖峰泄漏能量和響應(yīng)時(shí)間小等優(yōu)點(diǎn)。

2、技術(shù)方案：為了達(dá)到此目的，本發(fā)明的一種高功率微波限幅電路采用以下技術(shù)方案：

3、該高功率微波限幅電路包括：肖特基二極管，pin二極管，傳輸線和電容組成。該限幅器采用三級(jí)對(duì)管限幅電路結(jié)構(gòu)，第一級(jí)電路采用肖特基二極管，從上到下肖特基二極管依次為sbd1、sbd2、sbd3、sbd4、sbd5、sbd6；第二級(jí)電路也是采用肖特基二極管組成，從上到下依次為sbd7、sbd8、sbd9、sbd10、sbd11、sbd12；第三級(jí)電路采用pin二極管，從上到下依次為pn1、pn2、pn3和pn4、pn5、pn6。其中射頻大信號(hào)由第一端口輸入后，肖特基二極管迅速導(dǎo)通并產(chǎn)生直流電流，經(jīng)過(guò)前兩級(jí)的肖特基二極管，然后直流電流能夠?yàn)榉聪虿⒙?lián)的pin二極管提供正向偏置，該偏置電流能夠迅速降低pin二極管的正向?qū)娮?，使pin二極管近似于短路狀態(tài)，電流從第三級(jí)輸出，此時(shí)電路能夠反射大部分入射功率從而達(dá)到限幅的目的。

4、有益效果：本發(fā)明與傳統(tǒng)的限幅器相比用pin對(duì)管代替電感線圈提供直流回路來(lái)提高了限幅電路的功率容量；采用肖特基二極管更換pin二極管的方法減小了限幅電路的尖峰泄漏能量和響應(yīng)時(shí)間；增加了每級(jí)電路二極管的個(gè)數(shù)，提高了限幅電路的耐功率和功率容量；采用級(jí)聯(lián)限幅結(jié)構(gòu)的方法進(jìn)一步提高了限幅電路的功率容量和隔離度。該發(fā)明具有限幅可調(diào)范圍靈活、靈敏度高、功耗低、功率容量大以及尖峰泄漏能量和響應(yīng)時(shí)間小等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)特征：

1.一種高功率微波限幅電路，其特征在于，電路共有三級(jí)結(jié)構(gòu)，每級(jí)電路包括第一端口、第二端口；肖特基二極管(sbd1、sbd2、sbd3、sbd4、sbd5、sbd6、sbd7、sbd8、sbd9、sbd10、sbd11、sbd12)pin二極管(pn1、pn2、pn3、pn4)和mim電容(c1、c2)以及傳輸線(tl1、tl2)其中：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率微波限幅電路，其特征在于，每級(jí)所述的二極管位于傳輸阻抗的兩邊，采用對(duì)管的結(jié)構(gòu)。其作用是可以保護(hù)電路免受過(guò)大的輸入信號(hào)或過(guò)大的反向信號(hào)的影響，確保無(wú)論輸入信號(hào)是正向還是反向，電路都能正確工作而不會(huì)損壞。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率微波限幅電路，其特征在于，前兩級(jí)電路二極管都是采用肖特基二極管，最后一級(jí)電路則采用pin二極管，使肖特基二極管先導(dǎo)通，可以降低輸入信號(hào)被截?cái)嗟娘L(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)減少功耗，提高電路的效率。為了進(jìn)一步提高電路的功率容限，降低泄漏功率。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率微波限幅電路，其特征在于，所述的電路有三級(jí)結(jié)構(gòu)，通過(guò)增大其階數(shù)的方法來(lái)提高了限幅電路的功率容量和隔離度。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率微波限幅電路，其特征在于，所述第一級(jí)電路中的肖特基二極管sbd1、sbd2、sbd3、sbd4、sbd5、sbd6參數(shù)相同，第二級(jí)電路中的肖特基二極管sbd7、sbd8、sbd9、sbd10、sbd11、sbd12參數(shù)相同，且第一級(jí)和第二級(jí)肖特基二極管的參數(shù)也完全相同，但由于它們?cè)陔娐肺恢貌煌?，作用在每個(gè)管子上的功率不同，相應(yīng)的偏置也就不同，導(dǎo)致它們的阻抗不相等。肖特基二極管具有較快的開(kāi)關(guān)速度和較低的開(kāi)啟電壓，相比pin二極管能夠更快速地響應(yīng)輸入信號(hào)的變化。通過(guò)在輸入信號(hào)路徑中使用肖特基二極管，可以減少響應(yīng)延遲，提高限幅器對(duì)快速變化信號(hào)的處理能力。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率微波限幅電路，其特征在于，所述第三級(jí)電路的pin二極管pn1、pn2、pn3、pn4參數(shù)相同，pin二極管可以有效地限制輸入信號(hào)的過(guò)大幅度，同時(shí)盡可能少地影響信號(hào)的質(zhì)量。同時(shí)能使信號(hào)工作在更寬的頻帶內(nèi)，提高帶寬，使限幅器工作在s頻帶內(nèi)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率微波限幅電路，其特征在于，所述傳輸線tl1和tl2相同，電容c1、c2相同，每級(jí)對(duì)管之間均由傳輸線相連，間距為四分之一波長(zhǎng)，使電路能夠很好的匹配；電容的作用是作為隔直流器，以確保電路能更穩(wěn)定的進(jìn)行。

8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高功率微波限幅電路，其特征在于，所述三級(jí)電路上下均由三個(gè)二極管組成，增加了二極管的個(gè)數(shù)，提高了限幅電路的耐功率和功率容量。同時(shí)前兩級(jí)是肖特基二極管，最后一級(jí)是pin二極管的混合對(duì)管結(jié)構(gòu)進(jìn)一步提高電路的功率容限，降低泄漏功率。

技術(shù)總結(jié)
發(fā)明公開(kāi)了一種高功率微波限幅電路，電路共有三級(jí)結(jié)構(gòu)，第一級(jí)和第二級(jí)電路由上下各三個(gè)肖特基二極管構(gòu)成，第三級(jí)電路由上下各三個(gè)PIN二極管組成，呈對(duì)稱分布。每級(jí)電路由四分之一波長(zhǎng)阻抗傳輸線連接，電路兩端串聯(lián)一個(gè)電容。射頻信號(hào)由第一端口輸入后，肖特基二極管迅速導(dǎo)通并產(chǎn)生直流電流，經(jīng)過(guò)前兩級(jí)的肖特基二極管，然后直流電流能夠?yàn)榉聪虿⒙?lián)的PIN二極管提供正向偏置，該偏置電流能夠迅速降低PIN二極管的正向?qū)娮?，使PIN二極管近似于短路狀態(tài)，電流從第三級(jí)輸出，此時(shí)電路能夠反射大部分入射功率從而達(dá)到限幅的目的。本發(fā)明在克服了電路結(jié)構(gòu)難調(diào)整、性能不佳等缺點(diǎn)的同時(shí)，具有功耗低、功率容量大以及尖峰泄漏能量和響應(yīng)時(shí)間小等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：王婧雪,宋一博
受保護(hù)的技術(shù)使用者：河海大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6