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一種具有微波大功率限幅器的雷達收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有微波大功率限幅器的雷達收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)，包括：發(fā)射機，用于發(fā)出射頻信號；第一鐵氧體環(huán)流器，其第一端與所述發(fā)射機連接，其第二端與負載器連接；第二鐵氧體環(huán)流器，其第一端與所述第一鐵氧體環(huán)流器的第三端連接，其第二端與天線連接；接收機，與所述第二鐵氧體環(huán)流器的第三端連接，用于接收所述天線接收到的回波信號；長壽命載流子二極管，設置在所述第二鐵氧體環(huán)流器的第三端與所述接收機之間。本發(fā)明中，通過用射頻微電子和半導體理論，分析限幅二極管因RF功率過載而燒毀的微觀機理，以及二極管內(nèi)載流子在交變電磁中的運動特征；用長壽命載流子二極管設計大功率限幅器，使限幅器的功率容量提高了一個數(shù)量級。
【專利說明】一種具有微波大功率限幅器的雷達收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及雷達收發(fā)開關(guān)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種具有微波大功率限幅器的雷達收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)。
【背景技術(shù)】
[0002]限幅器是將輸出功率限制在某一特定電平之下的微波無源半導體控制器件，作為雷達收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)中接收機前端設備的保護裝置，當輸入信號低于限幅門限電平時，限幅器將以低插入損耗、小駐波系數(shù)狀態(tài)予以放行。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)國內(nèi)普遍采用薄I層PIN 二極管和功率變?nèi)荻O管設計限幅器，其所處理微波功率的能力與二極管本身的耗散功率、擊穿電壓、散熱條件相關(guān)；另外還與輸入RF(Radio Frequency，射頻)信號的頻率、脈沖寬度和占空比有關(guān)。如何選擇二極管是設計高功率限幅器的關(guān)鍵，在以往的分析與設計中，常忽視載流子在微波場內(nèi)的運動特點，而將實際上并不能完全代表二極管在微波場中的行為特征的等效電路及其直流參數(shù)作為器件定量分析的依據(jù)，自然也就得不到確切的結(jié)果，導致現(xiàn)有限幅器功率容量多在瓦級以內(nèi)，無法改善處理微波功率的能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提出了一種具有微波大功率限幅器的雷達收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)，以提高限幅器的
功率容量。
[0005]本發(fā)明提出的一種具有微波大功率限幅器的雷達收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)，包括:發(fā)射機、第一鐵氧體環(huán)流器、負載器、第二鐵氧體環(huán)流器、天線、接收機、微波大功率限幅器；發(fā)射機用于發(fā)出射頻信號；第一鐵氧體環(huán)流器的第一端與發(fā)射機連接，第一鐵氧體環(huán)流器的第二端與負載器連接，第一鐵氧體環(huán)流器的第三端與第二鐵氧體環(huán)流器的第一端連接，第二鐵氧體環(huán)流器的第二端與天線連接，接收機與第二鐵氧體環(huán)流器的第三端連接用于接收天線接收到的回波信號；微波大功率限幅器由長壽命載流子二極管構(gòu)成，微波大功率限幅器設置在第二鐵氧體環(huán)流器的第三端與接收機之間；
[0006]在發(fā)射工作狀態(tài)下，發(fā)射機發(fā)出射頻信號，射頻信號從第一鐵氧環(huán)流器的第一端進入第一鐵氧環(huán)流器并從第一鐵氧環(huán)流器的第三端輸出，然后從第二鐵氧體環(huán)流器的第一端輸入第二鐵氧體環(huán)流器并從第二鐵氧體環(huán)流器的第二端輸出，經(jīng)過波導管到達天線發(fā)射出去；在接收工作狀態(tài)下，天線接收回波信號，經(jīng)過波導管從第二鐵氧體環(huán)流器的第二端輸入并從第二鐵氧體環(huán)流器的第三端輸出，然后進入接收機。
[0007]本發(fā)明中，通過用射頻微電子和半導體理論，分析限幅二極管因RF功率過載而燒毀的微觀機理，以及二極管內(nèi)載流子在交變電磁中的運動特征；用長壽命載流子二極管設計大功率限幅器，使限幅器的功率容量提高了一個數(shù)量級。
【專利附圖】

【附圖說明】[0008]圖1為本發(fā)明實施例中一種具有微波大功率限幅器的雷達收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0009]圖2為本發(fā)明實施例中一種長壽命載流子二極管匹配電路圖。
【具體實施方式】
[0010]如圖1所示，圖1為本發(fā)明實施例中一種具有微波大功率限幅器的雷達收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)的結(jié)構(gòu)不意圖。
[0011]參照圖1，本發(fā)明實施例提出了一種具有微波大功率限幅器的雷達收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)，包括:發(fā)射機10、第一鐵氧體環(huán)流器20、負載器30、第二鐵氧體環(huán)流器40、天線50、接收機60、微波大功率限幅器70，其中:
[0012]發(fā)射機10用于發(fā)出射頻信號；第一鐵氧體環(huán)流器20的第一端與發(fā)射機10連接，第一鐵氧體環(huán)流器20的第二端與負載器30連接；第二鐵氧體環(huán)流器40的第一端與第一鐵氧體環(huán)流器20的第三端連接，第二鐵氧體環(huán)流器40的第二端與天線50連接；接收機60與第二鐵氧體環(huán)流器40的第三端連接用于接收天線50接收到的回波信號；微波大功率限幅器70，由長壽命載流子二極管構(gòu)成，設置在第二鐵氧體環(huán)流器40的第三端于接收機60之間，長壽命載流子二極管70為階躍二極管或突變結(jié)二極管。
[0013]在本發(fā)明實施例中其工作過程如下:發(fā)射機10發(fā)出射頻信號，從第一鐵氧環(huán)流器20的第一端進入第一鐵氧環(huán)流器20，從第一鐵氧環(huán)流器20的第三端輸出，從第二鐵氧體環(huán)流器40的第一端輸入第二鐵氧體環(huán)流器40，從第二鐵氧體環(huán)流器40的第二端輸出，經(jīng)過波導管到達天線50發(fā)射出去；天線50接收回波信號，經(jīng)過波導管從第二鐵氧體環(huán)流器40的第二端輸入，從第二鐵氧體環(huán)流器40的第三端輸出，進入接收機60。
[0014]例如，發(fā)射機輸出功率Pout=IOOkW,第一鐵氧體環(huán)流器和第二鐵氧體環(huán)流器的隔離度D=20dB，天線駐波系數(shù)VSWR=2.0，此時泄漏到接收支路的功率為1.1kff ;在該泄漏功率的驅(qū)動下，長壽命載流子二極管呈導通工作狀態(tài)，泄漏功率被限幅器所建立的短路面所反射，反射信號經(jīng)由第一鐵氧體環(huán)流器和第二鐵氧體環(huán)流器被負載器所吸收；長壽命載流子二極管提供50dB隔離，漏至接收支路的信號為llmW，足以保護接收機；接收目標回波信號時，長壽命載流子二極管處于開路狀態(tài)，信號順利通過，送入接收機。
[0015]本發(fā)明實施例中，在分析了變?nèi)荻O管和PIN變阻二極管限幅器因RF功率過載而失效的微觀機理后，采用長壽命載流子二極管設計限幅器。
[0016]盡管長壽命載流子二極管的擊穿電壓很低，耗散功率并不很高，但卻能夠處理很高的RF功率，其基本原理分析如下:
[0017]在RF大功率正半周的驅(qū)動下，向勢壘區(qū)正向雙注入長壽命載流子，在勢壘區(qū)內(nèi)不但不能復合，而是穿越勢壘區(qū)繼續(xù)向?qū)Ψ綌U散，形成該區(qū)中的少子。在微波信號正向腹點出現(xiàn)了注入載流子的極限值，此時，少子大量集聚在PN結(jié)兩側(cè)，其濃度隨離開勢壘區(qū)的距離按指數(shù)規(guī)律衰減；在PN結(jié)的兩側(cè)存貯有大量異性電荷，勢壘區(qū)的貯存電荷為:
[0018]Θ = I J
[0019]式中，Im—RF電流腹值
[0020]T 一載流子壽命
[0021]這些在正向注入并存貯的電荷又被RF負半周的負向場拉回，形成較強負向電流。[0022]對于載流子存貯時間為幾至幾十毫微秒的二極管，能夠在整個RF負半周時段里始終維持著一個很大的反向電流，使二極管仍然處于低阻抗的導通狀態(tài)，并不能恢復到截止狀態(tài)，這種限幅器的功率容量不受二極管擊穿電壓的限制，所以不會出現(xiàn)變?nèi)荻O管或PIN 二極管限幅器的熱擊穿失效現(xiàn)象，從而大大提高了限幅器的功率容量。在RF的正半周和負半周都有限幅功能，而功率變?nèi)莨芎蚉IN 二極管在RF的負半周時段內(nèi)在勢壘區(qū)會出現(xiàn)載流子的耗盡，即反向截止狀態(tài)，既便是不被熱擊穿而失效，也只能在RF正半周起限幅作用，所以用需要兩只二極管極性相反的對接才能有完善的限幅效果。
[0023]長壽命載流子二極管限幅器功率容量與同類產(chǎn)品的比較，下面列出了 L波段，脈寬450 μ S，占空比1/50的調(diào)制脈沖工作狀態(tài)，單管并聯(lián)于50 Ω微帶線上，無其他散熱條件的幾種限幅二極管微波功率容量極限值實測結(jié)果。
[0024]表1限幅二極管低頻參數(shù)標稱值與微收功率容量極限值
[0025]
【權(quán)利要求】
1.一種具有微波大功率限幅器的雷達收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)，其特征在于，包括:發(fā)射機、第一鐵氧體環(huán)流器、負載器、第二鐵氧體環(huán)流器、天線、接收機、微波大功率限幅器；發(fā)射機用于發(fā)出射頻信號；第一鐵氧體環(huán)流器的第一端與發(fā)射機連接，第一鐵氧體環(huán)流器的第二端與負載器連接，第一鐵氧體環(huán)流器的第三端與第二鐵氧體環(huán)流器的第一端連接，第二鐵氧體環(huán)流器的第二端與天線連接，接收機與第二鐵氧體環(huán)流器的第三端連接用于接收天線接收到的回波信號；微波大功率限幅器由長壽命載流子二極管構(gòu)成，微波大功率限幅器設置在第二鐵氧體環(huán)流器的第三端與接收機之間； 在發(fā)射工作狀態(tài)下，發(fā)射機發(fā)出射頻信號，射頻信號從第一鐵氧環(huán)流器的第一端進入第一鐵氧環(huán)流器并從第一鐵氧環(huán)流器的第三端輸出，然后從第二鐵氧體環(huán)流器的第一端輸入第二鐵氧體環(huán)流器并從第二鐵氧體環(huán)流器的第二端輸出，經(jīng)過波導管到達天線發(fā)射出去；在接收工作狀態(tài)下，天線接收回波信號，經(jīng)過波導管從第二鐵氧體環(huán)流器的第二端輸入并從第二鐵氧體環(huán)流器的第三端輸出，然后進入接收機。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有微波大功率限幅器的雷達收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)，其特征在于，所述長壽命載流子二極管為階躍二極管或突變結(jié)二極管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有微波大功率限幅器的雷達收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)，其特征在于，所述長壽命載流子二極管并聯(lián)于微帶線上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有微波大功率限幅器的雷達收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)，其特征在于，根據(jù)所述長壽命載流子二極管結(jié)電容Cj求得所述微波大功率限幅器中匹配電路的電感值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有微波大功率限幅器的雷達收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)，其特征在于，限幅器封裝的引線電感與外置電容串接構(gòu)成串聯(lián)諧振回路。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有微波大功率限幅器的雷達收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)，其特征在于，通過控制所述長壽命載流子二極管的管芯摻雜濃度和分布來改變截流子壽命。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有微波大功率限幅器的雷達收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)，其特征在于，在所述長壽命載流子二極管兩端施加一個負偏壓用以加大反向電流。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的具有微波大功率限幅器的雷達收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)，其特征在于，所述負偏壓值為1.2伏至1.5伏。
【文檔編號】G01S7/03GK103954936SQ201410148339
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月14日
【發(fā)明者】檀劍飛, 朱倩, 宋琪, 王威, 夏森, 鄧禹, 吳言群 申請人:蕪湖航飛科技股份有限公司