一种具有微波大功率限幅器的雷达收发转换开关的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种具有微波大功率限幅器的雷达收发转换开关，包括：发射机，用于发出射频信号；第一铁氧体环流器，其第一端与所述发射机连接，其第二端与负载器连接；第二铁氧体环流器，其第一端与所述第一铁氧体环流器的第三端连接，其第二端与天线连接；接收机，与所述第二铁氧体环流器的第三端连接，用于接收所述天线接收到的回波信号；长寿命载流子二极管，设置在所述第二铁氧体环流器的第三端与所述接收机之间。本发明中，通过用射频微电子和半导体理论，分析限幅二极管因RF功率过载而烧毁的微观机理，以及二极管内载流子在交变电磁中的运动特征；用长寿命载流子二极管设计大功率限幅器，使限幅器的功率容量提高了一个数量级。
【专利说明】一种具有微波大功率限幅器的雷达收发转换开关
【技术领域】
[0001]本发明涉及雷达收发开关【技术领域】，尤其涉及一种具有微波大功率限幅器的雷达收发转换开关。
【背景技术】
[0002]限幅器是将输出功率限制在某一特定电平之下的微波无源半导体控制器件，作为雷达收发转换开关中接收机前端设备的保护装置，当输入信号低于限幅门限电平时，限幅器将以低插入损耗、小驻波系数状态予以放行。
[0003]现有技术国内普遍采用薄I层PIN 二极管和功率变容二极管设计限幅器，其所处理微波功率的能力与二极管本身的耗散功率、击穿电压、散热条件相关；另外还与输入RF(Radio Frequency，射频)信号的频率、脉冲宽度和占空比有关。如何选择二极管是设计高功率限幅器的关键，在以往的分析与设计中，常忽视载流子在微波场内的运动特点，而将实际上并不能完全代表二极管在微波场中的行为特征的等效电路及其直流参数作为器件定量分析的依据，自然也就得不到确切的结果，导致现有限幅器功率容量多在瓦级以内，无法改善处理微波功率的能力。

【发明内容】

[0004]本发明提出了一种具有微波大功率限幅器的雷达收发转换开关，以提高限幅器的
功率容量。
[0005]本发明提出的一种具有微波大功率限幅器的雷达收发转换开关，包括:发射机、第一铁氧体环流器、负载器、第二铁氧体环流器、天线、接收机、微波大功率限幅器；发射机用于发出射频信号；第一铁氧体环流器的第一端与发射机连接，第一铁氧体环流器的第二端与负载器连接，第一铁氧体环流器的第三端与第二铁氧体环流器的第一端连接，第二铁氧体环流器的第二端与天线连接，接收机与第二铁氧体环流器的第三端连接用于接收天线接收到的回波信号；微波大功率限幅器由长寿命载流子二极管构成，微波大功率限幅器设置在第二铁氧体环流器的第三端与接收机之间；
[0006]在发射工作状态下，发射机发出射频信号，射频信号从第一铁氧环流器的第一端进入第一铁氧环流器并从第一铁氧环流器的第三端输出，然后从第二铁氧体环流器的第一端输入第二铁氧体环流器并从第二铁氧体环流器的第二端输出，经过波导管到达天线发射出去；在接收工作状态下，天线接收回波信号，经过波导管从第二铁氧体环流器的第二端输入并从第二铁氧体环流器的第三端输出，然后进入接收机。
[0007]本发明中，通过用射频微电子和半导体理论，分析限幅二极管因RF功率过载而烧毁的微观机理，以及二极管内载流子在交变电磁中的运动特征；用长寿命载流子二极管设计大功率限幅器，使限幅器的功率容量提高了一个数量级。
【专利附图】

【附图说明】[0008]图1为本发明实施例中一种具有微波大功率限幅器的雷达收发转换开关的结构示意图；
[0009]图2为本发明实施例中一种长寿命载流子二极管匹配电路图。
【具体实施方式】
[0010]如图1所示，图1为本发明实施例中一种具有微波大功率限幅器的雷达收发转换开关的结构不意图。
[0011]参照图1，本发明实施例提出了一种具有微波大功率限幅器的雷达收发转换开关，包括:发射机10、第一铁氧体环流器20、负载器30、第二铁氧体环流器40、天线50、接收机60、微波大功率限幅器70，其中:
[0012]发射机10用于发出射频信号；第一铁氧体环流器20的第一端与发射机10连接，第一铁氧体环流器20的第二端与负载器30连接；第二铁氧体环流器40的第一端与第一铁氧体环流器20的第三端连接，第二铁氧体环流器40的第二端与天线50连接；接收机60与第二铁氧体环流器40的第三端连接用于接收天线50接收到的回波信号；微波大功率限幅器70，由长寿命载流子二极管构成，设置在第二铁氧体环流器40的第三端于接收机60之间，长寿命载流子二极管70为阶跃二极管或突变结二极管。
[0013]在本发明实施例中其工作过程如下:发射机10发出射频信号，从第一铁氧环流器20的第一端进入第一铁氧环流器20，从第一铁氧环流器20的第三端输出，从第二铁氧体环流器40的第一端输入第二铁氧体环流器40，从第二铁氧体环流器40的第二端输出，经过波导管到达天线50发射出去；天线50接收回波信号，经过波导管从第二铁氧体环流器40的第二端输入，从第二铁氧体环流器40的第三端输出，进入接收机60。
[0014]例如，发射机输出功率Pout=IOOkW,第一铁氧体环流器和第二铁氧体环流器的隔离度D=20dB，天线驻波系数VSWR=2.0，此时泄漏到接收支路的功率为1.1kff ;在该泄漏功率的驱动下，长寿命载流子二极管呈导通工作状态，泄漏功率被限幅器所建立的短路面所反射，反射信号经由第一铁氧体环流器和第二铁氧体环流器被负载器所吸收；长寿命载流子二极管提供50dB隔离，漏至接收支路的信号为llmW，足以保护接收机；接收目标回波信号时，长寿命载流子二极管处于开路状态，信号顺利通过，送入接收机。
[0015]本发明实施例中，在分析了变容二极管和PIN变阻二极管限幅器因RF功率过载而失效的微观机理后，采用长寿命载流子二极管设计限幅器。
[0016]尽管长寿命载流子二极管的击穿电压很低，耗散功率并不很高，但却能够处理很高的RF功率，其基本原理分析如下:
[0017]在RF大功率正半周的驱动下，向势垒区正向双注入长寿命载流子，在势垒区内不但不能复合，而是穿越势垒区继续向对方扩散，形成该区中的少子。在微波信号正向腹点出现了注入载流子的极限值，此时，少子大量集聚在PN结两侧，其浓度随离开势垒区的距离按指数规律衰减；在PN结的两侧存贮有大量异性电荷，势垒区的贮存电荷为:
[0018]Θ = I J
[0019]式中，Im—RF电流腹值
[0020]T 一载流子寿命
[0021]这些在正向注入并存贮的电荷又被RF负半周的负向场拉回，形成较强负向电流。[0022]对于载流子存贮时间为几至几十毫微秒的二极管，能够在整个RF负半周时段里始终维持着一个很大的反向电流，使二极管仍然处于低阻抗的导通状态，并不能恢复到截止状态，这种限幅器的功率容量不受二极管击穿电压的限制，所以不会出现变容二极管或PIN 二极管限幅器的热击穿失效现象，从而大大提高了限幅器的功率容量。在RF的正半周和负半周都有限幅功能，而功率变容管和PIN 二极管在RF的负半周时段内在势垒区会出现载流子的耗尽，即反向截止状态，既便是不被热击穿而失效，也只能在RF正半周起限幅作用，所以用需要两只二极管极性相反的对接才能有完善的限幅效果。
[0023]长寿命载流子二极管限幅器功率容量与同类产品的比较，下面列出了 L波段，脉宽450 μ S，占空比1/50的调制脉冲工作状态，单管并联于50 Ω微带线上，无其他散热条件的几种限幅二极管微波功率容量极限值实测结果。
[0024]表1限幅二极管低频参数标称值与微收功率容量极限值
[0025]
【权利要求】
1.一种具有微波大功率限幅器的雷达收发转换开关，其特征在于，包括:发射机、第一铁氧体环流器、负载器、第二铁氧体环流器、天线、接收机、微波大功率限幅器；发射机用于发出射频信号；第一铁氧体环流器的第一端与发射机连接，第一铁氧体环流器的第二端与负载器连接，第一铁氧体环流器的第三端与第二铁氧体环流器的第一端连接，第二铁氧体环流器的第二端与天线连接，接收机与第二铁氧体环流器的第三端连接用于接收天线接收到的回波信号；微波大功率限幅器由长寿命载流子二极管构成，微波大功率限幅器设置在第二铁氧体环流器的第三端与接收机之间； 在发射工作状态下，发射机发出射频信号，射频信号从第一铁氧环流器的第一端进入第一铁氧环流器并从第一铁氧环流器的第三端输出，然后从第二铁氧体环流器的第一端输入第二铁氧体环流器并从第二铁氧体环流器的第二端输出，经过波导管到达天线发射出去；在接收工作状态下，天线接收回波信号，经过波导管从第二铁氧体环流器的第二端输入并从第二铁氧体环流器的第三端输出，然后进入接收机。
2.根据权利要求1所述的具有微波大功率限幅器的雷达收发转换开关，其特征在于，所述长寿命载流子二极管为阶跃二极管或突变结二极管。
3.根据权利要求1或2所述的具有微波大功率限幅器的雷达收发转换开关，其特征在于，所述长寿命载流子二极管并联于微带线上。
4.根据权利要求3所述的具有微波大功率限幅器的雷达收发转换开关，其特征在于，根据所述长寿命载流子二极管结电容Cj求得所述微波大功率限幅器中匹配电路的电感值。
5.根据权利要求1或2所述的具有微波大功率限幅器的雷达收发转换开关，其特征在于，限幅器封装的引线电感与外置电容串接构成串联谐振回路。
6.根据权利要求1或2所述的具有微波大功率限幅器的雷达收发转换开关，其特征在于，通过控制所述长寿命载流子二极管的管芯掺杂浓度和分布来改变截流子寿命。
7.根据权利要求1或2所述的具有微波大功率限幅器的雷达收发转换开关，其特征在于，在所述长寿命载流子二极管两端施加一个负偏压用以加大反向电流。
8.根据权利要求7所述的具有微波大功率限幅器的雷达收发转换开关，其特征在于，所述负偏压值为1.2伏至1.5伏。
【文档编号】G01S7/03GK103954936SQ201410148339
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年4月14日 优先权日:2014年4月14日
【发明者】檀剑飞, 朱倩, 宋琪, 王威, 夏森, 邓禹, 吴言群 申请人:芜湖航飞科技股份有限公司