阅读说明：本技术 线性限幅器 (Linear limiter ) 是由 邓世雄 陈书宾 孙计永 赵瑞华 宋学峰 王凯 李丰 袁彪 于 2019-10-31 设计创作，主要内容包括：本发明适用于电子器件技术领域,提供了一种线性限幅器,包括：第一隔离模块、第一限幅模块、第二限幅模块和第二隔离模块；第一限幅模块包括第一限幅电路和第二限幅电路,第二限幅模块包括第三限幅电路和第四限幅电路；各个限幅电路分别包括至少两个二极管单元。第一隔离模块的第一端为限幅输入端,第一隔离模块的第二端分别与第一限幅模块的第一端、第二限幅模块的第一端及第二隔离模块的第一端连接,第二隔离模块的第二端为限幅输出端。本申请通过第一限幅模块和第二限幅模块中并联多个二极管单元,能够降低二极管结电容,增加二极管数量,从而提高限幅器的耐功率能力,进而提高线性限幅器的可靠性。(The invention is suitable for the technical field of electronic devices, and provides a linear amplitude limiter, which comprises: the device comprises a first isolation module, a first amplitude limiting module, a second amplitude limiting module and a second isolation module; the first amplitude limiting module comprises a first amplitude limiting circuit and a second amplitude limiting circuit, and the second amplitude limiting module comprises a third amplitude limiting circuit and a fourth amplitude limiting circuit; each clipping circuit comprises at least two diode units. The first end of the first isolation module is an amplitude limiting input end, the second end of the first isolation module is respectively connected with the first end of the first amplitude limiting module, the first end of the second amplitude limiting module and the first end of the second isolation module, and the second end of the second isolation module is an amplitude limiting output end. This application can reduce diode junction electric capacity through parallelly connected a plurality of diode units in first amplitude limiting module and the second amplitude limiting module, increases diode quantity to improve the power-tolerant ability of amplitude limiter, and then improve the reliability of linear amplitude limiter.)

线性限幅器

技术领域

本发明属于电子器件技术领域，尤其涉及一种线性限幅器。

背景技术

高功率微波(high power microwave，HPM)是指瞬时峰值功率超过100MW，辐射波长在厘米至毫米范围，即频率在0.3GHz～300GHz之间的相干电磁辐射源。在高功率微波武器的迅猛发展下，在电子对抗技术的日趋成熟下，当今电子设备所面临的电磁环境更加复杂，所受到的威胁更加巨大。高功率微波因其功率高、频率高等特性，对电子设备的干扰和危害极大，针对高功率微波武器的防护需求越来越迫切。

随着电子技术发展与半导体工艺的进步，接收链路的线性度越来越高。高耐功率高线性限幅器的应用需求巨大。传统HPM限幅器一般采用GaAs(砷化镓)限幅器，而GaAs限幅器耐功率低，线性度较低(P-1在10dBm量级)，无法满足高功率高线性限幅的要求。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种线性限幅器，以解决现有技术中限幅器耐功率低的问题。

本发明实施例提供了一种线性限幅器，包括：

第一隔离模块、第一限幅模块、第二限幅模块和第二隔离模块；

所述第一限幅模块包括第一限幅电路和第二限幅电路，所述第二限幅模块包括第三限幅电路和第四限幅电路；所述第一限幅电路、所述第二限幅电路、所述第三限幅电路、所述第四限幅电路分别包括至少两个二极管单元；

所述第一隔离模块的第一端为限幅输入端，所述第一隔离模块的第二端分别与所述第一限幅模块的第一端、所述第二限幅模块的第一端及所述第二隔离模块的第一端连接，所述第二隔离模块的第二端为限幅输出端；

所述第一限幅电路的各个二极管单元的正极及所述第二限幅电路的各个二极管单元的负极分别与所述第一限幅模块的第一端连接，所述第三限幅电路的各个二极管单元的正极及所述第四限幅电路的各个二极管单元的负极分别与所述第二限幅模块的第一端连接；所述第一限幅电路的各个二极管单元的负极、所述第二限幅电路的各个二极管单元的正极、所述第三限幅电路的各个二极管单元的负极及所述第四限幅电路的各个二极管单元的正极分别接地。

在一个实施例中，所述线性限幅器还包括输入匹配电路和输出匹配电路；

所述输入匹配电路的第一端与所述第一隔离模块的第二端连接，所述输入匹配电路的第二端与所述第一限幅模块的第一端连接；

所述输出匹配电路的第一端与所述第二限幅模块的第一端连接，所述输出匹配电路的第二端与所述第二隔离模块的第一端连接。

在一个实施例中，第一二极管单元包括至少两个反向串联连接的二极管，所述第一二极管单元为所述第一限幅电路的任一二极管单元；

第二二极管单元包括至少两个反向串联连接的二极管，所述第二二极管单元为所述第二限幅电路的任一二极管单元。

在一个实施例中，所述第一二极管单元包括第一二极管和第二二极管，所述第二二极管单元包括第三二极管和第四二极管；

所述第一二极管的正极为所述第一二极管单元的正极，所述第一二极管的负极与所述第二二极管的正极连接，所述第二二极管的负极为所述第一二极管单元的负极；

所述第三二极管的正极为所述第二二极管单元的正极，所述第三二极管的负极与所述第四二极管的正极连接，所述第四二极管的负极为所述第二二极管单元的负极。

在一个实施例中，所述第一限幅模块的各个二极管均为GaN PIN二极管。

在一个实施例中，所述第三限幅电路的二极管单元和所述第四限幅电路的二极管单元均包括一个二极管。

在一个实施例中，所述第二限幅模块的各个二极管均为GaN PIN二极管。

在一个实施例中，所述第一限幅模块与所述第二限幅模块之间的电长度大于预设电长度阈值。

在一个实施例中，所述线性限幅器还包括第三隔离模块，所述第三隔离模块的第一端与所述第一限幅模块的第一端连接，所述第三隔离模块的第二端与所述第二限幅模块的第一端连接。

在一个实施例中，所述第一隔离模块包括第一电容，所述第二隔离模块包括第二电容，所述第三隔离模块包括第三电容。

本发明提供的线性限幅器包括：第一隔离模块、第一限幅模块、第二限幅模块和第二隔离模块；所述第一限幅模块包括第一限幅电路和第二限幅电路，所述第二限幅模块包括第三限幅电路和第四限幅电路；所述第一限幅电路、所述第二限幅电路、所述第三限幅电路、所述第四限幅电路分别包括至少两个二极管单元。本实施例通过第一限幅模块和第二限幅模块中并联多个二极管单元，能够降低二极管结电容，增加二极管数量，从而提高限幅器的耐功率能力，进而提高线性限幅器的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的线性限幅器的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的线性限幅器的电路示意图；

图3是本发明实施例提供的同轴型GaN PIN限幅器的实物图；

图4是本发明实施例提供的盒体型GaN PIN限幅器的实物图；

图5是本发明实施例提供的表贴型GaN PIN限幅器的实物图；

图6是本发明实施例提供的线性限幅器的S参数仿真曲线。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含一系列步骤或单元的过程、方法或系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

实施例1：

图1示出了本发明一实施例所提供的线性限幅器的电路结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

如图1所示，本发明实施例提供了一种线性限幅器的结构示意图，其包括：

第一隔离模块10、第一限幅模块20、第二限幅模块30和第二隔离模块40；

所述第一限幅模块20包括第一限幅电路21和第二限幅电路22，所述第二限幅模块30包括第三限幅电路31和第四限幅电路32；所述第一限幅电路21、所述第二限幅电路22、所述第三限幅电路31、所述第四限幅电路32分别包括至少两个二极管单元；

所述第一隔离模块10的第一端为限幅输入端，所述第一隔离模块10的第二端分别与所述第一限幅模块20的第一端、所述第二限幅模块30的第一端及所述第二隔离模块40的第一端连接，所述第二隔离模块40的第二端为限幅输出端；

所述第一限幅电路21的各个二极管单元的正极及所述第二限幅电路22的各个二极管单元的负极分别与所述第一限幅模块20的第一端连接，所述第三限幅电路31的各个二极管单元的正极及所述第四限幅电路32的各个二极管单元的负极分别与所述第二限幅模块30的第一端连接；所述第一限幅电路21的各个二极管单元的负极、所述第二限幅电路22的各个二极管单元的正极、所述第三限幅电路31的各个二极管单元的负极及所述第四限幅电路32的各个二极管单元的正极分别接地。

本实施例针对某接收机提供了一种采用二极管实现可耐受峰值功率超过1000W，且保证开启门限大于20dbm的高功率微波防护限幅器。

在本实施例中，如图1所示，包括第一隔离模块10、第一限幅模块20、第二限幅模块30和第二隔离模块40。其中第一限幅模块20包括第一限幅电路21和第二限幅电路22，且每个限幅电路包括至少两个二极管单元。并且，每个限幅电路的至少两个二极管单元并联连接。具体地，第一限幅电路21的各个二极管单元的正极与第一限幅模块20的正极连接，负极接地；第二限幅电路22的各个二极管单元的负极与第一限幅模块20的正极连接，负极接地。

因此，当限幅器输入端输入正向的微波信号且微波信号的电压大于二极管开启电压时，则第一限幅电路21开启工作，第一限幅电路21的二极管正向到地导通，此时第一限幅电路21相当于一个电阻，从而降低微波信号的电压幅度。当限幅器输入端输入正向的微波信号且该微波信号的电压小于二极管开启电压时，则第一限幅电路21不工作，此时第一限幅电路21相当于电容，微波信号正常通过限幅器。

当限幅器输入端输入负向的微波信号，且微波信号的电压绝对值大于二极管开启电压，则第二限幅电路22开启工作，此时第二限幅电路22的二极管相当于一个电阻，从而降低微波信号的电压幅度。当限幅器输入端输入负向的微波信号且该微波信号的电压的绝对值小于二极管开启电压时，则第二限幅电路22不工作，第二限幅电路22相当于电容，微波信号正常通过限幅器。

第二限幅模块30的第三限幅电路31与第一限幅电路21的工作原理相同，第二限幅模块30的第四限幅电路32与第二限幅电路22的工作原理相同。

具体地，由于各个限幅电路的二极管单元均并联连接，可以降低二极管结电容，增加二极管的数量，从而提高限幅器的耐功率能力，同时，通过第一隔离模块10和第二隔离模块40对微波信号的隔离，能够提高整日的限幅隔离度，降低泄露功率。

在一个实施例中，所述线性限幅器还包括输入匹配电路50和输出匹配电路60；

所述输入匹配电路50的第一端与所述第一隔离模块10的第二端连接，所述输入匹配电路50的第二端与所述第一限幅模块20的第一端连接；

所述输出匹配电路60的第一端与所述第二限幅模块30的第一端连接，所述输出匹配电路60的第二端与所述第二隔离模块40的第一端连接。

在本实施例中，图2示出了另一种线性限幅器的电路图，如图2所示，线性限幅器还包括输入匹配电路50和输出匹配电路60，其中，输入匹配电路50用于保证限幅器输入端的驻波实现良好匹配，输出匹配电路60用于保证限幅器输出端的驻波实现良好匹配，从而降低泄露功率。

在一个实施例中，第一二极管单元211包括至少两个反向串联连接的二极管，所述第一二极管单元211为所述第一限幅电路21的任一二极管单元；

第二二极管单元221包括至少两个反向串联连接的二极管，所述第二二极管单元221为所述第二限幅电路22的任一二极管单元。

在本实施例中，为了便于说明，将同一名称的二极管单元标记为同一标号，但是实际中各个限幅电路中的不同二极管单元为不同的装置。具体地，第一限幅电路21包括至少两个二极管单元，各个二极管单元均包括至少两个反向串联的二极管，并且每个二极管单元中，与第一限幅模块20的第一端连接的为一个二极管的正极，经至少两个二极管反向串联后，最后一个二极管的负极接地。

在本实施例中，第二限幅电路22包括至少两个二极管单元，各个二极管单元均包括至少两个反向串联的二极管，并且与第一限幅电路21相反地，第二限幅电路22的每个二极管单元中，与第一限幅模块20的第一端连接的为一个二极管的负极，经至少两个二极管反向串联后，最后一个二极管的正极接地。

在一个实施例中，第一限幅电路21包括至少两个第一二极管单元211，

在一个实施例中，所述第一二极管单元211包括第一二极管和第二二极管，所述第二二极管单元221包括第三二极管和第四二极管；

所述第一二极管的正极为所述第一二极管单元211的正极，所述第一二极管的负极与所述第二二极管的正极连接，所述第二二极管的负极为所述第一二极管单元211的负极；

所述第三二极管的正极为所述第二二极管单元221的正极，所述第三二极管的负极与所述第四二极管的正极连接，所述第四二极管的负极为所述第二二极管单元221的负极。

在本实施例中，如图2所示，第一限幅电路21包括三个二极管单元，每个二极管单元均包括两个反向串联的二极管。使第一限幅电路21正向到地导通。第二限幅电路22包括三个二极管单元，每个二极管单元均包括两个反向串联的二极管，且第二限幅电路22负向导通。

在一个实施例中，所述第一限幅模块20的各个二极管均为GaN PIN二极管。

在本实施例中，第一限幅模块20和第二限幅模块30中的二极管均为GaN PIN二极管，开启电压4V，钳位电压6V，保证整体限幅电路开启电平＞20dBm，泄漏功率＜27dBm。

在一个实施例中，所述第三限幅电路31的二极管单元和所述第四限幅电路32的二极管单元均包括一个二极管。

在本实施例中，如图2所示，第三限幅电路31包括两个第三二极管单元311，每个第三二极管单元311均包括一个二极管，且每个第三二极管单元311的二极管均为正极接第二限幅模块30的第一端，负极接地。第四限幅电路32也包括两个第四二极管单元321，每个第四二极管单元321均包括一个二极管，且每个第四二极管单元321的二极管均为正极接地，负极接第二限幅模块30的第一端。

在一个实施例中，所述第二限幅模块30的各个二极管均为GaN PIN二极管。

在一个实施例中，所述第一限幅模块20与所述第二限幅模块30之间的电长度大于预设电长度阈值。

在一个实施例中，所述线性限幅器还包括第三隔离模块，所述第三隔离模块的第一端与所述第一限幅模块20的第一端连接，所述第三隔离模块的第二端与所述第二限幅模块30的第一端连接。

在一个实施例中，所述第一隔离模块10包括第一电容C1，所述第二隔离模块40包括第二电容C2，所述第三隔离模块包括第三电容C3。

在本实施例中，为了提高限幅器整体的限幅隔离度，在第一限幅模块20和第二限幅模块30之间可以串联一个第三隔离模块，第三隔离模块可以为一个第三电容。

在本实施例中，为了提高限幅器整体的限幅隔离度，还可以延长第一限幅模块20和第二限幅模块30之间的微电线，从而增加第一限幅模块20和第二限幅模块30之间的电长度。

在本发明的一个实施例中，本实施例提供的线性限幅器采用单片集成方式，所有电路及二极管集成于一颗限幅器芯片上，缩小体积；采用氮化铝混合集成电路工艺进行实现，将GaN限幅器金锡共晶焊接至氮化铝陶瓷基板，最终封装于高导热封装中。利用金锡及氮化铝热导率高的特性，可以将二极管由于功率耗散产生的热量迅速传导到整个电路基板，进而传导到封装，提高限幅器的耐功率容量。

在本发明的一个实施例中，GaN PIN限幅器可以包括设计为多种形式，如图3示出了本实施例提供的一种同轴型GaN PIN限幅器的实物图，图4示出了本实施例提供的一种盒体型GaN PIN限幅器的实物图，图5示出了一种表贴型GaN PIN限幅器的实物图。

如图6所示，图6示出了本实施例提供的线性限幅器的S参数仿真曲线，其中，图6(a)为线性限幅器的插损仿真特性曲线图，图6(b)为线性限幅器的输入匹配电路50的输入反射系数的Smith圆图；图6(c)为线性限幅器的输入匹配电路50的输入反射系数的仿真特性曲线图；图6(d)为线性限幅器的输出匹配电路60的输出反射系数的仿真特性曲线图；图6(d)为线性限幅器的输出匹配电路60的输出反射系数的Smith圆图。

本实施例提供的GaN PIN限幅器形式简单、易于单片集成，耐功率及线性度高，可靠性好，通过与Si和GaAs二极管限幅电路的组合，可以实现不同开启电压、泄露功率及耐功率的限幅器，目前在小型化高功率微波防护限幅器等产品中得到推广。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。