一种提高微带型快沿双指数脉冲源输出功率的装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种提高微带型快沿双指数脉冲源输出功率的装置，涉及微波电子【技术领域】。包括同步触发电路、第一脉冲源、第二脉冲源和功率合成器，同步触发电路的输出端分别与第一脉冲源和第二脉冲源的输入端连接，功率合成器为带有两路信号传输线路的基片，信号传输线路为设在基片上的两条相同对称布置的微带线，两路微带线带有共同的输出端，第一脉冲源和第二脉冲源也设在所述基片上，其输出端分别与两路微带线各自的输入端连接，两路微带线与脉冲源、共同的输出端的阻抗均匹配，微带线由从输入端到输出端首尾相互连接且阻抗值依次变大的多节分线体组成，所述两条微带线之间还设有隔离电阻。该装置实现了两路合成信号线路的高隔离高效率低反射的合成。
【专利说明】一种提高微带型快沿双指数脉冲源输出功率的装置
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型涉及微波电子【技术领域】。
【背景技术】
[0002]在电磁兼容试验中，需要研制脉冲源来模拟干扰源，并以此来评估设备或者器件的电磁脉冲抗扰度或敏感性，脉冲源输出脉冲的峰值电压(或峰值功率)、稳定度、重复频率、前沿陡度、脉冲宽度等都是脉冲源的关键指标。近年来，由于半导体固态开关具有稳定性高、开关速度快、重复频率高、体积小的优点，使得其在脉冲功率领域得到了广泛的研究。而且，为了减小回路电感，提高输出脉冲前沿陡度，以及更加的小型化，很多半导体高速开关做成了贴片型，由此类贴片型开关做成的脉冲源一般为高频微带电路形式，但是，相对于火花隙开关，此类半导体开关的耐压值低，输出脉冲功率低，因此提高此类脉冲源的输出功率十分重要。
[0003]目前，现有提高此类脉冲源输出功率有两种方法，一个是利用更多级数的Marx电路级联来提高脉冲源本身的输出电压来实现，但是，级数太多势必会影响输出脉冲的稳定性，而在电磁兼容试验中，高稳定性才是首要指标；另一种是对多个脉冲电路利用功率合成器进行功率合成，但由于此类脉冲源的输出脉冲为快沿脉冲，具有纳秒或亚纳秒级的上升沿，频谱覆盖DC?GHz甚至更宽范围，而普通的单节功率合成器只对窄带信号有较好的合成效果，对于宽带信号会造成较大的反射和波形失真。
[0004]因此如何不失真的实现其输出功率的提高，实现两路信号的高隔离度、低反射的高效率合成，有必要提出一种行之有效的实现装置。
实用新型内容
[0005]本实用新型要解决的技术问题是提供一种提高微带型快沿双指数脉冲源输出功率的装置，该装置实现了两路合成信号线路的高隔离度，降低了合成线路对脉冲源信号的反射率，实现了两路信号高效率低反射的合成，采用统一布线，统一制作电路基片，实现了所有电路共地，分线体为U形布置，使整个传输线路呈类似蛇形分布结构，减小了信号传输造成的信号不连续性。
[0006]为解决上述问题本实用新型采取的技术方案是:一种提高微带型快沿双指数脉冲源输出功率的装置，其特征在于:包括同步触发电路、第一脉冲源、第二脉冲源和功率合成器，所述第一脉冲源和第二脉冲源相同，所述同步触发电路的输出端分别与第一脉冲源和第二脉冲源的输入端连接，所述功率合成器为带有两路信号传输线路的基片，所述信号传输线路为设在基片上的两条相同的微带线，所述的两条微带线对称布置，所述两路微带线带有共同的输出端，所述第一脉冲源和第二脉冲源也设在所述基片上，所述第一脉冲源和第二脉冲源的输出端分别与两路微带线各自的输入端连接，所述两路微带线各自的输入端和共同的输出端的阻抗均与第一脉冲源匹配，所述微带线由从输入端到输出端首尾相互连接且阻抗值依次变大的多节分线体组成，所述两条微带线之间还设有隔离电阻。
[0007]优选的，所述隔离电阻位于两条微带线上阻抗值相同的两个分线体之间，所述隔离电阻为高频薄膜电阻，所述两路微带线的共同输出端采用N型接头。
[0008]优选的，所述分线体呈U形，所述分线体首尾相互连接，所述隔离电阻位于两个分线体上相邻的两个U形弯之间。
[0009]优选的，所用基片为聚四氟乙烯玻璃纤维敷铜板，厚度为1mm，介电常数为2.55，所述两条微带线的输入端和共同输出端的阻抗值为50 Ω，所述输入端的微带线长度为
5.1mm,宽度为2.8mm,输出端微带线的长度为19.1mm,宽度为2.8mm ;所述分线体的数量为七节，第一节分线体的长度为65.02mm,宽度为2.26mm,阻抗值为56.4 Ω，第二节分线体的长度为65.27mm,宽度为2.02mm,阻抗值为60.3 Ω，第三节分线体的长度为65.58mm,宽度为1.77mm,阻抗值为65.1 Ω，第四节分线体的长度为65.91mm,宽度为1.52mm,阻抗值为70.7 Ω，第五节分线体的长度为66.25mm,宽度为1.29mm,阻抗值为76.8 Ω，第六节分线体的长度为66.58mm,宽度为1.1mm,阻抗值为83.0 Ω，第七节分线体的长度为66.86mm,宽度为0.95mm,阻抗值为88.7 Ω。
[0010]优选的，两条第一节分线体之间的隔离电阻Rl为442 Ω，两条第二节分线体之间的隔离电阻R2为616 Ω，两条第三节分线体之间的隔离电阻R3为446 Ω，两条第四节分线体之间的隔离电阻R4为320 Ω，两条第五节分线体之间的隔离电阻R5为218 Ω，两条第六节分线体之间的隔离电阻R6为130 Ω，两条第七节分线体之间的隔离电阻R7为248Ω。
[0011]采用上述技术方案所产生的有益效果在于:为解决快沿电磁脉冲源和功率合成器的阻抗不匹配造成的高频反射问题，两条信号传输线路输入端以及共同输出端的阻抗与两个脉冲源均需设置成匹配，使反射率降到最低，当两条微带线合并的时候其并联阻抗值会减半，所以在合并前两条微带线的阻抗要高于输出端阻抗，微带线的阻抗是由其线宽决定的，线宽越小阻抗越大，这样就必须沿着从输入端到输出端的方向使微带线的线宽逐渐变小，采用渐变形式设计，使微带线的阻抗不至于瞬间大幅降低而产生一个大的反射，渐变形式的设计有效的降低了对脉冲源信号的反射率，采用统一布线，统一制作电路基片，脉冲源和微带线设在同一块基片上，以确保它们之间的端口无缝连接，保证微带线输入端端口处的阻抗匹配，并将其放置在金属屏蔽盒中，实现了所有电路共地，本实用新型基于功率合成器设计原理，研制了适合超宽带高频双指数脉冲信号功率合成的宽度渐变式的七节分线体，实现了超宽带信号低反射高功率合成，采用了蛇形微带线结构，减小了信号传输造成的信号不连续性。为了实现两路分信号的隔离，在两条微带线之间加上了隔离电阻。此外，所述装置的体积小，全固态，模块化，易于进行更高功率的合成，具有较好的推广和使用前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型作进一步详细的说明:
[0013]图1本实用新型的连接结构示意图；
[0014]其中，1、同步触发电路，2、第一脉冲源，3、第二脉冲源，4、基片，5、第一节分线体，
6、第二节分线体，7、第三节分线体，8、第四节分线体，9、第五节分线体，10、第六节分线体，
11、第七节分线体。
【具体实施方式】
[0015]如图1所示:包括同步触发电路1、第一脉冲源2、第二脉冲源3和功率合成器，所述第一脉冲源2和第二脉冲源3相同，所述同步触发电路I的输出端分别与第一脉冲源2和第二脉冲源3的输入端连接，所述功率合成器为带有两路信号传输线路的基片4，所述信号传输线路为设在基片4上的两条相同的微带线，所述的两条微带线对称布置，所述两路微带线带有共同的输出端，所述第一脉冲源2和第二脉冲源3也设在所述基片4上，所述第一脉冲源2和第二脉冲源3的输出端分别与两路微带线各自的输入端连接，所述两路微带线各自的输入端和共同的输出端的阻抗均与第一脉冲源2、第二脉冲源3匹配，所述微带线由从输入端到输出端首尾相互连接且阻抗值依次变大的多节分线体组成，所述两条微带线之间还设有隔离电阻。
[0016]首先脉冲源发出脉冲信号，脉冲源的阻抗、两条微带线的输入端以及共同输出端的阻抗均为50 Ω，由于用于传输的微带线具有特性阻抗，线宽越小，阻抗越大，如果微带线的阻抗值与脉冲源的阻抗值匹配的话则基本无反射，所以将微带线输入端的阻抗值和共同输出端的阻抗值均设置为与脉冲源匹配，如果在信号传输的过程中出现阻抗值的变化则会出现反射，由于公共的输出端是由两条微带线合成的，合成后的阻抗是由两支路特性阻抗并联得到的，并联后阻抗值减半，为了使两支路并联后的共同输出端达到与脉冲源阻抗相匹配的50 Ω，所以每条支路的末端分线体阻抗要设置成约为共同输出端阻值的两倍，也就是末端分线体线宽比输出端线宽要小，所以两条微带线的线宽从输入端到共同输出端要实现变小的过程，为了避免线宽的瞬间变小所带来的阻抗瞬间变大而形成的反射率瞬间变大的问题，本技术方案中将两条微带线的线宽采用了多节分线体线宽逐渐变小的设计方案，这样既实现了脉冲源的阻抗值和微带线的输入端以及共同输出端的阻抗匹配，又最大限度的降低了在线宽变化过程中的反射率。这种设计是最有效的降低反射率的方式。
[0017]第一脉冲源2和第二脉冲源3为相同的脉冲源，并且两者的输入端均与同步触发电路I连接，能够保证两者同时触发脉冲信号，两个脉冲源与功率合成器共同设置在一块基片4上，保证了两者的输出端和功率合成器之间无缝连接，这样不至于影响功率合成器输入端的阻抗值。
[0018]所述隔离电阻连接在两条微带线上阻抗值相同的两个分线体之间，所述隔离电阻为高频薄膜电阻，所述两路微带线的共同输出端采用N型接头，所述分线体呈U形，所述分线体首尾相互连接，所述隔离电阻位于两个分线体上相邻的两个U形弯之间。合成信号的输出端外接N型接头，以保证在高压下使信号无失真输出。两条微带线在基片上呈蛇形分布，减小了信号传输造成的信号不连续性，并节省了空间，由于为U形线体首尾连接所形成的蛇形形状，且两条微带线又是对称分布的，所以隔离电阻设在了每两条微带线距离最近的两个U形弯之间，保证了两路信号线路的高隔离度。
[0019]所用基片4为聚四氟乙烯玻璃纤维敷铜板，厚度为1mm，介电常数为2.55，所述两条微带线的输入端的阻抗值为50 Ω，所述输入端的微带线长度为5.1mm,宽度为2.8mm,输出端微带线的长度为19.1mm,宽度为2.8mm ;所述分线体的数量为七节，第一节分线体5的长度为65.02mm,宽度为2.26mm,第二节分线体6的长度为65.27mm,宽度为2.02mm,第三节分线体7的长度为65.58mm,宽度为1.77mm,第四节分线体8的长度为65.91mm,宽度为1.52mm,第五节分线体9的长度为66.25mm,宽度为1.29mm,第六节分线体10的长度为66.58mm,宽度为1.1mm,第七节分线体11的长度为66.86mm,宽度为0.95mm。因为在现有技术中对于一般的高频传输线路阻抗为50Ω，所以设置了微带线输入端和输出端的阻抗值也为50 Ω，以上列举了从第一节分线体5到第七节分线体11各自的线长和线宽，经过大量的仿真计算和实验得出当各节分线体的阻抗分别为输入/输出端口特性阻抗的1.1274、
1.2051、1.3017、1.4142、1.5364、1.6597、1.7740倍时微带线整体的反射率是最低的，所以各段分线体的线宽根据此阻抗值以及介质板的厚度和介电常数计算得到如上述的各节分线体的线宽，而各节分线体的长度近似取65或66mm上下。
[0020]两条第一节分线体5之间的隔离电阻Rl为442 Ω，两条第二节分线体6之间的隔离电阻R2为616 Ω，两条第三节分线体7之间的隔离电阻R3为446 Ω，两条第四节分线体8之间的隔离电阻R4为320 Ω，两条第五节分线体9之间的隔离电阻R5为218 Ω，两条第六节分线体10之间的隔离电阻R6为130 Ω，两条第七节分线体11之间的隔离电阻R7为 248Ω。此是以输入 / 输出端口特性阻抗的 8.8496,12.3299,8.9246,6.3980,4.3516、
2.5924、4.9652倍而得来的。
[0021]为解决快沿电磁脉冲源和功率合成器的阻抗不匹配造成的高频反射问题，两条信号传输线路输入端以及共同输出端的阻抗与两个脉冲源均需设置成匹配，使反射率降到最低，当两条微带线合并的时候其并联阻抗值会减半，所以在合并前两条微带线的阻抗要高于输出端阻抗，微带线的阻抗是由其线宽决定的，线宽越小阻抗越大，这样就必须沿着从输入端到输出端的方向使微带线的线宽逐渐变小，采用渐变形式设计，使微带线的阻抗不至于瞬间大幅降低而产生一个大的反射，渐变形式的设计有效的降低了对脉冲源信号的反射率，采用统一布线，统一制作电路基片，脉冲源和微带线设在同一块基片上，以确保它们之间的端口无缝连接，保证微带线输入端端口处的阻抗匹配，并将其放置在金属屏蔽盒中，实现了所有电路共地，本实用新型基于功率合成器设计原理，研制了适合超宽带高频双指数脉冲信号功率合成的宽度渐变式的七节分线体，实现了超宽带信号低反射高功率合成，采用了蛇形微带线结构，减小了信号传输造成的信号不连续性。为了实现两路分信号的隔离，在两条微带线之间加上了隔离电阻。此外，所述装置的体积小，全固态，模块化，易于进行更高功率的合成，具有较好的推广和使用前景。
【权利要求】
1.一种提高微带型快沿双指数脉冲源输出功率的装置，其特征在于:包括同步触发电路(I)、第一脉冲源(2)、第二脉冲源(3)和功率合成器，所述第一脉冲源(2)和第二脉冲源(3)相同，所述同步触发电路(I)的输出端分别与第一脉冲源(2)和第二脉冲源(3)的输入端连接，所述功率合成器为带有两路信号传输线路的基片(4)，所述信号传输线路为设在基片(4)上的两条相同的微带线，所述的两条微带线对称布置，所述两路微带线带有共同的输出端，所述第一脉冲源(2)和第二脉冲源(3)也设在所述基片(4)上，所述第一脉冲源(2)和第二脉冲源(3)的输出端分别与两路微带线各自的输入端连接，所述两路微带线各自的输入端和共同的输出端的阻抗均与第一脉冲源(2)匹配，所述微带线由从输入端到输出端首尾相互连接且阻抗值依次变大的多节分线体组成，所述两条微带线之间还设有隔离电阻。
2.根据权利要求1所述的一种提高微带型快沿双指数脉冲源输出功率的装置，其特征在于:所述隔离电阻位于两条微带线上阻抗值相同的两个分线体之间，所述隔离电阻为高频薄膜电阻，所述两路微带线的共同输出端采用N型接头。
3.根据权利要求2所述的一种提高微带型快沿双指数脉冲源输出功率的装置，其特征在于:所述分线体呈U形，所述分线体首尾相互连接，所述隔离电阻位于两个分线体上相邻的两个U形弯之间。
4.根据权利要求3所述的一种提高微带型快沿双指数脉冲源输出功率的装置，其特征在于:所用基片(4)为聚四氟乙烯玻璃纤维敷铜板，厚度为1mm，介电常数为2.55，所述两条微带线的输入端和共同输出端的阻抗值为50 Ω，所述输入端的微带线长度为5.1mm,宽度为2.8mm,输出端微带线的长度为19.1mm,宽度为2.8mm ;所述分线体的数量为七节,第一节分线体(5)的长度为65.02mm,宽度为2.26mm,阻抗值为56.4 Ω，第二节分线体(6)的长度为65.27mm,宽度为2.02mm,阻抗值为60.3 Ω，第三节分线体(7)的长度为65.58mm,宽度为1.77mm,阻抗值为65.1 Ω，第四节分线体(8)的长度为65.91mm,宽度为1.52mm,阻抗值为70.7 Ω，第五节分线体(9)的长度为66.25mm,宽度为1.29mm,阻抗值为76.8 Ω，第六节分线体(10)的长度为66.58mm,宽度为1.1mm,阻抗值为83.0 Ω，第七节分线体(11)的长度为66.86mm,宽度为0.95mm,阻抗值为88.7 Ω。
5.根据权利要求4所述的一种提高微带型快沿双指数脉冲源输出功率的装置，其特征在于:两条第一节分线体(5)之间的隔离电阻Rl为442Ω，两条第二节分线体(6)之间的隔离电阻R2为616 Ω，两条第三节分线体(7)之间的隔离电阻R3为446 Ω，两条第四节分线体(8)之间的隔离电阻R4为320 Ω，两条第五节分线体(9)之间的隔离电阻R5为218 Ω，两条第六节分线体(10)之间的隔离电阻R6为130 Ω，两条第七节分线体(11)之间的隔离电阻R7为248Ω。
【文档编号】H03K19/0175GK203984374SQ201420408354
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年7月23日 优先权日:2014年7月23日
【发明者】周星, 赵敏, 王庆国, 杨清熙, 范丽思, 张希军, 程二威, 潘晓东 申请人:中国人民解放军军械工程学院