一种限幅电路及其实现方法与流程

本发明涉及微波技术领域，更为具体的，涉及一种限幅电路及其实现方法。

背景技术：

传统的实现方式采用分离的限幅器、匹配式单刀单掷开关和宽带耦合器实现，其工作原理框图如附图1所示，具体工作原理如下：1、在正常接收时，单刀单掷开关处于导通状态，实现与接收天线的连接，实现外部信号的正常接收；2、在动态校准时，吸收式单刀单掷开关处于匹配式关断状态，切断与天线的连接，避免外部信号干扰接收通道的校准，耦合器输入校准信号，实现通道校准；3、限幅器实现对后续接收通道的保护，避免外部大信号烧毁接收通道。

现有技术方案中，附图1中的限幅器和吸收式单刀单掷开关采用相互独立电路功能单元实现，存在体积大、价格高、插损大的缺点，不利于系统的小型化、低成本和接收机高灵敏度。

涉及宽带接收机限幅保护、低噪声接收及通道校准等技术，采用一体化吸收式限幅开关电路设计方法可实现宽频段限幅保护、低噪声接收及通道校准，有效改善接收机性能。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种限幅电路及其实现方法，具备插损低、体积小及可重构等优点，可应用于宽带接收机限幅保护、低噪声接收及通道校准等，实现宽频段限幅保护、低噪声接收及通道校准，有效改善接收机性能。

本发明的目的是通过以下方案实现的：

一种限幅电路，包括基片材料，基片材料集成有表面电路层、金属化接地通孔和接地金属层，表面电路层与金属化接地通孔连接，金属化接地通孔与接地金属层连接；所述表面电路层包括pin二极管、隔直电容、偏置电阻、吸收电阻、扼流电感、偏置电感、输入传输线、输出传输线和匹配传输线；在输入传输线(图3中标号12)和输入传输线(图3中标号11)之间串联有隔直电容c1，在输出传输线(图3中标号21)和输出传输线(图3中标号22)之间串联有隔直电容c2；在输入传输线和匹配传输线之间并联pin二极管d1，pin二极管d1的另一端通过金属化接地通孔与接地金属层连接；在输出传输线和匹配传输线之间并联有pin二极管d2，pin二极管d2的另一端与吸收电阻r和偏置电感l相连接，吸收电阻r和偏置电感l并联，吸收电阻r的另一端通过金属化接地通孔与接地金属层连接，偏置电感l的另一端通过金属化通孔与接地金属层连接；在隔直电容c1和隔直电容c2之间任意位置并联扼流电感l，扼流电感l的另一端与偏置电阻r串联，偏置电阻r的另一端作为外部控制信号输入端；射频信号从输入传输线输入，从输出传输线输出，控制信号从偏置电阻r一端输入。

进一步地，所述基片材料包括gaas基片材料。

进一步地，所述基片材料包括陶瓷基片材料。

进一步地，所述隔直电容c1和隔直电容c2均包括平板电容。

进一步地，所述吸收电阻r包括薄膜电阻，其阻值应在30欧姆～50欧姆之间。

进一步地，在gaas基片材料直接集成pin二极管。

进一步地，在陶瓷基片材料上时，所述pin二极管采用裸管芯类的pin二极管。

一种基于如上任一所述限幅电路的实现方法，采用微组装工艺实现所述限幅电路的结构或采用微电子工艺实现所述限幅电路的结构。

进一步地，如果采用微组装工艺实现电路结构，则pin二极管、隔直电容、偏置电阻、吸收电阻、扼流电感、偏置电感、输入传输线、输出传输线、匹配传输线及金属化接地通孔均集成在陶瓷基片材料上，陶瓷基片材料包括选氧化铝陶瓷或氮化铝陶瓷。

进一步地，如果采用微电子工艺实现，则所述pin二极管、隔直电容、偏置电阻、吸收电阻、扼流电感、偏置电感、输入传输线、输入传输线、匹配传输线及金属化接地通孔均在gaas基片材料上集成制作实现。

本发明的有益效果是：

与现有技术相比，本发明提供了一种结构简单、低插损、低功耗、小型化、可重构的限幅电路及其实现方法，可应用于宽带接收机限幅保护、低噪声接收及通道校准等，实现宽频段限幅保护、低噪声接收及通道校准，有效改善接收机性能。具体的，将限幅电路，吸收式开关和限幅器进行一体化集成设计，其中输入传输线和输出传输线对外起与外部电路互联互通的作用，同时对内实现与内部电路元件之间的互联作用；隔直电容主要作用将内部电路的直流偏置电压与外部隔离开来，起隔直通交作用；pin二极管是微波控制元件，在控制信号高电平时起射频开关作用，在控制信号低电平时起限幅器作用；吸收电阻是微波匹配电阻，在pin二极管导通时连入电路，起阻抗匹配和微波功率吸收的作用；偏置电阻在控制信号高电平时为pin二极管d1～d2提供合适的直流偏置状态；偏置电感l起通直隔交的作用，主要为pin二极管d2提供直流回路；扼流电感l起通直隔交的作用，主要为控制信号提供直流通路，用于控制一体化开关限幅器的工作状态；金属化接地通孔主要起接地作用，构成直流回路；基片材料主要是一体化开关限幅电路的载体；控制信号为pin二极管的控制信号，起控制一体化开关限幅电路工作状态的作用。

在本发明的实施例中，应用到超宽带接收通道中，通过控制信号可将超宽带接收通道工作在接收限幅模式或通道动态校准模式，实现限幅器工作时插损小于1db，承受功率连续波大于2w。

在本发明的实施例中，以gaas半导体材料或陶瓷基片材料为基础，其上集成pin二极管、平板电容、平面电感或线圈电感、传输线、薄膜电阻及接地金属通孔等电路，实现可重构一体化开关限幅电路。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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为传统的阵列化接收机动态校准工作原理框图；

图2为本发明实施例中限幅电路结构示意图；

图3为本发明实施例中限幅电路结构示意图。

具体实施方式

本说明书中所有实施例公开的所有特征，或隐含公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合和/或扩展、替换。

如图1～3所示，一种限幅电路，包括基片材料，基片材料集成有表面电路层、金属化接地通孔和接地金属层，表面电路层与金属化接地通孔连接，金属化接地通孔与接地金属层连接；表面电路层包括pin二极管、隔直电容、偏置电阻、吸收电阻、扼流电感、偏置电感、输入传输线、输出传输线和匹配传输线；在输入传输线12和输入传输线11之间串联有隔直电容c1，在输出传输线21和输出传输线22之间串联有隔直电容c2；在输入传输线12和匹配传输线之间并联pin二极管d1，pin二极管d1的另一端通过金属化接地通孔1与接地金属层连接；在输出传输线22和匹配传输线之间并联有pin二极管d2，pin二极管d2的另一端与吸收电阻r和偏置电感l相连接，吸收电阻r和偏置电感l并联，吸收电阻r的另一端通过金属化接地通孔2与接地金属层连接，偏置电感l的另一端通过金属化通孔3与接地金属层连接；在隔直电容c1和隔直电容c2之间任意位置并联扼流电感l，扼流电感l的另一端与偏置电阻r串联，偏置电阻r的另一端作为外部控制信号输入端；射频信号从输入传输线11输入，从输出传输线21输出，控制信号从偏置电阻r一端输入。

可选的特征，基片材料包括gaas基片材料。

可选的特征，基片材料包括陶瓷基片材料。

可选的特征，隔直电容c1和隔直电容c2均包括平板电容。

可选的特征，吸收电阻r包括薄膜电阻，其阻值应在30欧姆～50欧姆之间。

可选的特征，在gaas基片材料直接集成pin二极管。

可选的特征，在陶瓷基片材料上时，pin二极管采用裸管芯类的pin二极管。

一种基于如上任一限幅电路的实现方法，采用微组装工艺实现限幅电路的结构或采用微电子工艺实现限幅电路的结构。

可选的特征，如果采用微组装工艺实现电路结构，则pin二极管、隔直电容、偏置电阻、吸收电阻、扼流电感、偏置电感、输入传输线、输出传输线、匹配传输线及金属化接地通孔均集成在陶瓷基片材料上，陶瓷基片材料包括选氧化铝陶瓷或氮化铝陶瓷。

可选的特征，如果采用微电子工艺实现，则pin二极管、隔直电容、偏置电阻、吸收电阻、扼流电感、偏置电感、输入传输线、输入传输线、匹配传输线及金属化接地通孔均在gaas基片材料上集成制作实现。

本发明的工作原理如下：

1)当控制信号电平为0v时，pin二极管d1和pin二极管d2均工作在零偏置状态，偏置电阻r、扼流电感l、偏置电感l构成pin二极管d1和pin二极管d2的直流偏置回路，使一体化吸收式开关限幅电路工作在正常的限幅器状态。

2)当控制信号电平为+5v时，偏置电阻r和偏置电感l使pin二极管d1和pin二极管d2工作在导通状态，选择合适偏置电阻r阻值使pin二极管d1和pin二极管d2的偏置电压为0.8v左右，从输入端看过去的理论阻抗近似为导通状态的pin二极管d1的微波电阻，从输出端看过去的理论阻抗为吸收电阻r的阻值加上导通状态的pin二极管d2的微波电阻，导通状态的pin二极管微波阻抗一般为几欧母，此时一体化吸收式开关限幅电路工作在开关关断状态，从输入看过去是全反射状态，从输出端看过去是匹配的50欧姆状态，因此可以实现与后级接收通道的阻抗匹配。

基于上述工作原理分析，本发明采用pin二极管、偏置电路、匹配电路等一体化融合设计方式，能够实现限幅和吸收式开关两种工作状态的重构，实现一种可重构一体化吸收式开关限幅电路，使该电路具备低差损、小型化及低成本等技术特点。

在本发明的具体实施例中，输入传输线、输出传输线及匹配传输线特性阻抗按50欧母特性阻抗设计，输入传输线、输出传输线长度由实际电路布局确定，其长度大小对性能几乎没有影响，匹配传输线长度为工作频段中心频率波长的四分之一。

隔离电容c1和隔离电容c2为平板电容，其容值取决于工作频段，如在0.8～2ghz频段其容值选择在68pf～100pf之间，如在2～6ghz频段其容值选择在22pf～68pf之间，如在6～18ghz频段其容值选择在8.2pf～22pf之间，如在18ghz频段以上其容值选择在8.2pf左右。

pin二极管d1～d2，根据不同的集成方案选择不同形式的pin二极管，如果采用陶瓷基片材料，则应选择裸管芯类的pin二极管，如果采用gaas基片材料则应将pin二极管直接设计在gaas基片上，并和其余电路进行一体化集成。

pin二极管d1～d2的器件参数如导通电压、反向击穿电压、结电容、载流子寿命等参数应根据电路的工作频段、承受功率及通带插损等需求决定。

吸收电阻r应是薄膜电阻，其阻值应在30欧姆～50欧姆之间，具体阻值应结合pin二极管d2的器件参数进行一体设计，吸收电阻r承受功率应在1w量级。

偏置电阻r应是薄膜电阻，其通过电流能力应大于50ma，其阻值r应由pin二极管d1～d2的正向导通电压和导通电流决定，具体公式为r＝(vc-vj)/(i1+i2)，其中vc为控制电压高电平状态(一般为+5v)，vj为pin二极管的正向导通电压(单位为伏)，i1和i2分别为pin二极管d1和pin二极管d2的正向导通电流(单位为安培)。

偏置电感l是为pin二极管d2提供直流偏置回路，其通过电流能力应大于50ma，电感值得大小应由工作频段决定，其实现形式可以是平面电感也可以是线圈电感。

扼流电感l是为整个一体化开关限幅电路提供直流偏置，其通过电流能力应大于50ma，电感值大小应由工作频段决定，其实现形式可以是平面电感也可以是线圈电感。

接地金属通孔集成在基片材料上，将基片表面需接地电路，经垂直金属通孔与基片接地金属层相连，具体孔径大小，可由基片材料的微细加工艺确定。

基片材料根据不同的集成工艺选择不同的基片材料，如果采用微组装工艺集成应选用陶瓷基片如氧化铝陶瓷或氮化铝陶瓷，如果采用微电子工艺应选用gaas基片材料。

控制信号为pin二极管的控制信号，信号电平为0/+5v，此控制信号应具备良好电流驱动能力，即高电平时输出电流驱动能力应大于50ma，低电平时应具备良好的电流通过能力一般大于50ma。

在本发明的其他实施例中，输入传输线和输出传输线对外起与外部电路互联互通作用，同时对内实现与内部电路元件之间的互联作用；隔直电容c1～c2主要作用将内部电路的直流偏置电压与外部电路隔离开来，起隔直通交作用；pin二极管d1～d2是微波控制元件，在控制信号高电平时起射频开关作用，在控制信号低电平时起限幅器作用；吸收电阻r是微波匹配电阻，在pin二极管d2导通时连入电路，起阻抗匹配和微波功率吸收的作用；偏置电阻r是在控制信号高电平时为pin二极管d1～d2提供合适的直流偏置状态；偏置电感l起通直隔交的作用，主要为pin二极管d2提供直流回路；扼流电感l起通直隔交的作用，主要为控制信号提供直流通路，用于控制一体化开关限幅器的工作状态；金属化接地通孔均主要起接地作用，构成直流回路；基片材料主要是一体化开关限幅电路的载体；所述控制信号为pin二极管的控制信号，起控制一体化开关限幅电路工作状态的作用，从而实现电路的可重构功能。

如果采用微组装工艺实现电路结构，则所述pin二极管d1～d2、隔直电容c1～c2、偏置电阻r、吸收电阻r、扼流电感l、偏置电感l、输入/输出传输线、匹配传输线及金属化接地通孔可以集成到陶瓷基片材料上，基片材料可以选氧化铝陶瓷或氮化铝陶瓷。

如果采用微电子工艺实现，则所述pin二极管d1～d2、隔直电容c1～c2、偏置电阻r、吸收电阻r、扼流电感l、偏置电感l、输入/输出传输线、匹配传输线及金属化接地通孔可以集成gaas基片上制作实现。

在本发明的实施例中，图3中所有类似的黑体线仅表示各元件之间的连接关系，不具有对应的实体。

除以上实例以外，本领域技术人员根据上述公开内容获得启示或利用相关领域的知识或技术进行改动获得其他实施例，各个实施例的特征可以互换或替换，本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

本发明功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，在一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)以及相应的软件中执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、或者光盘等各种可以存储程序代码的介质，进行测试或者实际的数据在程序实现中存在于只读存储器(randomaccessmemory，ram)、随机存取存储器(randomaccessmemory，ram)等。