一种三维波导型功率选择结构

本发明涉及射频电路设计，特别是一种三维波导型功率选择结构。

背景技术：

1、在射频系统中，功率选择结构是用来防护大功率信号照射时，射频器件被超高的感应场强和温度破坏的情况。如今，二维结构或是多层级联的功率选择结构被广泛研究，其基本结构设计都是通过在频率选择表面的基础上添加pin二极管或是肖特基二极管来实现开关特性。描述功率选择结构的主要指标有：1）小功率时的通带带宽；2）大功率时的抑制带宽；3）小功率时的插入损耗；4）大功率时的屏蔽效能。

2、公开的功率选择结构根据结构不同，有以下几类：

3、1）申请号为202110409183.2的中国专利公开了一种双频功率选择结构，在介质基板上表面印刷有两个平行相对设置的长方形的金属环周期单元结构,在c波段(5.4～6.0ghz)和s波段(2.6～2.8 ghz)实现了双频带。但该结构在大功率信号照射下，在3-4ghz内依旧存在通带，这没有形成宽频带的抑制。

4、2）申请号为202210447146.5的中国专利申请公开了一种基于多层结构的超宽带功率选择结构，在三层具有一定间距的介质基板上表面印刷带有二极管的金属结构，实现了6-10ghz频带内插损小于1db的通带，2-16ghz频带内10db以上的屏蔽效能。该结构实现了超宽带的抑制，但结构较为复杂，所用二极管较多，抑制频带还未能覆盖常用的微波频段。

5、3）期刊微博学报公开了一篇名为“波导型能量选择电磁防护器件设计与实现”的论文，论文所描述的结构在波导的上下内壁上加装了加载了pin二极管的超表面阵列，在1.8-2.2ghz的频带内，小功率下插入损耗小于1.5db，大功率下屏蔽效能不低于10db。该结构的抑制频带很小，屏蔽效能不高。

6、综上所述，公开的功率选择结构在以下方面有待提高：1）所设计结构的抑制频带太小，不能覆盖常用的微波频段；2）小功率下带插入损耗基本都小于1db，但屏蔽效能一般都只是不小于10db，未能达到更高性能的屏蔽；3）都只考虑了大/小功率下的结构的开关特性，没有考虑到结构是否会被击穿，是否会被高温破坏结构的情况。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种三维波导型功率选择结构，本发明具有宽抑制频带、高选择性、具有耐击穿性和耐高温性的优点。

2、本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

3、根据本发明提出的一种三维波导型功率选择结构，包括n个三维单元结构，三维单元结构包括空心金属波导腔和至少1个插入空心金属波导腔的介质板，介质板上印刷有平面电路，三维单元结构沿着空心金属波导腔的金属壁的垂直方向周期延拓，n个三维单元结构组成周期阵列，其中，n≥9。

4、作为本发明所述的一种三维波导型功率选择结构进一步优化方案，平面电路是加载了二极管的电路。

5、作为本发明所述的一种三维波导型功率选择结构进一步优化方案，平面电路是金属贴片电路，还包括二极管，金属贴片电路与二极管连接。

6、作为本发明所述的一种三维波导型功率选择结构进一步优化方案，二极管是pin二极管、肖特基二极管或变容二极管。

7、作为本发明所述的一种三维波导型功率选择结构进一步优化方案，空心金属波导腔的内、外口径是正方形口径或矩形口径，三维单元结构沿着空心金属波导腔的四个金属壁的垂直方向，进行周期延拓。

8、作为本发明所述的一种三维波导型功率选择结构进一步优化方案，空心金属波导腔的金属壁厚度在0.01mm-10mm之间。

9、作为本发明所述的一种三维波导型功率选择结构进一步优化方案，介质板插入金属波导腔的方式是平行于上下金属壁进行插入、垂直于上下金属壁进行插入、倾斜任意角度进行插入或是以上任意方式的组合进行插入。

10、一种三维波导型功率选择结构，包括n个三维单元结构，三维单元结构包括空心金属波导腔和1个插入空心金属波导腔的介质板，介质板位于金属波导腔的中心，介质板的一面贴有两对金属贴片，两对金属贴片分别紧贴着介质板的前后边，每对金属贴片包括两个金属贴片、两个金属贴片之间还设有二极管元件；三维单元结构沿着空心金属波导腔的金属壁的垂直方向周期延拓，n个三维单元结构组成周期阵列，其中，n≥9。

11、一种三维波导型功率选择结构，包括n个三维单元结构，三维单元结构包括空心金属波导腔和两块插入空心金属波导腔的介质板，两块介质板插入空心金属波导腔的方式分别是垂直和水平于空心金属波导腔的底部，两块介质板位于金属波导腔的中心位置，水平插入的介质板的前端与金属波导腔的前端相齐、后端与金属波导腔的后端之间有间距；垂直插入的介质板的前端与金属波导腔的前端之间有间距、后端与金属波导腔的后端相齐；在两个介质板的一面均贴有两对通过二极管相连接的金属贴片，这两对金属贴片分别紧贴着介质板的前端、后端。

12、本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

13、（1）通过采用波导腔的三维结构，有着比传统二维功率选择结构更好的耐击穿型和耐高温性，让结构能够更好，更持久地抑制大功率信号；

14、（2）本发明加载二极管的三维波导型功率选择结构有着更广的大功率信号抑制带宽，能屏蔽掉大部分常用波段的大功率信号；

15、（3）可进一步增加插入介质板的个数，更改插入的方式和介质板表面印刷的电路，以实现多极化，多频带的小功率带通特性。

技术特征：

1.一种三维波导型功率选择结构，其特征在于，包括n个三维单元结构，三维单元结构包括空心金属波导腔和至少1个插入空心金属波导腔的介质板，介质板上印刷有平面电路，三维单元结构沿着空心金属波导腔的金属壁的垂直方向周期延拓，n个三维单元结构组成周期阵列，其中，n≥9。

2.根据权利要求1所述的一种三维波导型功率选择结构，其特征在于，平面电路是加载了二极管的电路。

3.根据权利要求1所述的一种三维波导型功率选择结构，其特征在于，平面电路是金属贴片电路，还包括二极管，金属贴片电路与二极管连接。

4.根据权利要求2-3中任意一项所述的一种三维波导型功率选择结构，其特征在于，二极管是pin二极管、肖特基二极管或变容二极管。

5.根据权利要求1所述的一种三维波导型功率选择结构，其特征在于，空心金属波导腔的内、外口径是正方形口径或矩形口径，三维单元结构沿着空心金属波导腔的四个金属壁的垂直方向，进行周期延拓。

6.根据权利要求1所述的一种三维波导型功率选择结构，其特征在于，空心金属波导腔的金属壁厚度在0.01mm-10mm之间。

7.根据权利要求1所述的一种三维波导型功率选择结构，其特征在于，介质板插入金属波导腔的方式是平行于上下金属壁进行插入、垂直于上下金属壁进行插入、倾斜任意角度进行插入或是以上任意方式的组合进行插入。

8.一种三维波导型功率选择结构，其特征在于，包括n个三维单元结构，三维单元结构包括空心金属波导腔和1个插入空心金属波导腔的介质板，介质板位于金属波导腔的中心，介质板的一面贴有两对金属贴片，两对金属贴片分别紧贴着介质板的前后边，每对金属贴片包括两个金属贴片、两个金属贴片之间还设有二极管元件；三维单元结构沿着空心金属波导腔的金属壁的垂直方向周期延拓，n个三维单元结构组成周期阵列，其中，n≥9。

9.一种三维波导型功率选择结构，其特征在于，包括n个三维单元结构，三维单元结构包括空心金属波导腔和两块插入空心金属波导腔的介质板，两块介质板插入空心金属波导腔的方式分别是垂直和水平于空心金属波导腔的底部，两块介质板位于金属波导腔的中心位置，水平插入的介质板的前端与金属波导腔的前端相齐、后端与金属波导腔的后端之间有间距；垂直插入的介质板的前端与金属波导腔的前端之间有间距、后端与金属波导腔的后端相齐；在两个介质板的一面均贴有两对通过二极管相连接的金属贴片，这两对金属贴片分别紧贴着介质板的前端、后端。

技术总结
本发明公开了一种三维波导型功率选择结构，涉及射频电路设计技术领域，包括N个三维单元结构，三维单元结构包括空心金属波导腔和至少1个插入空心金属波导腔的介质板，介质板上印刷有平面电路，三维单元结构沿着空心金属波导腔的金属壁的垂直方向周期延拓，N个三维单元结构组成周期阵列，其中，N≥9。本发明具有宽抑制频带、高选择性、具有耐击穿性和耐高温性的优点。

技术研发人员：韩叶,李波,陈家俊,章金洲
受保护的技术使用者：南京邮电大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14