[发明专利]一种时域、频域集成式微波前端高功率微波保护装置

说明书

本发明公开了一种具有时域、频域集成式微波前端高功率微波保护装置，属于微波技术领域。该装置包括矩形波导外壳，矩形波导外壳内沿轴向设置有N对感性膜片，相邻两对感性膜片之间设置有一对容性膜片，容性膜片中位于微波场强最强的3对容性膜片，其相对面的中心位置处分别加载有一对圆锥/圆台电极。本发明在频域上通过加载容性膜片实现保护结构的宽阻带特性；在时域上，通过加载圆锥/圆台电极强场击穿生成的微波等离子体层反射大部分HPM能量，实现微波接收机宽带带内功率防护功能；HPM电磁环境下保护装置限幅隔离度大于20dB，响应时间小于5ns。

技术领域

本发明属于微波技术领域，涉及一种具有时域、频域集成式微波前端高功率微波功率限幅保护装置。

背景技术

高功率微波(HPM)是强电磁脉冲的一种，具有高频率、短脉冲(几十纳秒)和高功率等特点，其频率范围为1～300GHz，峰值功率高于100MW。在现代化军事装备中，通信、雷达系统都是其电子系统重要的组成部分，是整个系统的核心部分，通信、雷达系统中最重要就是无线通信模块中微波接收机部分。典型微波接收机前端配置由接收天线、滤波器、限幅器、低噪放和混频器构成，其中，低噪放和混频器属敏感器件，对外界强电磁波较为敏感，容易受到高功率微波前门攻击。微波前端强电磁脉冲传统保护技术主要有滤波和限幅两种方式，滤波器结构实现接收信号选频，滤除频域带外微波功率；固态限幅电路结构完成链路工作带宽内大功率微波脉冲功率限幅作用，使得通过天线前门耦合方式进入后续微波链路的微波脉冲功率不能对前端敏感器件电路造成电磁脉冲损伤。注意到常规微波前端中滤波器模块和限幅模块布局为串行拓扑，功能上相互独立，无法实现在一个器件中完成大功率微波脉冲信号在时域、频域上兼容性防护功能。

发明内容

鉴于以上技术背景，本发明提出一种具有时域、频域集成式微波前端高功率微波保护装置，该保护结构既具有宽带频域防护能力，又具备带内时域微波能量限幅保护功能，可大幅减少微波前端防护系统体积。

本发明采取的技术方案是：

一种时域、频域集成式微波前端高功率微波限幅保护装置，其特征在于：该装置包括矩形波导外壳，矩形波导外壳内沿轴向设置有N对感性膜片，相邻两对感性膜片之间设置有一对容性膜片；所述N对感性膜片将矩形波导外壳分为N-1个长度不同的谐振腔，其中N的取值为5-12。

所述一对感性膜片为对称设置于矩形波导外壳两窄边的两片尺寸相同的感性膜片。

所述一对容性膜片为对称设置于矩形波导外壳两宽边的两片尺寸相同的容性膜片。

所述容性膜片中位于微波场强最强的3对容性膜片，其相对面的中心位置处分别加载有一对圆锥/圆台电极，从而大幅增强谐振区域局部微波场强，达到显著降低谐振结构的微波功率击穿阈值。

进一步的，所述N对感性膜片为金属感性膜片，其厚度相同，每一对感性膜片两片之间的距离不同。

进一步的，容性膜片为金属容性膜片，且每个谐振腔加载的容性膜片的厚度不同。

进一步的，所述感性膜片、容性膜片的材料与矩形波导外壳材料相同。

本发明的一种时域、频域集成式微波前端高功率微波(HPM)保护结构，在频域上通过加载容性膜片实现保护结构的宽阻带特性，40dB阻带抑制度可覆盖4次谐波频率范围，通过带外信号强反射实现HPM电磁环境下微波接收机宽带带外功率防护功能；在时域上，通过容性膜片上加载的圆锥/圆台电极强场击穿生成的微波等离子体层反射大部分HPM能量，实现微波接收机宽带带内功率防护功能。HPM电磁环境下保护装置限幅隔离度大于20dB，响应时间小于5ns。通过调整一对圆锥电极之间的间距可进一步增大保护装置限幅隔离度和降低响应时间。

本发明与现有技术相比优点是：

1.将限幅器的防护功能和滤波器的滤波功能集成到本发明中，实现了大功率微波信号时域、频域防护一体化设计。