一種提高微帶型快沿雙指數脈衝源輸出功率的裝置製造方法

2023-07-01 19:14:16 1

一種提高微帶型快沿雙指數脈衝源輸出功率的裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種提高微帶型快沿雙指數脈衝源輸出功率的裝置，涉及微波電子【技術領域】。包括同步觸發電路、第一脈衝源、第二脈衝源和功率合成器，同步觸發電路的輸出端分別與第一脈衝源和第二脈衝源的輸入端連接，功率合成器為帶有兩路信號傳輸線路的基片，信號傳輸線路為設在基片上的兩條相同對稱布置的微帶線，兩路微帶線帶有共同的輸出端，第一脈衝源和第二脈衝源也設在所述基片上，其輸出端分別與兩路微帶線各自的輸入端連接，兩路微帶線與脈衝源、共同的輸出端的阻抗均匹配，微帶線由從輸入端到輸出端首尾相互連接且阻抗值依次變大的多節分線體組成，所述兩條微帶線之間還設有隔離電阻。該裝置實現了兩路合成信號線路的高隔離高效率低反射的合成。
【專利說明】一種提高微帶型快沿雙指數脈衝源輸出功率的裝置

【技術領域】
[0001] 本發明涉及微波電子【技術領域】。

【背景技術】
[0002] 在電磁兼容試驗中，需要研製脈衝源來模擬幹擾源，並以此來評估設備或者器件 的電磁脈衝抗擾度或敏感性，脈衝源輸出脈衝的峰值電壓(或峰值功率)、穩定度、重複頻 率、前沿陡度、脈衝寬度等都是脈衝源的關鍵指標。近年來，由於半導體固態開關具有穩定 性高、開關速度快、重複頻率高、體積小的優點，使得其在脈衝功率領域得到了廣泛的研究。 而且，為了減小迴路電感，提高輸出脈衝前沿陡度，以及更加的小型化，很多半導體高速開 關做成了貼片型，由此類貼片型開關做成的脈衝源一般為高頻微帶電路形式，但是，相對於 火花隙開關，此類半導體開關的耐壓值低，輸出脈衝功率低，因此提高此類脈衝源的輸出功 率十分重要。
[0003] 目前，現有提高此類脈衝源輸出功率有兩種方法，一個是利用更多級數的Marx電 路級聯來提高脈衝源本身的輸出電壓來實現，但是，級數太多勢必會影響輸出脈衝的穩定 性，而在電磁兼容試驗中，高穩定性才是首要指標；另一種是對多個脈衝電路利用功率合成 器進行功率合成，但由於此類脈衝源的輸出脈衝為快沿脈衝，具有納秒或亞納秒級的上升 沿，頻譜覆蓋DC?GHz甚至更寬範圍，而普通的單節功率合成器只對窄帶信號有較好的合 成效果，對於寬帶信號會造成較大的反射和波形失真。
[0004] 因此如何不失真的實現其輸出功率的提高，實現兩路信號的高隔離度、低反射的 高效率合成，有必要提出一種行之有效的實現裝置。


【發明內容】

[0005] 本發明要解決的技術問題是提供一種提高微帶型快沿雙指數脈衝源輸出功率的 裝置，該裝置實現了兩路合成信號線路的高隔離度，降低了合成線路對脈衝源信號的反射 率，實現了兩路信號高效率低反射的合成，採用統一布線，統一製作電路基片，實現了所有 電路共地，分線體為U形布置，使整個傳輸線路呈類似蛇形分布結構，減小了信號傳輸造成 的信號不連續性。
[0006] 為解決上述問題本發明採取的技術方案是：一種提高微帶型快沿雙指數脈衝源輸 出功率的裝置，其特徵在於：包括同步觸發電路、第一脈衝源、第二脈衝源和功率合成器，所 述第一脈衝源和第二脈衝源相同，所述同步觸發電路的輸出端分別與第一脈衝源和第二脈 衝源的輸入端連接，所述功率合成器為帶有兩路信號傳輸線路的基片，所述信號傳輸線路 為設在基片上的兩條相同的微帶線，所述的兩條微帶線對稱布置，所述兩路微帶線帶有共 同的輸出端，所述第一脈衝源和第二脈衝源也設在所述基片上，所述第一脈衝源和第二脈 衝源的輸出端分別與兩路微帶線各自的輸入端連接，所述兩路微帶線各自的輸入端和共同 的輸出端的阻抗均與第一脈衝源匹配，所述微帶線由從輸入端到輸出端首尾相互連接且阻 抗值依次變大的多節分線體組成，所述兩條微帶線之間還設有隔離電阻。
[0007] 優選的，所述隔離電阻位於兩條微帶線上阻抗值相同的兩個分線體之間，所述隔 離電阻為高頻薄膜電阻，所述兩路微帶線的共同輸出端採用N型接頭。
[0008] 優選的，所述分線體呈U形，所述分線體首尾相互連接，所述隔離電阻位於兩個分 線體上相鄰的兩個U形彎之間。
[0009] 優選的，所用基片為聚四氟乙烯玻璃纖維敷銅板，厚度為1mm，介電常數為2. 55， 所述兩條微帶線的輸入端和共同輸出端的阻抗值為50 Ω，所述輸入端的微帶線長度為 5. 1mm，寬度為2. 8mm，輸出端微帶線的長度為19. 1mm，寬度為2. 8mm ;所述分線體的數量為 七節，第一節分線體的長度為65. 02mm，寬度為2. 26mm，阻抗值為56. 4 Ω，第二節分線體 的長度為65. 27mm，寬度為2. 02mm，阻抗值為60. 3 Ω，第三節分線體的長度為65. 58mm，寬 度為1. 77mm，阻抗值為65. 1 Ω，第四節分線體的長度為65. 91mm，寬度為1. 52mm，阻抗值 為70. 7 Ω，第五節分線體的長度為66. 25mm，寬度為1. 29mm，阻抗值為76. 8 Ω，第六節分 線體的長度為66. 58mm,寬度為1. lmm,阻抗值為83. 0 Ω，第七節分線體的長度為66. 86mm, 寬度為〇. 95mm，阻抗值為88. 7 Ω。
[0010] 優選的，兩條第一節分線體之間的隔離電阻R1為442 Ω，兩條第二節分線體之間 的隔離電阻R2為616 Ω，兩條第三節分線體之間的隔離電阻R3為446 Ω，兩條第四節分線 體之間的隔離電阻R4為320 Ω，兩條第五節分線體之間的隔離電阻R5為218 Ω，兩條第六 節分線體之間的隔離電阻R6為130 Ω，兩條第七節分線體之間的隔離電阻R7為248 Ω。 [0011] 採用上述技術方案所產生的有益效果在於：為解決快沿電磁脈衝源和功率合成器 的阻抗不匹配造成的高頻反射問題，兩條信號傳輸線路輸入端以及共同輸出端的阻抗與 兩個脈衝源均需設置成匹配，使反射率降到最低，當兩條微帶線合併的時候其並聯阻抗值 會減半，所以在合併前兩條微帶線的阻抗要高於輸出端阻抗，微帶線的阻抗是由其線寬決 定的，線寬越小阻抗越大，這樣就必須沿著從輸入端到輸出端的方向使微帶線的線寬逐漸 變小，採用漸變形式設計，使微帶線的阻抗不至於瞬間大幅降低而產生一個大的反射，漸變 形式的設計有效的降低了對脈衝源信號的反射率，採用統一布線，統一製作電路基片，脈衝 源和微帶線設在同一塊基片上，以確保它們之間的埠無縫連接，保證微帶線輸入端埠 處的阻抗匹配，並將其放置在金屬屏蔽盒中，實現了所有電路共地，本發明基於功率合成器 設計原理，研製了適合超寬帶高頻雙指數脈衝信號功率合成的寬度漸變式的七節分線體， 實現了超寬帶信號低反射高功率合成，採用了蛇形微帶線結構，減小了信號傳輸造成的信 號不連續性。為了實現兩路分信號的隔離，在兩條微帶線之間加上了隔離電阻。此外，所述 裝置的體積小，全固態，模塊化，易於進行更高功率的合成，具有較好的推廣和使用前景。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012] 下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細的說明： 圖1本發明的連接結構示意圖； 其中，1、同步觸發電路，2、第一脈衝源，3、第二脈衝源，4、基片，5、第一節分線體，6、第 二節分線體，7、第三節分線體，8、第四節分線體，9、第五節分線體，10、第六節分線體，11、第 七節分線體。

【具體實施方式】
[0013] 如圖1所示：包括同步觸發電路1、第一脈衝源2、第二脈衝源3和功率合成器，所 述第一脈衝源2和第二脈衝源3相同，所述同步觸發電路1的輸出端分別與第一脈衝源2 和第二脈衝源3的輸入端連接，所述功率合成器為帶有兩路信號傳輸線路的基片4,所述信 號傳輸線路為設在基片4上的兩條相同的微帶線，所述的兩條微帶線對稱布置，所述兩路 微帶線帶有共同的輸出端，所述第一脈衝源2和第二脈衝源3也設在所述基片4上，所述第 一脈衝源2和第二脈衝源3的輸出端分別與兩路微帶線各自的輸入端連接，所述兩路微帶 線各自的輸入端和共同的輸出端的阻抗均與第一脈衝源2、第二脈衝源3匹配，所述微帶線 由從輸入端到輸出端首尾相互連接且阻抗值依次變大的多節分線體組成，所述兩條微帶線 之間還設有隔離電阻。
[0014] 首先脈衝源發出脈衝信號，脈衝源的阻抗、兩條微帶線的輸入端以及共同輸出端 的阻抗均為50 Ω，由於用於傳輸的微帶線具有特性阻抗，線寬越小，阻抗越大，如果微帶線 的阻抗值與脈衝源的阻抗值匹配的話則基本無反射，所以將微帶線輸入端的阻抗值和共同 輸出端的阻抗值均設置為與脈衝源匹配，如果在信號傳輸的過程中出現阻抗值的變化則會 出現反射，由於公共的輸出端是由兩條微帶線合成的，合成後的阻抗是由兩支路特性阻抗 並聯得到的，並聯後阻抗值減半，為了使兩支路並聯後的共同輸出端達到與脈衝源阻抗相 匹配的50 Ω，所以每條支路的末端分線體阻抗要設置成約為共同輸出端阻值的兩倍，也就 是末端分線體線寬比輸出端線寬要小，所以兩條微帶線的線寬從輸入端到共同輸出端要實 現變小的過程，為了避免線寬的瞬間變小所帶來的阻抗瞬間變大而形成的反射率瞬間變大 的問題，本技術方案中將兩條微帶線的線寬採用了多節分線體線寬逐漸變小的設計方案， 這樣既實現了脈衝源的阻抗值和微帶線的輸入端以及共同輸出端的阻抗匹配，又最大限度 的降低了在線寬變化過程中的反射率。這種設計是最有效的降低反射率的方式。
[0015] 第一脈衝源2和第二脈衝源3為相同的脈衝源，並且兩者的輸入端均與同步觸發 電路1連接，能夠保證兩者同時觸發脈衝信號，兩個脈衝源與功率合成器共同設置在一塊 基片4上，保證了兩者的輸出端和功率合成器之間無縫連接，這樣不至於影響功率合成器 輸入端的阻抗值。
[0016] 所述隔離電阻連接在兩條微帶線上阻抗值相同的兩個分線體之間，所述隔離電阻 為高頻薄膜電阻，所述兩路微帶線的共同輸出端採用N型接頭，所述分線體呈U形，所述分 線體首尾相互連接，所述隔離電阻位於兩個分線體上相鄰的兩個U形彎之間。合成信號的 輸出端外接N型接頭，以保證在高壓下使信號無失真輸出。兩條微帶線在基片上呈蛇形分 布，減小了信號傳輸造成的信號不連續性，並節省了空間，由於為U形線體首尾連接所形成 的蛇形形狀，且兩條微帶線又是對稱分布的，所以隔離電阻設在了每兩條微帶線距離最近 的兩個U形彎之間，保證了兩路信號線路的高隔離度。
[0017] 所用基片4為聚四氟乙烯玻璃纖維敷銅板，厚度為1mm，介電常數為2. 55,所述兩 條微帶線的輸入端的阻抗值為50 Ω，所述輸入端的微帶線長度為5. 1_，寬度為2. 8_，輸 出端微帶線的長度為19. 1mm，寬度為2. 8mm ;所述分線體的數量為七節，第一節分線體5的 長度為65. 02mm，寬度為2. 26mm，第二節分線體6的長度為65. 27mm，寬度為2. 02mm，第三 節分線體7的長度為65. 58mm，寬度為1. 77mm，第四節分線體8的長度為65. 91mm，寬度 為1. 52mm,第五節分線體9的長度為66. 25mm,寬度為1. 29mm,第六節分線體10的長度為 66. 58mm,寬度為1. lmm,第七節分線體11的長度為66. 86mm,寬度為0. 95mm。因為在現 有技術中對於一般的高頻傳輸線路阻抗為50Ω，所以設置了微帶線輸入端和輸出端的阻抗 值也為50 Ω，以上列舉了從第一節分線體5到第七節分線體11各自的線長和線寬，經過大 量的仿真計算和實驗得出當各節分線體的阻抗分別為輸入/輸出埠特性阻抗的1. 1274、 1. 2051、1. 3017、1. 4142、1. 5364、1. 6597、1. 7740倍時微帶線整體的反射率是最低的，所以 各段分線體的線寬根據此阻抗值以及介質板的厚度和介電常數計算得到如上述的各節分 線體的線寬，而各節分線體的長度近似取65或66mm上下。
[0018] 兩條第一節分線體5之間的隔離電阻R1為442 Ω，兩條第二節分線體6之間的 隔離電阻R2為616 Ω，兩條第三節分線體7之間的隔離電阻R3為446 Ω，兩條第四節分線 體8之間的隔離電阻R4為320 Ω，兩條第五節分線體9之間的隔離電阻R5為218 Ω，兩條 第六節分線體10之間的隔離電阻R6為130 Ω，兩條第七節分線體11之間的隔離電阻R7 為 248Ω。此是以輸入 / 輸出端 口特性阻抗的 8. 8496、12. 3299、8. 9246、6. 3980、4. 3516、 2. 5924、4. 9652倍而得來的。
[0019] 為解決快沿電磁脈衝源和功率合成器的阻抗不匹配造成的高頻反射問題，兩條 信號傳輸線路輸入端以及共同輸出端的阻抗與兩個脈衝源均需設置成匹配，使反射率降到 最低，當兩條微帶線合併的時候其並聯阻抗值會減半，所以在合併前兩條微帶線的阻抗要 高於輸出端阻抗，微帶線的阻抗是由其線寬決定的，線寬越小阻抗越大，這樣就必須沿著從 輸入端到輸出端的方向使微帶線的線寬逐漸變小，採用漸變形式設計，使微帶線的阻抗不 至於瞬間大幅降低而產生一個大的反射，漸變形式的設計有效的降低了對脈衝源信號的反 射率，採用統一布線，統一製作電路基片，脈衝源和微帶線設在同一塊基片上，以確保它們 之間的埠無縫連接，保證微帶線輸入端埠處的阻抗匹配，並將其放置在金屬屏蔽盒中， 實現了所有電路共地，本發明基於功率合成器設計原理，研製了適合超寬帶高頻雙指數脈 衝信號功率合成的寬度漸變式的七節分線體，實現了超寬帶信號低反射高功率合成，採用 了蛇形微帶線結構，減小了信號傳輸造成的信號不連續性。為了實現兩路分信號的隔離，在 兩條微帶線之間加上了隔離電阻。此外，所述裝置的體積小，全固態，模塊化，易於進行更高 功率的合成，具有較好的推廣和使用前景。
【權利要求】
1. 一種提高微帶型快沿雙指數脈衝源輸出功率的裝置，其特徵在於：包括同步觸發電 路（1)、第一脈衝源（2)、第二脈衝源（3)和功率合成器，所述第一脈衝源（2)和第二脈衝源 (3)相同，所述同步觸發電路（1)的輸出端分別與第一脈衝源（2)和第二脈衝源（3)的輸入 端連接，所述功率合成器為帶有兩路信號傳輸線路的基片（4)，所述信號傳輸線路為設在基 片（4)上的兩條相同的微帶線，所述的兩條微帶線對稱布置，所述兩路微帶線帶有共同的輸 出端，所述第一脈衝源（2)和第二脈衝源（3)也設在所述基片（4)上，所述第一脈衝源（2)和 第二脈衝源（3)的輸出端分別與兩路微帶線各自的輸入端連接，所述兩路微帶線各自的輸 入端和共同的輸出端的阻抗均與第一脈衝源（2)匹配，所述微帶線由從輸入端到輸出端首 尾相互連接且阻抗值依次變大的多節分線體組成，所述兩條微帶線之間還設有隔離電阻。
2. 根據權利要求1所述的一種提高微帶型快沿雙指數脈衝源輸出功率的裝置，其特徵 在於：所述隔離電阻位於兩條微帶線上阻抗值相同的兩個分線體之間，所述隔離電阻為高 頻薄膜電阻，所述兩路微帶線的共同輸出端採用N型接頭。
3. 根據權利要求2所述的一種提高微帶型快沿雙指數脈衝源輸出功率的裝置，其特徵 在於：所述分線體呈U形，所述分線體首尾相互連接，所述隔離電阻位於兩個分線體上相鄰 的兩個U形彎之間。
4. 根據權利要求3所述的一種提高微帶型快沿雙指數脈衝源輸出功率的裝置，其特徵 在於：所用基片（4)為聚四氟乙烯玻璃纖維敷銅板，厚度為1mm，介電常數為2. 55,所述兩條 微帶線的輸入端和共同輸出端的阻抗值為50 Ω，所述輸入端的微帶線長度為5. 1mm，寬度 為2. 8mm，輸出端微帶線的長度為19. 1mm，寬度為2. 8mm ;所述分線體的數量為七節，第一節 分線體（5)的長度為65. 02mm，寬度為2. 26mm，阻抗值為56. 4 Ω，第二節分線體（6)的長度 為65. 27mm，寬度為2. 02mm，阻抗值為60. 3 Ω，第三節分線體（7)的長度為65. 58mm，寬度 為1. 77mm，阻抗值為65. 1 Ω，第四節分線體（8)的長度為65. 91mm，寬度為1. 52mm，阻抗 值為70. 7 Ω，第五節分線體（9)的長度為66. 25mm，寬度為1. 29mm，阻抗值為76. 8 Ω，第六 節分線體（10)的長度為66. 58mm，寬度為1. 1mm，阻抗值為83. 0Ω，第七節分線體（11)的 長度為66. 86mm，寬度為0. 95mm，阻抗值為88. 7 Ω。
5. 根據權利要求4所述的一種提高微帶型快沿雙指數脈衝源輸出功率的裝置，其特徵 在於：兩條第一節分線體（5)之間的隔離電阻R1為442Ω，兩條第二節分線體（6)之間的 隔離電阻R2為616 Ω，兩條第三節分線體（7)之間的隔離電阻R3為446 Ω，兩條第四節分 線體（8)之間的隔離電阻R4為320 Ω，兩條第五節分線體（9)之間的隔離電阻R5為218 Ω， 兩條第六節分線體（10)之間的隔離電阻R6為130 Ω，兩條第七節分線體（11)之間的隔離 電阻R7為248Ω。
【文檔編號】H03K19/0175GK104104364SQ201410352244
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年7月23日 優先權日:2014年7月23日
【發明者】周星, 趙敏, 王慶國, 楊清熙, 範麗思, 張希軍, 程二威, 潘曉東 申請人:中國人民解放軍軍械工程學院