一种同轴型宽带大功率防护模块的制作方法

1.本技术涉及电磁防护技术领域，特别是涉及一种同轴型宽带大功率防护模块。


背景技术：

2.随着电磁脉冲源技术的发展，超宽带辐射源和高功率辐射源逐渐出现在公众视野。超带宽辐射源和高功率辐射源等辐射功率高，瞬时辐射峰值功率超过100mw，严重威胁军/民用信息系统安全。天线作为电磁波收发的主要端口，是强电磁能量耦合的重要通道，从天线涌入的电磁波能量将会给天线后端低噪放、混频器等敏感器件带来致命威胁。针对高功率辐照下，信息系统“前门”的防护需求越来越迫切。
3.现有接收支路电磁能量防护器件主要是限幅器，限幅器能够将输出信号幅度限定在安全范围内。
4.然而，随着空间辐射场能量越来越高，传统大功率限幅器已难以有效应对，无法满足强电磁防护需求。


技术实现要素：

5.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种同轴型宽带大功率防护模块，能够有效抵挡强电磁能量的冲击，实现信息系统“前门”强射频场的有效防护。
6.一种同轴型宽带大功率防护模块，包括：输入端口、输出端口、空心的外壳、内芯以及介质层；
7.所述外壳的一端与所述输入端口相连，另一端与所述输出端口相连；所述介质层设在所述外壳的一个横截面上；所述内芯与所述外壳同轴，所述内芯的一端与所述输入端口相连，另一端穿过所述介质层的中心后与所述输出端口相连；
8.所述介质层上设有二极管，所述二极管与所述内芯和所述外壳电连接。
9.在一个实施例中，所述介质层包括：介质基板以及设在所述介质基板上的金属贴片和金属地；
10.所述金属贴片朝向所述输入端口，所述金属地朝向所述输出端口；
11.所述二极管设在所述金属贴片上。
12.在一个实施例中，所述输入端口、所述输出端口、所述外壳、所述内芯以及所述介质层均为回转体结构；
13.所述金属贴片包括多个条形的金属带，每个金属带均设在所述介质基板的径向上，所述金属带的一端与所述内芯相连，另一端与所述外壳相连；
14.所述金属带与所述二极管一一对应，每一所述二极管设在对应所述金属带上。
15.在一个实施例中，所述二极管关于所述内芯呈旋转对称分布。
16.在一个实施例中，所述金属带的数量为四个，且构成十字架结构。
17.在一个实施例中，所述内芯包括：依次首尾相连的第一段、第二段、第三段、第四段以及第五段；
18.所述第一段与所述输入端口相连，所述第二段的半径沿信号的传输方向逐渐增大，所述第三段呈圆柱结构，所述第四段的半径沿信号的传输方向逐渐减小，所述第五段与所述输出端口相连。
19.在一个实施例中，所述输入端口和所述输出端口均采用50欧姆阻抗接头。
20.在一个实施例中，所述输出端口包括：第一部分与第二部分；
21.所述第二部分套设在所述第一部分的外侧，且所述第二部分内壁的顶部与所述第一部分外壁的底部抵接相连。
22.在一个实施例中，所述金属带上设有贯穿所述介质基板的通孔，所述通孔的孔壁上设有金属层。
23.在一个实施例中，所述二极管为pin二极管，所述pin二极管的正极与所述内芯相连，负极与所述外壳相连。
24.上述同轴型宽带大功率防护模块，在外壳的一个横截面上设置了介质层，并在介质层上设置了二极管，多个二极管并联；当正常工作信号(拟安装设备正常工作时流过防护模块的信号)传入防护模块时，信号依次经过输入端口和内芯后到达pin二极管并联阵列，由于信号能量无法使pin二极管阵列导通，信号经过内芯后正常传输至输出端口，工作信号在传输过程中的损耗较小；当强电磁信号(能够损伤防护模块后端敏感部件如低噪声放大器的信号)涌入防护模块时，信号依次经过输入端口和内芯后到达pin二极管并联阵列，信号能量使pin二极管阵列导通，大部分信号在并联pin二极管阵列处被反射，使能量经过二极管被泄放到金属外壳，仅有极少部分信号经过内芯后正常传输至输出端口，整个防护模块的耐受功率得到极大提升；本实施例中的防护模块具有高频特性，可以应对空间辐射场的高频能量辐射，有效抵挡强电磁能量的冲击，实现信息系统“前门”强射频场的有效防护。
附图说明
25.图1为一个实施例中同轴型宽带大功率防护模块的立体示意图；
26.图2为一个实施例中同轴型宽带大功率防护模块沿轴向即aa’的剖视图；
27.图3为一个实施例中同轴型宽带大功率防护模块沿横截面即bb’的剖视图；
28.图4为一个实施例中同轴型宽带大功率防护模块的传输特性曲线仿真图。
29.附图标记：
30.输入端口1，输出端口2，外壳31，内芯32，介质基板331，金属贴片332，金属地333，二极管334，金属过孔335。
具体实施方式
31.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
32.需要说明，本技术实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
33.另外，在本技术中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“多组”的含义是至少两组，例如两组，三组等，除非另有明确具体的限定。
34.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是物理连接或无线通信连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
35.另外，本技术各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本技术要求的保护范围之内。
36.本技术提供了一种同轴型宽带大功率防护模块，如图1至图3所示，在一个实施例中，包括：输入端口1、输出端口2、空心的外壳31、内芯32以及介质层。
37.输入端口1和输出端口2均与敏感器件(即需要防护的器件)相连。
38.外壳31的一端与输入端口1相连，另一端与输出端口2相连，即：输入端口1、外壳31以及输出端口2依次相连。至于具体的连接方式，属于现有技术，在此不再赘述。
39.介质层设在外壳31的一个横截面上；优选地，介质层包括：介质基板331以及设在介质基板331上的金属贴片332和金属地333；金属贴片332朝向输入端口1，金属地333朝向输出端口2。
40.内芯32与外壳31同轴，且由实心材料制成；内芯32的一端与输入端口1相连，另一端穿过介质层的中心后与输出端口2相连。
41.介质层的金属贴片332上设有二极管334，二极管334与内芯32和外壳31电连接；优选地，二极管334为pin二极管，各个二极管的方向一致，例如：pin二极管的正极(即p极)与内芯相连，负极(即n极)与外壳相连。
42.需要说明：以输入端口到输出端口的方向为信号的传输方向；输入端口、输出端口、外壳以及内芯可以均由金属材料制成。
43.上述同轴型宽带大功率防护模块，在外壳的一个横截面上设置了介质层，并在介质层上设置了二极管，多个二极管并联；当正常工作信号(拟安装设备正常工作时流过防护模块的信号)传入防护模块时，信号依次经过输入端口和内芯后到达pin二极管并联阵列，由于信号能量无法使pin二极管阵列导通，信号经过内芯后正常传输至输出端口，工作信号在传输过程中的损耗较小；当强电磁信号(能够损伤防护模块后端敏感部件如低噪声放大器的信号)涌入防护模块时，信号依次经过输入端口和内芯后到达pin二极管并联阵列，信号能量使pin二极管阵列导通，大部分信号在并联pin二极管阵列处被反射，使能量经过二极管被泄放到金属外壳，仅有极少部分信号经过内芯后正常传输至输出端口，整个防护模块的耐受功率得到极大提升；本实施例中的防护模块具有高频特性，可以应对空间辐射场的高频能量辐射，有效抵挡强电磁能量的冲击，实现信息系统“前门”强射频场的有效防护。
44.优选地，输入端口1、输出端口2、外壳31、内芯32以及介质层均为回转体结构；金属贴片332包括多个条形的金属带，每个金属带均设在介质基板331的径向上，金属带的一端
与内芯32相连，另一端与外壳31相连；金属带与二极管334一一对应，每一个二极管设在对应金属带上。
45.本实施例中金属带与二极管的数量是一一对应的，每个金属带上都设有一个，但是金属带以及二极管的数量和夹角不做限制，可以根据实际情况中的防护对象进行详细设计。
46.进一步优选地，二极管334关于内芯呈旋转对称分布；例如：金属带(二极管)的数量为4-8个，相邻的金属带(二极管)之间的角度可以是120
°
、90
°
或60
°
等。
47.本实施例采用旋转对称并联的pin二极管阵列，不仅显著提升了防护模块的耐受功率，而且没有增加微带线的长度或宽度，也没有增加传输线的长度，有效减小了防护模块的尺寸和体积，扩展了应用范围。
48.更进一步优选地，金属带的数量为四个，且构成十字架结构。
49.本实施例中的二极管关于内芯呈中心对称分布，数量合适，对插入损耗的影响小，用料少，方便加工和装配。
50.在一个实施例中，内芯32包括：依次首尾相连的第一段、第二段、第三段、第四段以及第五段；第一段与输入端口1相连，第二段的半径沿信号的传输方向逐渐增大，第三段呈圆柱结构，第四段的半径沿信号的传输方向逐渐减小，第五段与输出端口2相连。
51.本实施例将内芯的第二段和第四段设置成渐变的传输结构，将金属内芯逐渐增粗，利于并联pin二极管阵列排布，在最大频率范围内，阻抗逐渐变化，更好地与端口完成阻抗匹配，能够降低pin二极管安装位置阻抗，减小pin二级管电容效应带来的影响，降低反射能量，增加传输能量，等效降低防护模块工作频带内的插入损耗，有效提升防护模块耐受功率(由瓦级提升到几十至几百瓦量级)，增加防护模块的工作频带和工作带宽(由几百兆提升到1ghz以上)。
52.在一个实施例中，输入端口1和输出端口2均采用50欧姆阻抗接头。
53.本实施例中的50欧姆阻抗接头主要实现与外部接头的连接，微波领域的微波传输系统外部接头阻抗通常为50欧姆，确保防护模块与接头的阻抗匹配，能够有效减小连接处和端口的电磁能量反射，实现电磁波能量的最大化传输。
54.优选地，输出端口2包括：第一部分与第二部分；第一部分为圆柱状结构，第二部分为空心的圆柱筒状结构；第二部分套设在第一部分的外侧，且第二部分内壁的顶部与第一部分外壁的底部抵接相连。
55.输入端口1包括：第三部分与第四部分；第三部分为圆柱状结构，第四部分为空心的圆柱筒状结构；第四部分套设在第三部分的外侧，且第四部分内壁的底部与第三部分外壁的顶部抵接相连。
56.也就是说，输入端口1与输出端口2的结构完全相同，且关于内芯32的中心横截面轴对称。
57.金属地333设在第二部分的底部平面上；金属内芯的第一段穿过第三部分，第二段设在第四部分的内部空间内且与第四部分的内壁具有间隔，第四段设在第二部分的内部空间内且与第二部分的内壁具有间隙，第五段穿过第一部分。
58.需要说明：以靠近外壳的方向为外侧，以靠近输出端口的方向为顶部，以远离输出端口的方向为底部。
59.在一个实施例中，金属带上设有贯穿介质基板331的通孔，通孔的孔壁上设有金属层，以作为金属过孔335，实现接地。
60.上述同轴型宽带大功率防护模块，当正常工作信号传入防护模块时，信号依次经过输入端口的50欧姆阻抗接头、内芯的第一段、第二段、第三段后到达旋转对称的pin二极管并联阵列，由于信号能量无法使pin二极管阵列导通，信号经过内芯的第四段和第五段后正常传输至输出端口，工作信号在传输过程中的损耗较小；当强电磁信号涌入防护模块时，信号依次经过输入端口的50欧姆阻抗接头、内芯的第一段、第二段、第三段后到达旋转对称的pin二极管并联阵列，信号能量使pin二极管阵列导通，大部分信号在并联pin二极管阵列处被反射，仅有极少部分信号经过内芯的第四段和第五段后正常传输至输出端口，整个防护模块的耐受功率得到极大提升；本技术中的防护模块具有高频特性，可以应对空间辐射场的高频能量辐射，有效抵挡强电磁能量的冲击，实现信息系统“前门”的有效防护；显著提升防护模块的耐受功率，有效减小防护模块的尺寸和体积；降低pin二极管安装位置阻抗，减小pin二级管电容效应带来的影响，等效降低防护模块工作频带内的插入损耗，有效提升防护模块耐受功率，增加防护模块的工作频带和工作带宽；确保防护模块与接头的阻抗匹配，有效减小连接处和端口的电磁能量反射，实现电磁波能量的最大化传输。
61.如图4所示的传输特性曲线仿真图，在pin二极管未导通(即截止)时，能够正常传输，当pin二极管导通时，电磁能量无法传输。
62.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
63.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本技术专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。