本發(fā)明屬于電子器件，具體涉及一種自適應(yīng)限幅器。

背景技術(shù)：

1、隨著電子信息技術(shù)的不斷發(fā)展，電子設(shè)備的集成度越來越高，器件尺寸也逐漸變小，這使得電子設(shè)備對能量的變化更加敏感，高功率的電磁波可以干擾甚至損壞通信或雷達系統(tǒng)中敏感的接收器、傳感器和其他設(shè)備，因此，有必要對電子系統(tǒng)進行電磁強化。

2、限幅器是一種可根據(jù)輸入功率實現(xiàn)自行控制衰減量的衰減器。對于射頻電子系統(tǒng)，限幅器不僅需要對超過功率閾值的入射波進行信號的衰減或隔離，還要在傳輸未達到功率閾值的信號時實現(xiàn)低插入損耗。

3、目前，限幅器的主要分為基于鐵氧體的限幅器和基于二極管的限幅器；以下為四種基于鐵氧體和二極管的限幅器：

4、（1）用外延生長的磁化鐵氧體薄膜制成的帶狀線結(jié)構(gòu)實現(xiàn)頻率選擇性限幅器。

5、如圖1所示，在磁化的鐵氧體中使用磁自旋波的非線性激勵，耦合到磁化鐵氧體樣本的微波信號在低信號電平下在鐵氧體中產(chǎn)生基本上線性的低損耗響應(yīng)，高于臨界射頻磁場強度時，鐵氧體中磁偶極子進動的非線性變得足夠強，足以克服自然損耗，并且能量開始以指數(shù)方式轉(zhuǎn)移到短波長次諧波自旋波。?這些半頻自旋波可以輕松地將能量傳遞到晶格，從而多余的射頻功率在鐵氧體中以熱量的形式耗散，以達到限幅器的功能。

6、（2）利用電子順磁共振（epr）實現(xiàn)的微波選頻限幅器

7、通過對?epr?材料施加不均勻的靜磁場，可以加寬諧振線，以允許在比固有?epr線寬大得多的帶寬內(nèi)獨立限制頻率分量。對于epr限幅器，兩個相同的包含順磁性材料的腔體被布置為微波橋中的交替臂。?一個空腔浸入不均勻的靜態(tài)磁場中。該場經(jīng)過調(diào)整，使得拉莫爾諧振頻率位于負載腔帶寬內(nèi)，從而使電橋電路不平衡。如果輸入功率超過順磁材料的飽和功率水平，則電橋被驅(qū)動到更接近平衡的狀態(tài)，并且輸出功率受到限制。

8、如果要達到低的飽和功率水平，則必須將具有長弛豫時間的?epr?材料用于限制器應(yīng)用。?橫向弛豫時間與?epr?線寬相關(guān)，決定了兩個同時入射信號發(fā)生獨立限制的最小頻率間隔（選擇性）。

9、（3）基于非線性匹配反射模式帶阻諧振器的選頻限制電路

10、如圖2所示，采用加載有非線性半導(dǎo)體器件的無源帶阻諧振器組成。由于二極管的電阻可以通過輸入射頻功率電平進行控制，其響應(yīng)可以根據(jù)射頻功率從全通到帶阻變化。二極管使諧振器的阻帶衰減能夠隨射頻功率而變化，從而確定帶阻限制器的限制閾值。

11、（4）三端口吸收型限幅器

12、該電路利用普通二極管的開關(guān)特性在非限幅和吸收限幅狀態(tài)之間切換。在此設(shè)計中，當兩個二極管都導(dǎo)通時，會出現(xiàn)限制狀態(tài)，而當二極管關(guān)斷時，會出現(xiàn)全通狀態(tài)。

13、基于磁化鐵氧體的限幅器尺寸較大，成本相對較高，且對高功率信號的限制較為有限；而基于二極管的限幅器難以對限幅器門限電壓進行調(diào)節(jié)。2.45ghz是常用的ism頻段之一，也是無線能量傳輸?shù)钠渲幸粋€頻段，無線能量傳輸是一種為電子設(shè)備無線供能的方式，常常需要較高的功率，因此設(shè)計一種工作于2.45ghz，并且在低功率時擁有低插損特性，在高功率時具有高隔離特性的電磁防護設(shè)備很有必要。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種自適應(yīng)限幅器及其限幅方法，以解決現(xiàn)有的限幅器承受功率小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問題。

2、第一方面，本發(fā)明提供了一種自適應(yīng)限幅器，其包括介質(zhì)層，以及分別印制在介質(zhì)層兩側(cè)面的金屬缺陷地結(jié)構(gòu)和微帶線。所述的金屬缺陷地結(jié)構(gòu)包括處于外圈的環(huán)形金屬單元和處于內(nèi)圈的矩形金屬單元；環(huán)形金屬單元和矩形金屬單元之間形成環(huán)形縫隙；環(huán)形縫隙中設(shè)有pin二極管和集總電容。pin二極管的陽極與矩形金屬單元連接；pin二極管的陰極與環(huán)形金屬單元連接；集總電容的兩端與矩形金屬單元、環(huán)形金屬單元分別連接。

3、作為優(yōu)選，金屬缺陷地結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)和集總電容根據(jù)目標頻率調(diào)節(jié)，使得自適應(yīng)限幅器的工作頻率等于目標頻率。金屬缺陷地結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)包括金屬缺陷地結(jié)構(gòu)各邊長度和環(huán)形縫隙的寬度。

4、作為優(yōu)選，所述的介質(zhì)層采用平面基板。金屬缺陷地結(jié)構(gòu)和微帶線分別設(shè)置在介質(zhì)層的兩側(cè)平面上，微帶線與矩形金屬單元對齊。

5、作為優(yōu)選，所述的介質(zhì)層呈環(huán)形結(jié)構(gòu)；微帶線設(shè)置在介質(zhì)層的內(nèi)側(cè)；金屬缺陷地結(jié)構(gòu)設(shè)置在介質(zhì)層的外側(cè)。

6、作為優(yōu)選，自適應(yīng)限幅器的工作頻率為2.45ghz；金屬缺陷地結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)為：環(huán)形金屬單元的外側(cè)長邊的長度為25mm，外側(cè)短邊的長度為20mm；矩形金屬單元的長為6.87mm，寬為5.34mm，矩形金屬單元的長邊與環(huán)形金屬單元的短邊平行。環(huán)形縫隙的外側(cè)長邊的長度為9.72mm，外側(cè)短邊的長度為6.89mm；環(huán)形縫隙較寬長邊的寬度為0.92mm，較窄長邊的寬度為0.63mm；環(huán)形縫隙的長邊與環(huán)形金屬單元的短邊平行，環(huán)形縫隙的短邊寬度相等，外側(cè)短邊與環(huán)形金屬單元的外側(cè)長邊的間距相同；環(huán)形縫隙較寬外側(cè)長邊與環(huán)形金屬單元的外側(cè)短邊的間距為6.98mm，較窄外側(cè)長邊與環(huán)形金屬單元的外側(cè)短邊的間距為11.13mm；通過上述結(jié)構(gòu)參數(shù)。微帶線的長度為25mm，寬度為1.88mm。

7、作為優(yōu)選，pin二極管和集總電容分別設(shè)置在環(huán)形縫隙的兩條相對邊上。

8、作為優(yōu)選，環(huán)形縫隙由相對設(shè)置的兩條長邊和相對設(shè)置的兩條短邊依次交替相連形成。兩條長邊的寬度不相等。所述的pin二極管設(shè)置在環(huán)形縫隙中寬度較大的長邊的中心處，集總電容設(shè)置在環(huán)形縫隙較窄長邊的中心處。

9、第二方面，本發(fā)明提供了一種自適應(yīng)限幅裝置，其包括多個前述的一種自適應(yīng)限幅器。各自適應(yīng)限幅器中的微帶線依次串聯(lián)；各自適應(yīng)限幅器中的矩形金屬單元接入同一電壓。串聯(lián)的多個自適應(yīng)限幅器能夠提高自適應(yīng)限幅裝置的限幅閾值。

10、作為優(yōu)選，各自適應(yīng)限幅器共用同一介質(zhì)層；各自適應(yīng)限幅器中的微帶線為同一條矩形微帶線的不同部分。

11、第三方面，本發(fā)明提供了一種自適應(yīng)限幅方法，其使用上述的一種自適應(yīng)限幅器，該限幅方法如下：

12、若輸入電磁信號強度小于門限功率，限幅器處于傳輸態(tài)，pin二極管處于斷開狀態(tài)，pin二極管、集總電容以及金屬缺陷地結(jié)構(gòu)的等效電容cg和電感l(wèi)g構(gòu)成一個并聯(lián)諧振器；該并聯(lián)諧振器的諧振頻率高于工作頻率，限幅器不對輸入電磁信號強度進行衰減，輸出功率隨輸入信號增強而線性增加；

13、若輸入電磁信號強度大于或等于門限功率，且小于或等于限幅閾值，限幅器處于隔離態(tài)，pin二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，環(huán)形金屬單元和矩形金屬單元處于連接狀態(tài)，金屬缺陷地結(jié)構(gòu)的等效電容cg增大，諧振頻率移動到工作頻率處，限幅器將輸入電磁信號限制在門限功率，輸出功率基本不變。

14、若輸入電磁信號強度大于限幅閾值，限幅器對輸入信號的衰減幅度保持不變，輸出功率隨輸入信號增強而線性增加。

15、作為優(yōu)選，若輸入電磁信號強度小于門限功率，所述的諧振頻率由集總電容值、二極管的結(jié)電容值以及金屬缺陷地結(jié)構(gòu)中環(huán)形縫隙的各邊長、各邊寬共同決定。

16、作為優(yōu)選，在輸入電磁信號強度大于門限功率，小于限幅閾值條件下，隨著輸入電磁信號強度增加，pin二極管中的正向電阻rf隨流經(jīng)pin二極管上的電流增大而逐漸減小，并聯(lián)諧振的諧振強度增強，對信號的抑制也逐漸加強。

17、作為優(yōu)選，在矩形金屬單元上添加直流偏置，通過直流偏置改變使二極管導(dǎo)通所需的直流功率來改變限幅器的門限功率。

18、本發(fā)明具有的有益效果是：

19、1、本發(fā)明在缺陷地結(jié)構(gòu)上添加pin二極管形成并聯(lián)lc諧振，產(chǎn)生帶阻濾波器的效果，并且pin二極管的狀態(tài)隨輸入功率變化，以改變并聯(lián)lc諧振的諧振頻率，在不影響正常工作信號的同時，以自適應(yīng)地改變自身工作狀態(tài)，實現(xiàn)對大功率信號的電磁防護，保護電子設(shè)備安全。

20、2、本發(fā)明能夠通過對限幅器進行級聯(lián)增加限幅閾值，并且可以通過添加偏置電流調(diào)節(jié)門限功率以適應(yīng)不同應(yīng)用場景；同時，對限幅器結(jié)構(gòu)參數(shù)進行更改，能夠使限幅器工作在不同的頻段，提高了本發(fā)明的通用性。

21、3、本發(fā)明與傳統(tǒng)限幅器相比，在通帶有較低的插入損耗，同時在高功率下有較高的隔離性能。