波导型滤波、限幅一体式HPM电磁脉冲防护装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种波导型滤波、限幅一体式HPM电磁脉冲防护装置，属于微波技术领域。该装置包括矩形波导外壳及其内部腔体设置的N对感性膜片、N

【技术实现步骤摘要】
波导型滤波、限幅一体式HPM电磁脉冲防护装置


[0001]本专利技术属于微波
，具体涉及一种波导型滤波、限幅一体式HPM电磁脉冲防护装置。

技术介绍

[0002]高功率微波(HighPowerMicrowave,HPM)是指峰值功率超过100MW，工作频率在300MH z～300GHz的电磁波，其具有高功率、高频率和短脉冲等特点，在军事和商业领域均有重要应用。HPM电磁脉冲武器利用定向天线向目标辐射大功率的电磁波短脉冲，对电子系统造成干扰和损伤。
[0003]微波接收机是现代通信系统中接收并解调信道中调制信号的重要硬件部分，被广泛应用于电子通信、广播、导航系统、雷达系统、微波遥控等电子系统中，属于典型的HPM电磁脉冲“前门”攻击对象。典型的微波接收机包含接收天线、滤波器、限幅器、低噪声放大器和混频器等微波前端元件，当HPM通过“前门”耦合进入系统中，对低噪声放大器和混频器这种敏感器件造成扰乱、降级及毁伤，从而导致整个通信系统瘫痪。良好的滤波和限幅模块可以实现HPM电磁环境“前门”防护功能，其中滤波模块可以反射系统工作通带外的大功率微波信号，系统工作通带内的限幅模块对大功率微波脉冲进行足够衰减，从而在频域和功率域上实现电磁防护。即传统微波接收机前端系统防护技术有滤波和限幅两种方式，带外频域防护主要由滤波器完成，带内防护则通过限幅器实现高功率电磁脉冲功率抑制；二者在电路布局上通常呈现为串行拓扑独立结构，且防护功能属性上相互独立，原理结构上不利于实现微波接收机前端的小型化与集成化。

技术实现思路
/>[0004]本专利技术针对
技术介绍
中提到的不足，提出了一种波导型滤波、限幅一体式HPM电磁脉冲防护装置。
[0005]本专利技术采取的技术方案如下：
[0006]一种波导型滤波、限幅一体式HPM电磁脉冲防护装置，包括：矩形波导外壳、N对感性膜片、N
‑
1对容性膜片。
[0007]其中，N对感性膜片沿轴向设置于所述矩形波导外壳内侧，将矩形波导外壳内部腔体分为N
‑
1个谐振腔；相邻两对感性膜片之间设置有一对容性膜片。
[0008]一对感性膜片为对称设置于矩形波导外壳两窄边、尺寸相同的两片矩形感性膜片。
[0009]一对容性膜片为对称设置于矩形波导外壳两宽边、尺寸相同的两片矩形容性膜片。
[0010]其特征在于，该装置还包括两个YIG铁氧体薄片、偏置磁场产生组件。
[0011]两个所述YIG铁氧体薄片分别设置在具有最小间距的两对容性膜片的开口中心位置，YI G铁氧体薄片的厚度与对应矩形容性膜片的厚度相同，高度与开口间距相同，而宽边
尺寸为矩形容性膜片宽边尺寸的二分之一到三分之二。
[0012]所述偏置磁场产生组件设置于矩形波导外壳外部，用于在两对YIG铁氧体薄片处产生平行于微波磁场方向的偏置磁场。
[0013]进一步地，所述N的取值为5～12。
[0014]进一步地，N对感性膜片的厚度均相同；N
‑
1对容性膜片中，至少有两对容性膜片的厚度不同。
[0015]进一步地，所述偏置磁场产生组件为永磁体或电流线圈。
[0016]进一步地，所述感性膜片、容性膜片以及矩形波导外壳的材料为相同的金属材料。
[0017]进一步地，所述YIG铁氧体薄片的材料为单晶或多晶YIG铁氧体旋磁材料。
[0018]本申请通过在矩形波导外壳内部腔体中设置感性膜片和容性膜片，并在两对容性膜片开口处加载YIG铁氧体材料，实现了宽阻带频域滤波防护。同时，利用加载YIG铁氧体薄片磁矩非一致进动所产生的瞬态非线性损耗效应，实现了工作带宽内HPM电磁脉冲高限幅隔离度防护。本申请防护装置能够在一个微波器件结构中实现频域和功率域兼容的HPM电磁环境防护功能，大幅减小了整个微波前端防护装置的体积，有效降低系统工作通带内的损耗，能够满足HPM电磁环境中微波接收机紧凑化机构系统应用需求。
[0019]实际运用时，微波信号由矩形波导一端口输入，另一端口输出，频域上将旋磁薄片(感性膜片和容性膜片)呈现为低损耗介质材料，而加载YIG铁氧体薄片可有效抑制高次谐振模式的激发，实现寄生通带抑制，最终使得滤波器的阻带带宽得到大幅拓展，实现频域防护功能。功率域上，利用加载铁氧体薄片磁矩非一致进动所产生的瞬态非线性损耗效应：当输入微波功率超过某一临界阈值后，铁氧体中磁矩进动的非线性效应足以克服自然损耗，将能量以指数形式转移到自旋波，这些“半频率”自旋波将能量传递到晶格，从而使超过临界阈值的功率在铁氧体中以热量的形式耗散，即对大功率微波脉冲信号进行限幅隔离，实现功率域防护功能。
[0020]本专利技术的有益效果是：
[0021]1.将铁氧体材料加载在波导带通滤波器，实现了高功率微波信号频域、功率域防护一体化设计，大幅减小了微波前端防护系统的体积。
[0022]2.相比于气体放电管(TR管)具有更低的响应时间，可及时应对短上升沿的HPM，大幅降低尖峰泄漏能量。
[0023]3.由于不存在固态电路敏感PN结，相比于固态PIN限幅防护电路装置具有更高的峰值、连续波功率容量。
[0024]4.防护装置为无源结构，除YIG铁氧体薄片外，其他部件为全金属材料，加工工艺简单，可靠性高。
[0025]5.本申请具有较大的初级限幅隔离度特性，使得后续微波敏感电路HPM电磁环境防护设计难度大幅降低。
附图说明
[0026]图1是实施例中波导型滤波、限幅一体式HPM电磁脉冲防护装置的示意图；
[0027]图2是实施例中波导型滤波、限幅一体式HPM电磁脉冲防护装置xoy面的剖视图；
[0028]图3是实施例中波导型滤波、限幅一体式HPM电磁脉冲防护装置xoz面的剖视图；
[0029]图4是实施例中波导型滤波、限幅一体式HPM电磁脉冲防护装置YIG铁氧体薄片加载位置示意图；
[0030]图5是本专利技术频域散射参数的三维电磁仿真结果图；
[0031]图6是本专利技术限幅隔离度仿真结果图；
[0032]图7是本专利技术起始限幅电平的仿真结果图。
[0033]附图标记说明：1.矩形波导外壳；2.感性膜片；3.容性膜片；4.YIG铁氧体薄片；5.谐振腔。
具体实施方式
[0034]为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0035]下面结合各附图，对本专利技术做详细描述。
[0036]本专利技术实施例的通带中心频率为9.6GHz，带宽为600MHz，如图1所示，矩形波导外壳(1)采用标准矩形波导BJ100(宽边长度a＝22.86mm，窄边长度b＝10.16mm，TE10模截止频率为6.56GHz)，材质为铝。矩形波导外壳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种波导型滤波、限幅一体式HPM电磁脉冲防护装置，包括：矩形波导外壳、N对感性膜片、N
‑
1对容性膜片；其中，N对感性膜片沿轴向设置于所述矩形波导外壳内侧，将矩形波导外壳内部腔体分为N
‑
1个谐振腔；相邻两对感性膜片之间设置有一对容性膜片；一对感性膜片为对称设置于矩形波导外壳两窄边、尺寸相同的两片矩形感性膜片；一对容性膜片为对称设置于矩形波导外壳两宽边、尺寸相同的两片矩形容性膜片；其特征在于，该装置还包括两个YIG铁氧体薄片、偏置磁场产生组件；两个所述YIG铁氧体薄片分别设置在具有最小间距的两对容性膜片的开口中心位置，YI G铁氧体薄片的厚度与对应矩形容性膜片的厚度相同，高度与开口间距相同，而宽边尺寸为矩形容性膜片宽边尺寸的二分之一到三分之二；所述偏置磁场产生组件设置于矩形波导外壳外部，用于在两对YIG...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪海洋，于海洋，周翼鸿，薛运柯，李浩，胡标，李天明，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：