本發(fā)明涉及一種基于平面螺旋形分布的寬帶大功率負(fù)載。

背景技術(shù)：

在微波毫米波大功率測(cè)試中，經(jīng)常需要用到大功率寬帶微波毫米波負(fù)載。目前的大功率負(fù)載基本上是基于厚膜電路實(shí)現(xiàn)的直線型微帶電路衰減網(wǎng)絡(luò)，由于直線型的結(jié)構(gòu)分布形式，一方面限制了微帶衰減網(wǎng)絡(luò)的外形結(jié)構(gòu)，往往使得衰減器或者負(fù)載的外形又細(xì)又長(zhǎng)，給工程實(shí)際用帶來(lái)了很多不方便，同時(shí)，其直線型的衰減網(wǎng)絡(luò)分布，無(wú)法在平面內(nèi)充分排列衰減網(wǎng)絡(luò)，也大大限制了散熱面積的有效利用，導(dǎo)致其功率容量無(wú)法做到進(jìn)一步擴(kuò)展；另一方面，傳統(tǒng)的厚膜電路大功率衰減網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)，由于受限于厚膜電路的方案，衰減網(wǎng)絡(luò)自身的功率容量無(wú)法進(jìn)一步增大，因此，該技術(shù)方案已經(jīng)無(wú)法適應(yīng)功率容量的進(jìn)一步提升。隨著微波毫米波固態(tài)功率放大器輸出功率的不斷提高，傳統(tǒng)大功率負(fù)載的功率容量和工作帶寬已不再能夠滿足實(shí)際系統(tǒng)工作的需要，因此，必須采用新的技術(shù)來(lái)提高其功率容量和工作頻帶。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提出一種基于平面螺旋形分布的寬帶大功率負(fù)載，以解決微波毫米波寬帶大功率測(cè)試領(lǐng)域中，如何進(jìn)一步提高寬帶大功率負(fù)載的功率容量的問(wèn)題，以及在相同功率容量下，如何拓寬負(fù)載的工作頻帶以及降低負(fù)載的反射等技術(shù)問(wèn)題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于平面螺旋形分布的寬帶大功率負(fù)載，包括基板；在基板的表面上設(shè)有50Ω微帶線、阻抗匹配電路以及膜電阻；

50Ω微帶線，用于與信號(hào)的輸入端相連；

阻抗匹配電路，采用串聯(lián)三枝節(jié)臺(tái)階變換式結(jié)構(gòu)，用于實(shí)現(xiàn)50Ω微帶線與膜電阻的超寬帶匹配；

膜電阻，采用電阻率和寬度漸變式衰減結(jié)構(gòu)，用于實(shí)現(xiàn)功率耗散所產(chǎn)生熱量的均勻分布；

50Ω微帶線、阻抗匹配電路和膜電阻在基板的表面上采用平面螺旋式分布，其中：

50Ω微帶線位于平面螺旋結(jié)構(gòu)的外側(cè)，膜電阻位于平面螺旋結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)，并且衰減值沿著螺旋結(jié)構(gòu)由內(nèi)向外依次減小；

在膜電阻的末端連接有金屬接地電極。

優(yōu)選地，所述基板是由BeO陶瓷材料制成的。

優(yōu)選地，所述金屬接地電極是由金材料制成的。

優(yōu)選地，所述膜電阻是由TaN材料制成的。

優(yōu)選地，所述膜電阻的末端采用扇形結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，所述金屬接地電極通過(guò)金屬化過(guò)孔與地相連。

優(yōu)選地，所述寬帶大功率負(fù)載還包括基于熱管原理的均熱板，基板共晶焊于均熱板上。

優(yōu)選地，在均熱板的上、下兩側(cè)分別配置有散熱翅片。

優(yōu)選地，所述串聯(lián)三枝節(jié)臺(tái)階變換式結(jié)構(gòu)包括三個(gè)阻抗變換枝節(jié)，分別是低阻抗枝節(jié)、高阻抗枝節(jié)和中阻抗枝節(jié)；三個(gè)阻抗變換枝節(jié)以串聯(lián)形式連接。

優(yōu)選地，所述電阻率和寬度漸變式衰減結(jié)構(gòu)，利用漸變曲線圖形實(shí)現(xiàn)膜電阻輸入前端衰減系數(shù)小，后端衰減系數(shù)逐漸增大的特性，大功率信號(hào)按照其傳輸通路依次均勻的衰減。

本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)采用平面螺旋形分布的50Ω微帶線和膜電阻，不僅可以加長(zhǎng)大功率信號(hào)的傳輸通路長(zhǎng)度，大大提高其功率容量，還可以最大程度地利用空間，縮小負(fù)載的外形尺寸；

(2)膜電阻采用電阻率和寬度漸變式分布，實(shí)現(xiàn)了功率耗散所產(chǎn)生熱量的均勻分布；此外，阻抗匹配電路可以實(shí)現(xiàn)超寬帶的阻抗匹配，其適用范圍可以覆蓋微波、毫米波多個(gè)頻段；

(3)采用基于熱管原理的均熱板散熱器，并通過(guò)結(jié)合共晶焊技術(shù)、高導(dǎo)熱率介質(zhì)基板和加裝散熱翅片的方式，進(jìn)一步提高了散熱效率。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明中一種基于平面螺旋形分布的寬帶大功率負(fù)載的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明中阻抗匹配電路的局部放大結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明中一種基于平面螺旋形分布的寬帶大功率負(fù)載的剖視圖；

其中，1-基板，2-50Ω微帶線，3-阻抗匹配電路，4-膜電阻，5-金屬接地電極，6-低阻抗枝節(jié)，7-高阻抗枝節(jié)，8-中阻抗枝節(jié)，9-微帶電路，10-均熱板，11-散熱翅片。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的基本思想為：采用傳統(tǒng)的低損耗微帶電路與傳統(tǒng)的膜電阻衰減網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的技術(shù)以及基于平面螺旋形分布的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思想，充分發(fā)揮了大功率信號(hào)在輸入前端衰減系數(shù)小，在后端要求衰減系數(shù)逐漸增大的優(yōu)點(diǎn)，將大功率信號(hào)按照其傳輸通路依次均勻的衰減，將電磁能轉(zhuǎn)換為熱能。同時(shí)，利用螺旋形分布的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將傳統(tǒng)的直線型衰減網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展至平面范圍內(nèi)，充分利用其散熱面積，大大提高了散熱效率，并且使得其外形尺寸更加緊湊。

下面結(jié)合附圖以及具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明：

結(jié)合圖1所示，一種基于平面螺旋形分布的寬帶大功率負(fù)載，包括基板1。在基板1的表面上設(shè)有50Ω微帶線2、阻抗匹配電路3以及膜電阻4。其中：

基板1選用具有良好導(dǎo)熱性能和高介電常數(shù)的BeO陶瓷材料。

通過(guò)選擇高導(dǎo)熱系數(shù)低損耗的基板1，不但可以滿足輸入端大功率容量的要求，還可以充分利用50Ω微帶線2的低駐波比，盡最大可能減少輸入端口的反射。同時(shí)，低損耗高導(dǎo)熱系數(shù)的基板1也更利于衰減網(wǎng)絡(luò)的熱損耗的均勻分布，不至于因輸入功率太大而將負(fù)載燒壞。

50Ω微帶線2，用于與信號(hào)的輸入端相連。

阻抗匹配電路3，采用串聯(lián)三枝節(jié)臺(tái)階變換式結(jié)構(gòu)，用于實(shí)現(xiàn)50Ω微帶線與膜電阻4的超寬帶匹配。具體的，該串聯(lián)三枝節(jié)臺(tái)階變換式結(jié)構(gòu)包括三個(gè)阻抗變換枝節(jié)，分別是低阻抗枝節(jié)、高阻抗枝節(jié)和中阻抗枝節(jié)，三個(gè)阻抗變換枝節(jié)以串聯(lián)形式連接；通過(guò)調(diào)整各個(gè)阻抗變換枝節(jié)的尺寸，可以在最小的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)50Ω微帶線與膜電阻的超寬帶匹配。

膜電阻4，采用電阻率和寬度漸變式衰減結(jié)構(gòu)，用于實(shí)現(xiàn)功率耗散所產(chǎn)生熱量的均勻分布。優(yōu)選地，膜電阻4是由TaN材料制成的。

具體的，電阻率和寬度漸變式衰減結(jié)構(gòu)，利用漸變曲線圖形實(shí)現(xiàn)膜電阻輸入前端衰減系數(shù)小，后端衰減系數(shù)逐漸增大的特性，大功率信號(hào)按照其傳輸通路依次均勻的衰減。

另外，膜電阻4的末端采用扇形結(jié)構(gòu)，可以大幅降低其寄生效應(yīng)。

膜電阻4與阻抗匹配電路3配合可以有效減少輸入端口的反射，拓寬匹配帶寬。

50Ω微帶線2、阻抗匹配電路3和膜電阻4在基板1的表面上采用平面螺旋式分布。

其中，50Ω微帶線2位于平面螺旋結(jié)構(gòu)的外側(cè)，膜電阻4位于平面螺旋結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)，并且衰減值沿著螺旋結(jié)構(gòu)由內(nèi)向外依次減小。

通過(guò)設(shè)計(jì)上述平面螺旋式結(jié)構(gòu)，利于將低損耗的衰減段放置于螺旋外側(cè)，高損耗的衰減段置于螺旋內(nèi)側(cè)，并且衰減值隨著螺旋由內(nèi)向外依次減小。

其基本衰減原理為：將輸入前段的大功率與小衰減系數(shù)相結(jié)合，充分利用常規(guī)微帶線的低介質(zhì)損耗，同時(shí)將其分布于螺旋的外側(cè)，以進(jìn)一步優(yōu)化其散熱效果；

其次，衰減網(wǎng)絡(luò)的后段，由于功率衰減由介質(zhì)損耗逐漸過(guò)渡到膜電阻損耗，因此，膜電阻的分布采用電阻率和寬度漸變式分布，來(lái)實(shí)現(xiàn)功率的均勻衰減。

本發(fā)明通過(guò)采用不同的功率衰減原理可以實(shí)現(xiàn)負(fù)載的大功率容量和低反射系數(shù)。

在膜電阻4的末端連接有金屬接地電極5，通過(guò)金屬化過(guò)孔可靠接地。

優(yōu)選地，金屬接地電極5選用導(dǎo)電性能良好的金。

寬帶大功率負(fù)載還包括基于熱管原理的均熱板10，將包含50Ω微帶線2、阻抗匹配電路3和膜電阻4等在內(nèi)的微帶電路9制作于基板1上，然后將基板1共晶焊于均熱板10上。

優(yōu)選地，在均熱板10的上、下兩側(cè)分別配置有散熱翅片11。

通過(guò)采用基于熱管原理的均熱板散熱器，結(jié)合高導(dǎo)熱率的介質(zhì)基板1和集成于均熱板上的散熱翅片11，來(lái)進(jìn)一步提高熱量的均勻分布和最大限度的提高散熱效率。

本發(fā)明中寬帶大功率負(fù)載的工作過(guò)程大致如下：

電磁波首先由輸入端口進(jìn)入50Ω微帶線2，在低損耗的微帶電路能量傳輸過(guò)程中，一部分電磁場(chǎng)能量被衰減后轉(zhuǎn)換為熱能，然后在阻抗匹配電路3的匹配作用下，電磁場(chǎng)信號(hào)由低損耗的微帶電路進(jìn)入膜電阻4，由于膜電阻4采用了電阻率和寬度漸變式的設(shè)計(jì)方案，因此電磁場(chǎng)能量將依次均勻衰減，直至全部轉(zhuǎn)換為熱能，并通過(guò)均熱板散熱器耗散。

需要說(shuō)明的是，本發(fā)明中的微波毫米波大功率負(fù)載是指同軸大功率負(fù)載。

當(dāng)然，以上說(shuō)明僅僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，本發(fā)明并不限于列舉上述實(shí)施例，應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本說(shuō)明書(shū)的教導(dǎo)下，所做出的所有等同替代、明顯變形形式，均落在本說(shuō)明書(shū)的實(shí)質(zhì)范圍之內(nèi)，理應(yīng)受到本發(fā)明的保護(hù)。