一种实现输出微波频段拓展的光导开关链路组件

专利2026-03-19  13


本申请涉及高功率微波,具体而言,涉及一种实现输出微波频段拓展的光导开关链路组件。


背景技术:

1、光导开关由一个半导体衬底和两个电极组成,其具有响应快,抖动小,光电隔离等特点。其工作原理为:通过电极施加偏置电压,使用本征或者非本征光照射半导体衬底,半导体衬底在激光的作用下产生光生载流子,光生载流子在偏置电压的作用下定向移动形成电流,促使光导开关所在回路导通。半导体衬底的光生载流子浓度越大,其电导率越大。根据光导开关工作模式的不同,当一个光子激发一个载流子时,光导开关工作在线性模式下,光导开关可以看作一个光控电阻,光导开关的电阻变化与激光辐照功率成比例。改变激光辐照参数(功率,脉宽,调制频率,重频)可以改变光导开关所在回路的输出电参数。光导开关的输出波形具有频率等参数可调的特点。光导开关在频率可调的高功率微波、超快电子响应等领域具有广泛的应用前景。

2、光导开关具有输出电波形与光波形一致的响应能力,对于不同频率的光波形,光导开关输出电波形的频率响应能力受到多种因素的影响。频率响应能力不仅与光导开关自身的特性有关,载流子寿命的增加会促使光导开关的频率响应特性变差,光导开关的级间电容越小,截止频率越高,频率响应特性越好。此外针对光导开关产生的光电流提取输出,需要设计相应的电路结构与之匹配,光导微波产生系统的频率响应能力也与匹配电路的频率响应能力有关。

3、根据电极分布的不同,光导开关可以分为两种结构,分别为平面型光导开关和垂直型光导开关。平面型光导开关的电极分布在半导体衬底的同一侧,级间电容小,平面型光导开关与高频微带传输线的结合可以实现系统0.5-10 ghz的微波输出,专利名称为“基于光导器件的大范围可调谐高频微波产生装置及方法(公开号:cn114927514a)”报道了一种基于平面型光导开关的可调谐微波产生装置,微带线结构紧凑,体积重量小,但是微带线传输的信号通过外部接入光导器件时会引入插入损耗,微带线与射频接头连接处阻抗不匹配会引入回波损耗,平面型光导开关用于微波产生的局限性在于其击穿场强较低,容易发生表面闪络,输出功率较低,限制了其在高功率微波产生的进一步推广。垂直型光导开关分布在半导体衬底的两侧,垂直型光导开关耐压能力强,输出功率高,国防科技大学基于垂直型光导开关与cvr的结合,通过cvr对的光导开关上的电流/电压进行提取输出,实现系统在1ghz的输出。【l wang et al., vertical sic photoconductive switch with axialoptical internal reflection trap, 2022, pp. 5028–5034. (具有轴向光内反射阱的垂直sic光导开关,ieee transactions on electron devices,2022年,第5028-5034页)】。cvr电路可以通过减小电路负载实现更高功率的微波输出,但是因为负载的减小使得电路不满足标准的阻抗匹配电路,电路杂散参数例如杂散电感和电容的存在,会促使电路中震荡现象的产生,影响光导开关的线性输出和频率响应特性。

4、提升垂直型光导开关的频率响应能力主要包括:一是从半导体衬底特性出发:通过控制掺杂浓度减小载流子寿命;通过增加电极间距或减小电极面积来减小级间电容。二是设计合适的射频提取电路,减小电路杂散参数,目前缺少适合于实现垂直型光导开关频段拓展的射频提取电路。因此需要设计一种对光导开关产生的光电流进行提取的新型的电路结构,减小杂散参数对电路输出高频特性的影响,实现光导开关输出频率可调微波的频段拓展。


技术实现思路

1、为了解决上述技术问题,本发明提供一种实现输出微波频段拓展的光导开关同轴链路结构,其结构紧凑,屏蔽效果好,受外界干扰小,传输频段拓宽,杂散参数较小,改善了目前光导开关响应频率有限,响应频段小等问题。

2、本申请提供了一种实现输出微波频段拓展的光导开关链路组件,所述光导开关链路组件包括光导开关、高压导体、连接体、接地导体、电容和射频接头,所述光导开关、所述高压导体、所述连接体、所述接地导体、所述电容和所述射频接头共轴连接;

3、所述高压导体、所述接地导体、所述电容和所述射频接头层叠设置,所述电容位于所述高压导体和所述接地导体之间,所述接地导体位于所述电容和所述射频接头之间;

4、所述电容内部设置有收容空间,所述光导开关收容于所述收容空间内;

5、所述光导开关的输入端与所述高压导体连接,所述光导开关的输出端与所述连接体连接,并通过所述连接体与所述射频接头连接;

6、所述接地导体朝向电容的一侧设置有容置腔,所述连接体位于所述容置腔中。

7、可选的,所述输入端与所述输出端位于所述光导开关上的相对两侧。

8、可选的,所述高压导体上设置有中心通孔,所述光导开关的输入端通过所述中心通孔伸出,并通过紧固件与所述高压导体固定连接。

9、可选的,所述连接体包括输入部和输出部,所述输入部和所述输出部层叠设置;

10、所述输入部与所述光导开关的输出端连接,所述输出部与所述射频接头连接。

11、可选的,所述输入部呈圆柱体,所述输出部为圆锥体的一部分,所述输出部与所述输入部连接一端的半径大于所述输出部远离所述输入部一端的半径。

12、可选的,所述输入部位于所述收容空间中。

13、可选的,所述收容腔的底部设置有通孔,所述射频接头的连接端透过所述通孔与所述连接体连接。

14、可选的,所述电容为环状电容。

15、可选的,所述电容包括多个子电容,多个所述子电容围成中间具有收容空间的环状。

16、可选的,各个所述子电容的中心位于同一个圆周上。

17、与现有技术相比,本申请实施例提供的实现输出微波频段拓展的光导开关同轴链路结构,可以达到以下技术效果:

18、1.所发明的链路中高压导体,接地导体,连接体,光导开关,射频接口均为同轴结构,电流/电压在传输过程中受外界电磁干扰小,保真度高。

19、2.所发明的链路中接地导体中的腔体为锥型腔体内包含光导开关输出端与射频接口输入端的连接,链路整体结构集成度高,结构紧凑。

20、3.所发明的链路中的连接体结构为圆柱体和部分圆锥体的结合,实现光导开关与射频接头的耦合,实现后续测量电路的阻抗匹配。

21、4.所发明的链路的同轴结构可提高链路整体输入电脉冲的功率容量。

22、5.所发明的链路结构紧凑,杂散电容和杂散电感对电路的影响减小,实现同轴链路传输信号频段的拓展。



技术特征:

1.一种实现输出微波频段拓展的光导开关链路组件,其特征在于,所述光导开关链路组件包括光导开关、高压导体、连接体、接地导体、电容和射频接头,所述光导开关、所述高压导体、所述连接体、所述接地导体、所述电容和所述射频接头共轴连接;

2.根据权利要求1所述的光导开关链路组件,其特征在于,所述输入端与所述输出端位于所述光导开关上的相对两侧。

3.根据权利要求1所述的光导开关链路组件,其特征在于,所述高压导体上设置有中心通孔,所述光导开关的输入端通过所述中心通孔伸出,并通过紧固件与所述高压导体固定连接。

4.根据权利要求1所述的光导开关链路组件,其特征在于,所述连接体包括输入部和输出部,所述输入部和所述输出部层叠设置;

5.根据权利要求4所述的光导开关链路组件,其特征在于,所述输入部呈圆柱体,所述输出部为圆锥体的一部分,所述输出部与所述输入部连接一端的半径大于所述输出部远离所述输入部一端的半径。

6.根据权利要求4所述的光导开关链路组件,其特征在于,所述输入部位于所述收容空间中。

7.根据权利要求1所述的光导开关链路组件,其特征在于,所述收容腔的底部设置有通孔,所述射频接头的连接端透过所述通孔与所述连接体连接。

8.根据权利要求1所述的光导开关链路组件,其特征在于,所述电容为环状电容。

9.根据权利要求1所述的光导开关链路组件,其特征在于,所述电容包括多个子电容,多个所述子电容围成中间具有收容空间的环状。

10.根据权利要求9所述的光导开关链路组件,其特征在于,各个所述子电容的中心位于同一个圆周上。


技术总结
本申请实施例提供一种光导开关链路组件,包括光导开关、高压导体、连接体、接地导体、电容和射频接头,光导开关、高压导体、连接体、接地导体、电容和射频接头共轴连接;高压导体、接地导体、电容和射频接头层叠设置,电容位于高压导体和所述接地导体之间,接地导体位于电容和射频接头之间;电容内部设置有收容空间,光导开关收容于收容空间内;光导开关的输入端与高压导体连接,光导开关的输出端与连接体连接,并通过连接体与射频接头连接;接地导体朝向电容的一侧设置有容置腔,连接体位于容置腔中。链路整体结构集成度高,结构紧凑,电流/电压在传输过程中受外界电磁干扰小,保真度高。

技术研发人员:王朗宁,曾玲珑,牛昕玥,荀涛,王日品,李博涵,张军,张建德
受保护的技术使用者:中国人民解放军国防科技大学
技术研发日:
技术公布日:2024/12/17
转载请注明原文地址:https://xbbs.6miu.com/read-30541.html