專利名稱：Hf/vhf頻段的超寬帶電磁脈沖防護(hù)模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于強(qiáng)電磁脈沖防護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種具有廣泛適用性的HF/VHF 頻段敏感設(shè)備的超寬帶電磁脈沖防護(hù)模塊，可用于HF/VHF頻段電子設(shè)備對(duì)具有陡上升沿時(shí)間(小于Ins)的超寬帶電磁脈沖的防護(hù)。
背景技術(shù)：
超寬帶電磁脈沖是指上升沿時(shí)間小于Ins的強(qiáng)電磁脈沖，由于其具有極快的上升沿時(shí)間，其頻譜能量可能分布于IOMHz直到幾個(gè)GHz的范圍內(nèi)，甚至超過10GHz。覆蓋了目前大部分敏感設(shè)備的工作頻段，超寬帶電磁脈沖可與敏感設(shè)備天線產(chǎn)生較強(qiáng)耦合進(jìn)入射頻前端并對(duì)設(shè)備產(chǎn)生損傷。另外由于超寬帶電磁脈沖存在高頻分量，其對(duì)門窗縫隙(包括金屬絲網(wǎng))、敏感設(shè)備機(jī)箱上的狹縫小孔以及編織屏蔽電纜的編織屏蔽層都具有更強(qiáng)的穿透能力，通過后門耦合進(jìn)入敏感設(shè)備內(nèi)部的強(qiáng)電磁脈沖能量比核電磁脈沖更強(qiáng)，對(duì)敏感設(shè)備的干擾、毀傷更強(qiáng)。目前現(xiàn)有的強(qiáng)電磁脈沖防護(hù)方法較少，國(guó)際上現(xiàn)有的強(qiáng)電磁脈沖防護(hù)電路也是以具有較長(zhǎng)上升沿時(shí)間的核電磁脈沖(貝爾實(shí)驗(yàn)室波形的上升沿時(shí)間為2. 5ns，美軍標(biāo)波形上升沿時(shí)間為5ns)為防護(hù)對(duì)象。對(duì)于超寬帶電磁脈沖而言，由于其上升沿時(shí)間極快(可達(dá) 0. 1ns，脈沖寬度僅為1ns)，而目前最快的抑制器件TVS管的響應(yīng)時(shí)間僅為1ns，其對(duì)上升沿時(shí)間為0. 1ns，脈沖寬度為Ins的超寬帶電磁脈沖基本起不到任何防護(hù)作用(大部分電磁脈沖能量在抑制器件開始響應(yīng)以前已經(jīng)通過抑制器件進(jìn)入后級(jí)電路)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種HF/VHF頻段的超寬帶電磁脈沖防護(hù)模塊， 能夠方便的安裝于室外電纜和室內(nèi)電子設(shè)備之間的同軸信號(hào)線上，泄放耦合到信號(hào)電纜上的超寬帶強(qiáng)電磁脈沖，起到保護(hù)HF/VHF頻段敏感設(shè)備免遭脈沖能量損壞的作用。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案為HF/VHF頻段的超寬帶電磁脈沖防護(hù)模塊，其特征在于它包括同軸腔體低通濾波器、氣體放電管、大功率TVS管和小功率TVS管，同軸腔體低通濾波器的兩端分別通過銅導(dǎo)線與同軸端口連接；氣體放電管與大功率TVS管串聯(lián)后連接于同軸腔體低通濾波器一端的銅導(dǎo)線和地線之間；小功率TVS管連接于同軸腔體低通濾波器另一端的銅導(dǎo)線和地線之間。按上述方案，所述的同軸腔體低通濾波器包括金屬外殼，金屬外殼內(nèi)設(shè)置多段銅導(dǎo)線和串聯(lián)于銅導(dǎo)線間的銅柱，銅柱外套有與金屬外殼絕緣的介質(zhì)筒。按上述方案，所述的銅柱長(zhǎng)度為5 20mm，直徑為IOmm 20mm。按上述方案，所述的同軸腔體低通濾波器的階數(shù)為3 5階，一個(gè)銅柱和一段銅導(dǎo)線構(gòu)成1階。按上述方案，所述的同軸端口特性阻抗為50歐姆。本發(fā)明的有益效果為CN 102403702 A
說明書
2/31、采用濾波電路能夠明顯延長(zhǎng)超寬帶電磁脈沖的上升沿時(shí)間，為后級(jí)小功率TVS 管提供足夠的響應(yīng)時(shí)間；由于腔體濾波器Q值高數(shù)個(gè)量級(jí)，采用該方案將實(shí)現(xiàn)更低的矩形系數(shù)，在不影響帶內(nèi)信號(hào)的前提下盡量提高對(duì)帶外強(qiáng)電磁脈沖能量的反射。且其擊穿電壓非常高，受到環(huán)境(溫度、濕度)的影響較小。2、采用氣體放電管與大功率TVS管串聯(lián)作為第一級(jí)防護(hù)，減小強(qiáng)電磁脈沖的脈沖寬度能夠明顯增大后級(jí)小功率TVS管的瞬時(shí)功率承受能力；另外氣體放電管和大功率TVS 管串聯(lián)，在有效抑制氣體放電管的續(xù)流的同時(shí)減小整個(gè)第一防護(hù)支路的附加電容，減小防護(hù)模塊對(duì)正常傳輸通道的影響。


圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1的等效電路圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的用于超短波通信頻帶的復(fù)合式強(qiáng)電磁脈沖綜合防護(hù)模塊做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，包括同軸腔體低通濾波器、氣體放電管、大功率TVS管和小功率TVS管。同軸腔體低通濾波器包括金屬外殼，金屬外殼內(nèi)設(shè)置多段銅導(dǎo)線3和串聯(lián)于銅導(dǎo)線間的銅柱4，其中銅導(dǎo)線的附加電感構(gòu)成整個(gè)同軸腔體低通濾波器的電感；銅柱4外套有與金屬外殼絕緣的介質(zhì)筒5，防止銅柱與濾波器的金屬外殼連接，銅柱側(cè)面與濾波器殼體之間的面-面耦合構(gòu)成了同軸腔體低通濾波器的并聯(lián)電容。銅柱和銅導(dǎo)線間隔排列構(gòu)成濾波器的高阻抗和低阻抗部分，一個(gè)銅柱和一段銅導(dǎo)線構(gòu)成濾波器的1階，一般選為3 5階， 本實(shí)施例為4階。銅柱長(zhǎng)度一般為5 20mm，直徑為IOmm 20mm。同軸端口特性阻抗為 50歐姆。同軸腔體低通濾波器一端通過銅導(dǎo)線與同軸輸入端1連接，并且此處銅導(dǎo)線與地線之間連接氣體放電管6與大功率TVS管7串聯(lián)的電路；同軸腔體低通濾波器另一端通過銅導(dǎo)線與同軸輸出端2連接，并且此處銅導(dǎo)線與地線之間連接小功率TVS管8。圖2為圖1的等效電路圖，同軸腔體低通濾波器10的兩端分別通過銅導(dǎo)線與同軸端口連接；氣體放電管6與大功率TVS管7串聯(lián)后連接于同軸腔體低通濾波器10 —端的銅導(dǎo)線和地線之間；小功率TVS管8連接于同軸腔體低通濾波器另一端的銅導(dǎo)線和地線之間。本發(fā)明防護(hù)模塊由三級(jí)防護(hù)電路構(gòu)成，分別為并聯(lián)氣體放電管+大功率TVS管支路，串聯(lián)超短波頻段腔體低通濾波器，以及后端的并聯(lián)小功率TVS支路。對(duì)于超寬帶電磁脈沖而言，其防護(hù)的難點(diǎn)在于現(xiàn)有抑制器件的響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)(最短Ins)，當(dāng)抑制器件開始產(chǎn)生響應(yīng)時(shí)，超寬帶電磁脈沖已經(jīng)穿過防護(hù)模塊，本發(fā)明利用同軸結(jié)構(gòu)低通濾波器濾除超寬帶電磁脈沖高頻分量進(jìn)而減緩脈沖的上升沿時(shí)間。仿真結(jié)果顯示，400MHz的低通濾波器能夠?qū)?. Ins Ins上升沿時(shí)間的超寬帶電磁脈沖的上升沿減緩到3ns ^s，此時(shí)在濾波器后并聯(lián)響應(yīng)時(shí)間極快的小附加電容TVS管能夠?qū)Τ瑢拵щ姶琶}沖的能量進(jìn)行泄放，達(dá)到對(duì)后端敏感設(shè)備進(jìn)行保護(hù)的目的。
由于小功率TVS管可承受功率不大，且其瞬時(shí)脈沖功率承受能力與脈沖的寬度成反比，為提高TVS管的脈沖功率承受能力，需要在上述器件組合前加裝前級(jí)大功率抑制器件，用于縮短強(qiáng)電磁脈沖的脈沖寬度，即本發(fā)明采用的氣體放電管、大功率TVS管相互串聯(lián)的方式。雖然氣體放電管擁有很大的通流能力和較快的響應(yīng)時(shí)間，但是其從導(dǎo)通狀態(tài)恢復(fù)到斷開狀態(tài)后，存在續(xù)流，該續(xù)流對(duì)正常信號(hào)的較大；而采用大功率TVS管作為第一級(jí)防護(hù)，盡管其響應(yīng)時(shí)間快，且沒有續(xù)流的問題，但是其附加電容很大(功率越大，附加電容越大，可達(dá)nF量級(jí))，將明顯影響高頻電路阻抗匹配，對(duì)正常信號(hào)產(chǎn)生較大影響；基于以上分析，將氣體放電管與大功率TVS管串聯(lián)并接地，構(gòu)成防護(hù)模塊的第一個(gè)支電路，該分支電路整體電容小于氣體放電管的附加電容(PF量級(jí))；另外當(dāng)該分支電路從導(dǎo)通切換到斷開時(shí)， 迅速斷開的TVS管阻斷了氣體放電管的續(xù)流通路，以相互彌補(bǔ)彼此的缺點(diǎn)，能夠表現(xiàn)出良好的抑制效果。另外，一般而言，超寬帶電磁脈沖都擁有一定的重頻特性，其重頻在每秒數(shù)十次甚至數(shù)百次以上。高重頻的超寬帶電磁脈沖能夠明顯的降低敏感系統(tǒng)電子線路的損傷閾值， 其同樣將降低防護(hù)模塊濾波電路的損傷閾值，使其濾波傳輸特性惡化?；诖耍景l(fā)明的低通濾波采用“葫蘆串”同軸濾波器，上述結(jié)構(gòu)濾波器由于沒有使用集總參數(shù)電容、電感(這些器件在高重頻的強(qiáng)電磁脈沖沖擊下性能都將發(fā)生明顯變化)，整個(gè)防護(hù)模塊在高重頻的超寬帶電磁脈沖沖擊下其性能更加穩(wěn)定，使其能夠長(zhǎng)時(shí)間保持良好的傳輸特性。
權(quán)利要求
1.HF/VHF頻段的超寬帶電磁脈沖防護(hù)模塊，其特征在于它包括同軸腔體低通濾波器、氣體放電管、大功率TVS管和小功率TVS管，同軸腔體低通濾波器的兩端分別通過銅導(dǎo)線與同軸端口連接；氣體放電管與大功率TVS管串聯(lián)后連接于同軸腔體低通濾波器一端的銅導(dǎo)線和地線之間；小功率TVS管連接于同軸腔體低通濾波器另一端的銅導(dǎo)線和地線之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超寬帶電磁脈沖防護(hù)模塊，其特征在于所述的同軸腔體低通濾波器包括金屬外殼，金屬外殼內(nèi)設(shè)置多段銅導(dǎo)線和串聯(lián)于銅導(dǎo)線間的銅柱，銅柱外套有與金屬外殼絕緣的介質(zhì)筒。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超寬帶電磁脈沖防護(hù)模塊，其特征在于所述的銅柱長(zhǎng)度為 5 20mm，直徑為 10mnT20mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超寬帶電磁脈沖防護(hù)模塊，其特征在于所述的同軸腔體低通濾波器的階數(shù)為3飛階，一個(gè)銅柱和一段銅導(dǎo)線構(gòu)成1階。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的超寬帶電磁脈沖防護(hù)模塊，其特征在于所述的同軸端口特性阻抗為50歐姆。
全文摘要
本發(fā)明提供一種HF/VHF頻段的超寬帶電磁脈沖防護(hù)模塊，其特征在于它包括同軸腔體低通濾波器、氣體放電管、大功率TVS管和小功率TVS管，同軸腔體低通濾波器的兩端分別通過銅導(dǎo)線與同軸端口連接；氣體放電管與大功率TVS管串聯(lián)后連接于同軸腔體低通濾波器一端的銅導(dǎo)線和地線之間；小功率TVS管連接于同軸腔體低通濾波器另一端的銅導(dǎo)線和地線之間。使用同軸連接方式，能夠方便的安裝于室外電纜(包括天線)和室內(nèi)電子設(shè)備之間的同軸信號(hào)線上，泄放耦合到信號(hào)電纜上的超寬帶強(qiáng)電磁脈沖，起到保護(hù)HF/VHF頻段敏感設(shè)備免遭脈沖能量損壞的作用。
文檔編號(hào)H02H9/00GK102403702SQ20111037346
公開日2012年4月4日 申請(qǐng)日期2011年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月22日
發(fā)明者劉其鳳, 吳曉光, 方重華, 易學(xué)勤, 鄧峰, 鄭生全 申請(qǐng)人:中國(guó)艦船研究設(shè)計(jì)中心