专利名称：Hf/vhf频段的超宽带电磁脉冲防护模块的制作方法
技术领域：
本发明属于强电磁脉冲防护技术领域，尤其涉及一种具有广泛适用性的HF/VHF 频段敏感设备的超宽带电磁脉冲防护模块，可用于HF/VHF频段电子设备对具有陡上升沿时间(小于Ins)的超宽带电磁脉冲的防护。
背景技术：
超宽带电磁脉冲是指上升沿时间小于Ins的强电磁脉冲，由于其具有极快的上升沿时间，其频谱能量可能分布于IOMHz直到几个GHz的范围内，甚至超过10GHz。覆盖了目前大部分敏感设备的工作频段，超宽带电磁脉冲可与敏感设备天线产生较强耦合进入射频前端并对设备产生损伤。另外由于超宽带电磁脉冲存在高频分量，其对门窗缝隙(包括金属丝网)、敏感设备机箱上的狭缝小孔以及编织屏蔽电缆的编织屏蔽层都具有更强的穿透能力，通过后门耦合进入敏感设备内部的强电磁脉冲能量比核电磁脉冲更强，对敏感设备的干扰、毁伤更强。目前现有的强电磁脉冲防护方法较少，国际上现有的强电磁脉冲防护电路也是以具有较长上升沿时间的核电磁脉冲(贝尔实验室波形的上升沿时间为2. 5ns，美军标波形上升沿时间为5ns)为防护对象。对于超宽带电磁脉冲而言，由于其上升沿时间极快(可达 0. 1ns，脉冲宽度仅为1ns)，而目前最快的抑制器件TVS管的响应时间仅为1ns，其对上升沿时间为0. 1ns，脉冲宽度为Ins的超宽带电磁脉冲基本起不到任何防护作用(大部分电磁脉冲能量在抑制器件开始响应以前已经通过抑制器件进入后级电路)。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种HF/VHF频段的超宽带电磁脉冲防护模块， 能够方便的安装于室外电缆和室内电子设备之间的同轴信号线上，泄放耦合到信号电缆上的超宽带强电磁脉冲，起到保护HF/VHF频段敏感设备免遭脉冲能量损坏的作用。本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为HF/VHF频段的超宽带电磁脉冲防护模块，其特征在于它包括同轴腔体低通滤波器、气体放电管、大功率TVS管和小功率TVS管，同轴腔体低通滤波器的两端分别通过铜导线与同轴端口连接；气体放电管与大功率TVS管串联后连接于同轴腔体低通滤波器一端的铜导线和地线之间；小功率TVS管连接于同轴腔体低通滤波器另一端的铜导线和地线之间。按上述方案，所述的同轴腔体低通滤波器包括金属外壳，金属外壳内设置多段铜导线和串联于铜导线间的铜柱，铜柱外套有与金属外壳绝缘的介质筒。按上述方案，所述的铜柱长度为5 20mm，直径为IOmm 20mm。按上述方案，所述的同轴腔体低通滤波器的阶数为3 5阶，一个铜柱和一段铜导线构成1阶。按上述方案，所述的同轴端口特性阻抗为50欧姆。本发明的有益效果为CN 102403702 A
说明书
2/31、采用滤波电路能够明显延长超宽带电磁脉冲的上升沿时间，为后级小功率TVS 管提供足够的响应时间；由于腔体滤波器Q值高数个量级，采用该方案将实现更低的矩形系数，在不影响带内信号的前提下尽量提高对带外强电磁脉冲能量的反射。且其击穿电压非常高，受到环境(温度、湿度)的影响较小。2、采用气体放电管与大功率TVS管串联作为第一级防护，减小强电磁脉冲的脉冲宽度能够明显增大后级小功率TVS管的瞬时功率承受能力；另外气体放电管和大功率TVS 管串联，在有效抑制气体放电管的续流的同时减小整个第一防护支路的附加电容，减小防护模块对正常传输通道的影响。
图1为本发明一实施例的结构示意图。图2为图1的等效电路图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的用于超短波通信频带的复合式强电磁脉冲综合防护模块做进一步详细的说明。图1为本发明一实施例的结构示意图，包括同轴腔体低通滤波器、气体放电管、大功率TVS管和小功率TVS管。同轴腔体低通滤波器包括金属外壳，金属外壳内设置多段铜导线3和串联于铜导线间的铜柱4，其中铜导线的附加电感构成整个同轴腔体低通滤波器的电感；铜柱4外套有与金属外壳绝缘的介质筒5，防止铜柱与滤波器的金属外壳连接，铜柱侧面与滤波器壳体之间的面-面耦合构成了同轴腔体低通滤波器的并联电容。铜柱和铜导线间隔排列构成滤波器的高阻抗和低阻抗部分，一个铜柱和一段铜导线构成滤波器的1阶，一般选为3 5阶， 本实施例为4阶。铜柱长度一般为5 20mm，直径为IOmm 20mm。同轴端口特性阻抗为 50欧姆。同轴腔体低通滤波器一端通过铜导线与同轴输入端1连接，并且此处铜导线与地线之间连接气体放电管6与大功率TVS管7串联的电路；同轴腔体低通滤波器另一端通过铜导线与同轴输出端2连接，并且此处铜导线与地线之间连接小功率TVS管8。图2为图1的等效电路图，同轴腔体低通滤波器10的两端分别通过铜导线与同轴端口连接；气体放电管6与大功率TVS管7串联后连接于同轴腔体低通滤波器10 —端的铜导线和地线之间；小功率TVS管8连接于同轴腔体低通滤波器另一端的铜导线和地线之间。本发明防护模块由三级防护电路构成，分别为并联气体放电管+大功率TVS管支路，串联超短波频段腔体低通滤波器，以及后端的并联小功率TVS支路。对于超宽带电磁脉冲而言，其防护的难点在于现有抑制器件的响应时间较长(最短Ins)，当抑制器件开始产生响应时，超宽带电磁脉冲已经穿过防护模块，本发明利用同轴结构低通滤波器滤除超宽带电磁脉冲高频分量进而减缓脉冲的上升沿时间。仿真结果显示，400MHz的低通滤波器能够将0. Ins Ins上升沿时间的超宽带电磁脉冲的上升沿减缓到3ns ^s，此时在滤波器后并联响应时间极快的小附加电容TVS管能够对超宽带电磁脉冲的能量进行泄放，达到对后端敏感设备进行保护的目的。
由于小功率TVS管可承受功率不大，且其瞬时脉冲功率承受能力与脉冲的宽度成反比，为提高TVS管的脉冲功率承受能力，需要在上述器件组合前加装前级大功率抑制器件，用于缩短强电磁脉冲的脉冲宽度，即本发明采用的气体放电管、大功率TVS管相互串联的方式。虽然气体放电管拥有很大的通流能力和较快的响应时间，但是其从导通状态恢复到断开状态后，存在续流，该续流对正常信号的较大；而采用大功率TVS管作为第一级防护，尽管其响应时间快，且没有续流的问题，但是其附加电容很大(功率越大，附加电容越大，可达nF量级)，将明显影响高频电路阻抗匹配，对正常信号产生较大影响；基于以上分析，将气体放电管与大功率TVS管串联并接地，构成防护模块的第一个支电路，该分支电路整体电容小于气体放电管的附加电容(PF量级)；另外当该分支电路从导通切换到断开时， 迅速断开的TVS管阻断了气体放电管的续流通路，以相互弥补彼此的缺点，能够表现出良好的抑制效果。另外，一般而言，超宽带电磁脉冲都拥有一定的重频特性，其重频在每秒数十次甚至数百次以上。高重频的超宽带电磁脉冲能够明显的降低敏感系统电子线路的损伤阈值， 其同样将降低防护模块滤波电路的损伤阈值，使其滤波传输特性恶化。基于此，本发明的低通滤波采用“葫芦串”同轴滤波器，上述结构滤波器由于没有使用集总参数电容、电感(这些器件在高重频的强电磁脉冲冲击下性能都将发生明显变化)，整个防护模块在高重频的超宽带电磁脉冲冲击下其性能更加稳定，使其能够长时间保持良好的传输特性。
权利要求
1.HF/VHF频段的超宽带电磁脉冲防护模块，其特征在于它包括同轴腔体低通滤波器、气体放电管、大功率TVS管和小功率TVS管，同轴腔体低通滤波器的两端分别通过铜导线与同轴端口连接；气体放电管与大功率TVS管串联后连接于同轴腔体低通滤波器一端的铜导线和地线之间；小功率TVS管连接于同轴腔体低通滤波器另一端的铜导线和地线之间。
2.根据权利要求1所述的超宽带电磁脉冲防护模块，其特征在于所述的同轴腔体低通滤波器包括金属外壳，金属外壳内设置多段铜导线和串联于铜导线间的铜柱，铜柱外套有与金属外壳绝缘的介质筒。
3.根据权利要求2所述的超宽带电磁脉冲防护模块，其特征在于所述的铜柱长度为 5 20mm，直径为 10mnT20mm。
4.根据权利要求2所述的超宽带电磁脉冲防护模块，其特征在于所述的同轴腔体低通滤波器的阶数为3飞阶，一个铜柱和一段铜导线构成1阶。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的超宽带电磁脉冲防护模块，其特征在于所述的同轴端口特性阻抗为50欧姆。
全文摘要
本发明提供一种HF/VHF频段的超宽带电磁脉冲防护模块，其特征在于它包括同轴腔体低通滤波器、气体放电管、大功率TVS管和小功率TVS管，同轴腔体低通滤波器的两端分别通过铜导线与同轴端口连接；气体放电管与大功率TVS管串联后连接于同轴腔体低通滤波器一端的铜导线和地线之间；小功率TVS管连接于同轴腔体低通滤波器另一端的铜导线和地线之间。使用同轴连接方式，能够方便的安装于室外电缆(包括天线)和室内电子设备之间的同轴信号线上，泄放耦合到信号电缆上的超宽带强电磁脉冲，起到保护HF/VHF频段敏感设备免遭脉冲能量损坏的作用。
文档编号H02H9/00GK102403702SQ20111037346
公开日2012年4月4日 申请日期2011年11月22日 优先权日2011年11月22日
发明者刘其凤, 吴晓光, 方重华, 易学勤, 邓峰, 郑生全 申请人:中国舰船研究设计中心