CN101635452B - 多用途一体化防雷电和电磁脉冲模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多用途一体化防雷电和电磁脉冲模块，涉及一种雷电和电磁脉冲防护技术。本发明的结构是：在外筒(2)内，在其中心线设置有内杆(6)，从外筒(2)的左端向右端，依次连接有绝缘材料(3)、电子发射材料(1)、绝缘材料(3)、高介电材料(4)、高导磁材料(5)、高介电材料(4)和绝缘材料(3)；高介电材料(4)和内杆(6)紧密连接；电子发射材料(1)和内杆(6)之间有间隙。本发明对信号插损小；有效防护了电磁脉冲对电子设备的损毁；通用性强；占用空间小、安装维护方便；可应用于雷达、通信系统、各类移动及地面武器系统的电子设备和进出实验室线缆入/出口，EMC兼容要求较高的环境。

Description

多用途一体化防雷电和电磁脉冲模块

技术领域

本发明涉及一种雷电和电磁脉冲防护技术，尤其涉及一种多用途一体化防雷电和电磁脉冲模块；能广泛应用在强电磁脉冲环境、纳秒级电磁脉冲、电磁脉冲炸弹、高能微波电磁脉冲武器、核电磁脉冲及雷电电磁脉冲对各类电子设备损毁的防护和EMC兼容要求较高的环境。

背景技术

核电磁脉冲(NEMP)和雷电电磁脉冲(LEMP)对电子设备的破坏力十分巨大，可使弱电电子元器件如集成电路等损坏；还会与电子设备的入口线缆、导体等耦合把强大的电磁脉冲能量传导到电子设备，引起电子设备的失效或损坏；对通信、武器装备等各种电子、电气设备造成极大威胁。

现代军用装备的电子化程度大幅度提高后，军用电子设备的功率和频率不断向高端和低端两个方向延伸，军用电子设备在海、陆、空各种平台上的使用密集度也大幅增加，导致各电子设备对EMC、NEMP、LEMP问题越来越突出。

电子设备受外界干扰影响的途径很多，入口模型也很复杂，大致可归纳为“前门”和“后门”两大类。所谓“前门”主要是由连接线直接传入电子设备，“后门”耦合则是电磁场通过电子设备外壳的孔缝进入。有的电子设备会直接受电磁脉冲的作用，这种作用和影响以前没有引起人们的足够重视。尤其雷击或高电压开关设备的突然动作或投切所产生的电磁脉冲，轻则会使电子设备的参数发生变化，性能变差或造成电子设备的误动、拒动，重则会导致电子设备功能的损坏。

目前，普遍使用的是防雷模块组合结构的防雷电路，其构成的SPD模块也只能实现雷电低频率、数十纳秒保护模式；在防护NEMP和LEMP方面，主要使用压敏电阻、气体放电管、瞬态抑制二极管(TVS)等限压抑制器件，这些器件在响应时间上不能满足NEMP的响应时间小于纳秒级(1MHz-10GHz)的要求；由分立器件组合，内部电磁耦合在小于纳秒级高脉冲时由于结构限制不能解决，因此可靠性差、体积大，大多缺少整体防护要求等。

发明内容

本发明的目的就在于克服现有技术存在的缺点和不足，提供一种多用途一体化防雷电和电磁脉冲模块。

本发明的目的是这样实现的：

分离原件组合电路时，连接各器件的导体配线产生的寄生参数对产品性能影响在一定条件下是有害的，设计时有时为了克服寄生参数的影响，增加电路的复杂性，即使这样有时还很难消除寄生参数。连接导线除了完成正常功能外，它也是传导有害电磁脉冲的通路，在低频时主要是传导，在高频时是辐射，解决高频电磁辐射异常复杂。本发明就是把这种无用寄生参数通过应用新材料和结构组合使寄生参数的“量”发生“质”的转化，变有害为有用，应用到防护电磁脉冲由设备的出/入口传导和耦合到被保护设备内部，防止损坏设备。

具体地说，本发明包括电子发射材料、外筒、绝缘材料、高介电材料、高导磁材料和内杆构成一种圆柱体；

在外筒内，在其中心线设置有内杆，从外筒的左端向右端，依次连接有绝缘材料、电子发射材料、绝缘材料、高介电材料、高导磁材料、高介电材料和绝缘材料；

高介电材料和内杆紧密连接；

电子发射材料和内杆之间有间隙。

整体模块由不同材料、不同几何尺寸和不同填充量决定电气参数。

根据用途从外筒的左端向右端，各材料设置的顺序可不相同。

各材料分别填充到导体金属外壳内，无需模块内部的连接线缆，增强了可靠性和防护效果。

本发明具有下列优点和积极效果：

1、由分布参数构成的滤波电路和尖峰抑制电路泄流能力大，传导工作信号内杆载流能量大，对信号插损小；

2、能够承受电磁脉冲瞬间高压和快速衰减电磁脉冲，能够阻止电磁脉冲由电子设备输入端口传导和辐射到电子设备的内部，有效防护了电磁脉冲对电子设备的损毁；

3、通用性强，可任意组合不同的防护电路，具有快速响应、全保护功能，解决了一模多功能的问题。

4、占用空间小、安装维护方便，为产品设计、生产、现场使用提供了一种简便、快捷的方式，有效地节省了成本，满足了各种系统的对产品可靠性、安全性的需要，适用性有了较大的提高。

5、可应用于雷达、通信系统、各类移动及地面武器系统的电子设备和进出实验室线缆入/出口，EMC兼容要求较高的环境。

附图说明

图1为本发明的结构纵向剖面图；

图2为本发明的工作原理框图。

图3为本发明扩展之一的结构纵向剖面图；

图4为本发明扩展之二的结构纵向剖面图。

其中：

1-电子发射材料；

2-外筒；

3-(填充)绝缘材料；

4-(填充)高介电材料；

5-(填充)高导磁材料；

6-内杆。

汉译英

EMC：是Electro Magnetic Compatibility的缩写，即电磁兼容。

NEMP：核电磁脉冲；

LEMP：雷电电磁脉冲；

SPD：是Surge protective device的缩写，即电涌保护器；

TVS：瞬态抑制二极管；

GDT：气体放电管(并联在类似电源线、电信线、信号线和数据传输线等敏感设备的前端，进而保护它们免受因闪电和设备开关操作引起的瞬间突波电压的破坏。正常情况下，这些器件并不会影响信号的正常工作。然而，在电压浪涌情况下，GDT产品可转换到低阻抗状态，使能量离开敏感的设备。)

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

一、总体

如图1，本发明包括电子发射材料1、外筒2、绝缘材料3、高介电材料4、高导磁材料5和内杆6构成一种圆柱体；

在外筒2内，在其中心线设置有内杆6，从外筒2的左端向右端，依次连接有绝缘材料3、电子发射材料1、绝缘材料3、高介电材料4、高导磁材料5、高介电材料4和绝缘材料3；

高介电材料4和内杆6紧密连接；

电子发射材料1和内杆6之间有间隙。

如图1、2，本发明的工作原理是：

1、电子发射材料1、外筒2、绝缘材料3和内杆6组合并等效为气体放电管GDT，构成大通流泄放通道，对电磁脉冲的强大脉冲能量对地泄放。

2、外筒2、高介电材料4和内杆6组合并等效为电容C，(低介损“2C”)构成低通滤波器电路，对地短路高频纳秒级电磁脉冲。

3、外筒2、高导磁材料5和内杆6组合并等效为电感L，构成对高频纳秒级电磁脉冲阻止延内杆6传输到到电子设备。

二、功能块

1、电子发射材料1

电子发射材料1是一种由合金或金属氧化物或石墨材料构成的环状体。

2、外筒2

外筒2是一种金属圆筒，通过内置一个圆环隔离相邻两个工作空间。

3、绝缘材料3

绝缘材料3是一种由聚四氟乙烯或陶瓷构成的环状体。

4、高介电材料4

高介电材料4是一种由陶瓷或颗粒填充聚合物材料或胶体聚合物材料构成的环状体。

5、高导磁材料5

高导磁材料5是一种常用的由氧化铁、氧化铜、氧化锌以及氧化镍烧结而成的环状体。

6、内杆6

内杆6是一种金属长杆。

三、生产方法

①机加工好外筒2和内杆6；

②利用专用夹具将内杆6置于外筒2的中心线位置；

③在外筒2内，从左向右，依次放入或填充绝缘材料3、电子发射材料1、绝缘材料3、高介电材料4、高导磁材料5、高介电材料4和绝缘材料3；

④封闭外筒2的二端口。

四、使用方法

加工好的模块使用时，电子发射材料1的一端口为输入端(实际产品有标示)，另一端口为输出端(实际产品有标示)，外筒2接大地或被保护设备外壳。

五、扩展

由外筒2、绝缘材料3、高介电材料4、高导磁材料5和内杆6组成二节“∏形”滤波器电路单元，构成对高频纳秒级电磁脉冲的阻止或快速衰减，形成尖峰抑制功能；根据需要，调整各材料填充量等，即可改变应用电路参数，等效为高通、低通、带通和它们组合电路。

根据需要高介电材料4和高导磁材料5不限于上述单次排列组合；在一个外筒2内可多次排列组合。

根据需要，“∏形”单元可串联、并联使用。后级可接瞬态抑制二极管等限压抑制器件，构成精细保护电路。

具体地说，

1、如图3，本发明包括电子发射材料1、外筒2、绝缘材料3、高介电材料4、高导磁材料5和内杆6构成一种圆柱体；

在外筒2内，在其中心线设置有内杆6，从外筒2的左端向右端，依次连接有绝缘材料3、电子发射材料1、绝缘材料3、高导磁材料5、高介电材料4、高导磁材料5和绝缘材料3；

高介电材料4和内杆6紧密连接；

电子发射材料1和内杆6之间有间隙。

2、如图4，本发明包括电子发射材料1、外筒2、绝缘材料3、高介电材料4、高导磁材料5和内杆6构成一种圆柱体；

在外筒2内，在其中心线设置有内杆6，从外筒2的左端向右端，依次连接有绝缘材料3、电子发射材料1、绝缘材料3、高导磁材料5、高介电材料4、高导磁材料5、高介电材料4、高导磁材料5和绝缘材料3；

高介电材料4和内杆6紧密连接；

电子发射材料1和内杆6之间有间隙。

Claims (9)

1.一种多用途一体化防雷电和电磁脉冲模块，其特征在于：

由电子发射材料(1)、外筒(2)、绝缘材料(3)、高介电材料(4)、高导磁材料(5)和内杆(6)构成一种圆柱体；

在外筒(2)内，在其中心线设置有内杆(6)，从外筒(2)的左端向右端，依次连接有绝缘材料(3)、电子发射材料(1)、绝缘材料(3)、高介电材料(4)、高导磁材料(5)、高介电材料(4)和绝缘材料(3)；

高介电材料(4)和内杆(6)紧密连接；

电子发射材料(1)和内杆(6)之间有间隙。

2.按权利要求1所述的防雷电和电磁脉冲模块，其特征在于：

所述的电子发射材料(1)是一种由合金或金属氧化物或石墨材料构成的环状体。

3.按权利要求1所述的防雷电和电磁脉冲模块，其特征在于：

所述的外筒(2)是一种金属圆筒，通过内置一个圆环隔离相邻两个工作空间。

4.按权利要求1所述的防雷电和电磁脉冲模块，其特征在于：

所述的绝缘材料(3)是一种由聚四氟乙烯或陶瓷构成的环状体。

5.按权利要求1所述的防雷电和电磁脉冲模块，其特征在于：

所述的高介电材料(4)是一种由陶瓷或颗粒填充聚合物材料构成的环状体。

6.按权利要求1所述的防雷电和电磁脉冲模块，其特征在于：

所述的高导磁材料(5)是一种常用的由氧化铁、氧化铜、氧化锌以及氧化镍烧结而成的环状体。

7.按权利要求1所述的防雷电和电磁脉冲模块，其特征在于：

所述的内杆(6)是一种金属长杆。

8.一种多用途一体化防雷电和电磁脉冲模块，其特征在于：

包括电子发射材料(1)、外筒(2)、绝缘材料(3)、高介电材料(4)、高导磁材料(5)和内杆(6)构成一种圆柱体；

在外筒(2)内，在其中心线设置有内杆(6)，从外筒(2)的左端向右端，依次连接有绝缘材料(3)、电子发射材料(1)、绝缘材料(3)、高导磁材料(5)、高介电材料(4)、高导磁材料(5)和绝缘材料(3)；

高介电材料(4)和内杆(6)紧密连接；

电子发射材料(1)和内杆(6)之间有间隙。

9.一种多用途一体化防雷电和电磁脉冲模块，其特征在于：

包括电子发射材料(1)、外筒(2)、绝缘材料(3)、高介电材料(4)、高导磁材料(5)和内杆(6)构成一种圆柱体；

在外筒(2)内，在其中心线设置有内杆(6)，从外筒(2)的左端向右端，依次连接有绝缘材料(3)、电子发射材料(1)、绝缘材料(3)、高导磁材料(5)、高介电材料(4)、高导磁材料(5)、高介电材料(4)、高导磁材料(5)和绝缘材料(3)；

高介电材料(4)和内杆(6)紧密连接；

电子发射材料(1)和内杆(6)之间有间隙。

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