CN110556804A - 射频同轴强瞬态电磁脉冲综合防护装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种射频同轴强瞬态电磁脉冲综合防护装置，包括一体化金属本体，一体化金属本体的腔体内中部设有直接接触的第一容性机械结构件和第二容性机械结构件，第一容性机械结构件左侧设置有第一感性机械结构件，第一感性机械结构件左侧直接连接第一射频同轴传输线，第二容性机械结构件右侧设置有第二感性机械结构件，第二感性机械结构件右侧设置有第二射频同轴传输线，第二射频同轴传输线右侧设置有直接接触的第三容性机械结构件和第四容性机械结构件，第四容性机械结构件右侧直接连接第三射频同轴传输线，第二射频同轴传输线靠近第三容性机械结构件一端的下表面直接连接二极管机械结构件。本发明能有效地防护各类有害瞬态强电磁脉冲的侵扰和损毁。

Description

射频同轴强瞬态电磁脉冲综合防护装置

技术领域

本发明涉及电磁脉冲防护领域，尤其涉及一种射频同轴强瞬态电磁脉冲综合防护装置。

背景技术

随着各类无线装备和设施被广泛地应用到工农业生产、科学研究、外空探测、国防建设、国土安全防御等工程应用领域中，各类无线装备和设施的收发系统就被置于复杂的电磁环境中。无线收发系统设备尤其是天线和同轴馈线暴露在设备的外面，极易遭受各类瞬态电磁脉冲的侵扰，并通过天线和馈线将各类瞬态电磁脉冲引入到收发系统内部造成系统内的关键敏感设备损坏，从而影响无线装备和设备的正常工作。

当前在强电磁脉冲防护中，微秒级（us）慢速前沿（以下简称“慢沿”）强电磁脉冲（如雷电电磁脉冲）防护的技术相对成熟，而对于其他类的纳秒级（ns）及以下快速前沿（以下简称“快沿”）强电磁脉冲防护技术还处于起步阶段，如何对射频链路上的关键设备用一种电路实施有效的强电磁脉冲综合防护，既有效地节省设备的电磁脉冲防护成本又提升设备自身的防护性能，是当前射频链路强瞬态电磁脉冲防护急需解决的技术问题和一体化综合应用需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种射频同轴强瞬态电磁脉冲综合防护装置，满足无线装备和设施的收发系统能在极其复杂和恶劣的电磁环境里不间断工作，并能有效地防护各类有害瞬态强电磁脉冲的侵扰和损毁。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种射频同轴强瞬态电磁脉冲综合防护装置，包括一体化金属本体，所述一体化金属本体的腔体内中部设有直接接触的第一容性机械结构件和第二容性机械结构件，所述第一容性机械结构件左侧设置有第一感性机械结构件，所述第一感性机械结构件左侧直接连接第一射频同轴传输线，所述第二容性机械结构件右侧设置有第二感性机械结构件，所述第二感性机械结构件右侧设置有第二射频同轴传输线，所述第二射频同轴传输线右侧设置有直接接触的第三容性机械结构件和第四容性机械结构件，所述第四容性机械结构件右侧直接连接第三射频同轴传输线，所述第二射频同轴传输线靠近所述第三容性机械结构件一端的下表面直接连接二极管机械结构件。

通过采用上述技术方案，能有效地防护各类有害瞬态强电磁脉冲的侵扰和损毁，具备慢沿强瞬态电磁脉冲浪涌电压尖峰抑制和浪涌电流吸收电路功能，同时具备快沿强瞬态电磁脉冲的防护功能。

本发明进一步设置为：还包括第三感性机械结构件和第四感性机械结构件，所述第三感性机械结构件设置于所述第三容性机械结构件和第二射频同轴传输线之间，所述第四感性机械结构件设置于所述第四容性机械结构件和第三射频同轴传输线之间。

通过采用上述技术方案，构成两级级联互易对称的综合防护装置。

本发明进一步设置为：所述一体化金属本体具有300MHz-18GHz的频率谐振特性。

通过采用上述技术方案，有利于与感性机械结构件及容性机械结构件之间形成分布电容。

本发明进一步设置为：还包括第一射频同轴连接转换端口和第二射频同轴连接转换端口，所述第一射频同轴连接转换端口设置于所述一体化金属本体输入端，用于紧固所述第一射频同轴传输线；所述第二射频同轴连接转换端口设置于所述一体化金属本体输出端，用于紧固所述第三射频同轴传输线。

通过采用上述技术方案，射频同轴连接转换端口用于将射频同轴传输线固定在一体化金属本体中。

本发明进一步设置为：所述第一射频同轴连接转换端口和第二射频同轴连接转换端口特性阻抗为50欧姆。

通过采用上述技术方案，射频同轴连接转换端口特性阻抗为50欧姆。

本发明进一步设置为：所述第一射频同轴连接转换端口和第二射频同轴连接转换端口采用法兰盘固定、挤压紧配压接或螺纹配合工艺。

通过采用上述技术方案，射频同轴连接转换端口采用法兰盘固定、挤压紧配压接或螺纹配合工艺，有利于紧固连接。

本发明进一步设置为：所述第一射频同轴连接转换端口和第二射频同轴连接转换端口与所述一体化金属本体之间均设有O型防水导电胶圈。

通过采用上述技术方案，射频同轴连接转换端口与一体化金属本体之间设置O型防水导电胶圈，有利于保持一体化金属本体内的工作环境，避免感性机械结构件及容性机械结构件等精密机械结构件受到影响

本发明进一步设置为：还包括保险丝管螺套，套设于所述一体化金属本体外侧，且对应接触于所述二极管机械结构件。

通过采用上述技术方案，保险丝管螺套设于所述一体化金属本体外侧且对应接触于所述二极管机械结构件，即：并联于第二射频同轴传输线和一体化金属本体之间，对整个装置的射频性能无任何影响，当射频同轴传输线上感应有快沿强瞬态电磁脉冲时就会产生瞬态强浪涌电压和电流，二极管机械结构件就将快沿强瞬态电磁脉冲感应的强浪涌电压嵌位到二极管的特征嵌位电压水平，并将浪涌电流泄放到地，从而将快沿强瞬态电磁脉冲的能量削减到后端装备可承受的范围，起到快沿强瞬态电磁脉冲的防护作用。

本发明进一步设置为：所述一体化金属本体、第一射频同轴传输线、第一感性机械结构件、第一容性机械结构件、第二容性机械结构件、第二感性机械结构件、第二射频同轴传输线、第三容性机械结构件、第四容性机械结构件和第三射频同轴传输线同轴同心装配。

通过采用上述技术方案，采用同轴同心装配，有利于提高装置的可靠性，并获得更高的性能。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、感性机械结构件短截线与金属一体化金属本体相联构成短路结构，形成雷电电磁脉冲吸收和泄放通路，具备显著的慢沿强瞬态电磁脉冲（例如雷电电磁脉冲）吸收抑制电路功能；

2、二极管机械结构件并联于射频同轴传输线和一体化金属本体之间，起到快沿强瞬态电磁脉冲（例如核电磁脉冲或高功率微波脉冲）的防护作用。

3、没有用任何具体集总参数特性的电感和电容，也无任何一种浪涌电流吸收器件如气体放电管或压敏电阻等器件；

4、外形呈圆柱体状，机构精巧，与射频同轴连接转换端口配合使用，方便该防护装置安装到各类超宽带射频链路中，对敏感射频同轴装置起到各类有害（快沿或慢沿）瞬态强电磁脉冲的侵扰和损毁防护的作用。

附图说明

图1是实施例1的综合防护装置结构示意图；

图2是实施例1的综合防护装置等效电路示意图；

图3是实施例1的综合防护装置等效电路原理图；

图4是实施例1的综合防护装置外壳结构示意图；

图5是实施例2的综合防护装置结构示意图；

图6是实施例3的综合防护装置结构示意图。

图中，10、一体化金属本体；111、第一射频同轴连接转换端口；112、第二射频同轴连接转换端口；12、保险丝管螺套；131、第一感性机械结构件；132、第二感性机械结构件；133、第三感性机械结构件；134、第四感性机械结构件；141、第一射频同轴传输线；142、第二射频同轴传输线；143、第三射频同轴传输线；15、二极管机械结构件；151、等效二极管；161、第一容性机械结构件；162、第二容性机械结构件；163、第三容性机械结构件；164、第四容性机械结构件；171、第一等效电感；172、第二等效电感；181、第一等效电容；182、第二等效电容；191、第一分布电容；192、第二分布电容；193、第三分布电容；194、第四分布电容；195、第五分布电容。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例1：一种射频同轴强瞬态电磁脉冲综合防护装置，如图1所示，包括一体化金属本体10，所述一体化金属本体10的腔体内中部设有直接接触的第一容性机械结构件161和第二容性机械结构件162，所述第一容性机械结构件161左侧设置有第一感性机械结构件131，所述第一感性机械结构件131左侧直接连接第一射频同轴传输线141，所述第二容性机械结构件162右侧设置有第二感性机械结构件132，所述第二感性机械结构件132右侧设置有第二射频同轴传输线142，所述第二射频同轴传输线142右侧设置有直接接触的第三容性机械结构件163和第四容性机械结构件164，所述第四容性机械结构件164右侧直接连接第三射频同轴传输线143，所述第二射频同轴传输线142靠近所述第三容性机械结构件163一端的下表面直接连接二极管机械结构件15。

如图2所示，第一感性机械结构件131自身等效为第一等效电感171，第二感性机械结构件132自身等效为第二等效电感172，二极管机械结构件15自身等效为等效二极管151，第一容性机械结构件161和第二容性机械结构件162接触面之间可填充合适的电介质形成第一等效电容181，第三容性机械结构件163和第四容性机械结构件164接触面之间可填充合适的电介质形成第二等效电容182，第一容性机械结构件161和一体化金属本体10之间形成第一分布电容191，第二容性机械结构件162和一体化金属本体10之间形成第二分布电容192，第一感性机械结构件131和一体化金属本体10之间形成第三分布电容193，第二感性机械结构件132和一体化金属本体10之间形成第四分布电容194，第二射频同轴传输线142和一体化金属本体10之间形成第五分布电容195。

如图3所示，所述第一等效电感171、第二等效电感172、第一等效电容181、第二等效电容182、第一分布电容191、第二分布电容192、第三分布电容193、第四分布电容194和第五分布电容195一起构成射频微波信号选频网络及阻抗匹配网络，整体等效为π派形LC高通滤波器，整个装置的工作带宽和射频性能参数由内部结构决定。

射频同轴传输线、容性机械结构件、感性机械结构件、一体化金属本体10直接相联形成直流短路和等电位的结构（简称短路防护结构），慢沿强电磁脉冲（如雷电电磁脉冲）能被有效地抑制吸收。当同轴传输线上有慢沿强电磁脉冲如雷电电磁脉冲出现时，因短路防护结构是直接将射频同轴传输线与一体化金属本体10短路成一体并形成等电位结构，将慢沿强电磁脉冲（如雷电电磁脉冲）传输到腔体从而将射频同轴传输线与腔体之间的瞬态慢沿强电磁脉冲电压的尖峰有效地限制在一定的范围之内（如低于10VDC）；有效地保护了后端设施免遭慢沿强瞬态电磁脉冲（如雷电磁脉冲）冲击。

在中间装有皮秒级响应速度的二极管机械结构件15，二极管机械机构件等效为二极管，是并联射频同轴传输线和一体化金属本体10之间，形成纳秒级及以下快沿强瞬态电磁脉冲的尖峰嵌位电路，当射频同轴传输线上感应有快沿强瞬态电磁脉冲时就会产生瞬态强浪涌电压和电流，二极管堆就动作将快沿强瞬态电磁脉冲感应的强浪涌电压嵌位到二极管的特征嵌位电压水平，并将浪涌电流泄放到地，从而将快沿强瞬态电磁脉冲的能量削减到后端装备可承受的范围，起到快沿强瞬态电磁脉冲（如核电磁脉冲和高功率微波脉冲）的防护作用。

如图4所示，还包括第一射频同轴连接转换端口111和第二射频同轴连接转换端口112，所述第一射频同轴连接转换端口111设置于所述一体化金属本体10输入端，用于紧固所述第一射频同轴传输线141；所述第二射频同轴连接转换端口112设置于所述一体化金属本体10输出端，用于紧固所述第三射频同轴传输线143。还包括保险丝管螺套12，套设于所述一体化金属本体10外侧，且对应接触于所述二极管机械结构件15。

优选的，所述第一射频同轴连接转换端口111和第二射频同轴连接转换端口112特性阻抗为50欧姆；所述第一射频同轴连接转换端口111和第二射频同轴连接转换端口112采用法兰盘固定、挤压紧配压接或螺纹配合工艺；所述第一射频同轴连接转换端口111和第二射频同轴连接转换端口112与所述一体化金属本体10之间均设有O型防水导电胶圈。

优选的，所述一体化金属本体10具有300MHz-18GHz的频率谐振特性；所述一体化金属本体10、第一射频同轴传输线141、第一感性机械结构件131、第一容性机械结构件161、第二容性机械结构件162、第二感性机械结构件132、第二射频同轴传输线142、第三容性机械结构件163、第四容性机械结构件164和第三射频同轴传输线143同轴同心装配。该防护装置外形由安装使用场合确定，可以是法兰盘状或穿墙结构等形式，优选圆柱体状，机构精巧紧凑简单方便，与射频同轴连接转换端口配合使用，方便该防护装置安装到各类超宽带射频链路中，只需安装在无线设备的馈缆与设备连接处，就可以有效地抑制雷电电磁脉冲损毁，保证无线设备全天候工作，对敏感射频同轴装置起到雷电电磁脉冲防护的作用。

本发明的防护装置，内部精密机械结构件均可采用对称或非对称性的结构件实现，第一感性机械结构件131和第二感性机械结构件132可采用平面、圆周对称或非对称曲线及短截线等形式，第一容性机械结构件161、第二容性机械结构件162、第三容性机械结构件163和第四容性机械结构件164可采用圆柱状或适当面积的圆盘片状、圆柱空心管套等形式，并附有有效电介质。

实施例2：如图5所示，与实施例1的不同之处在于，将所述第一容性机械结构件161和第二容性机械结构件162去掉，形成单纯的快沿强瞬态电磁脉冲防护模块，具备防护结构重构功能。

实施例3：如图6所示，与实施例1的不同之处在于，还包括第三感性机械结构件133和第四感性机械结构件134，所述第三感性机械结构件133设置于所述第三容性机械结构件163和第二射频同轴传输线142之间，所述第四感性机械结构件134设置于所述第四容性机械结构件164和第三射频同轴传输线143之间；形成两级级联互易对称的综合防护装置。

常见的感性元件如电感，容性元件如电容。感性机械结构件就是用精密机械结构实现电感器件的功能， 容性机械结构件就是用精密机械结构实现电容器件的功能，二极管机械结构件就是用精密机械结构实现二极管器件的功能。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的保护范围内都受到专利法的保护。

Claims (9)

1.一种射频同轴强瞬态电磁脉冲综合防护装置，其特征是：包括一体化金属本体（10），所述一体化金属本体（10）的腔体内中部设有直接接触的第一容性机械结构件（161）和第二容性机械结构件（162），所述第一容性机械结构件（161）左侧设置有第一感性机械结构件（131），所述第一感性机械结构件（131）左侧直接连接第一射频同轴传输线（141），所述第二容性机械结构件（162）右侧设置有第二感性机械结构件（132），所述第二感性机械结构件（132）右侧设置有第二射频同轴传输线（142），所述第二射频同轴传输线（142）右侧设置有直接接触的第三容性机械结构件（163）和第四容性机械结构件（164），所述第四容性机械结构件（164）右侧直接连接第三射频同轴传输线（143），所述第二射频同轴传输线（142）靠近所述第三容性机械结构件（163）一端的下表面直接连接二极管机械结构件（15）。

2.根据权利要求1所述的射频同轴强瞬态电磁脉冲综合防护装置，其特征是：还包括第三感性机械结构件（133）和第四感性机械结构件（134），所述第三感性机械结构件（133）设置于所述第三容性机械结构件（163）和第二射频同轴传输线（142）之间，所述第四感性机械结构件（134）设置于所述第四容性机械结构件（164）和第三射频同轴传输线（143）之间。

3.根据权利要求1所述的射频同轴强瞬态电磁脉冲综合防护装置，其特征是：所述一体化金属本体（10）具有300MHz-18GHz的频率谐振特性。

4.根据权利要求1所述的射频同轴强瞬态电磁脉冲综合防护装置，其特征是：还包括第一射频同轴连接转换端口（111）和第二射频同轴连接转换端口（112），所述第一射频同轴连接转换端口（111）设置于所述一体化金属本体（10）输入端，用于紧固所述第一射频同轴传输线（141）；所述第二射频同轴连接转换端口（112）设置于所述一体化金属本体（10）输出端，用于紧固所述第三射频同轴传输线（143）。

5.根据权利要求4所述的射频同轴强瞬态电磁脉冲综合防护装置，其特征是：所述第一射频同轴连接转换端口（111）和第二射频同轴连接转换端口（112）特性阻抗为50欧姆。

6.根据权利要求4所述的射频同轴强瞬态电磁脉冲综合防护装置，其特征是：所述第一射频同轴连接转换端口（111）和第二射频同轴连接转换端口（112）采用法兰盘固定、挤压紧配压接或螺纹配合工艺。

7.根据权利要求4所述的射频同轴强瞬态电磁脉冲综合防护装置，其特征是：所述第一射频同轴连接转换端口（111）和第二射频同轴连接转换端口（112）与所述一体化金属本体（10）之间均设有O型防水导电胶圈。

8.根据权利要求1所述的射频同轴强瞬态电磁脉冲综合防护装置，其特征是：还包括保险丝管螺套（12），套设于所述一体化金属本体（10）外侧，且对应接触于所述二极管机械结构件（15）。

9.根据权利要求1所述的射频同轴强瞬态电磁脉冲综合防护装置，其特征是：所述一体化金属本体（10）、第一射频同轴传输线（141）、第一感性机械结构件（131）、第一容性机械结构件（161）、第二容性机械结构件（162）、第二感性机械结构件（132）、第二射频同轴传输线（142）、第三容性机械结构件（163）、第四容性机械结构件（164）和第三射频同轴传输线（143）同轴同心装配。