CN111030069A - 射频前端电磁脉冲防护方法 - Google Patents

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王黎
李昆
寇科男
刘冬
戴弃君
高昕
常永明
贾文静
金晗冰
于润泽
蒋甜
孙笠森
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Abstract

本发明属于强电磁脉冲防护技术领域，具体涉及一种射频前端电磁脉冲防护方法，其适用于卫星导航定位通信设备。所述防护方法基于防护模块来实施，所述防护模块包括：第一瞬态抑制电路、带阻滤波器、第二瞬态抑制电路和屏蔽壳体；与现有技术相比较，本发明提供的防护方法能够克服现有射频前端防护模块存在的承受功率低和响应速度慢的问题，将防护模块的功率承受能力提高到10KW级，响应时间降低到1ns以内，以实现电磁脉冲辐射场下卫星导航定位通信设备射频前端的有效防护。

Description

射频前端电磁脉冲防护方法
技术领域
本发明属于强电磁脉冲防护技术领域，具体涉及一种射频前端电磁脉冲防护方法，其适用于卫星导航定位通信设备。
背景技术
目前，随着电磁脉冲技术的发展，各类射频和微波技术电子信息系统的射频前段防护基本采用基于单级或多级PIN二极管的限幅模块，能够保护射频前端敏感的低噪声放大模块在数百V/m的高强度辐射场下不遭受物理损伤。然而，电磁脉冲辐射场高达数十KV/m以上，现有防护模块无法确保射频前端的安全性。
强电磁脉冲能够通过天线耦合、信号电缆耦合、电源线缆耦合等方式进入电子设备内部，尤其是通过天线耦合进入接收机前端的危害最大，其引起的高电压、大电流将使卫星导航定位等通信设备遭受严重的损坏。目前还没有专门用于卫星导航定位通信接收机的强电磁脉冲防护装置。因此迫切需要对该类通信电子设备进行强电磁脉冲防护，具体来说存在如下问题：
承受功率低：目前所采用防护模块的脉冲功率承受能力不超过1KW。已有资料表明，电磁脉冲环境下各类通信系统射频前端的瞬时耦合功率将达到数十KW以上。
响应速度慢：现有防护模块采用的PIN二极管在电磁脉冲注入时的响应时间为数ns到数十ns，由于电磁脉冲前沿通常为亚ns级，现有防护技术过慢的响应速度将引起后级敏感的低噪声放大模块发生瞬态电击穿，强电磁脉冲在通信等设备上感应的电磁脉冲电压、电流可以使通信等设备瞬间击穿或烧毁。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：针对现有技术中的缺陷，如何提供一种射频前端电磁脉冲防护方法，以解决现有射频前端防护模块存在的承受功率低、响应速度慢的问题。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供一种射频前端电磁脉冲防护方法，所述防护方法基于防护模块来实施，所述防护模块包括：第一瞬态抑制电路、带阻滤波器、第二瞬态抑制电路和屏蔽壳体；
所述第一瞬态抑制电路采用陶瓷气体放电管作为一级抑制器件；
所述第二瞬态抑制电路采用瞬态电压抑制二级管，所述瞬态电压抑制二极管的一端接在射频信号芯线上，瞬态电压抑制二极管的另一端接地；
所述防护方法包括：
步骤1：当核磁脉冲进入输入端时，在极短时间内，陶瓷气体放电管和瞬态电压抑制二极管均为截止状态，呈现为高阻态；
步骤2：随着时间的变化，由于瞬态电压抑制二极管比陶瓷气体放电管响应时间更快，瞬态电压抑制二极管首先被击穿并被钳位在固定电压；
步骤3：陶瓷气体放电管两端的电势是由带阻滤波器和瞬态电压抑制二极管两端电压之和构成，当该电势达到陶瓷气体放电管的放电电压时，陶瓷气体放电管被击穿；
步骤4：击穿后的陶瓷气体放电管呈现对地短路状态，泄放旁路大电流，负载两端的电压被钳位在安全范围内，保护其后端接入的通信一体化单元设备免受核电磁脉冲攻击。
其中，所述带阻滤波器串联在射频传输线的芯线线路上。
其中，所述带阻滤波器的输入端与射频传输线芯线的输入端串联连接，带阻滤波器的输出端与射频传输线芯线的输出端串联连接。
其中，所述第一瞬态抑制电路和第二瞬态抑制电路采用对地并联方式连接在射频传输线的芯线线路上。
其中，所述第一瞬态抑制电路的一端与带阻滤波器的输入端连接，第一瞬态抑制电路的另一端接地，第二瞬态抑制电路的一端与带阻滤波器的输出端连接，第二瞬态抑制电路的另一端接地。
其中，所述第一瞬态抑制电路、带阻滤波器、第二瞬态抑制电路固定在屏蔽壳体内。
其中，所述第一瞬态抑制电路的陶瓷气体放电管的一端接在射频信号线芯线上，陶瓷气体放电管的另一端接地。
其中，所述防护模块前级采用陶瓷气体放电管作为放电旁路起到泄放电流作用，后级采用瞬态电压抑制二极管对输出电压进行钳位，由于卫星导航定位通信传输信号频带宽，部分频段与核电磁脉冲交叠，防护模块在第一瞬态抑制电路与第二瞬态抑制电路之间采用带阻滤波器保证信号传输质量的前提下滤除核电磁脉冲干扰，同时实现对两级抑制电路进行退耦隔离。
其中，所述防护模块所实现的多级保护抑制电路具有耐受大电流、宽带及维持较低残压的能力。
其中，所述防护方法用于对卫星导航定位通信设备进行强电磁脉冲防护。
(三)有益效果
与现有技术相比较，本发明提供的防护方法能够克服现有射频前端防护方案存在的承受功率低和响应速度慢的问题，将防护方案的功率承受能力提高到10KW级，响应时间降低到1ns以内，以实现电磁脉冲辐射场下卫星导航定位通信设备射频前端的有效防护。
附图说明
图1至图4为本发明技术方案的外观示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
为解决上述技术问题，本发明提供一种射频前端电磁脉冲防护方法，所述防护方法基于防护模块来实施，所述防护模块包括：第一瞬态抑制电路、带阻滤波器、第二瞬态抑制电路和屏蔽壳体；
所述第一瞬态抑制电路采用陶瓷气体放电管作为一级抑制器件；
所述第二瞬态抑制电路采用瞬态电压抑制二级管，所述瞬态电压抑制二极管的一端接在射频信号芯线上，瞬态电压抑制二极管的另一端接地；
所述防护方法包括：
步骤1：当核磁脉冲进入输入端时，在极短时间内，陶瓷气体放电管和瞬态电压抑制二极管均为截止状态，呈现为高阻态；
步骤2：随着时间的变化，由于瞬态电压抑制二极管比陶瓷气体放电管响应时间更快，瞬态电压抑制二极管首先被击穿并被钳位在固定电压；
步骤3：陶瓷气体放电管两端的电势是由带阻滤波器和瞬态电压抑制二极管两端电压之和构成，当该电势达到陶瓷气体放电管的放电电压时，陶瓷气体放电管被击穿；
步骤4：击穿后的陶瓷气体放电管呈现对地短路状态，泄放旁路大电流，负载两端的电压被钳位在安全范围内，保护其后端接入的通信一体化单元设备免受核电磁脉冲攻击。
其中，所述带阻滤波器串联在射频传输线的芯线线路上。
其中，所述带阻滤波器的输入端与射频传输线芯线的输入端串联连接，带阻滤波器的输出端与射频传输线芯线的输出端串联连接。
其中，所述第一瞬态抑制电路和第二瞬态抑制电路采用对地并联方式连接在射频传输线的芯线线路上。
其中，所述第一瞬态抑制电路的一端与带阻滤波器的输入端连接，第一瞬态抑制电路的另一端接地，第二瞬态抑制电路的一端与带阻滤波器的输出端连接，第二瞬态抑制电路的另一端接地。
其中，所述第一瞬态抑制电路、带阻滤波器、第二瞬态抑制电路固定在屏蔽壳体内。
其中，所述第一瞬态抑制电路的陶瓷气体放电管的一端接在射频信号线芯线上，陶瓷气体放电管的另一端接地。
其中，所述防护模块前级采用陶瓷气体放电管作为放电旁路起到泄放电流作用，后级采用瞬态电压抑制二极管对输出电压进行钳位，由于卫星导航定位通信传输信号频带宽，部分频段与核电磁脉冲交叠，防护模块在第一瞬态抑制电路与第二瞬态抑制电路之间采用带阻滤波器保证信号传输质量的前提下滤除核电磁脉冲干扰，同时实现对两级抑制电路进行退耦隔离。
其中，所述防护模块所实现的多级保护抑制电路具有耐受大电流、宽带及维持较低残压的能力。
其中，所述防护方法用于对卫星导航定位通信设备进行强电磁脉冲防护。
此外，本发明还提供一种射频前端电磁脉冲防护模块，所述防护模块用于对卫星导航定位通信设备进行强电磁脉冲防护；所述防护模块包括：第一瞬态抑制电路、带阻滤波器、第二瞬态抑制电路和屏蔽壳体；
所述带阻滤波器串联在射频传输线的芯线线路上，所述第一瞬态抑制电路和第二瞬态抑制电路采用对地并联方式连接在射频传输线的芯线线路上。
其中，所述带阻滤波器的输入端与射频传输线芯线的输入端串联连接，带阻滤波器的输出端与射频传输线芯线的输出端串联连接。
其中，所述第一瞬态抑制电路的一端与带阻滤波器的输入端连接，第一瞬态抑制电路的另一端接地，第二瞬态抑制电路的一端与带阻滤波器的输出端连接，第二瞬态抑制电路的另一端接地。
其中，所述第一瞬态抑制电路、带阻滤波器、第二瞬态抑制电路固定在屏蔽壳体内。
其中，所述第一瞬态抑制电路采用陶瓷气体放电管作为一级抑制器件。
其中，所述第一瞬态抑制电路的陶瓷气体放电管的一端接在射频信号线芯线上，陶瓷气体放电管的另一端接地。
其中，所述第二瞬态抑制电路采用瞬态电压抑制二级管，所述瞬态电压抑制二极管的一端接在射频信号芯线上，瞬态电压抑制二极管的另一端接地。
其中，所述防护模块前级采用陶瓷气体放电管作为放电旁路起到泄放电流作用，后级采用瞬态电压抑制二极管对输出电压进行钳位，由于卫星导航定位通信传输信号频带宽，部分频段与核电磁脉冲交叠，防护模块在第一瞬态抑制电路与第二瞬态抑制电路之间采用带阻滤波器保证信号传输质量的前提下滤除核电磁脉冲干扰，同时实现对两级抑制电路进行退耦隔离。
其中，所述防护模块所实现的多级保护抑制电路具有耐受大电流、宽带及维持较低残压的能力。
其中，当核磁脉冲进入输入端时，在极短时间内，陶瓷气体放电管和瞬态电压抑制二极管均为截止状态，呈现为高阻态；
随着时间的变化，由于瞬态电压抑制二极管比陶瓷气体放电管响应时间更快，瞬态电压抑制二极管首先被击穿并被钳位在固定电压；
此时陶瓷气体放电管两端的电势是由带阻滤波器和瞬态电压抑制二极管两端电压之和构成，当该电势达到陶瓷气体放电管的放电电压时，陶瓷气体放电管被击穿；
击穿后的陶瓷气体放电管呈现对地短路状态，泄放旁路大电流，负载两端的电压被钳位在安全范围内，保护其后端接入的通信一体化单元设备免受核电磁脉冲攻击。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种射频前端电磁脉冲防护方法，其特征在于，所述防护方法基于防护模块来实施，所述防护模块包括：第一瞬态抑制电路、带阻滤波器、第二瞬态抑制电路和屏蔽壳体；
所述第一瞬态抑制电路采用陶瓷气体放电管作为一级抑制器件；
所述第二瞬态抑制电路采用瞬态电压抑制二级管，所述瞬态电压抑制二极管的一端接在射频信号芯线上，瞬态电压抑制二极管的另一端接地；
所述防护方法包括：
步骤1：当核磁脉冲进入输入端时，在极短时间内，陶瓷气体放电管和瞬态电压抑制二极管均为截止状态，呈现为高阻态；
步骤2：随着时间的变化，由于瞬态电压抑制二极管比陶瓷气体放电管响应时间更快，瞬态电压抑制二极管首先被击穿并被钳位在固定电压；
步骤3：陶瓷气体放电管两端的电势是由带阻滤波器和瞬态电压抑制二极管两端电压之和构成，当该电势达到陶瓷气体放电管的放电电压时，陶瓷气体放电管被击穿；
步骤4：击穿后的陶瓷气体放电管呈现对地短路状态，泄放旁路大电流，负载两端的电压被钳位在安全范围内，保护其后端接入的通信一体化单元设备免受核电磁脉冲攻击。
2.如权利要求1所述射频前端电磁脉冲防护方法，其特征在于，所述带阻滤波器串联在射频传输线的芯线线路上。
3.如权利要求2所述射频前端电磁脉冲防护方法，其特征在于，所述带阻滤波器的输入端与射频传输线芯线的输入端串联连接，带阻滤波器的输出端与射频传输线芯线的输出端串联连接。
4.如权利要求3所述射频前端电磁脉冲防护方法，其特征在于，所述第一瞬态抑制电路和第二瞬态抑制电路采用对地并联方式连接在射频传输线的芯线线路上。
5.如权利要求4所述射频前端电磁脉冲防护方法，其特征在于，所述第一瞬态抑制电路的一端与带阻滤波器的输入端连接，第一瞬态抑制电路的另一端接地，第二瞬态抑制电路的一端与带阻滤波器的输出端连接，第二瞬态抑制电路的另一端接地。
6.如权利要求1所述射频前端电磁脉冲防护方法，其特征在于，所述第一瞬态抑制电路、带阻滤波器、第二瞬态抑制电路固定在屏蔽壳体内。
7.如权利要求5所述射频前端电磁脉冲防护方法，其特征在于，所述第一瞬态抑制电路的陶瓷气体放电管的一端接在射频信号线芯线上，陶瓷气体放电管的另一端接地。
8.如权利要求7所述射频前端电磁脉冲防护方法，其特征在于，所述防护模块前级采用陶瓷气体放电管作为放电旁路起到泄放电流作用，后级采用瞬态电压抑制二极管对输出电压进行钳位，由于卫星导航定位通信传输信号频带宽，部分频段与核电磁脉冲交叠，防护模块在第一瞬态抑制电路与第二瞬态抑制电路之间采用带阻滤波器保证信号传输质量的前提下滤除核电磁脉冲干扰，同时实现对两级抑制电路进行退耦隔离。
9.如权利要求8所述射频前端电磁脉冲防护方法，其特征在于，所述防护模块所实现的多级保护抑制电路具有耐受大电流、宽带及维持较低残压的能力。
10.如权利要求1所述射频前端电磁脉冲防护方法，其特征在于，所述防护方法用于对卫星导航定位通信设备进行强电磁脉冲防护。
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