CN111525528B - 一种射频信号雷电电磁脉冲多级双向防护装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及雷电电磁脉冲防护的技术领域，尤其是涉及一种射频信号雷电电磁脉冲多级双向防护装置，包括金属本体和设置于所述金属本体两侧的第一射频端口和第二射频端口，所述金属本体开设有腔体，所述腔体内设置有雷电防护电路。本发明利用瞬态抑制二极管做多级防护，提高了响应速度，响应速度为皮秒级，从而提高了各类射频链路的可靠性，能够有效地防护雷电电磁脉冲和雷电浪涌对射频链路上关键部位或设备的侵扰和冲击。

Description

一种射频信号雷电电磁脉冲多级双向防护装置

技术领域

本发明涉及雷电电磁脉冲防护的技术领域，尤其是涉及一种射频信号雷电电磁脉冲多级双向防护装置。

背景技术

雷电电磁脉冲是伴随着雷电而产生的一种强瞬态电磁脉冲，是最为严重的自然电磁干扰源。雷电放电瞬间产生的雷电电磁脉冲具有陡度大、峰值电流大、电场强、响应时间长、频谱覆盖起点低和频带相对窄（100Hz-100MHz）、能量巨大等特点，极易在天线、架空电网、外露互联线缆、埋地电缆或裸露金属上感应强大的感应过电流、过电压，由此产生诸如电压与电流浪涌、高电压击穿和瞬变强电磁脉冲辐射等危害，对那些长期暴露在户外的大型无线装备设施系统特别是大量的射频同轴关键部件产生严重的雷电电磁脉冲的侵扰，对现代有各类敏感半导体的电气、电子设备构成严重的威胁或导致致命的损毁；从而影响装备设施和系统的功能、可靠性、工作寿命，甚至会危及到设备和人身的安全。由雷电电磁脉冲在传输线上产生的浪涌过电流或浪涌过电压，统称雷电浪涌，也叫感应雷。雷击是小概率大事件，因缺乏有效的防护措施，90%以上的雷击事故是由感应雷即雷电电磁脉冲造成的。

目前，随着各种短波、超短波、超高频和微波波段的无线装备和设施被广泛地应用到人工智能装备、科学研究、外空探测、国防建设、国土安全防御、卫星导航、无线通信等工程应用领域里，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，极易遭受各类雷电电磁脉冲的侵扰，并通过天线和馈线将雷电浪涌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。在各类由射频同轴传输线相连接的系统中，射频同轴线工作的带宽通常是DC到最高截止工作频率。而雷电电磁脉冲和雷电浪涌的90%能量分布也是在DC到10MHz的频谱范围内，因而射频同轴传输线极易遭受雷电电磁脉冲和雷电浪涌的侵扰和损毁。

雷电电磁脉冲是属于慢沿电磁脉冲，有关雷电电磁脉冲和雷电浪涌的防护技术研究得最多，技术和工程实践相对丰富成熟。但大多数技术与工程应用都多是针对电源系统的防护而展开的，射频同轴类的大多数又限定在单一气体放电管（GDT）和四分之一波长短截线（QWS）技术，而气体放电管（GDT）的防护技术存在响应速度慢、残余电压高、可靠性差、维护成本高等缺点；QWS防护技术的响应速度和残压有所改善，但工作带宽很窄，应用成本高。

发明内容

本发明目的是提供一种射频信号雷电电磁脉冲多级双向防护装置，具有工作频带宽、响应速度快、残余电压低、双向互易无极性、可靠性高等特点。

本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种射频信号雷电电磁脉冲多级双向防护装置，包括金属本体和设置于所述金属本体两侧的第一射频端口和第二射频端口，所述金属本体开设有腔体，所述腔体内设置有雷电防护电路，所述雷电防护电路包括第十一隔直电容器C11、第十一电感L11、第十二电感L12、第十三电感L13、第十五电感L15、第一气体放电管G1、第三气体放电管G3和第十一瞬态抑制二极管TVS11，所述第十一电感L11一端连接所述第十一隔直电容器C11一端作为所述雷电防护电路的输入端J1并连接所述第一射频端口，所述第十一电感L11另一端连接所述第一气体放电管G1一端和所述第十二电感L12一端，所述第十二电感L12另一端连接所述第十一瞬态抑制二极管TVS11一端和所述第十五电感L15一端，所述第十五电感L15另一端连接所述第三气体放电管G3一端和所述第十三电感L13一端，所述第十三电感L13另一端连接所述第十一隔直电容器C11另一端作为所述雷电防护电路的输出端J2并连接所述第二射频端口，所述第一气体放电管G1另一端、第三气体放电管G3另一端和第十一瞬态抑制二极管TVS11另一端连接所述金属本体。

通过采用上述技术方案，利用瞬态抑制二极管做双向二级防护，提高了响应速度，响应速度为皮秒级，从而提高了各类射频链路的可靠性，能够有效地防护雷电电磁脉冲和雷电浪涌对射频链路上关键部位或设备的侵扰和冲击。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述雷电防护电路还包括第十二瞬态抑制二极管TVS12和第十四瞬态抑制二极管TVS14，所述第一气体放电管G1另一端串联所述第十二瞬态抑制二极管TVS12后连接所述金属本体，所述第四气体放电管G4另一端串联所述第十四瞬态抑制二极管TVS14后连接所述金属本体。

通过采用上述技术方案，用气体放电管与瞬态抑制二极管串联，解决气体放电管的续流问题，同时更有助于提高气体放电管的熄弧能力，从而提高整个防护装置的可靠性与实用性。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：还包括固定于所述腔体内壁的接地导体板，所述第一气体放电管G1另一端、第三气体放电管G3另一端和所述第十一瞬态抑制二极管TVS11另一端连接所述接地导体板。

通过采用上述技术方案，所述接地导体板是由如黄铜镀锡板、金属化过孔相连的电路板等整块导体构成，由金属螺钉固定在所述腔体内壁上形成良好的接地，将所述雷电防护电路的接地端下拉到接地导体板形成接地泄放通道。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：还包括金属盖板和金属接地螺孔，所述金属盖板覆盖所述金属本体的腔体形成密封结构，所述金属接地螺孔开设于所述金属本体或金属盖板上。

通过采用上述技术方案，使所述防护装置具有结构紧凑、密封性好、屏蔽性能好等优点，可以在各类电子、电气装备和设施上灵活可靠地安装，能提高所述防护装置的电磁屏蔽性能和接地性能。

本发明在一较佳示例中提供一种射频信号雷电电磁脉冲多级双向防护装置，包括金属本体和设置于所述金属本体两侧的第一射频端口和第二射频端口，所述金属本体开设有腔体，所述腔体内设置有雷电防护电路，所述雷电防护电路包括第二十一隔直电容器C21、第二十一电感L21、第二十二电感L22、第二十三电感L23、第二十四电感L24、第二十五电感L25、第二十六电感L26、第二气体放电管G2、第四气体放电管G4、第二十一瞬态抑制二极管TVS21、第二十三瞬态抑制二极管TVS23和第二十五瞬态抑制二极管TVS25，所述第二十一电感L21一端连接所述第二十一隔直电容器C21一端作为所述雷电防护电路的输入端J1并连接所述第一射频端口，所述第二十一电感L21另一端连接所述第二气体放电管G2一端和所述第二十二电感L22一端，所述第二十二电感L22另一端连接所述第二十三瞬态抑制二极管TVS23一端和所述第二十四电感L24一端，所述第二十四电感L24另一端连接所述第二十一瞬态抑制二极管TVS21一端和所述第二十六电感L26一端，所述第二十六电感L26另一端连接所述第二十五瞬态抑制二极管TVS25一端和所述第二十五电感L25一端，所述第二十五电感L25另一端连接所述第四气体放电管G4一端和所述第二十三电感L23一端，所述第二十三电感L23另一端连接所述第二十一隔直电容器C21另一端作为所述雷电防护电路的输出端J2并连接所述第二射频端口，所述第二气体放电管G2另一端、第四气体放电管G4另一端、第二十一瞬态抑制二极管TVS21另一端、第二十三瞬态抑制二极管TVS23另一端和第二十五瞬态抑制二极管TVS25另一端连接所述金属本体。

通过采用上述技术方案，利用瞬态抑制二极管做双向三级防护，提高了响应速度，响应速度为皮秒级，从而提高了各类射频链路的可靠性，能够有效地防护雷电电磁脉冲和雷电浪涌对射频链路上关键部位或设备的侵扰和冲击。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述雷电防护电路还包括第二十二瞬态抑制二极管TVS22和第二十四瞬态抑制二极管TVS24，所述第二气体放电管G2另一端串联所述第二十二瞬态抑制二极管TVS22后连接所述金属本体，所述第四气体放电管G4另一端串联所述第二十四瞬态抑制二极管TVS24后连接所述金属本体。

通过采用上述技术方案，用气体放电管与瞬态抑制二极管串联，解决气体放电管的续流问题，同时更有助于提高气体放电管的熄弧能力，从而提高整个防护装置的可靠性与实用性。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：还包括固定于所述腔体内壁的接地导体板，所述第二气体放电管G2另一端、第四气体放电管G4另一端、第二十一瞬态抑制二极管TVS21另一端、第二十三瞬态抑制二极管TVS23另一端和第二十五瞬态抑制二极管TVS25另一端连接所述接地导体板。

通过采用上述技术方案，所述接地导体板是由如黄铜镀锡板、金属化过孔相连的电路板等整块导体构成，由金属螺钉固定在所述腔体内壁上形成良好的接地，将所述雷电防护电路的接地端下拉到接地导体板形成接地泄放通道。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：还包括金属盖板和金属接地螺孔，所述金属盖板覆盖所述腔体形成密封结构，所述金属接地螺孔开设于所述金属本体或金属盖板上。

通过采用上述技术方案，使所述防护装置具有结构紧凑、密封性好、屏蔽性能好等优点，可以在各类电子、电气装备和设施上灵活可靠地安装，能提高所述防护装置的电磁屏蔽性能和接地性能。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述腔体内设有所述第二十一隔直电容器C21一侧的侧壁设置为圆弧形侧壁。

通过采用上述技术方案，所述圆弧形侧壁采用圆弧形、直角圆弧形、卵形或椭圆形等，从机械加工的难易、成本及可制造性方面看，直角圆弧和圆弧型腔体好加工，且对工作频率1GHz以下是很稳定的。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述圆弧形侧壁上对称设置有第一内圆柱体沉孔和第二内圆柱体沉孔。

通过采用上述技术方案，当高于工作频率1GHz且带宽高于2GHz时，射频性能开始不稳定，很难调配到满足技术要求的射频性能参数，容易谐振和自激；因此，在所述圆弧形侧壁11的壁面上对称开有两半径为R的内圆柱体沉孔，通过改变腔体结构避开谐振条件，解决腔体与各器件寄生参数谐振自激问题，可以提高工作频率高于1GHz且带宽高于2GHz时射频性能的稳定性，适合于6GHz以下所有工作频段。

综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：

1.利用瞬态抑制二极管做多级防护，提高了响应速度，响应速度为皮秒级，从而提高了各类射频链路的可靠性，能够有效地防护雷电电磁脉冲和雷电浪涌对射频链路上关键部位或设备的侵扰和冲击，从工程实践应用层面来讲，双向对称结构的雷电电磁脉冲防护，由对称设置的雷电防护电路构成，消除人为失误可能造成的极性反接问题；

2.用气体放电管与瞬态抑制二极管串联，解决气体放电管的续流问题，同时，更有助于提高气体放电管的熄弧能力，从而提高整个防护装置的可靠性与实用性；

3.利用串联多级电感的推挽作用，推动各类强瞬态电磁脉冲能量吸收器件先后动作协同配合，将有害能量彻底泄放，实现了射频链路传输线（如同轴线芯-地之间）的浪涌低电位限压，从而实现对射频链路上关键部位的精细防护。

附图说明

图1是本发明一实施例的雷电防护电路原理图。

图2是本发明另一实施例的雷电防护电路原理图。

图3是本发明另一实施例的防护装置结构示意图。

图4是本发明又一实施例的雷电防护电路原理图。

图5是本发明再一实施例的雷电防护电路原理图。

图中，1、金属本体，11、圆弧形侧壁，111、第一内圆柱体沉孔，112、第二内圆柱体沉孔，12、左侧壁，13、左侧壁，14、右侧壁，2、第一射频端口，3、第二射频端口，4、接地导体板。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

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，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

为满足各类无线装置射频链路和系统能在复杂和恶劣的电磁环境里不间断工作，且能有效地防护雷电电磁脉冲和雷电浪涌的侵扰和损毁，依据各类典型无线电装备和设施的实际状况。

参照图1，本发明实施例提供一种射频信号雷电电磁脉冲多级双向防护装置，包括金属本体和设置于所述金属本体两侧的第一射频端口和第二射频端口，所述金属本体开设有腔体，所述腔体内设置有雷电防护电路，所述雷电防护电路包括第十一隔直电容器C11、第十一电感L11、第十二电感L12、第十三电感L13、第十五电感L15、第一气体放电管G1、第三气体放电管G3和第十一瞬态抑制二极管TVS11，所述第十一电感L11一端连接所述第十一隔直电容器C11一端作为所述雷电防护电路的输入端J1并连接所述第一射频端口，所述第十一电感L11另一端连接所述第一气体放电管G1一端和所述第十二电感L12一端，所述第十二电感L12另一端连接所述第十一瞬态抑制二极管TVS11一端和所述第十五电感L15一端，所述第十五电感L15另一端连接所述第三气体放电管G3一端和所述第十三电感L13一端，所述第十三电感L13另一端连接所述第十一隔直电容器C11另一端作为所述雷电防护电路的输出端J2并连接所述第二射频端口，所述第一气体放电管G1另一端、第三气体放电管G3另一端和第十一瞬态抑制二极管TVS11另一端连接所述金属本体。

优选的，还包括固定于所述腔体内壁的接地导体板，断开所述第一气体放电管G1另一端、第三气体放电管G3另一端和所述第十一瞬态抑制二极管TVS11另一端与所述金属本体的连接，所述第一气体放电管G1另一端、第三气体放电管G3另一端和所述第十一瞬态抑制二极管TVS11另一端连接所述接地导体板。所述接地导体板是由如黄铜镀锡板、金属化过孔相连的电路板等整块导体构成，由金属螺钉固定在所述腔体内底面上形成良好的接地，将所述雷电防护电路的接地端下拉到接地导体板形成接地泄放通道。

优选的，所述第一气体放电管G1两端还并联有第十二滤波电容器C12，所述第十一瞬态抑制二极管TVS11两端还并联有第十三滤波电容器C13，所述第三气体放电管G3两端还并联有第十四滤波电容器C14，所述第十二滤波电容器C12、第十三滤波电容器C13和第十四滤波电容器C14用于实现对脉冲电压尖峰的限制作用。

参照图2和图3，本发明另一实施例提供一种射频信号雷电电磁脉冲多级双向防护装置，包括金属本体1和设置于所述金属本体两侧的第一射频端口2和第二射频端口3，所述金属本体1开设有腔体，所述腔体内设置有雷电防护电路，所述雷电防护电路包括第十一隔直电容器C11、第十一电感L11、第十二电感L12、第十三电感L13、第十五电感L15、第一气体放电管G1、第三气体放电管G3、第十一瞬态抑制二极管TVS11、第十二瞬态抑制二极管TVS12和第十四瞬态抑制二极管TVS14，所述第十一电感L11一端连接所述第十一隔直电容器C11一端作为所述雷电防护电路的输入端J1并连接所述第一射频端口2，所述第十一电感L11另一端连接所述第一气体放电管G1一端和所述第十二电感L12一端，所述第十二电感L12另一端连接所述第十一瞬态抑制二极管TVS11一端和所述第十五电感L15一端，所述第十五电感L15另一端连接所述第三气体放电管G3一端和所述第十三电感L13一端，所述第十三电感L13另一端连接所述第十一隔直电容器C11另一端作为所述雷电防护电路的输出端J2并连接所述第二射频端口3，所述第一气体放电管G1另一端连接所述第十二瞬态抑制二极管TVS12一端，所述第三气体放电管G3另一端连接所述第十四瞬态抑制二极管TVS14一端，所述第十一瞬态抑制二极管TVS11另一端、第十二瞬态抑制二极管TVS12另一端和第十四瞬态抑制二极管TVS14另一端连接所述金属本体1。

优选的，所述第一气体放电管G1和第十二瞬态抑制二极管TVS12两端还并联有第十二滤波电容器C12，所述第十一瞬态抑制二极管TVS11两端还并联有第十三滤波电容器C13，所述第三气体放电管G3和第十四瞬态抑制二极管TVS14两端还并联有第十四滤波电容器C12，所述第十二滤波电容器C12、第十三滤波电容器C13和第十四滤波电容器C12用于实现对脉冲电压尖峰的限制作用。

优选的，还包括固定于所述腔体内壁的接地导体板4，断开所述第十一瞬态抑制二极管TVS11另一端、第十二瞬态抑制二极管TVS12另一端和第十四瞬态抑制二极管TVS14另一端与所述金属本体的连接，所述第十一瞬态抑制二极管TVS11另一端、第十二瞬态抑制二极管TVS12另一端和第十四瞬态抑制二极管TVS14另一端连接所述接地导体板4。所述接地导体板4是由如黄铜镀锡板、金属化过孔相连的电路板等整块导体构成，由金属螺钉固定在所述腔体内底面上形成良好的接地，将所述雷电防护电路的接地端下拉到接地导体板形成接地泄放通道。

所述腔体内侧壁光洁并通过圆弧过渡与腔体底面及金属盖板垂直，所述腔体左右两侧面（左侧壁13、右侧壁14）是平行的，所述腔体上下两侧面（圆弧形侧壁11、上侧壁12）可以是圆弧、直角圆弧、卵形或椭圆形，尤其是在装有射频耦合隔直通路那一端的下侧壁（圆弧形侧壁11），从机械加工的难易、成本及可制造性方面看，直角圆弧和圆弧型腔体好加工，且对工作频率1GHz以下是很稳定的，但当高于工作频率1GHz且带宽高于2GHz时，射频性能不稳定，很难调配到满足技术要求的射频性能参数，容易谐振和自激。因此，在装有射频耦合隔直通路那一端的下侧壁（圆弧形侧壁11）的壁面上对称开有两半径为R的内圆柱体沉孔（第一内圆柱体沉孔111和第二内圆柱体沉孔112），通过改变腔体结构避开谐振条件，可以提高工作频率高于1GHz且带宽高于2GHz时射频性能的稳定性，适合于6GHz以下所有工作频段。上侧壁12也采用直角圆弧，可以避免雷电防护电路的器件引线碰到腔体内壁面造成产品短路失效。

还包括金属盖板和金属接地螺孔，所述金属盖板覆盖所述金属本体的腔体形成密封结构，所述金属接地螺孔开设于所述金属本体或金属盖板上。

参照图4，本发明又一实施例提供一种射频信号雷电电磁脉冲多级双向防护装置，包括金属本体1和设置于所述金属本体1两侧的第一射频端口2和第二射频端口3，所述金属本体1开设有腔体，所述腔体内设置有雷电防护电路，所述雷电防护电路包括第二十一隔直电容器C21、第二十一电感L21、第二十二电感L22、第二十三电感L23、第二十四电感L24、第二十五电感L25、第二十六电感L26、第二气体放电管G2、第四气体放电管G4、第二十一瞬态抑制二极管TVS21、第二十三瞬态抑制二极管TVS23和第二十五瞬态抑制二极管TVS25，所述第二十一电感L21一端连接所述第二十一隔直电容器C21一端作为所述雷电防护电路的输入端J1并连接所述第一射频端口2，所述第二十一电感L21另一端连接所述第二气体放电管G2一端和所述第二十二电感L22一端，所述第二十二电感L22另一端连接所述第二十三瞬态抑制二极管TVS23一端和所述第二十四电感L24一端，所述第二十四电感L24另一端连接所述第二十一瞬态抑制二极管TVS21一端和所述第二十六电感L26一端，所述第二十六电感L26另一端连接所述第二十五瞬态抑制二极管TVS25一端和所述第二十五电感L25一端，所述第二十五电感L25另一端连接所述第四气体放电管G4一端和所述第二十三电感L23一端，所述第二十三电感L23另一端连接所述第二十一隔直电容器C21另一端作为所述雷电防护电路的输出端J2并连接所述第二射频端口3，所述第二气体放电管G2另一端、第四气体放电管G4另一端、第二十一瞬态抑制二极管TVS21另一端、第二十三瞬态抑制二极管TVS23另一端和第二十五瞬态抑制二极管TVS25另一端连接所述金属本体1。

优选的，所述第二气体放电管G2两端还并联有第二十二滤波电容器C22，所述第二十一瞬态抑制二极管TVS21两端还并联有第二十三滤波电容器C23，所述第四气体放电管G4两端还并联有第二十四滤波电容器C24，所述第二十二滤波电容器C22、第二十三滤波电容器C23和第二十四滤波电容器C24用于实现对脉冲电压尖峰的限制作用。

优选的，还包括固定于所述腔体内壁的接地导体板4，断开所述第二气体放电管G2另一端、第四气体放电管G4另一端、第二十一瞬态抑制二极管TVS21另一端、第二十三瞬态抑制二极管TVS23另一端和第二十五瞬态抑制二极管TVS25另一端与所述金属本体1的连接，所述第二气体放电管G2另一端、第四气体放电管G4另一端、第二十一瞬态抑制二极管TVS21另一端、第二十三瞬态抑制二极管TVS23另一端和第二十五瞬态抑制二极管TVS25另一端连接所述接地导体板4。所述接地导体板4是由如黄铜镀锡板、金属化过孔相连的电路板等整块导体构成，由金属螺钉固定在所述腔体内底面上形成良好的接地，将所述雷电防护电路的接地端（即：所述第二气体放电管G2另一端、第四气体放电管G4另一端、第二十一瞬态抑制二极管TVS21另一端、第二十三瞬态抑制二极管TVS23另一端和第二十五瞬态抑制二极管TVS25另一端）下拉到接地导体板形成接地泄放通道。

参照图5，本发明再一实施例提供一种射频信号雷电电磁脉冲多级双向防护装置，包括金属本体1和设置于所述金属本体1两侧的第一射频端口2和第二射频端口3，所述金属本体1开设有腔体，所述腔体内设置有雷电防护电路，所述雷电防护电路包括第二十一隔直电容器C21、第二十一电感L21、第二十二电感L22、第二十三电感L23、第二十四电感L24、第二十五电感L25、第二十六电感L26、第二气体放电管G2、第四气体放电管G4、第二十一瞬态抑制二极管TVS21、第二十二瞬态抑制二极管TVS22、第二十三瞬态抑制二极管TVS23、第二十四瞬态抑制二极管TVS24和第二十五瞬态抑制二极管TVS25，所述第二十一电感L21一端连接所述第二十一隔直电容器C21一端作为所述雷电防护电路的输入端J1并连接所述第一射频端口2，所述第二十一电感L21另一端连接所述第二气体放电管G2一端和所述第二十二电感L22一端，所述第二十二电感L22另一端连接所述第二十三瞬态抑制二极管TVS23一端和所述第二十四电感L24一端，所述第二十四电感L24另一端连接所述第二十一瞬态抑制二极管TVS21一端和所述第二十六电感L26一端，所述第二十六电感L26另一端连接所述第二十五瞬态抑制二极管TVS25一端和所述第二十五电感L25一端，所述第二十五电感L25另一端连接所述第四气体放电管G4一端和所述第二十三电感L23一端，所述第二十三电感L23另一端连接所述第二十一隔直电容器C21另一端作为所述雷电防护电路的输出端J2并连接所述第二射频端口3，所述第二气体放电管G2另一端连接所述第二十二瞬态抑制二极管TVS22一端，第四气体放电管G4另一端连接所述第二十四瞬态抑制二极管TVS24一端，所述第二十一瞬态抑制二极管TVS21另一端、第二十二瞬态抑制二极管TVS22另一端、第二十三瞬态抑制二极管TVS23另一端、第二十四瞬态抑制二极管TVS24另一端和第二十五瞬态抑制二极管TVS25另一端连接所述金属本体1。

优选的，所述第二气体放电管G2和第二十二瞬态抑制二极管TVS22两端还并联有第二十二滤波电容器C22，所述第二十一瞬态抑制二极管TVS21两端还并联有第二十三滤波电容器C23，所述第四气体放电管G4和第二十四瞬态抑制二极管TVS24两端还并联有第二十四滤波电容器C24，所述第二十二滤波电容器C22、第二十三滤波电容器C23和第二十四滤波电容器C24用于实现对脉冲电压尖峰的限制作用。

优选的，还包括固定于所述腔体内壁的接地导体板4，断开所述第二十一瞬态抑制二极管TVS21另一端、第二十二瞬态抑制二极管TVS22另一端、第二十三瞬态抑制二极管TVS23另一端、第二十四瞬态抑制二极管TVS24另一端和第二十五瞬态抑制二极管TVS25另一端与所述金属本体1的连接，所述第二十一瞬态抑制二极管TVS21另一端、第二十二瞬态抑制二极管TVS22另一端、第二十三瞬态抑制二极管TVS23另一端、第二十四瞬态抑制二极管TVS24另一端和第二十五瞬态抑制二极管TVS25另一端连接所述接地导体板4。所述接地导体板4是由如黄铜镀锡板、金属化过孔相连的电路板等整块导体构成，由金属螺钉固定在所述腔体内底面上形成良好的接地，将所述雷电防护电路的接地端（即：所述第二十一瞬态抑制二极管TVS21另一端、第二十二瞬态抑制二极管TVS22另一端、第二十三瞬态抑制二极管TVS23另一端、第二十四瞬态抑制二极管TVS24另一端和第二十五瞬态抑制二极管TVS25另一端）下拉到接地导体板形成接地泄放通道。

还包括金属盖板和金属接地螺孔，所述金属盖板覆盖所述腔体形成密封结构，所述金属接地螺孔开设于所述金属本体或金属盖板上。

射频耦合隔直通路、第二十一电感L21和第二十三电感L23与金属腔体1相连后构成寄生参数最小射频性能参数最优的电路，腔体内部结构与各器件配合能达到优异的射频性能参数，如工作频带宽（2GHz以上）、驻波系数小（VSWR≦1.2:1）、损耗小（≦0.2dB）。

所述腔体两侧设有50欧姆的射频输入输出端口（第一射频端口2和第二射频端口3），可以与各类射频连接器相连。50欧姆的射频输入输出端口与金属腔体1结合面固定位置设有用于安放O型防水导电胶圈的防水槽，可以采用法兰盘固定、挤压紧配合压接或螺纹配合工艺与金属腔体固定，金属腔体与金属盖板之间也是采用防水设计。因此，本发明的防护装置具有结构紧凑、简单方便、密封性好、屏蔽性能好等优点，可以在各类电子、电气装备和设施上灵活可靠地安装和接地。

浪涌泄放通路上的电感（即：第二十一电感L21、第二十二电感L22、第二十三电感L23、第二十四电感L24、第二十五电感L25和第二十六电感L26）能阻止雷电浪涌沿浪涌泄放通路传播并起到高频扼流和电压推挽的作用，对雷电电磁脉冲和雷电浪涌的传输有延时和改变波头陡度的作用。本实施例中，所述第二气体放电管G2和第二十二瞬态抑制二极管TVS22构成第一级防护单元，所述第二十三瞬态抑制二极管TVS23构成第二级防护单元，所述第二十一瞬态抑制二极管TVS21构成第三级防护单元，各级防护单元对不同能量等级和不同瞬态强电磁脉冲感应的脉冲浪涌过电流响应速度和开启电压是不一样的；第一级防护单元的响应速度最慢，但开启电压最高、泄流量最大，第二级防护单元响应速度快、开启电压和泄流量居中，第三级防护单元响应速度最快、开启电压最低、泄流量最小。各级防护单元的动作顺序是由相应的扼流电感来调剂控制的。

所述射频耦合隔直通路由第二十一隔直电容器C21与50欧姆的射频输入输出端口构成，用于阻隔低频的雷电电磁脉冲和雷电浪涌向第二射频端口3传播。第二十一电感L21、第二十二电感L22、第二十一隔直电容器C21及金属腔体一起构成射频选频谐振网络，决定所述防护装置的基本工作频带及带宽，三级防护单元的分立元件的分布参数就与射频选频谐振网络一起决定所述防护装置的射频性能。

雷电防护电路的输入端J1可以是第一射频端口2中心线的尾部延长线，雷电防护电路的输入端J2可以是第二射频端口3中心线的尾部延长线。

本发明的防护装置能防护雷电电磁脉冲对射频链路上关键部位的侵扰和冲击。当射频链路上有雷电电磁脉冲和雷电浪涌侵扰时，因射频传输导体自身电感的作用会感应出瞬态浪涌过电流或过电压。当第一射频端口2上有雷电浪涌过电流时，第二十一电感L21对雷电浪涌脉冲高频分量的感应脉冲浪涌过电压有推挽作用因而对雷电浪涌过电流的传输有一定的延时缓冲作用。当雷电电磁脉冲和雷电浪涌沿浪涌泄放通道上传输时，在不同位置和不同的时刻瞬间感应的瞬间浪涌电流（或电压）是不一样的。当浪涌过电压前沿幅值在第一级防护单元和第二级防护单元，如果足够小不能开启第一级防护单元和和第二级防护单元时，第一级防护单元和第二级防护单元不动作；当到达第三级防护单元时，第二十一瞬态抑制二极管TVS21开启电压最低、响应速度最快，电磁脉冲感应的浪涌过电压就开启第三级防护单元的第二十一瞬态抑制二极管TVS21，第二十一瞬态抑制二极管TVS21导通后就有浪涌电流泄放到地；在第一射频端口2和第三级防护单元之间就有脉冲浪涌电流流过，从而将第三级防护单元的电压嵌位在第二十一瞬态抑制二极管TVS21的特征嵌位电压电位，在第二十四电感L24的推挽作用下，第二级防护单元的电位快速达到第二十三瞬态抑制二极管TVS23导通的开启电压，第二级防护单元立即对地泄放脉冲浪涌过电流前沿部分的中等能量级的电流；同样，在第二级防护单元的电位基础之上，在第二十二电感L22的推挽作用下，第一级防护单元的电位很快达到第二气体放电管G2和第二十二瞬态抑制二极管TVS22的导通开启电压，第一级防护单元开始泄放大能量级的脉冲浪涌过电流，从而完成了脉冲浪涌过电流的泄放和抑制工作。三级防护单元对地脉冲浪涌电流泄放器件通过各级扼流电感（即：第二十一电感L21、第二十二电感L22、第二十三电感L23和第二十四电感L24）的调节配合先后顺序动作，完成强雷电电磁脉冲和雷电浪涌的抑制防护防护抑制工作。最终部分残余浪涌电压到达第二射频端口3时，浪涌过电压电位水平就是第三级防护电路的嵌位电压，滤波电容（第二十二滤波电容器C22和第二十三滤波电容器C23）在瞬态上完成对脉冲电压尖峰的限制作用，雷电浪涌通路是强雷电电磁脉冲能量的传输通道，通过三级防护电路，下拉到地的浪涌吸收和抑制器件配合，快速将雷电浪涌能量的泄放，实现对第二射频端口3后端的关键设备精细保护作用。由于本实施例具有对称互易结构，第一射频端口2和第二射频端口3可以互换，也就是说，第二射频端口3可以作为射频输入端，相应的，第一射频端口2作为射频输出端，当作为射频输入端的第二射频端口3上有雷电浪涌过电流时，第二十三电感L23对雷电浪涌脉冲高频分量的感应脉冲浪涌过电压有推挽作用因而对雷电浪涌过电流的传输有一定的延时缓冲作用。类比前面的原理。其中，所述第二十一瞬态抑制二极管TVS21、第二十二瞬态抑制二极管TVS22、第二十三瞬态抑制二极管TVS23、第二十四瞬态抑制二极管TVS24和第二十五瞬态抑制二极管TVS25通过选用不同参数的瞬态抑制二极管来实现以上功能，也可以根据工作电压的不同而选择不同的参数。

本发明防护装置中的各级电感是空心电感或磁芯电感，其中第二十一电感L21和第二十三电感L23由于靠近雷电浪涌的输入端口和输出端口，采用空心电感可以起到明显的射频扼流作用；各级防护电路之间起推挽作用的第二十二电感L22、第二十四电感L24、第二十五电感L25和第二十六电感L26采用磁芯电感，可以产生合适点的推挽电压以配合各级防护电路中的防护器件的开启动作。

所述雷电防护电路的器件均按连接顺序安装在由金属导体构成的地导体板上并装配在腔体底面上形成统一接地面，减少接地的寄生杂散参数对电路性能的影响。

本发明的防护装置是串联在射频同轴链上对后端的射频设备起到雷电电磁脉冲和雷电浪涌防护作用，适合串联在同轴线上进行防护。也同样适合板级模块和电路级模块的应用条件，即本本发明的防护装置可以以模块形式直接嵌入射频设备中，或单独作为防护电路嵌入射频板级模块电路中，做好相应的屏蔽和措施同样能发挥防护作用并取得同等防护效果。

各级雷电电磁脉冲与雷电浪涌抑制电路、各级扼流电感可以根据工作电压及射频传输工作电压的不同而选择不同的参数，具备自由组合、重构更换等特征。

本发明防护装置的雷电浪涌防护性能满足相关技术标准，通过相关的测试和试验验证，能解决相关各类无线装备和设施射频链路上的同轴关键部位的雷电电磁脉冲和雷电浪涌综合防护的技术问题并满足实际工程需求。

Claims (4)

1.一种射频信号雷电电磁脉冲多级双向防护装置，包括金属本体（1）和设置于所述金属本体（1）两侧的射频输入端口（2）和射频输出端口（3），其特征在于，所述金属本体（1）开设有腔体，所述腔体内设置有雷电防护电路，所述雷电防护电路包括第二十一隔直电容器C21、第二十一电感L21、第二十二电感L22、第二十三电感L23、第二十四电感L24、第二十五电感L25、第二十六电感L26、第二气体放电管G2、第四气体放电管G4、第二十一瞬态抑制二极管TVS21、第二十三瞬态抑制二极管TVS23和第二十五瞬态抑制二极管TVS25，所述第二十一电感L21一端连接所述第二十一隔直电容器C21一端作为所述雷电防护电路的输入端J1并连接所述射频输入端口（2），所述第二十一电感L21另一端连接所述第二气体放电管G2一端和所述第二十二电感L22一端，所述第二十二电感L22另一端连接所述第二十三瞬态抑制二极管TVS23一端和所述第二十四电感L24一端，所述第二十四电感L24另一端连接所述第二十一瞬态抑制二极管TVS21一端和所述第二十六电感L26一端，所述第二十六电感L26另一端连接所述第二十五瞬态抑制二极管TVS25一端和所述第二十五电感L25一端，所述第二十五电感L25另一端连接所述第四气体放电管G4一端和所述第二十三电感L23一端，所述第二十三电感L23另一端连接所述第二十一隔直电容器C21另一端作为所述雷电防护电路的输出端J2并连接所述射频输出端口（3），所述第二气体放电管G2另一端、第四气体放电管G4另一端、第二十一瞬态抑制二极管TVS21另一端、第二十三瞬态抑制二极管TVS23另一端和第二十五瞬态抑制二极管TVS25另一端连接所述金属本体（1）；还包括固定于所述腔体内壁的接地导体板（4），所述第二气体放电管G2另一端、第四气体放电管G4另一端、第二十一瞬态抑制二极管TVS21另一端、第二十三瞬态抑制二极管TVS23另一端和第二十五瞬态抑制二极管TVS25另一端连接所述接地导体板（4）；

所述雷电防护电路还包括第二十二瞬态抑制二极管TVS22和第二十四瞬态抑制二极管TVS24，所述第二气体放电管G2另一端串联所述第二十二瞬态抑制二极管TVS22后连接所述金属本体（1），所述第四气体放电管G4另一端串联所述第二十四瞬态抑制二极管TVS24后连接所述金属本体（1）；

所述第二气体放电管G2和第二十二瞬态抑制二极管TVS22构成A侧第一级防护单元，所述第二十三瞬态抑制二极管TVS23构成A侧第二级防护单元，所述第二十一瞬态抑制二极管TVS21构成A侧第三级防护单元；并且对应的对称互易结构也相同，所述第四气体放电管G4和第二十四瞬态抑制二极管TVS24构成B侧第一级防护单元，所述第二十五瞬态抑制二极管TVS25构成B侧第二级防护单元，所述第二十一瞬态抑制二极管TVS21构成B侧第三级防护单元；

所述A侧和所述B侧第一级防护单元的响应速度最慢、开启电压最高、泄流量最大，所述A侧和所述B侧第二级防护单元响应速度、开启电压和泄流量都居中，所述A侧和所述B侧第三级防护单元的响应速度最快、开启电压最低、泄流量最小；

所述A侧的原理为：

当所述射频输入端口（2）上有雷电浪涌过电流时，所述第二十一电感L21对雷电浪涌脉冲高频分量的感应脉冲浪涌过电压有推挽作用，从而实现对所述雷电浪涌过电流的传输进行延时缓冲；

当所述雷电浪涌过电压前沿幅值到达所述A侧第一级防护单元和所述A侧第二级防护单元，并且所述雷电浪涌过电压前沿幅值不能开启所述A侧第一级防护单元和所述A侧第二级防护单元时，所述A侧第一级防护单元和所述A侧第二级防护单元不动作；

当所述雷电浪涌过电压前沿幅值到达所述A侧第三级防护单元时，开启所述A侧第三级防护单元的所述第二十一瞬态抑制二极管TVS21，使得所述第二十一瞬态抑制二极管TVS21导通，将所述雷电浪涌过电流泄放到地，使得所述射频输入端口（2）和所述A侧第三级防护单元之间有所述雷电浪涌过电流流过，从而将所述A侧第三级防护单元的电压嵌位在所述第二十一瞬态抑制二极管TVS21的特征嵌位电压电位，通过所述第二十四电感L24的推挽作用，使得所述A侧第二级防护单元的电位达到所述第二十三瞬态抑制二极管TVS23导通的开启电压，所述A侧第二级防护单元对地泄放所述雷电浪涌过电流的前沿部分的中等能量级的电流；基于所述A侧第二级防护单元的电位，通过所述第二十二电感L22的推挽作用，所述A侧第一级防护单元的电位达到所述第二气体放电管G2和所述第二十二瞬态抑制二极管TVS22的导通开启电压，所述A侧第一级防护单元泄放大能量级的雷电浪涌过电流；

所述B侧的原理与所述A侧的原理相同。

2.根据权利要求1所述的射频信号雷电电磁脉冲多级双向防护装置，其特征在于，还包括金属盖板和金属接地螺孔，所述金属盖板覆盖所述腔体形成密封结构，所述金属接地螺孔开设于所述金属本体或金属盖板上。

3.根据权利要求1所述的射频信号雷电电磁脉冲多级双向防护装置，其特征在于，所述腔体内设有所述第二十一隔直电容器C21一侧的侧壁设置为圆弧形侧壁（11）。

4.根据权利要求3所述的射频信号雷电电磁脉冲多级双向防护装置，其特征在于，所述圆弧形侧壁（11）上对称设置有第一内圆柱体沉孔（111）和第二内圆柱体沉孔（112）。

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