CN111786735A - 一种超宽带射频同轴强电磁脉冲防护方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电磁脉冲防护的技术领域，尤其是涉及一种超宽带射频同轴强电磁脉冲防护方法及装置，该方法包括提供金属本体，在所述金属本体的腔体中设置有直流连通传输带线，所述直流连通传输带线中部设有突出部，其中，所述直流连通传输带线及其突出部与所述金属本体的腔体形成等效射频电容，且在所述直流连通传输带线两端分别设置第一脉冲防护支路和第二脉冲防护支路，能在复杂和恶劣的电磁环境里为超宽带无线装备射频链路关键部位提供强电磁脉冲防护。

Description

一种超宽带射频同轴强电磁脉冲防护方法及装置

技术领域

本发明涉及强电磁脉冲防护的技术领域，尤其是涉及一种超宽带射频同轴强电磁脉冲防护方法及装置。

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里。无线收发设备，尤其是暴露在设备外面的天线和同轴馈线，极易遭受各类瞬态强电磁脉冲的侵扰，并通过天线或馈线将各类瞬态强电磁脉冲引入到无线收发设备内部，造成关键敏感设备的损坏，从而影响无线收发设备的正常工作。

当前，在强电磁脉冲防护技术领域里，微秒级慢速前沿强电磁脉冲防护的技术相对成熟，而对于其他类的纳秒级及以下的快速前沿强电磁脉冲防护技术还处于起步阶段，如何对超宽带射频同轴链路上的关键设备提供有效的强电磁脉冲防护，是当前超宽带射频链路强瞬态电磁脉冲防护领域急需解决的技术问题和射频前端一体化综合应用的需求。

发明内容

本发明目的一是提供一种超宽带射频同轴强电磁脉冲防护方法，能在复杂和恶劣的电磁环境里为超宽带无线装备的射频链路关键部位提供强电磁脉冲防护。

本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种超宽带射频同轴强电磁脉冲防护方法，提供金属本体，在所述金属本体的腔体中设置有直流连通传输带线，所述直流连通传输带线中部设有突出部，其中，所述直流连通传输带线及其突出部与所述金属本体的腔体形成等效射频电容，且在所述直流连通传输带线两端分别设置第一脉冲防护支路和第二脉冲防护支路。

通过采用上述技术方案，所述直流连通传输带线上的突出部与金属本体的腔体内壁形成稳定的等效射频电容，因为所述突出部的曲线型截面本身在某些特定频段具备稳定射频分布电容特性，所述突出部与金属本体的腔体内壁综合起来，形成有效频段内稳定的等效射频电容及其他稳定的分布参数；第一脉冲防护支路用于实现对强电磁脉冲的第一级初级防护，第二脉冲防护支路用于实现对强电磁脉冲的第二级精细防护。

本发明目的二是提供一种超宽带射频同轴强电磁脉冲防护装置，具有结构简单、经济适用、防护与屏蔽性能好等特点。

本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种超宽带射频同轴强电磁脉冲防护装置，包括金属本体和设置于所述金属本体两端的射频输入端口和射频输出端口，所述金属本体开设有腔体，所述腔体内设置有直流连通传输带线，所述直流连通传输带线一端连接所述射频输入端口尾部的输入导体，所述输入导体上连接有第一脉冲防护支路，所述直流连通传输带线中部设有突出部，所述直流连通传输带线（2）另一端连接所述射频输出端口尾部的输出导体，所述输出导体上连接有第二脉冲防护支路。

通过采用上述技术方案，所述直流连通传输带线上的突出部与金属本体的腔体内壁形成稳定的等效射频电容，因为所述突出部的曲线型截面本身在某些特定频段具备稳定射频分布电容特性，所述突出部与金属本体的腔体内壁综合起来，形成有效频段内稳定的等效射频电容及其他稳定的分布参数。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述突出部的横截面为长方形、正方形、半椭圆形、卵形或半圆形，所述直流连通传输带线为单节、两节或多节，所述金属本体的腔体内壁与所述直流连通传输带线的突出部之间填充空气或者绝缘材料构成电容介质，形成稳定的等效射频电容。

通过采用上述技术方案，所述直流连通传输带线和直流连通传输带线上的突出部均能与所述金属本体的腔体内壁形成稳定的等效射频电容及其他稳定的分布参数，而长方形、正方形、半椭圆形、卵形或半圆形等形状的突出部构建出来的等效射频电容及其他稳定的分布参数更符合工程实际应用。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述第一脉冲防护支路包括第一调节导体和第一脉冲防护器件，所述第一调节导体一端连接所述输入导体，所述第一调节导体另一端连接所述第一脉冲防护器件一端，所述第一脉冲防护器件另一端连接所述金属本体。

通过采用上述技术方案，通过在第一调节导体与金属本体之间搭接第一脉冲防护器件，可以实现强电磁脉冲防护的功能。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述第二脉冲防护支路包括第二调节导体和第二脉冲防护器件，所述第二调节导体一端连接所述输出导体，所述第二调节导体另一端连接所述第二脉冲防护器件一端，所述第二脉冲防护器件另一端连接所述金属本体。

通过采用上述技术方案，通过在第二调节导体与金属本体之间搭接第二脉冲防护器件，可以实现强电磁脉冲防护的功能。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述第一脉冲防护器件为瞬态抑制二极管或气体放电管，所述第二脉冲防护器件为PIN二极管管堆。

通过采用上述技术方案，所述第一脉冲防护器件采用瞬态抑制二极管，所述第二脉冲防护器件采用二极管管堆，应用于各类射频链路，提高了各类射频链路的可靠性，且能够有效地防护强电磁脉冲对射频同轴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：所述第一脉冲防护器件和第二脉冲防护器件与所述金属本体之间还设有金属导体板，所述金属导体板是由黄铜镀锡板或金属化过孔相连的电路板整块导体构成。

通过采用上述技术方案，所述金属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金属本体的腔体底部形成良好的接地，将所述第一脉冲防护器件的接地端下拉到金属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：所述二极管管堆包括复数个PIN二极管（73）、设置于所述复数个PIN二极管（73）阴极的上电极（71）和设置于所述复数个PIN二极管（73）阳极的下电极（72），所述上电极（71）和下电极（72）之间还设置有绝缘介质（74）。

通过采用上述技术方案，二极管管堆是将几只PIN二极管装配在上电极和下电极之间，实现多个PIN二极管的并联，从而实现较大的瞬态强电磁脉冲抑制能力和射频功率耐受能力；上电极和下电极之间使用绝缘介质隔开，能抑制寄生参数对射频性能的影响。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述金属本体的腔体侧面与底面光洁且圆弧过渡，腔体侧面与底面垂直，腔体侧面是圆弧形侧壁，圆弧形侧壁是圆弧形、直角圆弧形、卵形或椭圆形。

通过采用上述技术方案，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，方便所述防护装置的射频参数调试；利用机械结构构造了等效射频电容，并通过优化，达到了减少接地的寄生杂散参数对电路性能的影响的目的。

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，金属盖板能够起到很好的密封和屏蔽效果，金属腔体和金属盖板一起构成整体金属密封结构，能提高所述防护装置的电磁屏蔽性能与接地性能，可以在所述金属接地螺孔上螺接金属螺栓，再将金属螺栓连接到地，方便所述防护装置进行接地处理，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。

综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：

1.所述直流连通传输带线上的突出部与金属本体的腔体内壁形成稳定的等效射频电容，因为所述突出部的曲线型截面本身在某些特定频段具备稳定射频分布电容特性，所述突出部与金属本体的腔体内壁综合起来，形成有效频段内稳定的等效射频电容及其他稳定的分布参数；

2.具有结构简单紧凑、经济适用、密屏蔽性能好、防护性能好等优点；

3.能为超宽带无线射频电子、电气装备和设施在复杂和恶劣的电磁环境里提供强电磁脉冲防护，简化了线路，节省了成本，且满足工程应用实践的要求。

附图说明

图1是本发明防护装置一实施例的结构示意图。

图2是本发明防护装置另一实施例的结构示意图。

图3是本发明二极管管堆一实施例的结构示意图。

图4是本发明二极管管堆另一实施例的结构示意图。

图5是本发明防护装置外形结构示意图。

图中1、金属本体，11、射频输入端口，111、输入导体，112、第一脉冲防护支路，12、射频输出端口，121、输出导体，122、第二脉冲防护支路，13、金属盖板，14、接地螺孔，2、直流连通传输带线，21、突出部，3、第一调节导体，4、第一脉冲防护器件，5、金属导体板，6、第二调节导体，7、第二脉冲防护器件，71、上电极，72、下电极，73、PIN二极管，74、绝缘介质。

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。

本发明提供一种超宽带射频同轴强电磁脉冲防护方法，提供金属本体1，在所述金属本体1的腔体中设置有直流连通传输带线2，所述直流连通传输带线2中部设有突出部21，其中，所述直流连通传输带线2及其突出部21与所述金属本体1的腔体形成稳定的等效射频电容，且在所述直流连通传输带线2两端分别设置第一脉冲防护支路112和第二脉冲防护支路122。

参照图1，本发明还提供一种超宽带射频同轴强电磁脉冲防护装置，包括金属本体1和设置于所述金属本体1两端的射频输入端口11和射频输出端口12，所述金属本体1开设有腔体，所述腔体内设置有直流连通传输带线2，所述直流连通传输带线2一端连接所述射频输入端口11尾部的输入导体111，所述输入导体111上连接有第一脉冲防护支路112，所述直流连通传输带线2中部设有突出部21，所述直流连通传输带线2另一端连接所述射频输出端口12尾部的输出导体121，所述输出导体121上连接有第二脉冲防护支路122。

本实施例中，所述直流连通传输带线2为带状传输线，设置于所述金属本体1的腔体中，并将所述直流连通传输带线2进行弯折形成突出部21，所述金属本体1的腔体内壁与所述直流连通传输带线2的突出部21之间填充空气或者其他稳定的绝缘材料构成电容介质形成稳定的等效射频电容，因为所述突出部21的曲线型截面本身在某些特定频段具备稳定射频分布电容特性，所述突出部21与金属本体1的腔体内壁形成有效频段内稳定的等效射频电容及其他稳定的分布参数；第一脉冲防护支路112用于实现对强电磁脉冲的第一级初级防护，第二脉冲防护支路122用于实现对强电磁脉冲的第二级精细防护。

所述突出部21的横截面为长方形、正方形、半椭圆形、卵形或半圆形，所述直流连通传输带线2及其突出部21均能与所述金属本体1的腔体内壁形成稳定的等效射频电容及其他稳定的分布参数，而长方形、正方形、半椭圆形、卵形或半圆形等形状的突出部构建出来的等效射频电容及其他稳定的分布参数更符合工程实际应用。根据实际需要，不同工作频段需要不同的分布参数和不同的分布电容，因此，所述直流连通传输带线2可以是单节，也可以是两节或多节组成，用以获得工作频段所需的具有不同分布参数的等效射频电容。

所述金属本体1的腔体内壁（侧面与底面）光洁且圆弧过渡，腔体侧面与底面垂直，腔体侧面是圆弧形侧壁，圆弧形侧壁可以是圆弧形、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，方便所述防护装置的射频参数调试；利用机械结构构造了等效射频电容，并通过优化，达到了减少接地的寄生杂散参数对电路性能的影响的目的。

参照图2，所述第一脉冲防护支路112包括第一调节导体3和第一脉冲防护器件4，所述第一调节导体3一端连接所述输入导体111，所述第一调节导体3另一端连接所述第一脉冲防护器件4一端，所述第一脉冲防护器件4另一端连接所述金属本体1；所述第二脉冲防护支路122包括第二调节导体6和第二脉冲防护器件7，所述第二调节导体6一端连接所述输出导体121，所述第二调节导体6另一端连接所述第二脉冲防护器件7一端，所述第二脉冲防护器件7另一端连接所述金属本体1。

具有突出部21的直流连通传输带线2与金属本体1两端的50欧姆射频输入端口11和射频输出端口12直接搭接形成直流物理通道，装配于金属本体1的腔体中，可用于传输直流信号。金属本体1、直流连通传输带线2、第一调节导体3、第一脉冲防护器件4、第二调节导体6及第二脉冲防护器件7一起构成射频选频谐振网络，构成寄生参数最小、射频性能参数最优的射频匹配网络和立体射频电路；他们之间的分布参数决定所述防护装置的基本工作频带、带宽、阻抗匹配、射频性能，能满足对应工作带宽的射频信号传输，依据实际工程样品测试显示，金属本体1的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（BW≥2GHz）、驻波系数小（VSWR≦1.3:1）、损耗小（≦0.3dB）。能为超宽带射频链路提供强电磁脉冲防护，提高无线装备与系统的强电磁脉冲防护性能和可靠性。应用于各类超宽带射频链路，提高了射频链路的可靠性，且能够有效地防护强电磁脉冲对超宽带射频同轴链路上关键部位或设备的侵扰和冲击。

继续参照图2，所述第一脉冲防护器件4和所述第二脉冲防护器件7与所述金属本体1之间还设有金属导体板5。所述金属导体板5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金属本体1的腔体底部，与所述金属本体1的腔体底部紧密接触形成良好的接地，将所述第一脉冲防护器件4和所述第二脉冲防护器件7的接地端下拉到金属导体板5形成接地泄放通道。

参照图3，所述第一脉冲防护器件4为瞬态抑制二极管或气体放电管，所述第二脉冲防护器件7为PIN二极管管堆，应用于各类射频链路，提高了各类射频链路的可靠性，且能够有效地防护强电磁脉冲对射频同轴链路上关键部位或设备的侵扰和冲击。所述二极管管堆包括复数个PIN二极管73、设置于所述复数个PIN二极管73阴极的上电极71和设置于所述复数个PIN二极管73阳极的下电极72，所述上电极71和下电极72之间还设置有绝缘介质74；所述第一脉冲防护器件4和所述第二脉冲防护器件7均设置于所述金属导体板5上。

参照图4，本实施例中，所述二极管管堆包括复数个PIN二极管73、上电极71和下电极72，所述复数个PIN二极管73间隔成对地在上电极71与下电极72之间极性颠倒安装，所述上电极71和下电极72之间还设置有绝缘介质74。

本实施例在第一调节导体3与金属导体板5之间搭接第一脉冲防护器件4（瞬态抑制二极管）形成第一级初级防护电路，在第二调节导体6与金属导体板5之间搭接第二脉冲防护器件7（PIN二极管管堆）形成第二级精细防护电路。利用瞬态抑制二极管TVS实现对强电磁脉冲的第一级初级防护，瞬态抑制二极管TVS是大功率器件，响应速度在亚纳秒级，开启电压低，能吸收抑制强电磁脉冲90%的能量；剩余能量沿直流连通传输带线2向射频输出端口12传播，当剩余强电磁脉冲到达第二调节导体6时，PIN二极管管堆7立即动作，将强电磁脉冲的剩余能量吸收并抑制，从而实现第二级的精细防护。本发明充分利用瞬态抑制二极管TVS与半导体PIN二极管管堆的能量配合实现对强电磁脉冲的防护功能，利用直流连通传输带线实现阻抗匹配过渡及隔离。

参照图5，本实施例中，所述超宽带射频同轴强电磁脉冲防护装置还包括金属盖板13和金属接地螺孔14，所述金属盖板13覆盖所述腔体形成密封结构，所述金属接地螺孔14开设于所述金属本体1或金属盖板13上。

金属盖板能够起到很好的密封和屏蔽效果，金属本体和金属盖板一起构成整体金属密封结构，所述防护装置的外壳是全密封的金属结构，能提高所述防护装置的电磁屏蔽性能与接地性能，可以在所述金属接地螺孔上螺接金属螺栓，再将金属螺栓连接到地，方便所述防护装置进行接地处理。

射频输入端口11和射频输出端口12与金属本体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本体固定，金属本体与金属盖板之间也是采用防水设计。因此，所述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。

本发明装置能为超宽带射频链路提供强电磁脉冲防护，提高无线装备与系统的强电磁脉冲防护性能和可靠性。应用于各类射频链路，提高了各类射频链路的可靠性，且能够有效地防护强电磁脉冲对超宽带射频同轴链路上关键部位或设备的侵扰和冲击。

Claims (10)

1.一种超宽带射频同轴强电磁脉冲防护方法，其特征在于，提供金属本体（1），在所述金属本体（1）的腔体中设置有直流连通传输带线（2），所述直流连通传输带线（2）中部设有突出部（21），其中，所述直流连通传输带线（2）及其突出部（21）与所述金属本体（1）的腔体形成等效射频电容，且在所述直流连通传输带线（2）两端分别设置第一脉冲防护支路（112）和第二脉冲防护支路（122）。

2.一种超宽带射频同轴强电磁脉冲防护装置，包括金属本体（1）和设置于所述金属本体（1）两端的射频输入端口（11）和射频输出端口（12），其特征在于，所述金属本体（1）开设有腔体，所述腔体内设置有直流连通传输带线（2），所述直流连通传输带线（2）一端连接所述射频输入端口（11）尾部的输入导体（111），所述输入导体（111）上连接有第一脉冲防护支路（112），所述直流连通传输带线（2）中部设有突出部（21），所述直流连通传输带线（2）另一端连接所述射频输出端口（12）尾部的输出导体（121），所述输出导体（121）上连接有第二脉冲防护支路（122）。

3.根据权利要求2所述的超宽带射频同轴强电磁脉冲防护装置，其特征在于，所述突出部（21）的横截面为长方形、正方形、半椭圆形、卵形或半圆形，所述直流连通传输带线（2）为单节、两节或多节，所述金属本体（1）的腔体内壁与所述直流连通传输带线（2）的突出部（21）之间填充空气或者绝缘材料构成电容介质，形成稳定的等效射频电容。

4.根据权利要求2所述的超宽带射频同轴强电磁脉冲防护装置，其特征在于，所述第一脉冲防护支路（112）包括第一调节导体（3）和第一脉冲防护器件（4），所述第一调节导体（3）一端连接所述输入导体（111），所述第一调节导体（3）另一端连接所述第一脉冲防护器件（4）一端，所述第一脉冲防护器件（4）另一端连接所述金属本体（1）。

5.根据权利要求4所述的超宽带射频同轴强电磁脉冲防护装置，其特征在于，所述第二脉冲防护支路（122）包括第二调节导体（6）和第二脉冲防护器件（7），所述第二调节导体（6）一端连接所述输出导体（121），所述第二调节导体（6）另一端连接所述第二脉冲防护器件（7）一端，所述第二脉冲防护器件（7）另一端连接所述金属本体（1）。

6.根据权利要求5所述的超宽带射频同轴强电磁脉冲防护装置，其特征在于，所述第一脉冲防护器件（4）为瞬态抑制二极管或气体放电管，所述第二脉冲防护器件（7）为PIN二极管管堆。

7.根据权利要求6所述的超宽带射频同轴强电磁脉冲防护装置，其特征在于，所述第一脉冲防护器件（4）和第二脉冲防护器件（7）与所述金属本体（1）之间还设有金属导体板（5），所述金属导体板（5）是由黄铜镀锡板或金属化过孔相连的电路板整块导体构成。

8.根据权利要求7所述的超宽带射频同轴强电磁脉冲防护装置，其特征在于，所述二极管管堆包括复数个PIN二极管（73）、设置于所述复数个PIN二极管（73）阴极的上电极（71）和设置于所述复数个PIN二极管（73）阳极的下电极（72），所述上电极（71）和下电极（72）之间还设置有绝缘介质（74）。

9.根据权利要求2所述的超宽带射频同轴强电磁脉冲防护装置，其特征在于，所述金属本体（1）的腔体侧面与底面光洁且圆弧过渡，腔体侧面与底面垂直，腔体侧面是圆弧形侧壁，圆弧形侧壁是圆弧形、直角圆弧形、卵形或椭圆形。

10.根据权利要求2所述的超宽带射频同轴强电磁脉冲防护装置，其特征在于，还包括金属盖板（13）和金属接地螺孔（14），所述金属盖板（13）覆盖所述腔体形成密封结构，所述金属接地螺孔（14）开设于所述金属本体（1）或金属盖板（13）上。

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