CN113394763A - 一种具有电磁脉冲防护能力的通信接收机天馈保护器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种具有电磁脉冲防护能力的通信接收机天馈保护器，基于多阶滤波器、气体放电管和瞬态电压抑制二极管防护短波/超短波频段射频通道的电磁脉冲，实现了兼顾防护雷电电磁脉冲和高空电磁脉冲的功能，为通信接收机天馈通路提供了防护雷电电磁脉冲和高空电磁脉冲的方法。与现有基于气体放电管的天馈保护器实现方案相比，本发明防护电磁脉冲类型广、响应速度快、通流能力强、插入损耗低、触发阈值低，尤其在响应速度、防护效果两个主要技术指标上显著优于现有天馈防护技术。
Description
技术领域
本发明属于电子信息技术领域，具体涉及一种具有电磁脉冲防护能力的通信接收机天馈保护器。
背景技术
雷电电磁脉冲(LEMP)和高空电磁脉冲(HEMP)对通信系统的安全性存在严重威胁，可能损坏天线馈电通路的功能模块。LEMP的威胁在于较大的能量，HEMP的威胁在于快前沿和高幅值。目前天馈通路对HEMP基本没有防护措施，而对LEMP采取的防护措施是在射频通路中串联基于陶瓷气体放电管(GDT)的旁路型防护模块。GDT存在两个问题：(1)动作阈值高。当脉冲电压上升率为数kV/μs量级时，GDT动作阈值在500V以上，这意味着它对于峰值在500V以下的脉冲无法防护；(2)响应速度慢。GDT从辉光放电发展到流注放电需要数十ns的过渡时间，这将导致泄露较高的脉冲能量，对后级敏感射频模块具有较大的危害性。因此，现有的雷电防护模块无法有效应对LEMP给短波/超短波通信系统带来的威胁，更无法应用于HEMP防护。需要设计出同时具有低触发阈值、快速响应特性和大电流通流能力的天馈系统防护装置。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种具有电磁脉冲防护能力的通信接收机天馈保护器，用于实现兼顾防护雷电电磁脉冲和高空电磁脉冲的功能。
本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种具有电磁脉冲防护能力的通信接收机天馈保护器，包括依次串联的包括气体放电管GDT的初级开关电路、中间级高通滤波电路、包括瞬态电压抑制二极管TVS的末级限幅电路。
按上述方案，初级开关电路包括第一高阻抗传输线TL1、第二高阻抗传输线TL2、气体放电管GDT；第一高阻抗传输线TL1的一端为初级开关电路的输入端；第二高阻抗传输线TL2的一端为初级开关电路的输出端；第一高阻抗传输线TL1和第二高阻抗传输线TL2串联，气体放电管GDT串联在第一高阻抗传输线TL1和第二高阻抗传输线TL2的连接点与电源地之间。
进一步的，在初级开关电路中，设最大可承受浪涌电流为Imax，可承受浪涌次数为N1，气体放电管GDT的额定放电电流为Isurge，气体放电管GDT的额定使用寿命为N2，则使用气体放电管GDT的数量A为：
进一步的，在初级开关电路中，设特征阻抗为Z0，单个气体放电管GDT的寄生电容为Cp，真空中的电磁波传播速度为vc，三阶低通原型滤波器中电容的归一化值为g2；第一高阻抗传输线TL1和第二高阻抗传输线TL2均为同轴腔体结构，具有相同的传输线长度M、内导体外径d和外导体内径D，D≥10d，腔体内部介质为空气；若已知M、D和d三个变量中任意两个的值，则利用下述公式计算第三个变量的值：
进一步的，中间级高通滤波电路包括第一电容C1、第三电容C3、第二电感L2；第一电容C1的一端为中间级高通滤波电路的输入端，连接初级开关电路的输出端；第三电容C3的一端为中间级高通滤波电路的输出端；第一电容C1与第三电容C3串联，第二电感L2串联在第一电容C1和第三电容C3的连接点与电源地之间。
进一步的，设中间级高通滤波电路的3dB截止频率为fc，特征阻抗为Z0，第一电容C1、第三电容C3、第二电感L2的归一化值分别为g1、g2和g3，则根据下式分别计算第一电容C1的容值、第三电容C3的容值、第二电感L2的感值：
C1＝1/(2πfcg1Z0)，
L2＝Z0/(2πfcg2)，
C3＝1/(2πfcg3Z0)。
进一步的，末级限幅电路包括第三电感L3和瞬态电压抑制二极管TVS；第三电感L3的一端为末级限幅电路的输入端，连接中间级高通滤波电路的输出端；第三电感L3的另一端为末级限幅电路的输出端；瞬态电压抑制二极管TVS串联在末级限幅电路的输出端与电源地之间。
进一步的，末级限幅电路中，设特征阻抗为Z0，最大持续运行电压为Vn，选择反向最大工作电压VRWM为1.2Vn～1.5Vn的瞬态电压抑制二极管TVS，设所选择瞬态电压抑制二极管TVS的寄生电容为CT，第三电感L3为空心螺旋电感，第三电感L3和寄生电容为CT的归一化值分别为g1、g2，则根据下式计算第三电感L3的感值：
本发明的有益效果为：
1.本发明的一种具有电磁脉冲防护能力的通信接收机天馈保护器，基于多阶滤波器、气体放电管和瞬态电压抑制二极管防护短波/超短波频段射频通道的电磁脉冲，实现了兼顾防护雷电电磁脉冲和高空电磁脉冲的功能，为通信接收机天馈通路提供了防护雷电电磁脉冲和高空电磁脉冲的方法。
2.与现有基于气体放电管的天馈保护器实现方案相比，本发明防护电磁脉冲类型广、响应速度快、通流能力强、插入损耗低、触发阈值低，尤其在响应速度、防护效果两个主要技术指标上显著优于现有天馈防护技术。
附图说明
图1是本发明实施例的电路图。
图2是本发明实施例的在注入10kV/5kA组合波时输出残余电压波形图。
图3是现有常规天馈保护器在注入10kV/5kA组合波时输出残余电压和注入电流波形图。
图4是现有常规天馈保护器在启动瞬间的电压和注入电流波形图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参见图1，本发明的实施例包括基于气体放电管(GDT)的初级开关电路、中间级高通滤波电路和基于瞬态电压抑制二极管(TVS)的末级限幅电路。
在初级开关电路设计中，根据使用方对防护模块的最大可承受浪涌电流Imax、可承受浪涌次数N1的要求，结合拟选用GDT元件的额定放电电流Isurge、额定使用寿命N2，利用下述公式确定GDT元件的数量A：
假设使用方对防护模块的最大可承受浪涌电流Imax要求等于20kA，可承受浪涌次数N1等于40次，拟选用的单个GDT元件的额定放电电流Isurge等于20kA、额定使用寿命N2等于10次，则利用上式得到GDT元件的数量A＝4。
在初级开关电路中，高阻抗传输线TL1和TL2均为同轴腔体结构，具有相同的传输线长度M、内导体外径d和外导体内径D，腔体内部介质为空气。在选定好M、D和d三个变量中任意两个的值后，利用下述公式计算第三个变量的值。在计算过程中，应保证D≥10d。
上式中，Z0为系统特征阻抗(通常为50Ω)，A为GDT元件的数量，Cp为单个GDT的寄生电容，vc为真空中的电磁波传播速度，g2为三阶低通原型滤波器中电容的归一化值。
已知Z0＝50Ω，A＝4，Cp＝1.5pF，vc＝3×108m/s，三阶巴特沃斯低通原型滤波器中电容的归一化值g2＝2，假设高阻抗传输线长度M＝15mm，外导体内径D＝23mm，则利用上式得到内导体外径d＝1.88mm。
中间级高通滤波电路包括电容C1和C3，以及电感L2。在根据系统需求确定了该高通滤波器的3dB截止频率fc后，根据下式计算滤波器中电容和电感的值。
C1＝1/(2πfcg1Z0)
L2＝Z0/(2πfcg2)
C3＝1/(2πfcg3Z0)
式中，Z0为系统特征阻抗(通常为50Ω)，g1、g2和g3为三阶低通原型滤波器中器件的归一化值。
假设中间部分高通滤波器的3dB截止频率fc＝1MHz，根据上述公式可以得到
C1＝1/(ωcg1Z0)＝3.18nF
L2＝Z0/(ωcg2)＝3.98μH
C3＝1/(ωcg3Z0)＝3.18nF
其中Z0＝50Ω，三阶巴特沃斯低通原型滤波器中器件的归一化值g1＝1，g2＝2，g3＝1。
末级限幅电路包括电感L3和TVS元件。L3为空心螺旋电感。假设受保护系统的最大持续运行电压为Vn，选择反向最大工作电压VRWM为1.2Vn～1.5Vn的TVS元件。假设所选择TVS元件的寄生电容为CT，根据下式计算电感L3的值
式中，Z0为系统特征阻抗(通常为50Ω)，g1、g2为二阶低通原型滤波器中电感、电容的归一化值。
末级限幅电路中，假设受保护系统的最大持续运行电压Va＝10V，可以选择反向最大工作电压VRWM＝12V～15V的TVS。假设所选择TVS元件的寄生电容CT＝24pF，根据上式计算得到L3＝60nH。式中Z0＝50Ω，二阶巴特沃斯低通原型滤波器中电感、电容的归一化值g1＝1.414，g2＝1.414。
参见图2为基于上述方法设计并加工得到的天馈保护器的试验测试结果，图中为采用10kV/5kA组合波注入时的残余电压波形，可以看到残压峰值小于50V。
作为对比，图3为现有的常规天馈保护器在同样等级浪涌电流(10kV/5kA组合波)注入时的输出残压和注入电流波形；图4为现有的常规天馈保护器在启动瞬间的电压波形和注入电流波形。
以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种具有电磁脉冲防护能力的通信接收机天馈保护器，其特征在于：包括依次串联的包括气体放电管GDT的初级开关电路、中间级高通滤波电路、包括瞬态电压抑制二极管TVS的末级限幅电路。
2.根据权利要求1所述的一种具有电磁脉冲防护能力的通信接收机天馈保护器，其特征在于：初级开关电路包括第一高阻抗传输线TL1、第二高阻抗传输线TL2、气体放电管GDT；
第一高阻抗传输线TL1的一端为初级开关电路的输入端；
第二高阻抗传输线TL2的一端为初级开关电路的输出端；
第一高阻抗传输线TL1和第二高阻抗传输线TL2串联，气体放电管GDT串联在第一高阻抗传输线TL1和第二高阻抗传输线TL2的连接点与电源地之间。
3.根据权利要求2所述的一种具有电磁脉冲防护能力的通信接收机天馈保护器，其特征在于：在初级开关电路中，设最大可承受浪涌电流为Imax，可承受浪涌次数为N1，气体放电管GDT的额定放电电流为Isurge，气体放电管GDT的额定使用寿命为N2，则使用气体放电管GDT的数量A为：
4.根据权利要求3所述的一种具有电磁脉冲防护能力的通信接收机天馈保护器，其特征在于：在初级开关电路中，设特征阻抗为Z0，单个气体放电管GDT的寄生电容为Cp，真空中的电磁波传播速度为vc，三阶低通原型滤波器中电容的归一化值为g2；第一高阻抗传输线TL1和第二高阻抗传输线TL2均为同轴腔体结构，具有相同的传输线长度M、内导体外径d和外导体内径D，D≥10d，腔体内部介质为空气；若已知M、D和d三个变量中任意两个的值，则利用下述公式计算第三个变量的值：
5.根据权利要求2所述的一种具有电磁脉冲防护能力的通信接收机天馈保护器，其特征在于：中间级高通滤波电路包括第一电容C1、第三电容C3、第二电感L2；第一电容C1的一端为中间级高通滤波电路的输入端，连接初级开关电路的输出端；
第三电容C3的一端为中间级高通滤波电路的输出端；
第一电容C1与第三电容C3串联，第二电感L2串联在第一电容C1和第三电容C3的连接点与电源地之间。
6.根据权利要求5所述的一种具有电磁脉冲防护能力的通信接收机天馈保护器，其特征在于：设中间级高通滤波电路的3dB截止频率为fc，特征阻抗为Z0，第一电容C1、第三电容C3、第二电感L2的归一化值分别为g1、g2和g3，则根据下式分别计算第一电容C1的容值、第三电容C3的容值、第二电感L2的感值：
C1＝1/(2πfcg1Z0)，
L2＝Z0/(2πfcg2)，
C3＝1/(2πfcg3Z0)。
7.根据权利要求5所述的一种具有电磁脉冲防护能力的通信接收机天馈保护器，其特征在于：末级限幅电路包括第三电感L3和瞬态电压抑制二极管TVS；
第三电感L3的一端为末级限幅电路的输入端，连接中间级高通滤波电路的输出端；
第三电感L3的另一端为末级限幅电路的输出端；
瞬态电压抑制二极管TVS串联在末级限幅电路的输出端与电源地之间。
8.根据权利要求7所述的一种具有电磁脉冲防护能力的通信接收机天馈保护器，其特征在于：末级限幅电路中，设特征阻抗为Z0，最大持续运行电压为Vn，选择反向最大工作电压VRWM为1.2Vn～1.5Vn的瞬态电压抑制二极管TVS，设所选择瞬态电压抑制二极管TVS的寄生电容为CT，第三电感L3为空心螺旋电感，第三电感L3和寄生电容为CT的归一化值分别为g1、g2，则根据下式计算第三电感L3的感值：
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114123149A (zh) * | 2021-11-26 | 2022-03-01 | 上海创远仪器技术股份有限公司 | 实现增强型端口静电防护的电路结构 |
| CN115102147A (zh) * | 2022-08-25 | 2022-09-23 | 成都四维智慧电子科技有限公司 | 一种宽带低插损高功率容量的高功率微波防护装置 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101106272A (zh) * | 2007-06-01 | 2008-01-16 | 镇江通达电子有限公司 | 中频馈线电涌保护器 |
| CN101383508A (zh) * | 2008-10-27 | 2009-03-11 | 摩比天线技术（深圳）有限公司 | 一种防雷保护电路及天线设备 |
| CN101741079A (zh) * | 2009-12-21 | 2010-06-16 | 浙江恒丰光电技术有限公司 | 天馈电涌保护器 |
| KR20160061021A (ko) * | 2014-11-21 | 2016-05-31 | (주)용진일렉콤 | 서지보호기 |
| CN209948668U (zh) * | 2019-05-24 | 2020-01-14 | 西安空天通信技术有限公司 | 一种新型短波天馈防雷器电路 |
-
2021
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101106272A (zh) * | 2007-06-01 | 2008-01-16 | 镇江通达电子有限公司 | 中频馈线电涌保护器 |
| CN101383508A (zh) * | 2008-10-27 | 2009-03-11 | 摩比天线技术（深圳）有限公司 | 一种防雷保护电路及天线设备 |
| CN101741079A (zh) * | 2009-12-21 | 2010-06-16 | 浙江恒丰光电技术有限公司 | 天馈电涌保护器 |
| KR20160061021A (ko) * | 2014-11-21 | 2016-05-31 | (주)용진일렉콤 | 서지보호기 |
| CN209948668U (zh) * | 2019-05-24 | 2020-01-14 | 西安空天通信技术有限公司 | 一种新型短波天馈防雷器电路 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114123149A (zh) * | 2021-11-26 | 2022-03-01 | 上海创远仪器技术股份有限公司 | 实现增强型端口静电防护的电路结构 |
| CN115102147A (zh) * | 2022-08-25 | 2022-09-23 | 成都四维智慧电子科技有限公司 | 一种宽带低插损高功率容量的高功率微波防护装置 |
| CN115102147B (zh) * | 2022-08-25 | 2023-03-14 | 成都四维智慧电子科技有限公司 | 一种宽带低插损高功率容量的高功率微波防护装置 |
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