CN215378880U - 一种全频带电磁脉冲防护装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种全频带电磁脉冲防护装置，包括：设于介质基片上的微带线a、微带线b和设于所述微带线a和所述微带线b之间依次连接的用以抑制带内电磁脉冲信号的第一级保护电路、第二级保护电路、第三级保护电路和第四级保护电路，其中，所述第一级保护电路、第二级保护电路、第三级保护电路和第四级保护电路也作为抑制带内电磁脉冲信号滤波器的一极；所述微带线a的一端与信号输入端连接，所述微带线a的另一端通与所述第一级保护电路连接，所述微带线b的一端与信号输出端连接，所述微带线b的另一端与所述第四级保护电路。本实用新型实现了带内、带外全频段防护，解决了现有技术中防护单一的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及干扰防护技术领域，尤其涉及一种全频带电磁脉冲防护装置。
背景技术
电磁脉冲是一种瞬变电磁现象，典型的电磁脉冲包括高空核爆电磁脉冲、超宽带电磁脉冲、高功率微波、电快速瞬变脉冲群、雷电、静电放电电磁脉冲等。快沿电磁脉冲的共同特点是：在时域上，具有陡峭的上升或下降沿(ns级甚至ps级)，峰值场强极高(可达104～105V/m)，且持续时间短(μs级至ns级)；在频域上，覆盖较宽的频带；能够以空间辐射或传导形式，通过前门或后门耦合到电子设备上，干扰电子设备正常工作甚至造成硬损伤。
电磁脉冲防护中常用的防护模块只是针对某一种类型的电磁脉冲进行防护设计，难以适应不同类型电磁脉冲电磁防护需求。例如雷电电磁脉冲防护模块应用在超宽带电磁脉冲防护防护中，会出现残压过高、尖峰泄露太大等问题造成后级被保护器件的损坏，而无法起到应有的防护作用；防静电模块对于频率较高的高功率微波和超宽带电磁脉冲的防护效果也难以满足需求。造成这一问题的主要原因是不同类型的电磁脉冲上升沿时间、脉冲持续时间、强度差异较大，例如雷电电磁脉冲的峰值电流可达 100kA，持续时间达到微秒甚至毫秒量级，核电磁脉冲场的场强达到50kV/m，脉冲上升沿时间仅有几个纳秒，脉冲持续时间几十个纳秒；超宽带电磁脉冲的峰值功率达到吉瓦，脉冲上升沿时间仅有几个纳秒甚至不足1纳秒，脉冲持续时间几个纳秒。
防护电路中采用的开关防护器件存在开启电压，半导体器件由于PN结作用存在击穿结电压影响电磁脉冲防护电路的响应时间，而不同类型的电磁脉冲上升沿时间不同，造成适用较慢上升沿时间电磁脉冲防护的模块难以适用较快上升沿时间的电磁脉冲防护。另一方面分布电容或分布电感会造成整个防护模块射频阻抗差异，造成在接入被保护电路后有较大插损，引起正常信号传输畸变，所以电磁脉冲防护模块设计时往往会在结电容和防护性能之间采取折中的方法来选取器件。
在电磁脉冲防护中滤波器的带内是阻抗匹配设计，对高功率微波等窄带电磁脉冲带内没有防护能力，单纯的滤波器设计只考虑了某一段频率的抑制，同时滤波器存在谐波产生的寄生通带，对于倍频、谐波频带的防护能力较差。
实用新型内容
本实用新型为了解决以上问题，提供了一种全频带电磁脉冲防护装置，实现兼具响应快、功率高、带内、带外一体化防护。
为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案如下：
一种全频带电磁脉冲防护装置，包括：设于介质基片上的微带线a、微带线b和设于所述微带线a和所述微带线b之间依次连接的用以抑制带内电磁脉冲信号的第一级保护电路、第二级保护电路、第三级保护电路和第四级保护电路，其中，所述第一级保护电路、第二级保护电路、第三级保护电路和第四级保护电路也作为抑制带内电磁脉冲信号滤波器的一极；所述微带线a的一端与信号输入端连接，所述微带线a的另一端与所述第一级保护电路连接，所述微带线b的一端与信号输出端连接，所述微带线b的另一端与所述第四级保护电路连接。
可选的，所述第一级保护电路包括微带线c和第一防护器件，所述微带线a的另一端与所述微带线c的一端连接，所述第一防护器件的一端与所述第二级保护电路连接，所述微带线c的另一端和所述第一防护器件的另一端通过接地孔接地。
可选的，所述第二级保护电路包括微带线d和微带线e，所述微带线d的一端与所述微带线a的另一端连接，所述微带线d的另一端分别与所述微带线e的一端和所述第三级保护电路连接，所述微带线e的另一端通过接地孔接地。
可选的，所述第三级保护电路包括微带线f和微带线g，所述微带线f的一端与所述微带线d的另一端连接，所述微带线f的另一端通过接地孔接地，所述微带线g 的一端与所述微带线d的另一端连接，所述微带线g的另一端与所述第四级保护电路连接。
可选的，所述第四级保护电路包括第二防护器件、微带线h和微带线i，所述第二防护器件的一端与所述微带线g的另一端连接，所述第二防护器件的另一端通过接地孔接地，所述微带线h的一端与所述微带线g的另一端连接，所述微带线h的另一端分别与所述微带线i的一端和所述微带线b的另一端连接，所述微带线i另一端通过接地孔接地。
可选的，所述微带线a和所述微带线b的特性阻抗为50Ω。
可选的，所述介质基片为聚四氟乙烯玻璃纤维覆铜板。
可选的，所述第一防护器件为气体放电管，所述第二防护器件为低电容半导体放电管。
本实用新型与现有技术相比，所取得的技术进步在于：
本实用新型通过设置四级保护电路作为滤波器的一极，解决了防护器件结电容对传输信号的影响，其中带外通过滤波器抑制电磁脉冲信号，即带外失配，带内通过四级保护电路的防护器件进行防护，实现了带内、带外全频段防护，解决了现有技术中防护单一的问题，其中，利用防护器件替换传统滤波器的电容，提高系统的可靠性，本实用新型不但兼具了带内、带外同时防护功能，也降低了被保护设备受电磁脉冲的损伤，提高了被保护设备的防护带宽，提高了设备的可靠性。使每一级的防护器件作为带通滤波器的一级电容来设计，既降低了结电容对防护模块插损较高的影响又提高了防护模块的防护功率。
附图说明
附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。
在附图中：
图1为本实用新型的结构示意图。
图2为本实用新型带内防护仿真图。
具体实施方式
下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本实用新型的实施例进行描述。
如图1所示，本实用新型公开了一种全频带电磁脉冲防护装置，本装置可通过常用的固定方式固定在电子设备的壳体上，具体的，本装置包括设于介质基片上的微带线a、微带线b和设于微带线a和微带线b之间依次连接的用以抑制带内电磁脉冲信号的第一级保护电路、第二级保护电路、第三级保护电路和第四级保护电路。在本实施例中介质基片为聚四氟乙烯玻璃纤维覆铜板，即PTFE覆铜板，此种介质基片具有耐热性好，介质均匀，对于高频信号的传输具有损耗低的优点，在本实施例中，PTFE 覆铜板厚度为1mm，介电常数为2.6，PTFE覆铜板的背面为裸露铜板，采用环保水金工艺处理，通过PTFE覆铜板上分布的接地孔使PTFE覆铜板大面积接地。
其中，第一级保护电路、第二级保护电路、第三级保护电路和第四级保护电路也作为抑制带内电磁脉冲信号滤波器的一极，微带线a的一端与信号输入端连接，微带线a的另一端通与第一级保护电路连接，微带线b的一端与信号输出端连接，微带线 b的另一端与第四级保护电路，微带线a和微带线b的线宽度是根据传输信号的中心频率得出。
具体的，第一级保护电路包括微带线c和第一防护器件1，微带线a的另一端分别与微带线c的一端、第一防护器件1的一端和第二级保护电路连接，微带线c的另一端和第一防护器件1的另一端通过接地孔接地。其中，微带线c与防护器件1作为带通滤波器的一级由带通滤波器的带宽、中心频率和带外抑制所得。
第二级保护电路微带线d和微带线e，微带线d的一端与微带线a的另一端连接，微带线d的另一端分别与微带线e的一端和第三级保护电路连接，微带线e的另一端通过接地孔接地。其中，微带线d与微带线e作为带通滤波器的一级由带通滤波器的带宽、中心频率和带外抑制设计所得。
第三级保护电路包括微带线f和微带线g，微带线f的一端与微带线d的另一端连接，微带线f的另一端通过接地孔接地，微带线g的一端与微带线d的另一端连接，微带线g的另一端与第四级保护电路连接，其中，微带线f与微带线g作为带通滤波器的一级由带通滤波器的带宽、中心频率和带外抑制设计所得。
第四级保护电路包括第二防护器件2、微带线h和微带线i，第二防护器件2的一端与微带线g的另一端连接，第二防护器件2的另一端通过接地孔接地，微带线h 的一端与微带线g的另一端连接，微带线h的另一端分别与微带线i的一端和微带线 b的另一端连接，微带线i另一端通过接地孔接地，其中，第二防护器件2、微带线 h和微带线i作为带通滤波器的一级由带通滤波器的带宽、中心频率和带外抑制设计所得。
具体的，接地孔的孔径为0.5mm，并对每个接地孔注满焊锡，提高接地孔的通流能力及增大接地面积。在信号输入端和信号输出端出分别安装有射频同轴连接器，在本实施例中射频同轴连接器使用的是SMA型射频同轴连接器，SMA型射频同轴连接器分别与微带线a和所述微带线b连接，PTFE覆铜板按照上述要求做好加工后，将此本装置焊接到电子设备的壳体上，两个SMA型射频同轴连接器接头的插针焊接到PTFE 覆铜板的输入和输出端，SMA型射频同轴连接器接头的插针使用盖板将本装置用螺钉固定在壳体上。
具体的，在本实施例中，各微带线的参数如下：
微带线a和微带线b的特性阻抗为50Ω，传输线由1.4GHz中心频率的巴特沃斯滤波器确定；
微带线a的宽度为2.4mm，长度为15mm；
微带线d的宽度为4.8mm，长度为24.7mm；
微带线g的宽度为2.6mm，长度为18.4mm；
微带线h的宽度为2.4mm，长度为9mm；
微带线b的宽度为2.4mm，长度为18mm；
微带线c的宽度为3.6mm，长度为14mm；
微带线e的宽度为0.82mm，长度为35mm；
微带线f的宽度为4.7mm，长度为17.8mm；
微带线i的宽度为2.4mm，长度为20mm；
第一防护器件1选择气体放电管，第二防护器件2选择低电容半导体放电管。
当正常工作时，正常信号经过本装置的输入端与输出端，在特性阻抗为50Ω的传输线内(微带线a和微带线b)正常传输；
当电磁脉冲到来时，如果信号频率为带外，则通过带外失配对电磁脉冲信号进行抑制，达到电磁脉冲防护；
如果信号频率为带内时，第二防护器件2首先开启，开启后改变带内阻抗匹配，提高了带内阻抗使第一防护器件1开启，第一防护器件1和第二防护器件2共同作用通过反射和泄放对带内电磁脉冲进行抑制。在实施中所具有的防护能力如下：
带宽：2.5GHz-3GHz；插损：＜1.2dB；端口阻抗：50Ω；接口形式：SMA-K；电压驻波比：＜1.5；带外抑制40dB，@1GHz，@2GHz；带内电压抑制：45dB。防护效果如图2所示，图2示出了本实用新型带内的仿真特性曲线图，其中V1为模拟的电磁脉冲信号图形，为V2为抑制后的电磁脉冲信号图形，防护效果良好。
本实用新型通过设置四级保护电路作为滤波器的一极，解决了防护器件结电容对传输信号的影响，其中带外通过滤波器抑制电磁脉冲信号，即带外失配，带内通过四级保护电路的防护器件进行防护，实现了带内、带外全频段防护，解决了现有技术中防护单一的问题，其中，利用防护器件替换传统滤波器的电容，提高系统的可靠性，本实用新型不但兼具了带内、带外同时防护功能，也降低了被保护设备受电磁脉冲的损伤，提高了被保护设备的防护带宽，提高了设备的可靠性。使每一级的防护器件作为带通滤波器的一级电容来设计，既降低了结电容对防护模块插损较高的影响又提高了防护模块的防护功率。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。
最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型权利要求保护的范围之内。
Claims (8)
1.一种全频带电磁脉冲防护装置，其特征在于，包括：设于介质基片上的微带线a、微带线b和设于所述微带线a和所述微带线b之间依次连接的用以抑制带内电磁脉冲信号的第一级保护电路、第二级保护电路、第三级保护电路和第四级保护电路；其中，所述第一级保护电路、第二级保护电路、第三级保护电路和第四级保护电路也作为抑制带内电磁脉冲信号滤波器的一极；所述微带线a的一端与信号输入端连接，所述微带线a的另一端与所述第一级保护电路连接，所述微带线b的一端与信号输出端连接，所述微带线b的另一端与所述第四级保护电路连接。
2.根据权利要求1所述的电磁脉冲防护装置，其特征在于：所述第一级保护电路包括微带线c和第一防护器件，所述微带线a的另一端与所述微带线c的一端连接，所述第一防护器件的一端和所述第二级保护电路连接，所述微带线c的另一端和所述第一防护器件的另一端通过接地孔接地。
3.根据权利要求2所述的电磁脉冲防护装置，其特征在于：所述第二级保护电路包括微带线d和微带线e，所述微带线d的一端与所述微带线a的另一端连接，所述微带线d的另一端分别与所述微带线e的一端和所述第三级保护电路连接，所述微带线e的另一端通过接地孔接地。
4.根据权利要求3所述的电磁脉冲防护装置，其特征在于：所述第三级保护电路包括微带线f和微带线g，所述微带线f的一端与所述微带线d的另一端连接，所述微带线f的另一端通过接地孔接地，所述微带线g的一端与所述微带线d的另一端连接，所述微带线g的另一端与所述第四级保护电路连接。
5.根据权利要求4所述的电磁脉冲防护装置，其特征在于：所述第四级保护电路包括第二防护器件、微带线h和微带线i，所述第二防护器件的一端与所述微带线g的另一端连接，所述第二防护器件的另一端通过接地孔接地，所述微带线h的一端与所述微带线g的另一端连接，所述微带线h的另一端分别与所述微带线i的一端和所述微带线b的另一端连接，所述微带线i另一端通过接地孔接地。
6.根据权利要求5所述的电磁脉冲防护装置，其特征在于：所述微带线a和所述微带线b的特性阻抗为50Ω。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的电磁脉冲防护装置，其特征在于：所述介质基片为聚四氟乙烯玻璃纤维覆铜板。
8.根据权利要求7所述的电磁脉冲防护装置，其特征在于：第一防护器件为气体放电管，第二防护器件为低电容半导体放电管。
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