CN217063275U - 一种雷电电磁脉冲一体化超短波端口防护模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及雷电电磁脉冲防护技术领域，特别涉及一种雷电电磁脉冲一体化超短波端口防护模块，为同时可以对雷电、高空核爆等电磁脉冲超短波进行一体化防护，本实用新型的技术要点包括外壳，外壳内设置有腔体，腔体内设置有防护电路，防护电路包括耦接于输入端和输出端之间的至少三极级联的开关限幅支路和电容C1，且其中第一级为两对并联连接的开关限幅支路，且第一级的两个开关限幅支路分别耦接接地电感L1和接地电感L2后接地，通过多级级联的开关限幅支路即相关元器件实现承受高功率耦合电压信号的功能要求，同时可以对雷电、高空核爆、高功率微波等电磁脉冲进行一体化防护，具备较高的兼容性，防护功能更加全面。

Description

一种雷电电磁脉冲一体化超短波端口防护模块

技术领域

本实用新型涉及雷电电磁脉冲防护技术领域，特别涉及一种雷电电磁脉冲一体化超短波端口防护模块。

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。

雷电电磁脉冲防护为电磁脉冲安全防护的一部分，是针对高能电磁脉冲中由自然界雷电所引起的高能电磁脉冲的防护，是通过组成拦截、疏导最后泄放入地的一体化系统方式以防止由直击雷或雷电电磁脉冲对建筑物本身或其内部设备造成损害的防护技术。

目前，在进行超短波波段的防护时，针对雷电、高空核爆、高功率微波等电磁脉冲进行防护时，通常需要分别使用对应的防护模块进行防护，兼容性较低，防护功能不够全面。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种雷电电磁脉冲一体化超短波端口防护模块，同时可以对雷电、高空核爆等电磁脉冲超短波进行一体化防护，具备较高的兼容性，防护功能更加全面。

本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种雷电电磁脉冲一体化超短波端口防护模块，包括外壳，外壳内设置有腔体，腔体内设置有防护电路，防护电路包括耦接于输入端和输出端之间的至少三极级联的开关限幅支路和电容C1，且其中第一级为两对并联连接的开关限幅支路，且第一级的两个开关限幅支路分别耦接接地电感L1和接地电感L2后接地。

通过上述技术方案：防护电路采用多级防护的方式，实现承受高功率耦合电压信号的功能要求，还能将感应电压限制在较低的水平，确保前端敏感器件的安全，并提高电路的功率承受能力和实现低限幅电平输出。而第一级为两对并联连接的开关限幅支路，利用功分结构将耦合大功率信号一份为二，并引入接地电感L1和接地电感L2来改善防护电路的匹配，降低防护模块的插损，同时可以对雷电、高空核爆、高功率微波等电磁脉冲进行一体化防护，具备较高的兼容性，防护功能更加全面。

本实用新型进一步设置为：所述开关限幅支路包括两个并联连接的开关限幅二极管PIN。

本实用新型进一步设置为：所述防护电路具有五级级联，且前两级的开关限幅支路采用大功率开关限幅二极管PIN并联，后两级采用小功率开关限幅二极管PIN并联。

通过上述技术方案：通过将防护电路设置为五级级联，且前两级采用大功率开关限幅二极管PIN并联，可使开关限幅二极管PIN反应时间达到纳米级，第一级防护厚度达到百纳米，能够承受数千伏电压冲击，对强电磁脉冲信号进行前期衰减；后两级采用小功率开关限幅二极管PIN并联，实现继续对信号的衰减，并实现各级之间的配合。

本实用新型进一步设置为：所述防护电路还包括耦接于相邻开关限幅支路之间的匹配电路。

通过上述技术方案：匹配电路在该防护电路的设计中，除了满足阻抗匹配，还要同时对强电磁脉冲进行逐级泄放和抑制。

本实用新型进一步设置为：所述匹配电路包括电感L3和分别耦接于电感L3两端和地之间的电容C2和电容C3。

通过上述技术方案：通过设置电感L3、电容C2和电容C3构成类低通滤波LC阻抗变换网络，满足防护模块的多级电路小型化设计与宽带阻抗变换的要求。

本实用新型进一步设置为：所述腔体采用气密结构设置。

通过上述技术方案：气密结构的设计进一步提高防护模块在各种工作环境下的可靠性。

本实用新型进一步设置为：所述腔体内封装有钨铜垫片。

通过上述技术方案：由于钨铜垫片的导热性能较好，故可以保证大功率条件下的热量通过腔体传到至外界，提高散热效率，有效保证防护模块的热可靠性。

综上所述，本实用新型具有以下有益效果：

1、通过多级级联的开关限幅支路即相关元器件实现承受高功率耦合电压信号的功能要求，还能将感应电压限制在较低的水平，确保前端敏感器件的安全，并提高电路的功率承受能力和实现低限幅电平输出；同时可以对雷电、高空核爆、高功率微波等电磁脉冲进行一体化防护，具备较高的兼容性，防护功能更加全面。

2、并通过匹配电路在满足阻抗匹配外，同时对强电磁脉冲进行逐级泄放和抑制。

3、通过气密结构的设置以及钨铜垫片的设置，保证防护模块的工作可靠性和热可靠性。

附图说明

图1是实施例的外壳结构示意图；

图2是本实施例中防护电路的电路图；

图3是本实施例中匹配电路的电路图。

附图标记：1、外壳；2、腔体；3、防护电路；4、开关限幅支路；5、匹配电路；6、钨铜垫片。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

一种雷电电磁脉冲一体化超短波端口防护模块，如图1所示，包括外壳1，外壳1内设置有腔体2，腔体2内设置有防护电路3。

如图2所示，防护电路3包括耦接于输入端和输出端之间的五级级联的开关限幅支路4和电容C1。

防护电路3采用多级防护的方式，实现承受高功率耦合电压信号的功能要求，还能将感应电压限制在较低的水平，确保前端敏感器件的安全，并提高电路的功率承受能力和实现低限幅电平输出。

其中，第一级为两对并联连接的开关限幅支路4，开关限幅支路4包括两个阴阳极分别耦接且另一端接地的开关限幅二极管PIN。且第一级的两个开关限幅支路4分别耦接接地电感L1和接地电感L2后接地。

第一级通过两对并联连接的开关限幅支路4，利用功分结构将耦合大功率信号一份为二，并引入接地电感L1和接地电感L2来改善防护电路3的匹配，降低防护模块的插损。

在该五级级联的开关限幅支路4中，前两级的开关限幅支路4采用大功率开关限幅二极管PIN并联，后两级采用小功率开关限幅二极管PIN并联。

前两级采用大功率开关限幅二极管PIN并联，可使开关限幅二极管PIN反应时间达到纳米级，第一级防护厚度达到百纳米，能够承受数千伏电压冲击，对强电磁脉冲信号进行前期衰减；后两级采用小功率开关限幅二极管PIN并联，实现继续对信号的衰减，并实现各级之间的配合。

本实施例中，基于上述五级级联的防护模块的工作频率和防护要求，该防护电路3要求具有数千伏以上的抗脉冲烧毁能力。

第一级开关限幅二极管PIN选用X2K604型号二极管作为防护模块的第一级。X2K604采用台式封装结构，适用频率最高可达1GHz，防护效果19dB，可以将天线感应的数千伏电压降至200V左右；

第二级采用X2K7066型号二极管，与X2K604相比其功率容限较低，可以将天线感应的脉冲电压峰值再降至150V左右；

第三级采用X2K7033型号二极管，最大反向击穿电压为200V，可以将天线感应的脉冲电压峰值再降至100V；

由于开关限幅开关二极管PIN的残压较高，经过三级限压，防护电路3输出电压仍要高于射频前端敏感器件的损伤阈值，需要对残压继续限制，第四级采用一个小功率的2K67017型号二极管，将脉冲电压峰值限制在50V以内；

四级级联后将平坦泄漏限幅至30dBm以下，此时限幅输出功率已经很低，但此功率输入后级电路仍会烧毁低噪声放大器和后级电路结构，后级仍需采用功率门限更低的限幅二极管继续降低功率输出。因此第五级采用耐受功率较小限幅能力较强的2K60840B型号二极管，2K60840B可承受40dBm的功率，当输入功率为30dBm时，2K60840B限幅输出功率小于20dBm，将输出电压限幅至安全阈值以内。

此时，通过五级的综合防护，空间中的脉冲大功率信号经过防护模块可将数千伏的输入脉冲峰值幅度抑制在25V以下，对电磁脉冲的抑制效果达到了52dB，此时完全能够保证敏感器件不被烧毁击穿，满足了系统的防护设计要求。

为满足阻抗匹配的同时对强电磁脉冲进行逐级泄放和抑制，防护电路3还包括耦接于相邻级开关限幅支路4之间的匹配电路5。

匹配电路5包括电感L3和分别耦接于电感L3两端和地之间的电容C2和电容C3。

通过设置电感L3、电容C2和电容C3构成类低通滤波LC阻抗变换网络，满足防护模块的多级电路小型化设计与宽带阻抗变换的要求。

如图1所示，基于上述电路设计，由于开关限幅二极管PIN的裸芯片设计，再加上防护模块面临多变的工作环境，防护模块的腔体2为气密结构设置，腔体2的盖板进行激光封焊，以保证防护模块在各种工作环境下的可靠性。

且防护模块采用单面腔体2结构，腔体2内壁使用微波吸收材料降低信号耦合，而腔体2选用铝合金材料，重量轻，硬度高，导热性好，具有较高的可靠性。

同时，由于防护模块往往面临较大的功率注入，前级的开关限幅二极管PIN内部会累计较多热量，造成开关限幅二极管PIN裸芯片的损毁，因此，需要进行有效地散热设计。而同时需考虑该防护模块的热对流、热辐射效应较弱的热性，故选用热传导的方式进行散热。在本领域常用陶瓷、钨铜、可伐材料的选择中，由于钨铜材料导热性更好，故在腔体2内封装有钨铜垫片6，将钨铜垫片6烧结在腔体2上，保证腔体2内产生的热量可以通过钨铜垫片6向外散出，并可在大功率条件下的热量通过腔体2传到至外界，大大提高散热效率，有效保证防护模块的热可靠性。

本具体实施例仅仅是对本实用新型的解释，其并不是对本实用新型的限制，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，但只要在本实用新型的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (7)

1.一种雷电电磁脉冲一体化超短波端口防护模块，其特征在于：包括外壳(1)，外壳(1)内设置有腔体(2)，腔体(2)内设置有防护电路(3)，防护电路(3)包括耦接于输入端和输出端之间的至少三极级联的开关限幅支路(4)和电容C1，且其中第一级为两对并联连接的开关限幅支路(4)，且第一级的两个开关限幅支路(4)分别耦接接地电感L1和接地电感L2后接地。

2.根据权利要求1所述的一种雷电电磁脉冲一体化超短波端口防护模块，其特征在于：所述开关限幅支路(4)包括两个并联连接的开关限幅二极管PIN。

3.根据权利要求2所述的一种雷电电磁脉冲一体化超短波端口防护模块，其特征在于：所述防护电路(3)具有五级级联，且前两级的开关限幅支路(4)采用大功率开关限幅二极管PIN并联，后两级采用小功率开关限幅二极管PIN并联。

4.根据权利要求1所述的一种雷电电磁脉冲一体化超短波端口防护模块，其特征在于：所述防护电路(3)还包括耦接于相邻开关限幅支路(4)之间的匹配电路(5)。

5.根据权利要求4所述的一种雷电电磁脉冲一体化超短波端口防护模块，其特征在于：所述匹配电路(5)包括电感L3和分别耦接于电感L3两端和地之间的电容C2和电容C3。

6.根据权利要求1所述的一种雷电电磁脉冲一体化超短波端口防护模块，其特征在于：所述腔体(2)采用气密结构设置。

7.根据权利要求1所述的一种雷电电磁脉冲一体化超短波端口防护模块，其特征在于：所述腔体(2)内封装有钨铜垫片(6)。

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