RU110539U1

RU110539U1 - DEVICE FOR PROTECTION FROM POWERFUL SHORT ELECTROMAGNETIC PULSES

Info

Publication number: RU110539U1
Application number: RU2011111433/07U
Authority: RU
Inventors: Павел Валерьевич Попов; Виктор Ефимович Пониматкин; Андрей Андреевич Привалов; Андрей Андреевич Катанович
Original assignee: Павел Валерьевич Попов
Priority date: 2011-03-25
Filing date: 2011-03-25
Publication date: 2011-11-20

Abstract

Устройство защиты от мощных сверхкоротких электромагнитных импульсов, содержащее высоковольтный газонаполненный разрядник, отличающееся тем, что дополнительно введены элементы запирающей, решающей и исполнительной схем, включенные в цепь параллельно разряднику: включатель, симметрирующий автотрансформатор, запирающая катушка, исполнительный механизм, мультивибратор, блок конденсаторов, блок сравнения, динамический триггер, блок питания и нагрузочная емкость, при этом выход симметрирующего автотрансформатора подключен к обмоткам запирающей катушки и к блоку сравнения через блок конденсаторов, выход блока питания подключен к последовательно соединенным блоку сравнения и динамическому триггеру, выход которого через мультивибратор подключен к исполнительному механизму и включателю. Device for protection against powerful ultrashort electromagnetic pulses, containing a high-voltage gas-filled spark gap, characterized in that it additionally introduces elements of a locking, decisive and actuating circuit included in parallel with the spark gap: switch, balancing autotransformer, locking coil, actuator, multivibrator, block of capacitors, block comparisons, dynamic trigger, power supply and load capacity, while the output of the balancing autotransformer is connected to the windings Apirana coil and a comparison unit via a block capacitor, the power supply output is connected to a series-connected unit and comparing the dynamic trigger whose output is connected to the multivibrator through the actuator and switch.

Description

Полезная модель относится к области электрорадиотехники и может быть использована для защиты приемопередающего радиоэлектронного оборудования от воздействия мощных сверхкоротких электромагнитных импульсов (ЭМИ).The utility model relates to the field of electro-radio engineering and can be used to protect transceiver radio-electronic equipment from the effects of powerful ultrashort electromagnetic pulses (EMP).

Известен газонаполненный разрядник, патент РФ №2096855, кл. Н01J 17/00, Н01Т 1/00. Газонаполненный разрядник, содержащий оболочку, образованную металлическим цилиндрическим корпусом и изолятором в виде полого усеченного конуса, два электрода, один из которых расположен на внутренней поверхности одного из торцов корпуса, а другой на меньшем основании конического изолятора, большее основание которого закреплено с другого торца корпуса, причем электрод, расположенный на внутренней поверхности одного из торцов корпуса, выполнен с диаметром рабочей поверхности, по меньшей мере, в 1,5 раза большим, чем диаметр рабочей поверхности электрода, расположенного на коническом изоляторе.Known gas-filled spark gap, RF patent No. 2096855, class. Н01J 17/00, Н01Т 1/00. A gas-filled spark gap containing a shell formed by a metal cylindrical body and an insulator in the form of a hollow truncated cone, two electrodes, one of which is located on the inner surface of one of the ends of the case, and the other on the smaller base of the conical insulator, the larger base of which is fixed from the other end of the case, moreover, the electrode located on the inner surface of one of the ends of the housing is made with a diameter of the working surface of at least 1.5 times larger than the diameter of the working surface ited electrode disposed on the conical insulator.

За прототип принят газонаполненный разрядник, патент РФ №2120153, кл. H01J 17/02. Газонаполненный разрядник, содержащий, по меньшей мере, один электрод, расположенный на меньшем основании конического изолятора, и манжету, одна поверхность которой соединена с торцевой поверхностью конического изолятора, отличающийся тем, что манжета выполнена с дисковым или плоским кольцевым участком, другая поверхность манжеты соединена с внутренней плоской поверхностью электрода, причем электрод, конический изолятор и манжета выполнены из материалов с близкими по значению коэффициентами термического расширения.For the prototype adopted gas-filled spark gap, patent of the Russian Federation No. 2120153, class. H01J 17/02. A gas-filled spark gap containing at least one electrode located on the smaller base of the conical insulator, and a cuff, one surface of which is connected to the end surface of the conical insulator, characterized in that the cuff is made with a disk or flat annular portion, the other surface of the cuff is connected to the inner flat surface of the electrode, and the electrode, the conical insulator and the cuff are made of materials with similar thermal expansion coefficients.

Основным недостатком аналога и прототипа является низкая эффективность выполнения функции защиты радиоэлектронного оборудования от воздействия мощных ЭМИ, имеющих крутой передний фронт нано и субнаносекундной длительности.The main disadvantage of the analogue and the prototype is the low efficiency of the function of protecting electronic equipment from the effects of powerful electromagnetic radiation having a steep leading edge of nano and subnanosecond duration.

Целью полезной модели является обеспечение устойчивой работы приемопередающего радиоэлектронного оборудования при воздействии на них мощных сверхкоротких ЭМИ.The purpose of the utility model is to ensure the stable operation of transceiver radio-electronic equipment when exposed to powerful ultrashort EMP.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство защиты (УЗ) от мощных сверхкоротких ЭМИ, содержащее высоковольтный газонаполненный разрядник, дополнительно введены элементы запирающей, решающей и исполнительной схем, включенные в цепь параллельно разряднику: включатель, симметрирующий автотрансформатор, запирающая катушка, исполнительный механизм, мультивибратор, блок конденсаторов, блок сравнения, динамический триггер, блок питания и нагрузочная емкость, обеспечивающие запирание крутого переднего фронта мощного ЭМИ на входе (выходе) приемопередающего радиоэлектронного оборудования, а также своевременную нейтрализацию накопленного высокого потенциала.This goal is achieved by the fact that in the protection device (US) from powerful ultra-short EMP containing a high-voltage gas-filled spark gap, elements of a locking, solving and executive circuits are included in the circuit parallel to the spark gap: a switch that balances an autotransformer, a locking coil, an actuator, a multivibrator , a capacitor block, a comparison block, a dynamic trigger, a power supply and load capacitance that lock a steep leading edge of a powerful EMP at the input (you progress) of radio-electronic equipment, as well as the timely neutralization of the accumulated high potential.

Функциональная схема УЗ от мощных сверхкоротких ЭМИ (далее УЗ) приведена на Фиг.1 и содержит: включатель - 2, симметрирующий автотрансформатор - 3, запирающая катушка - 4, исполнительный механизм - 5, мультивибратор - 6, блок конденсаторов - 7, блок сравнения - 8, динамический триггер - 9, блок питания - 10, нагрузочная емкость - 11, высоковольтный газонаполненный разрядник - 12.The functional diagram of ultrasound from powerful ultrashort EMPs (hereinafter referred to as US) is shown in Fig. 1 and contains: a switch - 2, a balancing autotransformer - 3, a locking coil - 4, an actuator - 5, a multivibrator - 6, a capacitor block - 7, a comparison unit - 8, dynamic trigger - 9, power supply - 10, load capacity - 11, high-voltage gas-filled spark gap - 12.

Принцип работы УЗ заключается в следующем:The principle of operation of ultrasound is as follows:

Под действием поля ЭМИ в антенне - 1 наводится электродвижущая сила (ЭДС), которая поступает на симметрирующий автотрансформатор - 3, который преобразует напряжение кабеля несимметричного питания (центральная жила - экранная оболочка) в напряжение симметричное для работы запирающей катушки - 4. Запирающая катушка - 4 обеспечивает запирание токов одного направления по ее обмоткам при возрастании уровня ЭДС пропорционально переднему фронту ЭМИ. Таким образом, данная схема обеспечивает достаточную эффективность защиты при действии переднего фронта ЭМИ. Однако при спаде ЭМИ напряжение падает, и симметрирующий трансформатор - 3 не обеспечивает должного симметрирования, что приводит к частичной передаче энергии ЭМИ по запирающей катушке - 4. Следовательно, эффективность устройства защиты нарушается. Для устранения данного эффекта и повышения защитных свойств устройства в УЗ реализуется процесс, обеспечивающий заземление антенны и входов обмоток запирающей катушки - 4 через высоковольтный разрядник - 12 с помощью включателя - 2 только на длительность, не превышающую период действия ЭМИ и время, необходимое для локализации накопленного в антенне и на входах обмоток запирающей катушки - 4 высокого потенциала. Для реализации данного процесса используется наведенная мощным ЭМИ ЭДС в антенне - 1 (U_ант), к которой подключен блок конденсаторов - 7, состоящий из последовательно включенных высоковольтных конденсаторов. Эти конденсаторы образуют делитель напряжения, сопротивление которого подбирается по максимальной величине возможного (ожидаемого) ЭМИ, а также по величине вносимых потерь для приема полезного сигнала. Блок конденсаторов - 7 состоит из n - конденсаторов. Подключение блока сравнения - 8 к блоку конденсаторов - 7 осуществляется исходя из предельно возможного (порогового) напряжения (U_пop) для защищаемого приемопередающего радиоэлектронного оборудования.Under the influence of the EMR field in the antenna - 1, an electromotive force (EMF) is induced, which is supplied to the balancing autotransformer - 3, which converts the voltage of the unbalanced power cable (central core - screen sheath) into a voltage symmetrical for the locking coil to work - 4. Locking coil - 4 provides locking currents of one direction along its windings with increasing EMF level in proportion to the front edge of the EMP. Thus, this circuit provides sufficient protection efficiency under the action of the leading edge of electromagnetic radiation. However, when the EMP drops, the voltage drops, and the balancing transformer - 3 does not provide proper balancing, which leads to a partial transfer of EMP energy through the locking coil - 4. Therefore, the effectiveness of the protection device is violated. To eliminate this effect and increase the protective properties of the device, an ultrasound process is implemented that provides grounding of the antenna and the inputs of the windings of the locking coil - 4 through a high-voltage spark gap - 12 using a switch - 2 only for a duration not exceeding the duration of the EMR and the time required to localize the accumulated in the antenna and at the inputs of the windings of the locking coil - 4 high potential. To implement this process, a powerful EMP induced EMF is used in the antenna - 1 (U _ant ), to which a block of capacitors - 7, consisting of series-connected high-voltage capacitors, is connected. These capacitors form a voltage divider, the resistance of which is selected according to the maximum value of the possible (expected) EMP, as well as the magnitude of the insertion loss for receiving a useful signal. The block of capacitors - 7 consists of n - capacitors. The connection of the comparison unit - 8 to the block of capacitors - 7 is carried out proceeding from the maximum possible (threshold) voltage (U _pop ) for the protected transceiver electronic equipment.

Напряжение, наведенное полем ЭМИ в антенне - 1, поступает через блок конденсаторов - 7 на блок сравнения - 8. Блок 8 совместно с блоком 10, выдающим опорное импульсное напряжение (U_oп), равное по номинальному значению U_пop, обеспечивают выдачу информации о превышении последнего на антенне - 1 в блок динамического триггера - 9, который создает импульс для запуска мультивибратора - 6, работающего в ждущем режиме и выдающего один импульс тока для срабатывания исполнительного механизма (реле) - 5, которое замыкает включатель - 2, обеспечивая заземление второго электрода разрядника - 12. При этом высокое напряжение на антенне - 1 и запирающей катушке - 4 будет заземлено через разрядник - 12 на время, необходимое для локализации накопленного высокого потенциала.The voltage induced by the EMR field in the antenna - 1, enters through the block of capacitors - 7 to the comparison block - 8. Block 8 together with the block 10, issuing a reference pulse voltage (U _op ), equal to the nominal value of U _pop , provide information about the excess the last one on the antenna - 1 to the dynamic trigger block - 9, which creates a pulse to start the multivibrator - 6, which works in standby mode and produces one current pulse to actuate the actuator (relay) - 5, which closes the switch - 2, providing grounding The electrode of the spark gap is 12. In this case, the high voltage at the antenna - 1 and the locking coil - 4 will be grounded through the spark gap - 12 for the time required to localize the accumulated high potential.

Возвращение УЗ в исходное состояние производится аналогичным образом при спаде напряжения U_ант до уровня ниже порогового - U_пop.The US returns to its initial state in a similar way when the voltage U _{ant drops} to a level below the threshold - U _pop .

Эффективность от использования такого предложения будет заключаться в повышении устойчивости функционирования приемопередающего радиоэлектронного оборудования при воздействии на них мощных сверхкоротких ЭМИ.The effectiveness of the use of such a proposal will be to increase the stability of the functioning of transceiver radio-electronic equipment when exposed to powerful ultrashort EMP.

Claims

Device for protection against powerful ultrashort electromagnetic pulses, containing a high-voltage gas-filled spark gap, characterized in that it additionally introduces elements of a locking, decisive and actuating circuit included in parallel with the spark gap: switch, balancing autotransformer, locking coil, actuator, multivibrator, block of capacitors, block comparisons, dynamic trigger, power supply and load capacity, while the output of the balancing autotransformer is connected to the windings Apirana coil and a comparison unit via a block capacitor, the power supply output is connected to a series-connected unit and comparing the dynamic trigger whose output is connected to the multivibrator through the actuator and switch.