RU118118U1

RU118118U1 - DEVICE FOR PROTECTING RADIO ELECTRONIC EQUIPMENT FROM THE INFLUENCE OF A SEQUENCE OF POWERFUL SHORT ELECTROMAGNETIC PULSES

Info

Publication number: RU118118U1
Application number: RU2012102540/07U
Authority: RU
Inventors: Павел Валерьевич Попов; Дмитрий Владимирович Кропотин; Геннадий Пантелеевич Пуха; Андрей Андреевич Катанович
Original assignee: Павел Валерьевич Попов
Priority date: 2012-01-25
Filing date: 2012-01-25
Publication date: 2012-07-10

Abstract

Устройство защиты приемопередающего радиоэлектронного оборудования от воздействия последовательности мощных сверхкоротких электромагнитных импульсов, содержащее включатель, симметрирующий автотрансформатор, запирающую катушку, исполнительный механизм, мультивибратор, блок конденсаторов, блок сравнения, динамический триггер, блок питания, высоковольтный газонаполненный разрядник, отличающееся тем, что дополнительно введены высоковольтный усилитель и два диодно-емкостных моста с нагрузочными сопротивлениями, обеспечивающие запирание импульсных напряжений и токов, наводимых многократно повторяющимися мощными сверхкороткими электромагнитными импульсами, на входе приемопередающего радиоэлектронного оборудования, при этом вход высоковольтного усилителя подключен к мультивибратору, а выход высоковольтного усилителя через нагрузочные сопротивления подключен к двум диодно-емкостным мостам, подключенным по одному к каждому из двух выходов запирающей катушки. A device for protecting transceiving radio-electronic equipment from the action of a sequence of powerful ultrashort electromagnetic pulses, containing a switch, a balancing autotransformer, a locking coil, an actuator, a multivibrator, a capacitor bank, a comparison unit, a dynamic trigger, a power supply, a high-voltage gas-filled spark gap, characterized in that a high-voltage an amplifier and two diode-capacitive bridges with load resistors, ensuring the blocking of pulse voltages and currents induced by repetitively powerful ultrashort electromagnetic pulses at the input of the transceiver electronic equipment, while the input of the high-voltage amplifier is connected to the multivibrator, and the output of the high-voltage amplifier is connected to two diode-capacitive bridges, one connected to each of the two outputs of the locking coil.

Description

Полезная модель относится к области электрорадиотехники и может быть использована для защиты приемопередающего радиоэлектронного оборудования (ППРЭО) различного назначения от воздействия последовательности мощных электромагнитных импульсов (ЭМИ), имеющих крутой передний фронт нано и субнаносекундной длительности.The utility model relates to the field of electro-radio engineering and can be used to protect transceiver radio-electronic equipment (PPREO) for various purposes from exposure to a sequence of powerful electromagnetic pulses (EMP) having a steep leading edge of nano and subnanosecond duration.

Известен 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.Known gas filled spark gap, RF patent 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.

За прототип принято устройство защиты от мощных сверхкоротких электромагнитных импульсов, патент РФ №110539, кл. H01J 17/00, 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.The prototype is a device for protection against powerful ultrashort electromagnetic pulses, RF patent No. 110539, class. H01J 17/00, containing a high-voltage gas-filled spark gap, characterized in that it additionally introduces elements of a locking, decisive and actuating circuit included in a circuit parallel to the spark gap: switch, balancing autotransformer, locking coil, actuator, multivibrator, block of capacitors, comparison unit, dynamic trigger, power supply and load capacity, while the output of the balancing autotransformer is connected to the windings of the locking coil and to the comparison unit through the block of capacitors, Exit power supply is connected to the series-connected comparison unit and the dynamic trigger whose output is connected to the multivibrator through the actuator and switch.

Основным недостатком аналога и прототипа является малая эффективность выполнения функции защиты радиоэлектронного оборудования от воздействия последовательности преднамеренных 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 a sequence of intentional powerful EMPs having a steep leading edge of nano and subnanosecond duration.

Целью полезной модели является обеспечение устойчивой работы ППРЭО при воздействии на него многократно повторяющихся мощных сверхкоротких ЭМИ за счет принудительного удержания на входе данного оборудования накопленного высокого потенциала и его своевременной нейтрализации.The purpose of the utility model is to ensure the stable operation of the HFRS when exposed to repeatedly repeated powerful ultrashort EMP due to the forced retention of the accumulated high potential at the input of this equipment and its timely neutralization.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство защиты (УЗ) ППРЭО от воздействия последовательности мощных сверхкоротких ЭМИ, содержащее высоковольтный газонаполненный разрядник, включатель, симметрирующий автотрансформатор, запирающую катушку, исполнительный механизм, мультивибратор, блок конденсаторов, блок сравнения, динамический триггер, блок питания и нагрузочную емкость дополнительно введены высоковольтный усилитель и два диодно-емкостных моста с нагрузочными сопротивлениями, обеспечивающие запирание импульсных напряжений и токов, наводимых многократно повторяющимися мощными сверхкороткими ЭМИ на входе ППРЭО.This goal is achieved by the fact that the protection device (US) PREOA from exposure to a sequence of powerful ultrashort EMP containing a high-voltage gas-filled spark gap, a switch, a self-balancing autotransformer, a locking coil, an actuator, a multivibrator, a capacitor block, a comparison unit, a dynamic trigger, a power supply and the load capacitance is additionally introduced a high-voltage amplifier and two diode-capacitive bridges with load resistances, providing for switching of pulse voltage and currents induced by repeatedly repeating powerful ultrashort EMP at the input of the PREW.

Функциональная схема УЗ ППРЭО от воздействия последовательности мощных сверхкоротких ЭМИ (далее УЗ) приведена на Фиг.1 и содержит: включатель - 2, симметрирующий автотрансформатор - 3, запирающую катушку - 4, исполнительный механизм - 5, мультивибратор - 6, блок конденсаторов - 7, блок сравнения - 8, динамический триггер - 9, блок питания - 10, высоковольтный усилитель - 11, высоковольтный газонаполненный разрядник - 12, диодно-емкостной мост - 13 (содержит диоды D₁ и D₂, емкости и с нагрузочными сопротивлениями R₃ и R₄), диодно-емкостной мост - 14 (содержит диоды D₃, и D₄, емкости и с нагрузочными сопротивлениями R₁ и R₂) и нагрузочную емкость - С₁.The functional diagram of the ultrasonic protection system of radiation protection against the effects of a sequence of powerful ultrashort EMPs (hereinafter referred to as ultrasound) 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 block of capacitors - 7, comparison unit - 8, dynamic trigger - 9, power supply - 10, high-voltage amplifier - 11, high-voltage gas-filled spark gap - 12, diode-capacitive bridge - 13 (contains diodes D ₁ and D ₂ , capacitance and with load resistances R ₃ and R ₄ ), diode-capacitive bridge - 14 (contains diodes D ₃ , and D ₄ , capacitance and with load resistances R ₁ and R ₂ ) and load capacity - C ₁ .

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 автотрансформатор - 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 ППРЭО.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 EMR drops, the voltage drops, and the balancing autotransformer - 3 does not provide proper balancing, which leads to a partial transfer of EMR 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 to receive 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 ППРЭО.

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 the 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.

Однако в случае поступления последовательности мощных сверхкоротких ЭМИ наведенный потенциал на входе запирающей катушки - 4 резко возрастает. При этом имеющиеся неоднородности в элементах УЗ приведут к ассиметрии разрядных токов и, как следствие, понижению входного сопротивления симметричных цепей и двух обмоток запирающей катушки - 4, что, в свою очередь, позволит проникнуть высокому потенциалу на вход (выход) ППРЭО.However, if a sequence of powerful ultrashort EMPs arrives, the induced potential at the input of the locking coil - 4 sharply increases. At the same time, the existing inhomogeneities in the elements of the ultrasound will lead to an asymmetry of the discharge currents and, as a result, to a decrease in the input resistance of the symmetric circuits and two windings of the locking coil - 4, which, in turn, will allow a high potential to penetrate the PREO.

Для повышения сопротивления обеих цепей запирающей катушки - 4 введено два диодно-емкостных моста - 13 и 14, подключенных по одному к каждому из двух выходов запирающей катушки - 4 (к первому выходу запирающей катушки - 4 подключен диодно-емкостной мост - 13, а ко второму выходу запирающей катушки - 4 подключен диодно-емкостной мост - 14. Оба диодно-емкостных моста состоят из двух цепей, в каждую из которых последовательно включены диод и емкость. Так диодно-емкостной мост - 13 состоит из диодов D₁ и D₂, емкости и с подключенными к нему нагрузочными сопротивлениями R₃ и R₄. Диодно-емкостной мост - 14 состоит из диодов D₃, и D₄, емкости и с подключенными к нему нагрузочными сопротивлениями R₁ и R₂.To increase the resistance of both circuits of the locking coil - 4, two diode-capacitive bridges - 13 and 14 - are introduced, connected one to each of the two outputs of the locking coil - 4 (a diode-capacitive bridge - 13 is connected to the first output of the locking coil - 4, and the second output of the locking coil - 4 is connected to the diode-capacitive bridge - 14. Both diode-capacitive bridges consist of two circuits, each of which is connected in series to the diode and capacitance. So the diode-capacitive bridge - 13 consists of diodes D ₁ and D ₂ , capacities and with load resistors R ₃ and R ₄ connected to it. Diode-capacitive bridge - 14 consists of diodes D ₃ , and D ₄ , capacitance and with load resistors R ₁ and R ₂ connected to it.

При появлении в антенне - 1 ЭДС, наведенной мощным ЭМИ, реализуется описанный выше процесс защиты ППРЭО, обеспечивающий подключение через исполнительный механизм - 5 импульсом мультивибратора - 6 включателя - 2 и сброс наведенного высокого потенциала с антенны - 1 и обмоток запирающей катушки - 4 разрядником - 12 на "землю". При этом для повышения эффективности УЗ в условиях возможного воздействия на ППРЭО последовательности мощных сверхкоротких ЭМИ импульсом мультивибратора - 6 запускается высоковольтный усилитель - 11, создающий на своем выходе высокое напряжение, которое через высокоомные (сотни мега-ом) сопротивления R₃ и R₄ поступает на диодно-емкостной мост - 13, а через аналогичные по характеристикам R₁ и R₂ - на диодно-емкостной мост - 14. При этом высокое напряжение в обеих цепях каждого из диодно-емкостных мостов подается между катодом диода и конденсатором, обеспечивая повышение сопротивления для выходных цепей запирающей катушки - 4. Это высокое постоянное напряжение не создает тока из-за включения в цепь перед каждым из диодно-емкостных мостов высокоомных сопротивлений, а также включения в каждую цепь обоих мостов соответствующей емкости.When an EMF induced by a powerful EMP appears in the antenna - 1, the protection process described above is implemented, providing connection through the actuator - 5 multivibrator pulses - 6 switches - 2 and resetting of the induced high potential from the antenna - 1 and windings of the locking coil - 4 spark gap - 12 to the earth. At the same time, in order to increase the efficiency of ultrasound under the conditions of possible impact on the HFRS of a sequence of powerful ultrashort EMPs, a multivibrator-6 pulse starts a high-voltage amplifier -11, which creates a high voltage at its output, which through high-resistance (hundreds of megaohm) resistances R ₃ and R ₄ goes to diode-capacitive bridge - 13, and through similar characteristics R ₁ and R ₂ - to the diode-capacitive bridge - 14. At the same time, high voltage in both circuits of each of the diode-capacitive bridges is supplied between the cathode of the diode and the capacitor m, providing an increase in resistance for the output circuits of the locking coil - 4. This high constant voltage does not create current due to the inclusion of high-resistance resistances in the circuit in front of each of the diode-capacitive bridges, as well as the inclusion of the corresponding capacitance in each circuit of both bridges.

Возвращение УЗ в исходное состояние производится следующим образом. При прекращении действия ЭМИ (спаде напряжения U_ант до уровня ниже порогового - U_пop) и, как следствие, формирования на выходе мультивибратора - 6 соответствующего импульса на отключение от "земли" второго электрода разрядника - 2 и высоковольтного усилителя - 11, высокое напряжение на диодно-емкостных мостах снимается и возобновляется работа ППРЭО в штатном режиме приема-передачи полезных сигналов.The return of ultrasound to its initial state is as follows. Upon termination of the EMR (voltage _drop U _ant to a level below the threshold - U _pop ) and, as a result, the formation of the corresponding multivibrator 6 output pulse 6 to disconnect from the "ground" the second electrode of the arrester - 2 and the high-voltage amplifier - 11, high voltage diode-capacitive bridges removed and resumed work PREO in the normal mode of reception and transmission of useful signals.

Эффективность от использования такого предложения будет заключаться в повышении устойчивости функционирования ППРЭО при воздействии на них последовательности мощных сверхкоротких ЭМИ.The effectiveness of the use of such a proposal will be to increase the stability of the operation of the HREP when exposed to a sequence of powerful ultrashort EMP.

Claims

A device for protecting transceiving electronic equipment from the effects of a sequence of powerful ultrashort electromagnetic pulses, comprising a switch, a balancing autotransformer, a locking coil, an actuator, a multivibrator, a capacitor unit, a comparison unit, a dynamic trigger, a power supply unit, a high-voltage gas-filled spark gap, characterized in that a high-voltage spark gap is additionally introduced an amplifier and two diode-capacitive bridges with load resistances, providing spare the detection of pulsed voltages and currents induced by repeatedly repeating powerful ultrashort electromagnetic pulses at the input of the transceiver radioelectronic equipment, while the input of the high-voltage amplifier is connected to a multivibrator, and the output of the high-voltage amplifier is connected to two diode-capacitive bridges connected one by one to each of two outputs of the locking coil.