專利名稱：一種高功率微波脈沖防護(hù)罩的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于強(qiáng)電磁脈沖防護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種適用于L、S、C波段雷達(dá)、通訊設(shè)備天線外圍的高功率微波脈沖防護(hù)罩。
背景技術(shù)：
隨著電磁脈沖技術(shù)的發(fā)展，高功率微波武器產(chǎn)生的高功率微波脈沖輻射場強(qiáng)達(dá)到數(shù)百kV/m，脈沖上升時(shí)間達(dá)短，脈沖持續(xù)時(shí)間可達(dá)數(shù)十ns 數(shù)十us，對L、S、C頻段的雷達(dá)、 通信電子設(shè)備的危害越來越大，高功率微波在電子設(shè)備上感應(yīng)的電磁脈沖電壓、電流可以使通信等設(shè)備瞬間擊穿或燒毀，因此迫切需要對該頻段電子設(shè)備進(jìn)行高功率微波防護(hù)。高功率微波主要通過天線(主要有反射面天線、無源陣列天線、有關(guān)相控陣天線) 耦合進(jìn)入接收機(jī)前端，由于高功率微波頻率往往處于敏感電子設(shè)備的工作頻帶以內(nèi)，其將從天線處獲得很高的增益，而且無法使用濾波器將微波脈沖能量濾除，進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部的高功率微波脈沖產(chǎn)生的危害最大，其引起的高電壓、大電流將使敏感電子設(shè)備遭受嚴(yán)重的損壞。為使L、S、C波段的雷達(dá)、通訊設(shè)備具有抗高功率微波脈沖的能力，需要在高功率微波脈沖進(jìn)入電子設(shè)備天線前(很多微波設(shè)備的天線均為有源天線，其有源模塊同樣會遭受高功率微波的損壞)對其進(jìn)行衰弱或反射。目前，雷達(dá)的防護(hù)主要利用天線后端的限幅器對大功率信號進(jìn)行限幅，但是其無法對高功率微波進(jìn)行防護(hù)，理由如下首先，限幅器一般使用氣體放電管等防護(hù)器件的擊穿起到防護(hù)的作用，其響應(yīng)時(shí)間在數(shù)十ns以上，無法對ns級上升沿時(shí)間的高功率微波產(chǎn)生防護(hù)；其次，高功率微波經(jīng)過大面陣天線的反射、疊加增益后，瞬時(shí)功率上升數(shù)個(gè)量級，限幅器可能被損壞；另外，很多敏感設(shè)備天線均為有源天線，高功率微波在限幅器產(chǎn)生作用前可能已經(jīng)導(dǎo)致有源天線的損壞。到目前為止，還沒有專門針對高功率微波的防護(hù)設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對高功率微波的防護(hù)提供一種高功率微波脈沖防護(hù)罩，適用于L，S，C頻段的通信設(shè)備。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案為一種高功率微波脈沖防護(hù)罩， 其特征在于它包括至少2層帶通頻率選擇板，相鄰的帶通頻率選擇板互相平行且之間充滿加載介質(zhì)；每塊帶通頻率選擇板為導(dǎo)電板，并分布有周期性的小單元，每個(gè)小單元刻蝕有鏤空花紋，鏤空花紋將小單元分割為相互分離的至少2個(gè)導(dǎo)電區(qū)域，同一小單元內(nèi)或不同小單元之間相互分離的導(dǎo)電區(qū)域之間焊接有至少1個(gè)瞬態(tài)抑制二極管。按上述方案，所述的加載介質(zhì)的厚度大于等于入乂20，小于等于入乂4，加載介質(zhì)介電常數(shù)小于5，其中λ ^為高功率微波脈沖防護(hù)罩通帶頻率電磁波在加載介質(zhì)中的波長。 為了減小阻抗不匹配引起的插入損耗，加載介質(zhì)介電常數(shù)不能過大，一般設(shè)定其小于5。按上述方案，所述的加載介質(zhì)為空氣，相鄰的帶通頻率選擇板之間通過支架連接。
按上述方案，所述的帶通頻率選擇板為刻蝕銅敷板，最外層的銅敷板外側(cè)設(shè)有固定介質(zhì)。按上述方案，所述的固定介質(zhì)為PCB板的襯底。按上述方案，所述的各瞬態(tài)抑制二極管的附加電容相同，且附加電容大于0.5pF， 小于100pF。選擇不同附加電容的瞬態(tài)抑制二極管可以改變頻率選擇板的通帶頻率，因此可根據(jù)本防護(hù)罩的應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行選擇。按上述方案，所述的瞬態(tài)抑制二極管的擊穿電壓大于發(fā)射場在防護(hù)罩瞬態(tài)抑制二極管兩端引起的感應(yīng)電壓，且小于高功率微波脈沖峰值電場引起的感應(yīng)電壓；發(fā)射場為高功率微波脈沖防護(hù)罩保護(hù)的通信、雷達(dá)設(shè)備發(fā)射的電磁場，高功率微波脈沖峰值電場為高功率微波脈沖防護(hù)罩抵御的高功率微波脈沖引起的峰值電場。按上述方案，所述的瞬態(tài)抑制二極管在各周期性的小單元上的位置相同。按上述方案，所述的周期性的小單元為邊長范圍為5_30mm的正多邊形。本發(fā)明的工作過程為當(dāng)照射本防護(hù)罩的微波振幅較小時(shí)，TVS管(即瞬態(tài)抑制二極管)兩端感應(yīng)電壓較小，未達(dá)到TVS管的導(dǎo)通電壓，TVS管的電磁特性表現(xiàn)為多層帶通頻率選擇板的加載電容(PF量級，由TVS管自身的附加電容引起)。當(dāng)照射本防護(hù)罩的微波脈沖(即高功率微波脈沖防護(hù)罩抵御的強(qiáng)電磁波)功率達(dá)到一定量級時(shí)，引起的感應(yīng)電壓足以導(dǎo)通TVS管，TVS管的電磁特性此時(shí)表現(xiàn)為小阻抗導(dǎo)線，其電容特性消失，帶通頻率選擇板的通帶頻率由于TVS管附加電容的消失發(fā)生明顯的移動，原來的通帶變?yōu)樽鑾?，原通帶頻率的高功率微波脈沖被反射，敏感電子設(shè)備(即高功率微波脈沖防護(hù)罩保護(hù)的通信設(shè)備)得到了保護(hù)。當(dāng)高功率微波脈沖消失后，感應(yīng)電壓消失，TVS電容特性恢復(fù)。頻率選擇板的回復(fù)到原有通帶，敏感電子設(shè)備繼續(xù)正常工作。本發(fā)明所述的高功率微波脈沖是指瞬間功率超過IOKW的微波脈沖。本發(fā)明的有益效果為1、在不同功率微波信號下表現(xiàn)出的不同電磁特性(小信號時(shí)為電容，擊穿后為導(dǎo)線)，使其能夠在不影響正常小信號傳輸?shù)那疤嵯?，將高功率微波脈沖電磁波擋在防護(hù)罩外部，避免高功率微波脈沖進(jìn)入敏感電子設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生破壞。2、利用TVS管的電容加載特性，明顯的減小了帶通頻率選擇板各小單元的面積以及各小單元之間的距離，極大的提高了由于單元間散射電磁波相互疊加引起柵瓣的頻率， 減小了柵瓣對帶通頻率選擇板通帶特性(不同極化和入射角)的影響。3、TVS管的電容加載增大了帶通頻率選擇板一階諧振頻率和二階諧振頻率之間的頻率間隔，使得二階諧振頻率落在敏感電子設(shè)備的多階(三階以上)諧波以外，帶通頻率選擇板對敏感電子設(shè)備的低階(二階、三階)諧波有明顯的濾波效果，減小了電子設(shè)備之間的相互干擾。4、TVS管加載帶通頻率選擇板明顯減小了頻率選擇板的3dB帶寬，使得其通帶矩形系數(shù)更小，帶外抑制更加明顯。5、由于本防護(hù)罩是在高功率微波進(jìn)入天線前對其能量進(jìn)行分散防護(hù)，對每個(gè)防護(hù)器件的功率容量要求較小，普通的小功率TVS管即可勝任，此時(shí)其附加電容較小，對正常信號傳輸?shù)挠绊懖淮蟆?、使用的TVS管響應(yīng)時(shí)間短(1ns以下)，高功率微波脈沖經(jīng)過該防護(hù)罩后殘余能量非常小，防護(hù)效果好。


圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的側(cè)視圖。圖2為本發(fā)明一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為每個(gè)小單元的構(gòu)成圖。圖4為又一實(shí)施例每個(gè)小單元的構(gòu)成圖。圖5為仿真得到的小功率和高功率微波照射防護(hù)罩時(shí)不同頻率電磁波的傳導(dǎo)系數(shù)S21分布圖。
具體實(shí)施例方式圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的側(cè)視圖，它包括至少2層帶通頻率選擇板，相鄰的帶通頻率選擇板互相平行且之間充滿加載介質(zhì)；每塊帶通頻率選擇板為導(dǎo)電板，并分布有周期性的小單元。本實(shí)施例中選用2塊PCB板的銅敷板作為帶通頻率選擇板，即圖中4和5 ；圖中 1、3為固定介質(zhì)，本實(shí)施例采用PCB板的襯底作為固定介質(zhì)，使得1和4構(gòu)成完整的PCB板、 5和3構(gòu)成完整的PCB板，固定介質(zhì)的作用為固定帶通頻率選擇板，由于銅敷板非常薄，若無固定介質(zhì)非常容易變形，變形后必將影響響應(yīng)特性；4和5之間為加載介質(zhì)2，由于加載介質(zhì) 2需要選用介電常數(shù)小，厚度適中(本實(shí)施例中D2等于λ 乂4，λ ^為高功率微波脈沖防護(hù)罩通帶頻率電磁波在加載介質(zhì)中的波長)的介質(zhì)材料，可選用符合要求的材料，如泡沫材料、 空氣、低介電常數(shù)的PCB襯底材料等。利用介質(zhì)常數(shù)與2相同的膠水將2、4、5粘在一起，也可以制作特定支架將它們固定，DU D3分別為固定介質(zhì)1、3的厚度，D2為加載介質(zhì)2的厚度。帶通頻率選擇板的層數(shù)與防護(hù)罩的高功率微波衰減倍數(shù)相關(guān)，但多層頻率選擇板將引起更大的帶內(nèi)插入損耗防護(hù)罩的制作難度，可根據(jù)需要設(shè)定其層數(shù)。圖2為本發(fā)明一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，其中帶通頻率選擇板4、5分布有周期性的小單元，每個(gè)小單元刻蝕有鏤空花紋，鏤空花紋將小單元分割為相互分離的至少2個(gè)導(dǎo)電區(qū)域，同一小單元內(nèi)或不同小單元之間相互分離的導(dǎo)電區(qū)域之間焊接有至少1個(gè)瞬態(tài)抑制二極管。ερε”、分別表示上層PCB板的襯底介質(zhì)、中間加載介質(zhì)和下層PCB板襯底介質(zhì)的介電常數(shù)。本實(shí)施例中每個(gè)小單元為邊長為Dx = Dy的正方形，如圖3所示，內(nèi)刻蝕有圓環(huán)形的鏤空花紋，圓環(huán)形的鏤空花紋將小單元分為內(nèi)外2個(gè)導(dǎo)電區(qū)域，圓環(huán)形鏤空花紋上對稱布置4個(gè)瞬態(tài)抑制二極管6，每個(gè)瞬態(tài)抑制二極管6連接內(nèi)外2個(gè)導(dǎo)電區(qū)域。其中鏤空花紋可為將小單元分割為相互分離的至少2個(gè)導(dǎo)電區(qū)域的任意形狀，例如圖4所示的方環(huán)形等，每個(gè)小單元的鏤空花紋相同，并在相互分離的導(dǎo)電區(qū)域之間加載 TVS管6，TVS管6在各小單元上的位置相同。圖5為由TVS管加載帶通頻率選擇板O層PCB銅敷板，固定介質(zhì)為介電常數(shù)為 1. 96、厚度為7mm的PCB板襯底，加載介質(zhì)為介電常數(shù)為1. 1、厚度為13. 9mm的泡沫板，小單元邊長13mm，小單元內(nèi)的鏤空花紋為方環(huán)，方環(huán)的外邊長為5. 47mm、內(nèi)邊長為4. 85mm, TVS 管加載在方環(huán)的四個(gè)頂點(diǎn))構(gòu)成的強(qiáng)電磁脈沖防護(hù)罩受到設(shè)備通帶頻段內(nèi)高功率微波脈沖照射前后的S21參數(shù)仿真結(jié)果，仿真結(jié)果顯示，在高功率微波作用下，原3. 3GHz附近通帶變?yōu)樽鑾?，高功率微波大部分被反射，防護(hù)罩防護(hù)效果約為40dB。
權(quán)利要求
1.一種高功率微波脈沖防護(hù)罩，其特征在于它包括至少2層帶通頻率選擇板，相鄰的帶通頻率選擇板互相平行且之間充滿加載介質(zhì)；每塊帶通頻率選擇板為導(dǎo)電板，并分布有周期性的小單元，每個(gè)小單元刻蝕有鏤空花紋，鏤空花紋將小單元分割為相互分離的至少2 個(gè)導(dǎo)電區(qū)域，同一小單元內(nèi)或不同小單元之間相互分離的導(dǎo)電區(qū)域之間焊接有至少1個(gè)瞬態(tài)抑制二極管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率微波脈沖防護(hù)罩，其特征在于所述的加載介質(zhì)的厚度大于等于入乂20，小于等于λ 乂4，加載介質(zhì)介電常數(shù)小于5，其中λ^為高功率微波脈沖防護(hù)罩通帶頻率電磁波在加載介質(zhì)中的波長。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高功率微波脈沖防護(hù)罩，其特征在于所述的加載介質(zhì)為空氣，相鄰的帶通頻率選擇板之間通過支架連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的高功率微波脈沖防護(hù)罩，其特征在于所述的帶通頻率選擇板為刻蝕銅敷板，最外層的銅敷板外側(cè)設(shè)有固定介質(zhì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高功率微波脈沖防護(hù)罩，其特征在于所述的固定介質(zhì)為PCB 板的襯底。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率微波脈沖防護(hù)罩，其特征在于所述的各瞬態(tài)抑制二極管的附加電容相同，且附加電容大于0. 5pF，小于100pF。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的高功率微波脈沖防護(hù)罩，其特征在于所述的瞬態(tài)抑制二極管的擊穿電壓大于發(fā)射場在防護(hù)罩瞬態(tài)抑制二極管兩端引起的感應(yīng)電壓，且小于高功率微波脈沖峰值電場引起的感應(yīng)電壓；發(fā)射場為高功率微波脈沖防護(hù)罩保護(hù)的通信、雷達(dá)設(shè)備發(fā)射的電磁場，高功率微波脈沖峰值電場為高功率微波脈沖防護(hù)罩抵御的高功率微波脈沖引起的峰值電場。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的高功率微波脈沖防護(hù)罩，其特征在于所述的瞬態(tài)抑制二極管在各周期性的小單元上的位置相同。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率微波脈沖防護(hù)罩，其特征在于所述的周期性的小單元為邊長范圍為5-30mm的正多邊形。
全文摘要
本發(fā)明提供一種高功率微波脈沖防護(hù)罩，其特征在于它包括至少2層帶通頻率選擇板，相鄰的帶通頻率選擇板互相平行且之間充滿加載介質(zhì)；每塊帶通頻率選擇板為導(dǎo)電板，并分布有周期性的小單元，每個(gè)小單元刻蝕有鏤空花紋，鏤空花紋將小單元分割為相互分離的至少2個(gè)導(dǎo)電區(qū)域，同一小單元內(nèi)或不同小單元之間相互分離的導(dǎo)電區(qū)域之間焊接有至少1個(gè)瞬態(tài)抑制二極管。利用TVS管在不同功率微波信號下表現(xiàn)出的不同電磁特性，使其能夠在不影響正常小信號傳輸?shù)那疤嵯拢瑢⒏吖β饰⒉}沖電磁波擋在防護(hù)罩外部，避免高功率微波脈沖進(jìn)入敏感電子設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生破壞。
文檔編號H01P1/20GK102437399SQ20111022359
公開日2012年5月2日 申請日期2011年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月5日
發(fā)明者丁錦超, 劉其鳳, 方重華, 易學(xué)勤, 鄧峰, 鄭生全 申請人:中國艦船研究設(shè)計(jì)中心