CN205070413U - 具有防护高功率电磁脉冲的信号滤波装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种具有防护高功率电磁脉冲的信号滤波装置，该装置包括：电磁防护模块，与地连接，用于泄放所述高功率电磁脉冲；级联滤波器，与所述电磁防护模块连接，用于对经过泄放后残留的所述高功率电磁脉冲进行逐级滤波，使所述高功率电磁脉冲的最终残留量小于预设值；所述电磁防护模块包括大通流气体放电管、三个瞬变电压抑制二极管、两个退耦电阻。本实用新型中，电磁防护模块可以对高功率电磁脉冲进行有效泄放，级联滤波器对泄放后的信号进行滤波，即采用防护器件与多级滤波器结合的方式，大大降低了高功率电磁脉冲的强度，进而避免了高功率电磁脉冲对有关设备的损伤或干扰。

Description

具有防护高功率电磁脉冲的信号滤波装置

技术领域

本实用新型涉及滤波器技术领域，具体涉及一种具有防护高功率电磁脉冲的信号滤波装置。

背景技术

国际电工委员会规定，入射电场超过100V/m的电磁环境称为高功率电磁环境。若其峰值功率超过了100MW，则其产生的电磁波为高功率电磁脉冲。高功率电磁脉冲的最大特点是上升时间快、强度大。典型的高功率电磁脉冲的上升前沿时间约为10ns、脉冲宽度为500ns、其峰值场强可达50KV/M，是一种高强度的电磁干扰源，比通常的电磁干扰强度高几十至上百分贝。

高功率电磁脉冲的电磁能量可通过天线、电源线和集成电路板的金属线等进入电子、电气设备内,通过高压击穿、热效应等方式对电子、电气设备产生破坏，进而造成设备、***暂时或永久损坏。而且，其强大的磁场可改写、破坏具有磁介质的数据库设备，对雷达、通信等设备进行干扰,造成雷达迷茫、通信中断。

在雷电保护领域，常用的保护设备为浪涌保护器。但在现场的电磁环境非常复杂的情况下，由于电缆的通信距离较长，信号传输过程中设备接口经常被高功率电磁脉冲毁坏，导致通信中断。由于高功率电磁脉冲具有响应时间快、脉冲功率高的特性，使得常规的浪涌保护器不能满足在复杂电磁环境下所需的防护能力。而且，在信号接口增加常规的浪涌保护器，不但存在不能有效防护浪涌的问题，还存在***损耗大、响应时间过长的问题，使得传输效率和传输质量下降。

因此，有必要研究一种可以防护高功率电磁脉冲的装置，以减少高功率电磁脉冲对有关设备造成损伤或干扰。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是如何防护高功率电磁脉冲，以减少其对有关设备造成损伤或干扰。

为解决上述技术问题，本实用新型提出了一种具有防护高功率电磁脉冲的信号滤波装置。该装置包括：

电磁防护模块，与地连接，用于泄放所述高功率电磁脉冲；

级联滤波器，与所述电磁防护模块连接，用于对经过泄放后残留的所述高功率电磁脉冲进行逐级滤波，使所述高功率电磁脉冲的最终残留量小于预设值；

其中，所述电磁防护模块包括：

大通流气体放电管，与地连接，设置在第一输入信号线和第二输入信号线之间；

第一瞬变电压抑制二极管，连接在所述第一输入信号线和所述第二输入信号线之间；

第二瞬变电压抑制二极管，连接在所述第一输入信号线和地之间；

第三瞬变电压抑制二极管，连接在所述第二输入信号线和地之间；

第一退耦电阻，连接在所述大通流气体放电管和所述第二瞬变电压抑制二极管之间的所述第一输入信号线上；

第二退耦电阻，连接在所述大通流气体放电管和所述第三瞬变电压抑制二极管之间的所述第二输入信号线上。

可选的，所述第一瞬变电压抑制二极管、所述第二瞬变电压抑制二极管和所述第三瞬变电压抑制二极管均为纳秒级响应时间的瞬变电压抑制二极管。

可选的，所述级联滤波器包括串联的第一滤波器、第二滤波器及第三滤波器，其中：

所述第一滤波器，用于对所述电磁防护模块泄放后的信号进行滤波，滤除所述高功率电磁脉冲中掺杂的干扰信号；

所述第二滤波器，用于对所述第一滤波器滤波后的信号进行滤波，使所述第一滤波器滤波后的信号中预设波段的信号通过；

所述第三滤波器，用于对所述第二滤波器滤波后的信号进行滤波，滤除所述第二滤波器滤波后的信号中的寄生耦合信号。

可选的，所述第一滤波器、所述第二滤波器和所述第三滤波器均包括：

设置在所述第一输入信号线上的第一电感、设置在所述第二输入信号线上的第二电感、设置在所述第一输入信号线和地之间的第一电容及设置在所述第二输入信号线和地之间的第二电容；

所述第三滤波器还包括：

设置在所述第一输入信号线和地之间的第一电阻及设置在所述第二输入信号线和地之间的第二电阻。

本实用新型提供的信号滤波装置中，大通流气体放电管可以对高功率电磁脉冲进行有效泻放，退耦电阻可以有效地消除电路之间的寄生耦合，以保证电路正常工作，瞬变电压抑制二极管可以快速启动将高功率电磁脉冲迅速钳位下来，并传输给前端的大通流气体放电管进行泻放。可见利用电磁防护模块可以对高功率电磁脉冲进行有效泄放，然后再利用级联滤波器对泄放后的信号进行滤波，即采用防护器件与多级滤波器结合的方式，大大降低了高功率电磁脉冲的强度，进而避免了高功率电磁脉冲对有关设备的损伤或干扰。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本实用新型的特征信息和优点，附图是示意性的而不应理解为对本实用新型进行任何限制，在附图中：

图1示出了根据本发明具有防护高功率电磁脉冲的信号滤波装置一实施例的结构框图；

图2示出了根据本发明具有防护高功率电磁脉冲的信号滤波装置一实施例的电路结构图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是，本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本实用新型的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

本实用新型提供一种具有防护高功率电磁脉冲的信号滤波装置，如图1、2所示，该装置100包括：

电磁防护模块101，与地连接，用于泄放所述高功率电磁脉冲；

级联滤波器，与所述电磁防护模块连接，用于对经过泄放后残留的所述高功率电磁脉冲进行逐级滤波，使所述高功率电磁脉冲的最终残留量小于预设值；

其中，所述电磁防护模块包括：

大通流气体放电管G1，与地连接，设置在第一输入信号线Lin1和第二输入信号线Lin2之间；

第一瞬变电压抑制二极管T1，连接在所述第一输入信号线Lin1和所述第二输入信号线Lin2之间；

第二瞬变电压抑制二极管T2，连接在所述第一输入信号线Lin1和地之间；

第三瞬变电压抑制二极管T3，连接在所述第二输入信号线Lin2和地之间；

第一退耦电阻R1，连接在所述大通流气体放电管和所述第二瞬变电压抑制二极管之间的所述第一输入信号线上；

第二退耦电阻R2，连接在所述大通流气体放电管和所述第三瞬变电压抑制二极管之间的所述第二输入信号线上。

本实用新型提供的信号滤波装置中，当信号滤波装置遭受到高功率电磁脉冲冲击时，大通流气体放电管可以对高功率电磁脉冲进行有效泻放，退耦电阻可以有效地消除电路之间的寄生耦合，以保证电路正常工作，瞬变电压抑制二极管可以快速启动将高功率电磁脉冲迅速钳位下来，并传输给前端的大通流气体放电管进行泻放。可见利用电磁防护模块可以对高功率电磁脉冲进行有效泄放，然后再利用级联滤波器对泄放后的信号进行滤波，即采用防护器件与多级滤波器结合的方式，大大降低了高功率电磁脉冲的强度，进而避免了高功率电磁脉冲对有关设备的损伤或干扰。

在实际应用中，纳秒级响应时间的瞬变电压抑制二极管具有反应快、启动时间短的优点，因此所述第一瞬变电压抑制二极管、所述第二瞬变电压抑制二极管和所述第三瞬变电压抑制二极管可以均为纳秒级响应时间的瞬变电压抑制二极管。

在具体实施时，所述级联滤波器可以包括串联的第一滤波器102、第二滤波器103及第三滤波器104，其中：

所述第一滤波器，用于对所述电磁防护模块泄放后的信号进行滤波，滤除所述高功率电磁脉冲中掺杂的干扰信号；

所述第二滤波器，用于对所述第一滤波器滤波后的信号进行滤波，使所述第一滤波器滤波后的信号中预设波段的信号通过；

所述第三滤波器，用于对所述第二滤波器滤波后的信号进行滤波，滤除所述第二滤波器滤波后的信号中的寄生耦合信号。

这里，采用三级滤波器对泄放后的信号进行滤波，使高功率电磁脉冲得到较大的衰减，并对掺杂的干扰信号、预设波段以外的信号及寄生耦合信号均滤除，使最终滤波后的信号可以达到正常工作的要求。

在具体实施时，所述第一滤波器、所述第二滤波器和所述第三滤波器可以均包括：

设置在所述第一输入信号线上的第一电感、设置在所述第二输入信号线上的第二电感、设置在所述第一输入信号线和地之间的第一电容及设置在所述第二输入信号线和地之间的第二电容；

所述第三滤波器还可以包括：

设置在所述第一输入信号线和地之间的第一电阻及设置在所述第二输入信号线和地之间的第二电阻。

从图2中可以看出，第一滤波器的第一电感为L1、第二电感为L4、第一电容为C1、第二电容为C4；第二滤波器的第一电感为L2、第二电感为L5、第一电容为C2、第二电容为C5；第三滤波器的第一电感为L3、第二电感为L6、第一电容为C3、第二电容为C6。从图中可以看出，第三滤波器的输出有两条输出信号线Lout1、Lout2。

在实际应用中，第一滤波器对干扰信号的滤除过程，实际上是第一滤波器的第一电感和第二电感对干扰信号进行吸收并转换为磁感和热能、第一滤波器的第一电容和第二电容对吸收后剩余的干扰信号旁路到地的过程。

不难理解的是，第二滤波器通过电容、电感的组合可以使第一滤波器滤波后的信号中预设频段之外的频段开路或短路，使预设频段的信号通过。

尽管第一滤波器和第二滤波器的电路结构是相同的，且第一滤波器和第二滤波器中的各电感也可以是相同的，但由于第一滤波器和第二滤波器能够实现不同的功能，这是因为电路中的电容参数并不相同，通过有限次的试验即可获知电容参数为何值时其所属滤波器可以实现相应的功能。

不难理解的是，第三滤波器通过电容、电感及电阻的组合对第二滤波器滤波后的信号进一步滤波，并消除电路之间的寄生耦合，保证后续的设备正常工作时有较小的输入电流。

在实际应用中，第一电阻和第二电阻的结构是相同的，如图2所示：

第一电阻：包括四个电阻R3、R4、R5、R6，R3和R4并联，R5和R6并联，R3和R4并联后得到的电阻与R5和R6并联后得到的电阻串联，得到第一电阻。

第二电阻：包括四个电阻R9、R10、R11、R12，R9和R10并联，R11和R12并联，R9和R10并联后得到的电阻与R11和R12并联后得到的电阻串联，得到第二电阻。

这里的第一电阻、第二电阻与第一退耦电阻、第二退耦电阻不同。

在本实用新型中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。

虽然结合附图描述了本实用新型的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (4)

1.一种具有防护高功率电磁脉冲的信号滤波装置，其特征在于，包括：

电磁防护模块，与地连接，用于泄放所述高功率电磁脉冲；

级联滤波器，与所述电磁防护模块连接，用于对经过泄放后残留的所述高功率电磁脉冲进行逐级滤波，使所述高功率电磁脉冲的最终残留量小于预设值；

其中，所述电磁防护模块包括：

大通流气体放电管，与地连接，设置在第一输入信号线和第二输入信号线之间；

第一瞬变电压抑制二极管，连接在所述第一输入信号线和所述第二输入信号线之间；

第二瞬变电压抑制二极管，连接在所述第一输入信号线和地之间；

第三瞬变电压抑制二极管，连接在所述第二输入信号线和地之间；

第一退耦电阻，连接在所述大通流气体放电管和所述第二瞬变电压抑制二极管之间的所述第一输入信号线上；

第二退耦电阻，连接在所述大通流气体放电管和所述第三瞬变电压抑制二极管之间的所述第二输入信号线上。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一瞬变电压抑制二极管、所述第二瞬变电压抑制二极管和所述第三瞬变电压抑制二极管均为纳秒级响应时间的瞬变电压抑制二极管。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述级联滤波器包括串联的第一滤波器、第二滤波器及第三滤波器，其中：

所述第一滤波器，用于对所述电磁防护模块泄放后的信号进行滤波，滤除所述高功率电磁脉冲中掺杂的干扰信号；

所述第二滤波器，用于对所述第一滤波器滤波后的信号进行滤波，使所述第一滤波器滤波后的信号中预设波段的信号通过；

所述第三滤波器，用于对所述第二滤波器滤波后的信号进行滤波，滤除所述第二滤波器滤波后的信号中的寄生耦合信号。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，

所述第一滤波器、所述第二滤波器和所述第三滤波器均包括：

设置在所述第一输入信号线上的第一电感、设置在所述第二输入信号线上的第二电感、设置在所述第一输入信号线和地之间的第一电容及设置在所述第二输入信号线和地之间的第二电容；

所述第三滤波器还包括：

设置在所述第一输入信号线和地之间的第一电阻及设置在所述第二输入信号线和地之间的第二电阻。