[发明专利]一种射频前端电磁脉冲防护模块

说明书

技术领域

本发明涉及射频技术领域，尤其涉及一种射频前端电磁脉冲防护模块。

背景技术

目前，各类射频和微波电子信息系统的射频前端防护基本采用基于单级或多级PIN二极管的限幅模块，能够保护射频前端敏感的低噪声放大模块在数百V/m的高强度辐射场下不遭受物理损伤。然而，电磁脉冲辐射场高达数十kV/m以上，现有防护模块无法确保射频前端的安全性。具体来说，存在如下问题：

承受功率低：目前所采用防护模块的脉冲功率承受能力不超过1kW。已有资料表明，电磁脉冲环境下各类通信系统、警戒探测系统射频前端的瞬时耦合功率将数十kW以上。

抑制度低：由于现有防护模块的设计目的是应对千瓦级以下的强射频干扰，而后级防护对象—低噪声放大模块的损伤阈值为数十毫瓦，因此在抑制度方面通常不大于50dB。电磁脉冲场辐照下，由于耦合到射频前端的峰值功率在十千瓦量级，为保证后级低噪放模块不发生电热损伤，抑制度应达到60dB以上。

响应速度慢：现有防护模块中采用的PIN二极管在电磁脉冲注入时的响应时间为数ns到数十ns，由于电磁脉冲前沿通常为亚ns级，现有防护技术过慢的响应速度将引起后级敏感的低噪声放大模块发生瞬态电击穿。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种射频前端电磁脉冲防护模块，解决现有射频前端防护模块存在的承受功率低、抑制度低和响应速度慢的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种射频前端电磁脉冲防护模块，包括初级高功率限幅模块，所述初级高功率限幅模块包括多层同轴型防护膜片和定向耦合器，定向耦合器既可以位于任意两层防护膜片之间，也可以位于第一层防护膜片之前或最后一层防护膜片之后；

每层防护膜片均由同轴型印制电路板和电路板上围绕圆心呈放射状分布的防护链组成，所述防护膜片两侧布置有套在同轴内导体上的圆形磁环，所述防护链上分布着用于脉冲电压抑制的非线性无源防护器件；

所述定向耦合器由平行于同轴内导体的耦合线和固定于同轴外导体上的射频输出接头组成。

初级高功率限幅模块的功能是对高功率电磁脉冲信号的幅度进行初步抑制，此种防护模块适用于具有较高级别电磁脉冲辐射场损伤阈值的受防护对象，例如短波、超短波通信系统。

圆形磁环的作用是在回路中产生一定的感抗，以抵消膜片上防护器件分布电容产生的容抗，降低限幅模块对正常工作信号的插入损耗。

按上述方案，所述射频前端电磁脉冲防护模块还包括控制模块和末级低功率限幅模块，所述控制模块包括一个或多个检波比较器，末级低功率限幅模块主要由PIN二极管构成；

所述控制模块的输入端与定向耦合器的输出相连，控制模块的输出端与末级低功率限幅模块相连。

控制模块的功能是为末级低动率限幅模块提供驱动信号；末级低功率限幅模块的功能是将经过初步抑制的高功率电磁脉冲信号的幅度削减到更低水平，保护敏感设备。包括初级高功率限幅模块、控制模块和末级低功率限幅模块的防护模块适用于具有中等级别电磁脉冲辐射场损伤阈值的受防护对象，例如L、S波段的警戒探测系统。

按上述方案，所述射频前端电磁脉冲防护模块还包括延时模块；所述控制模块通过延时模块与末级低功率限幅模块相连。

延时模块的功能是适当延长初级限幅模块输出信号传递到末级防护模块所需的时间，从而补偿末级防护模块的启动延时，降低尖峰泄露能量。包括延时模块的防护模块适用于具有较低级别电磁脉冲辐射场损伤阈值的受防护对象，例如C、X波段的部分警戒探测系统和Ku波段的卫星通信系统。

按上述方案，所述检波比较器由峰值检波电路和比较电路构成。

峰值检波电路主要由具有低势垒高度和低结电容的肖特基二极管、滤波电容和扼流电感组成，其作用是提取输入射频信号的包络，形成视频信号，并提供给比较电路；比较电路由具有纳秒级传播延时和毫伏级响应阈值的高速比较器及外围电路元件构成，其作用是对输入的视频信号幅度和预先设定的阈值进行比较，以判断是否有构成潜在危害的电磁脉冲进入射频前端。正常情况下比较器输出低电平，如果视频信号幅度大于所设定阈值，则比较器输出特定脉宽的高电平驱动信号，脉宽由定时电路决定，信号幅度取决于比较器供电电压。

按上述方案，所述末级低功率限幅模块内的PIN二极管采用裸芯片，阴极焊接在末级低功率限幅模块金属外壳底部的内面，由阳极引出的两根键合线串联于电路板上的微带线之间。

按上述方案，所述初级高功率限幅模块内部防护膜片的层数小于等于3层。