專利名稱：多用途一體化防雷電和電磁脈沖模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種雷電和電磁脈沖防護(hù)技術(shù)，尤其涉及一種多用途一體化防雷 電和電磁脈沖模塊；能廣泛應(yīng)用在強(qiáng)電磁脈沖環(huán)境、納秒級(jí)電磁脈沖、電磁脈沖 炸彈、高能微波電磁脈沖武器、核電磁脈沖及雷電電磁脈沖對各類電子設(shè)備損毀 的防護(hù)和EMC兼容要求較高的環(huán)境。
背景技術(shù)：
核電磁脈沖(NEMP)和雷電電磁脈沖(LEMP)對電子設(shè)備的破壞力十分巨大， 可使弱電電子元器件如集成電路等損壞；還會(huì)與電子設(shè)備的入口線纜、導(dǎo)體等耦 合把強(qiáng)大的電磁脈沖能量傳導(dǎo)到電子設(shè)備，引起電子設(shè)備的失效或損壞；對通信、 武器裝備等各種電子、電氣設(shè)備造成極大威脅。 '現(xiàn)代軍用裝備的電子化程度大幅度提高后，軍用電子設(shè)備的功率和頻率不斷 向高端和低端兩個(gè)方向延伸，軍用電子設(shè)備在海、陸、空各種平臺(tái)上的使用密集 度也大幅增加，導(dǎo)致各電子設(shè)備對EMC、 NEMP、 LEMP問題越來越突出。電子設(shè)備受外界干擾影響的途徑很多，入口模型也很復(fù)雜，大致可歸納為"前 門"和"后門"兩大類。所謂"前門"主要是由連接線直接傳入電子設(shè)備，"后 門"耦合則是電磁場通過電子設(shè)備外殼的孔縫進(jìn)入。有的電子設(shè)備會(huì)直接受電磁 脈沖的作用，這種作用和影響以前沒有引起人們的足夠重視。尤其雷擊或高電壓 開關(guān)設(shè)備的突然動(dòng)作或投切所產(chǎn)生的電磁脈沖，輕則會(huì)使電子設(shè)備的參數(shù)發(fā)生變 化，性能變差或造成電子設(shè)備的誤動(dòng)、拒動(dòng)，重則會(huì)導(dǎo)致電子設(shè)備功能的損壞。目前，普遍使用的是防雷模塊組合結(jié)構(gòu)的防雷電路，其構(gòu)成的SPD模塊也只 能實(shí)現(xiàn)雷電低頻率、數(shù)十納秒保護(hù)模式；在防護(hù)NEMP和LEMP方面，主要使用壓敏 電阻、氣體放電管、瞬態(tài)抑制二極管(TVS)等限壓抑制器件，這些器件在響應(yīng) 時(shí)間上不能滿足NEMP的響應(yīng)時(shí)間小于納秒級(jí)(1MHz-10GHz)的要求；由分立器件組合，內(nèi)部電磁耦合在小于納秒級(jí)高脈沖時(shí)由于結(jié)構(gòu)限制不能解決，因此可靠性 差、體積大，大多缺少整體防護(hù)要求等。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的就在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)和不足，提供一種多用途一體 化防雷電和電磁脈沖模塊。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的分離原件組合電路時(shí)，連接各器件的導(dǎo)體配線產(chǎn)生的寄生參數(shù)對產(chǎn)品性能影 響在一定條件下是有害的，設(shè)計(jì)時(shí)有時(shí)為了克服寄生參數(shù)的影響，增加電路的復(fù) 雜性，即使這樣有時(shí)還很難消除寄生參數(shù)。連接導(dǎo)線除了完成正常功能外，它也 是傳導(dǎo)有害電磁脈沖的通路，在低頻時(shí)主要是傳導(dǎo)，在高頻時(shí)是輻射，解決高頻 電磁輻射異常復(fù)雜。本發(fā)明就是把這種無用寄生參數(shù)通過應(yīng)用新材料和結(jié)構(gòu)組合 使寄生參數(shù)的"量"發(fā)生"質(zhì)"的轉(zhuǎn)化，變有害為有用，應(yīng)用到防護(hù)電磁脈沖由 設(shè)備的出/入口傳導(dǎo)和耦合到被保護(hù)設(shè)備內(nèi)部，防止損壞設(shè)備。具體地說，本發(fā)明包括電子發(fā)射材料、外筒、絕緣材料、高介電材料、高導(dǎo) 磁材料和內(nèi)桿構(gòu)成一種圓柱體；在外筒內(nèi)，在其中心線設(shè)置有內(nèi)桿，從外筒的左端向右端，依次連接有絕緣 材料、電子發(fā)射材料、絕緣材料、高介電材料、高導(dǎo)磁材料、高介電材料和絕緣材料；高介電材料和內(nèi)桿緊密連接； 電子發(fā)射材料和內(nèi)桿之間有間隙。整體模塊由不同材料、不同幾何尺寸和不同填充量決定電氣參數(shù)。 根據(jù)用途從外筒的左端向右端，各材料設(shè)置的順序可不相同。 各材料分別填充到導(dǎo)體金屬外殼內(nèi)，無需模塊內(nèi)部的連接線纜，增強(qiáng)了可靠 性和防護(hù)效果。本發(fā)明具有下列優(yōu)點(diǎn)和積極效果1、 由分布參數(shù)構(gòu)成的濾波電路和尖峰抑制電路泄流能力大，傳導(dǎo)工作信號(hào) 內(nèi)桿載流能量大，對信號(hào)插損??；2、 能夠承受電磁脈沖瞬間高壓和快速衰減電磁脈沖，能夠阻止電磁脈沖由 電子設(shè)備輸入端口傳導(dǎo)和輻射到電子設(shè)備的內(nèi)部，有效防護(hù)了電磁脈沖對電子設(shè)備的損毀；
3、 通用性強(qiáng)，可任意組合不同的防護(hù)電路，具有快速響應(yīng)、全保護(hù)功能， 解決了一模多功能的問題。
4、 占用空間小、安裝維護(hù)方便，為產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、現(xiàn)場使用提供了一種 簡便、快捷的方式，有效地節(jié)省了成本，滿足了各種系統(tǒng)的對產(chǎn)品可靠性、安全
性的需要，適用性有了較大的提高。
5、 可應(yīng)用于雷達(dá)、通信系統(tǒng)、各類移動(dòng)及地面武器系統(tǒng)的電子設(shè)備和進(jìn)出
實(shí)驗(yàn)室線纜入/出口 ， EMC兼容要求較高的環(huán)境。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)縱向剖面圖2為本發(fā)明的工作原理框圖。
圖3為本發(fā)明擴(kuò)展之一的結(jié)構(gòu)縱向剖面圖;
圖4為本發(fā)明擴(kuò)展之二的結(jié)構(gòu)縱向剖面圖。
其中
l一電子發(fā)射材料；
2— 外筒；
3— (填充)絕緣材料； 4一 (填充)高介電材料； 5— (填充)高導(dǎo)磁材料； 6_內(nèi)桿。
漢譯英
EMC:是Electro Magnetic Compatibility的縮寫，即電磁兼容。 NEMP:核電磁脈沖； LEMP:雷電電磁脈沖；
SPD: 是Surge protective device的縮寫，即電涌保護(hù)器； TVS:瞬態(tài)抑制二極管；
GDT:氣體放電管(并聯(lián)在類似電源線、電信線、信號(hào)線和數(shù)據(jù)傳輸線等敏
感設(shè)備的前端，進(jìn)而保護(hù)它們免受因閃電和設(shè)備開關(guān)操作引起的瞬間突波電壓的破壞。正常情況下，這些器件并不會(huì)影響信號(hào)的正常工作。然而，在電壓浪涌情 況下，GDT產(chǎn)品可轉(zhuǎn)換到低阻抗?fàn)顟B(tài)，使能量離開敏感的設(shè)備。)
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
一、 總體
如圖l，本發(fā)明包括電子發(fā)射材料l、外筒2、絕緣材料3、高介電材料4、 高導(dǎo)磁材料5和內(nèi)桿6構(gòu)成一種圓柱體；
在外筒2內(nèi)，在其中心線設(shè)置有內(nèi)桿6，從外筒2的左端向右端，依次連接 有絕緣材料3、電子發(fā)射材料l、絕緣材料3、高介電材料4、高導(dǎo)磁材料5、高 介電材料4和絕緣材料3;
高介電材料4和內(nèi)桿6緊密連接；
電子發(fā)射材料1和內(nèi)桿6之間有間隙。
如圖1、 2，本發(fā)明的工作原理是
1、 電子發(fā)射材料l、外筒2、絕緣材料3和內(nèi)桿6組合并等效為氣體放電管 GDT，構(gòu)成大通流泄放通道，對電磁脈沖的強(qiáng)大脈沖能量對地泄放。
2、 外筒2、高介電材料4和內(nèi)桿6組合并等效為電容C，(低介損"2 C") 構(gòu)成低通濾波器電路，對地短路高頻納秒級(jí)電磁脈沖。
3、 外筒2、高導(dǎo)磁材料5和內(nèi)桿6組合并等效為電感L，構(gòu)成對高頻納秒級(jí) 電磁脈沖阻止延內(nèi)桿6傳輸?shù)降诫娮釉O(shè)備。
二、 功能塊
1、 電子發(fā)射材料l
電子發(fā)射材料1是一種由合金或金屬氧化物或石墨材料構(gòu)成的環(huán)狀體。
2、 外筒2
外筒2是一種金屬圓筒，通過內(nèi)置一個(gè)圓環(huán)隔離相鄰兩個(gè)工作空間。
3、 絕緣材料3
絕緣材料3是一種由聚四氟乙烯或陶瓷構(gòu)成的環(huán)狀體。
4、 高介電材料4
高介電材料4是一種由陶瓷或顆粒填充聚合物材料或膠體聚合物材料構(gòu)成 的環(huán)狀體。5、 高導(dǎo)磁材料5
高導(dǎo)磁材料5是一種常用的由氧化鐵、氧化銅、氧化鋅以及氧化鎳燒結(jié)而成 的環(huán)狀體。
6、 內(nèi)桿6
內(nèi)桿6是一種金屬長桿。
三、 生產(chǎn)方法
① 機(jī)加工好外筒2和內(nèi)桿6;
② 利用專用夾具將內(nèi)桿6置于外筒2的中心線位置；
③ 在外筒2內(nèi)，從左向右，依次放入或填充絕緣材料3、電子發(fā)射材料l、 絕緣材料3、高介電材料4、高導(dǎo)磁材料5、高介電材料4和絕緣材料3;
④ 封閉外筒2的二端口。
四、 使用方法
加工好的模塊使用時(shí)，電子發(fā)射材料1的一端口為輸入端(實(shí)際產(chǎn)品有標(biāo) 示)，另一端口為輸出端(實(shí)際產(chǎn)品有標(biāo)示)，外筒2接大地或被保護(hù)設(shè)備外殼。
五、 擴(kuò)展
由外筒2、絕緣材料3、高介電材料4、高導(dǎo)磁材料5和內(nèi)桿6組成二節(jié)"IT 形"濾波器電路單元，構(gòu)成對高頻納秒級(jí)電磁脈沖的阻止或快速衰減，形成尖峰 抑制功能；根據(jù)需要，調(diào)整各材料填充量等，即可改變應(yīng)用電路參數(shù)，等效為 高通、低通、帶通和它們組合電路。
根據(jù)需要高介電材料4和高導(dǎo)磁材料5不限于上述單次排列組合；在一個(gè)外 筒2內(nèi)可多次排列組合。
根據(jù)需要，"n形"單元可串聯(lián)、并聯(lián)使用。后級(jí)可接瞬態(tài)抑制二極管等限 壓抑制器件，構(gòu)成精細(xì)保護(hù)電路。
具體地說，
1、如圖3，本發(fā)明包括電子發(fā)射材料l、外筒2、絕緣材料3、高介電材料 4、高導(dǎo)磁材料5和內(nèi)桿6構(gòu)成一種圓柱體；
在外筒2內(nèi)，在其中心線設(shè)置有內(nèi)桿6，從外筒2的左端向右端，依次連接
有絕緣材料3、電子發(fā)射材料l、絕緣材料3、高導(dǎo)磁材料5、高介電材料4、高
導(dǎo)磁材料5和絕緣材料3;
高介電材料4和內(nèi)桿6緊密連接；電子發(fā)射材料1和內(nèi)桿6之間有間隙。
2、如圖4，本發(fā)明包括電子發(fā)射材料l、外筒2、絕緣材料3、高介電材料 4、高導(dǎo)磁材料5和內(nèi)桿6構(gòu)成一種圓柱體；
在外筒2內(nèi)，在其中心線設(shè)置有內(nèi)桿6，從外筒2的左端向右端，依次連接
有絕緣材料3、電子發(fā)射材料l、絕緣材料3、高導(dǎo)磁材料5、高介電材料 4、
高導(dǎo)磁材料5、高介電材料4、高導(dǎo)磁材料5和絕緣材料3; 高介電材料4和內(nèi)桿6緊密連接；
電子發(fā)射材料1和內(nèi)桿6之間有間隙。
權(quán)利要求
1、一種多用途一體化防雷電和電磁脈沖模塊，其特征在于由電子發(fā)射材料(1)、外筒(2)、絕緣材料(3)、高介電材料(4)、高導(dǎo)磁材料(5)和內(nèi)桿(6)構(gòu)成一種圓柱體；在外筒(2)內(nèi)，在其中心線設(shè)置有內(nèi)桿(6)，從外筒(2)的左端向右端，依次連接有絕緣材料(3)、電子發(fā)射材料(1)、絕緣材料(3)、高介電材料(4)、高導(dǎo)磁材料(5)、高介電材料(4)和絕緣材料(3)；高介電材料(4)和內(nèi)桿(6)緊密連接；電子發(fā)射材料(1)和內(nèi)桿(6)之間有間隙。
2、 按權(quán)利要求l所述的防雷電和電磁脈沖模塊，其特征在于所述的電子發(fā)射材料(1)是一種由合金或金屬氧化物或石墨材料構(gòu)成的環(huán) 狀體。
3、 按權(quán)利要求l所述的防雷電和電磁脈沖模塊，其特征在于所述的外筒(2)是一種金屬圓筒，通過內(nèi)置一個(gè)圓環(huán)隔離相鄰兩個(gè)工作空間。
4、 按權(quán)利要求l所述的防雷電和電磁脈沖模塊，其特征在于 所述的絕緣材料(3)是一種由聚四氟乙烯或陶瓷構(gòu)成的環(huán)狀體。
5、 按權(quán)利要求l所述的防雷電和電磁脈沖模塊，其特征在于 所述的高介電材料(4)是一種由陶瓷或顆粒填充聚合物材料或膠體聚合物材料構(gòu)成的環(huán)狀體。
6、 按權(quán)利要求l所述的防雷電和電磁脈沖模塊，其特征在于-所述的高導(dǎo)磁材料(5)是一種常用的由氧化鐵、氧化銅、氧化鋅以及氧化鎳燒結(jié)而成的環(huán)狀體。
7、 按權(quán)利要求l所述的防雷電和電磁脈沖模塊，其特征在于 所述的內(nèi)桿(6)是一種金屬長桿。
8、 一種多用途一體化防雷電和電磁脈沖模塊，其特征在于包括電子發(fā)射材料(1)、外筒(2)、絕緣材料(3)、高介電材料(4)、高導(dǎo)磁材料(5)和內(nèi)桿(6)構(gòu)成一種圓柱體；在外筒(2)內(nèi)，在其中心線設(shè)置有內(nèi)桿(6)，從外筒(2)的左端向右端，依次連接有絕緣材料(3)、電子發(fā)射材料(1)、絕緣材料(3)、高導(dǎo)磁材料(5)、高介電材料(4)、高導(dǎo)磁材料(5)和絕緣材料(3); 高介電材料(4)和內(nèi)桿(6)緊密連接；電子發(fā)射材料(1)和內(nèi)桿(6)之間有間隙。
9、 一種多用途一體化防雷電和電磁脈沖模塊，其特征在于包括電子發(fā)射材料(1)、外筒(2)、絕緣材料(3)、高介電材料(4)、高導(dǎo) 磁材料(5)和內(nèi)桿(6)構(gòu)成一種圓柱體；在外筒(2)內(nèi)，在其中心線設(shè)置有內(nèi)桿(6)，從外筒(2)的左端向右端， 依次連接有絕緣材料(3)、電子發(fā)射材料(1)、絕緣材料(3)、高導(dǎo)磁材料(5)、 高介電材料(4)、高導(dǎo)磁材料(5)、高介電材料(4)、高導(dǎo)磁材料(5)和絕緣 材料(3);高介電材料(4)和內(nèi)桿(6)緊密連接； 電子發(fā)射材料(1)和內(nèi)桿(6)之間有間隙。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多用途一體化防雷電和電磁脈沖模塊，涉及一種雷電和電磁脈沖防護(hù)技術(shù)。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)是在外筒(2)內(nèi)，在其中心線設(shè)置有內(nèi)桿(6)，從外筒(2)的左端向右端，依次連接有絕緣材料(3)、電子發(fā)射材料(1)、絕緣材料(3)、高介電材料(4)、高導(dǎo)磁材料(5)、高介電材料(4)和絕緣材料(3)；高介電材料(4)和內(nèi)桿(6)緊密連接；電子發(fā)射材料(1)和內(nèi)桿(6)之間有間隙。本發(fā)明對信號(hào)插損??；有效防護(hù)了電磁脈沖對電子設(shè)備的損毀；通用性強(qiáng)；占用空間小、安裝維護(hù)方便；可應(yīng)用于雷達(dá)、通信系統(tǒng)、各類移動(dòng)及地面武器系統(tǒng)的電子設(shè)備和進(jìn)出實(shí)驗(yàn)室線纜入/出口，EMC兼容要求較高的環(huán)境。
文檔編號(hào)H02H9/04GK101635452SQ200910063680
公開日2010年1月27日 申請日期2009年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月21日
發(fā)明者王富元 申請人:武漢安吉思雷電技術(shù)有限責(zé)任公司