[發明專利]一種雙頻段基于TVS管瞬態強電磁抑制的能量選擇表面

在審

• 申請號: 202211537633.7
• 申請日: 2022-12-01
• 公開（公告）號: CN115939771A
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 李楊飛;劉真;張守龍;孫一飛;張金顥;王勝濤;王曉嘉;周恒;蔣廷勇
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍63660部隊
• 主分類號: H01Q15/00
• 分類號: H01Q15/00
• 代理公司: 中國兵器工業集團公司專利中心 11011
• 代理人: 王智紅

本發明公開一種基于TVS管的瞬態強電磁抑制的能量選擇表面，屬于電磁防護技術領域。能量選擇表面包括介質基板和印刷在介質基板上表面的金屬結構層；金屬結構層由若干周期排布的正方形周期單元構成，每個正方形周期單元由中間有圓環縫隙的方形金屬平面和TVS管構成；方形金屬平面中挖去一部分構成圓環縫隙，圓環中心和正方形的中心重合；每個圓環縫隙上下左右四個方向各加載一個TVS管；TVS管橫向方向的TVS管正負極朝向一致，縱向方向的TVS管正負極朝向一致。本發明利用金屬周期結構和TVS管的快速響應時間，實現對入射小信號的頻率選擇和瞬態強電磁脈沖的有效抑制。

技術領域

本發明屬于電磁防護的技術領域，具體涉及一種基于TVS管的瞬態強電磁抑制的能量選擇表面。

背景技術

隨著電子信息和通信技術的發展，電子信息設備朝著集成化、小型化的方向發展，芯片技術的更新迭代使各類電子產品和設備的精細化程度加深，但同時也使電子信息設備的電磁敏感度和易損性也隨著增加。敏感電子設備極易受到有意或者無意信號的干擾，導致電子設備出現受擾、失效等現象。因此頻帶覆蓋范圍很廣的瞬態強電磁脈沖信號，對大部分的電子設備有著極大的威脅。

當前，傳統的瞬態強電磁抑制方法大多以濾波、屏蔽、接地的電磁兼容設計方法為主。對于前門的抑制手段研究不太充分，目前方法主要有，在前端電路加裝浪涌保護器件，例如壓敏電阻、瞬態抑制二極管等，但一般耐壓有限，超過耐壓限度會失效；在前端加載大功率限幅器，但一般限幅器都有ns級的響應時間，對于脈寬為幾ns，甚至ps級的瞬態強電磁脈沖，很難能夠有效抑制；對于前端加裝濾波器和頻率選擇表面(FSS)等方法，對于頻帶覆蓋范圍很廣的瞬態強電磁脈沖信號，很難完全抑制；近來研究較多的能量選擇表面技術，能夠自適應的改變工作狀態，完成對強電磁脈沖信號的抑制。

能量選擇表面是一種能量自適應的強電磁脈沖抑制的裝置，于2009年由國防科技大學的劉培國教授提出并申請了相關專利(劉培國，萬雙林，李高升等.一種電磁能量選擇表面裝置[P].2009)，其主要原理是利用PIN二極管在導通和非導通情況下阻抗的巨大變化，達到能量選擇表面在小信號和強電磁脈沖照射下傳輸特性的相應變化，從而實現能量選擇表面自適應的強電磁脈沖抑制能力。近年來，劉培國教授團隊進行了一系列研究，驗證了能量選擇表面的強電磁脈沖抑制能力，并制作了天線罩，進一步提高了能量選擇表面的實用性。然而，現有的能量選擇表面技術絕大多數都是基于PIN二極管，這也就決定了能量選擇表面技術也至少需要ns級的響應時間，文獻(張龍，魏光輝，胡小鋒等.能量選擇表面材料防護性能研究[J].北京理工大學學報,2013,Vol.33(11):1165-1170.)指出，能量選擇表面技術對于持續時間為1ns的瞬態強電磁脈沖幾乎沒有抑制效果。

發明內容

本發明的目的是提供一種雙頻段基于TVS管瞬態強電磁抑制的能量選擇表面，以應對瞬態強電磁脈沖的威脅，解決基于PIN二極管的能量選擇表面難以抑制瞬態強電磁脈沖的技術問題，本發明利用加載TVS管的圓環縫隙金屬板的結構，提出了一種基于TVS管瞬態強電磁脈沖抑制的能量選擇表面，利用TVS管ps級的響應時間，達到瞬態強電磁脈沖抑制的目的。

為達到上述目的，解決上述技術問題，本發明的技術方案如下：

一種雙頻段基于TVS管瞬態強電磁脈沖抑制的能量選擇表面，所述能量選擇表面介質基板、印刷在介質基板上表面的金屬結構層；

金屬結構層由若干周期排布的正方形周期單元構成，每個正方形周期單元由中間有圓環縫隙的方形金屬平面和TVS管構成；方形金屬平面中挖去了一部分構成圓環縫隙，圓環中心和正方形的中心重合；每個圓環縫隙上下左右四個方向各加載一個TVS管；圓環縫隙應與TVS二極管的尺寸相適應，確保TVS管可以順利焊接；

圓環縫隙應與TVS二極管的尺寸相適應，確保TVS管可以順利焊接；

調整周期單元的結構尺寸，包括周期單元的邊長、圓環縫隙的外徑、內徑，以及基板的材質及其厚度，使能量選擇表面小信號的頻率選擇特性滿足具體任務需求；