Устройство защиты приемопередающего радиоэлектронного оборудования от воздействия последовательности мощных сверхкоротких электромагнитных импульсов

Устройство защиты приемопередающего радиоэлектронного оборудования от воздействия последовательности мощных сверхкоротких электромагнитных импульсов относится к области электрорадиотехники и может быть использовано для защиты приемопередающего радиоэлектронного оборудования различного назначения от воздействия последовательности мощных электромагнитных импульсов, имеющих крутой передний фронт нано и субнаносекундной длительности. Достигаемым техническим результатом является обеспечение устойчивой работы приемопередающего радиоэлектронного оборудования при воздействии на него многократно повторяющихся мощных сверхкоротких электромагнитных импульсов за счет того, что в устройство защиты, содержащее включатель, симметрирующий автотрансформатор, запирающую катушку, исполнительный механизм, мультивибратор, блок конденсаторов, блок сравнения, динамический триггер, блок питания, высоковольтный газонаполненный разрядник, дополнительно введены высоковольтный усилитель и два диодно-емкостных моста с нагрузочными сопротивлениями, обеспечивающие запирание импульсных напряжений и токов, наводимых многократно повторяющимися мощными сверхкороткими электромагнитными импульсами, на входе приемопередающего радиоэлектронного оборудования. Ил. 1.

Полезная модель относится к области электрорадиотехники и может быть использована для защиты приемопередающего радиоэлектронного оборудования (ППРЭО) различного назначения от воздействия последовательности мощных электромагнитных импульсов (ЭМИ), имеющих крутой передний фронт нано и субнаносекундной длительности.

Известен газонаполненный разрядник, патент РФ 2120153, кл. H01J 17/02. Газонаполненный разрядник, содержащий, по меньшей мере, один электрод, расположенный на меньшем основании конического изолятора, и манжету, одна поверхность которой соединена с торцевой поверхностью конического изолятора, отличающийся тем, что манжета выполнена с дисковым или плоским кольцевым участком, другая поверхность манжеты соединена с внутренней плоской поверхностью электрода, причем электрод, конический изолятор и манжета выполнены из материалов с близкими по значению коэффициентами термического расширения.

За прототип принято устройство защиты от мощных сверхкоротких электромагнитных импульсов, патент РФ 110539, кл. H01J 17/00, содержащее высоковольтный газонаполненный разрядник, отличающееся тем, что дополнительно введены элементы запирающей, решающей и исполнительной схем, включенные в цепь параллельно разряднику: включатель, симметрирующий автотрансформатор, запирающая катушка, исполнительный механизм, мультивибратор, блок конденсаторов, блок сравнения, динамический триггер, блок питания и нагрузочная емкость, при этом выход симметрирующего автотрансформатора подключен к обмоткам запирающей катушки и к блоку сравнения через блок конденсаторов, выход блока питания подключен к последовательно соединенным блоку сравнения и динамическому триггеру, выход которого через мультивибратор подключен к исполнительному механизму и включателю.

Основным недостатком аналога и прототипа является малая эффективность выполнения функции защиты радиоэлектронного оборудования от воздействия последовательности преднамеренных мощных ЭМИ, имеющих крутой передний фронт нано и субнаносекундной длительности.

Целью полезной модели является обеспечение устойчивой работы ППРЭО при воздействии на него многократно повторяющихся мощных сверхкоротких ЭМИ за счет принудительного удержания на входе данного оборудования накопленного высокого потенциала и его своевременной нейтрализации.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство защиты (УЗ) ППРЭО от воздействия последовательности мощных сверхкоротких ЭМИ, содержащее высоковольтный газонаполненный разрядник, включатель, симметрирующий автотрансформатор, запирающую катушку, исполнительный механизм, мультивибратор, блок конденсаторов, блок сравнения, динамический триггер, блок питания и нагрузочную емкость дополнительно введены высоковольтный усилитель и два диодно-емкостных моста с нагрузочными сопротивлениями, обеспечивающие запирание импульсных напряжений и токов, наводимых многократно повторяющимися мощными сверхкороткими ЭМИ на входе ППРЭО.

Функциональная схема УЗ ППРЭО от воздействия последовательности мощных сверхкоротких ЭМИ (далее УЗ) приведена на Фиг.1 и содержит: включатель - 2, симметрирующий автотрансформатор - 3, запирающую катушку - 4, исполнительный механизм - 5, мультивибратор - 6, блок конденсаторов - 7, блок сравнения - 8, динамический триггер - 9, блок питания - 10, высоковольтный усилитель - 11, высоковольтный газонаполненный разрядник - 12, диодно-емкостной мост - 13 (содержит диоды D ₁ и D₂, емкости и с нагрузочными сопротивлениями R₃ и R₄ ), диодно-емкостной мост - 14 (содержит диоды D₃, и D₄, емкости и с нагрузочными сопротивлениями R₁ и R₂ ) и нагрузочную емкость - С₁.

Принцип работы УЗ заключается в следующем:

Под действием поля ЭМИ в антенне - 1 наводится электродвижущая сила (ЭДС), которая поступает на симметрирующий автотрансформатор - 3, который преобразует напряжение кабеля несимметричного питания (центральная жила - экранная оболочка) в напряжение симметричное для работы запирающей катушки - 4. Запирающая катушка - 4 обеспечивает запирание токов одного направления по ее обмоткам при возрастании уровня ЭДС пропорционально переднему фронту ЭМИ. Таким образом, данная схема обеспечивает достаточную эффективность защиты при действии переднего фронта ЭМИ. Однако при спаде ЭМИ напряжение падает, и симметрирующий автотрансформатор - 3 не обеспечивает должного симметрирования, что приводит к частичной передаче энергии ЭМИ по запирающей катушке - 4. Следовательно, эффективность устройства защиты нарушается. Для устранения данного эффекта и повышения защитных свойств устройства в УЗ реализуется процесс, обеспечивающий заземление антенны и входов обмоток запирающей катушки - 4 через высоковольтный разрядник - 12 с помощью включателя - 2 только на длительность, не превышающую период действия ЭМИ и время, необходимое для локализации накопленного в антенне и на входах обмоток запирающей катушки - 4 высокого потенциала. Для реализации данного процесса используется наведенная мощным ЭМИ ЭДС в антенне - 1 (U_ант), к которой подключен блок конденсаторов - 7, состоящий из последовательно включенных высоковольтных конденсаторов. Эти конденсаторы образуют делитель напряжения, сопротивление которого подбирается по максимальной величине возможного (ожидаемого) ЭМИ, а также по величине вносимых потерь для приема полезного сигнала. Блок конденсаторов - 7 состоит из n-конденсаторов. Подключение блока сравнения - 8 к блоку конденсаторов - 7 осуществляется исходя из предельно возможного (порогового) напряжения (U _пop) для защищаемого ППРЭО.

Напряжение, наведенное полем ЭМИ в антенне - 1, поступает через блок конденсаторов - 7 на блок сравнения - 8. Блок 8 совместно с блоком 10, выдающим опорное импульсное напряжение (U_oп), равное по номинальному значению U_пop, обеспечивают выдачу информации о превышении последнего на антенне - 1 в блок динамического триггера - 9, который создает импульс для запуска мультивибратора - 6, работающего в ждущем режиме и выдающего один импульс тока для срабатывания исполнительного механизма (реле) - 5, которое замыкает включатель - 2, обеспечивая заземление второго электрода разрядника - 12. При этом высокое напряжение на антенне - 1 и запирающей катушке - 4 будет заземлено через разрядник - 12 на время, необходимое для локализации накопленного высокого потенциала.

Однако в случае поступления последовательности мощных сверхкоротких ЭМИ наведенный потенциал на входе запирающей катушки - 4 резко возрастает. При этом имеющиеся неоднородности в элементах УЗ приведут к ассиметрии разрядных токов и, как следствие, понижению входного сопротивления симметричных цепей и двух обмоток запирающей катушки - 4, что, в свою очередь, позволит проникнуть высокому потенциалу на вход (выход) ППРЭО.

Для повышения сопротивления обеих цепей запирающей катушки - 4 введено два диодно-емкостных моста - 13 и 14, подключенных по одному к каждому из двух выходов запирающей катушки - 4 (к первому выходу запирающей катушки - 4 подключен диодно-емкостной мост - 13, а ко второму выходу запирающей катушки - 4 подключен диодно-емкостной мост - 14. Оба диодно-емкостных моста состоят из двух цепей, в каждую из которых последовательно включены диод и емкость. Так диодно-емкостной мост - 13 состоит из диодов D₁ и D₂, емкости и с подключенными к нему нагрузочными сопротивлениями R ₃ и R₄. Диодно-емкостной мост - 14 состоит из диодов D₃, и D₄, емкости и с подключенными к нему нагрузочными сопротивлениями R ₁ и R₂.

При появлении в антенне - 1 ЭДС, наведенной мощным ЭМИ, реализуется описанный выше процесс защиты ППРЭО, обеспечивающий подключение через исполнительный механизм - 5 импульсом мультивибратора - 6 включателя - 2 и сброс наведенного высокого потенциала с антенны - 1 и обмоток запирающей катушки - 4 разрядником - 12 на "землю". При этом для повышения эффективности УЗ в условиях возможного воздействия на ППРЭО последовательности мощных сверхкоротких ЭМИ импульсом мультивибратора - 6 запускается высоковольтный усилитель - 11, создающий на своем выходе высокое напряжение, которое через высокоомные (сотни мега-ом) сопротивления R₃ и R₄ поступает на диодно-емкостной мост - 13, а через аналогичные по характеристикам R₁ и R₂ - на диодно-емкостной мост - 14. При этом высокое напряжение в обеих цепях каждого из диодно-емкостных мостов подается между катодом диода и конденсатором, обеспечивая повышение сопротивления для выходных цепей запирающей катушки - 4. Это высокое постоянное напряжение не создает тока из-за включения в цепь перед каждым из диодно-емкостных мостов высокоомных сопротивлений, а также включения в каждую цепь обоих мостов соответствующей емкости.

Возвращение УЗ в исходное состояние производится следующим образом. При прекращении действия ЭМИ (спаде напряжения U_ант до уровня ниже порогового - U_пop) и, как следствие, формирования на выходе мультивибратора - 6 соответствующего импульса на отключение от "земли" второго электрода разрядника - 2 и высоковольтного усилителя - 11, высокое напряжение на диодно-емкостных мостах снимается и возобновляется работа ППРЭО в штатном режиме приема-передачи полезных сигналов.

Эффективность от использования такого предложения будет заключаться в повышении устойчивости функционирования ППРЭО при воздействии на них последовательности мощных сверхкоротких ЭМИ.

Устройство защиты приемопередающего радиоэлектронного оборудования от воздействия последовательности мощных сверхкоротких электромагнитных импульсов, содержащее включатель, симметрирующий автотрансформатор, запирающую катушку, исполнительный механизм, мультивибратор, блок конденсаторов, блок сравнения, динамический триггер, блок питания, высоковольтный газонаполненный разрядник, отличающееся тем, что дополнительно введены высоковольтный усилитель и два диодно-емкостных моста с нагрузочными сопротивлениями, обеспечивающие запирание импульсных напряжений и токов, наводимых многократно повторяющимися мощными сверхкороткими электромагнитными импульсами, на входе приемопередающего радиоэлектронного оборудования, при этом вход высоковольтного усилителя подключен к мультивибратору, а выход высоковольтного усилителя через нагрузочные сопротивления подключен к двум диодно-емкостным мостам, подключенным по одному к каждому из двух выходов запирающей катушки.