相控陣?yán)走_(dá)強電磁脈沖防護(hù)罩的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于強電磁脈沖防護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種相控陣?yán)走_(dá)強電磁脈沖防護(hù)罩，該防護(hù)罩在不影響雷達(dá)正常工作前提下，可用于各種L、S、C頻段相控陣?yán)走_(dá)的強電磁脈沖防護(hù)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電磁脈沖技術(shù)的發(fā)展，強電磁脈沖武器(含寬帶超寬帶電磁脈沖和窄帶高功率微波脈沖)技術(shù)逐步實用于裝備。目前，由于相控陣?yán)走_(dá)超強的多目標(biāo)探測能力使得雷達(dá)相控陣化已經(jīng)成為電子信息裝備的一大發(fā)展趨勢。隨著相控陣?yán)走_(dá)探測能力的不斷增強，相控陣?yán)走_(dá)接收機(jī)敏感度不斷提高，相控陣?yán)走_(dá)受到強電磁脈沖的巨大威脅。由于強電磁脈沖超高的瞬時峰值功率，相控陣?yán)走_(dá)接收機(jī)射頻前端內(nèi)常規(guī)的脈沖防護(hù)限幅元件自身就會損壞。
[0003]然而，由于相控陣?yán)走_(dá)一般由數(shù)千個收發(fā)單元構(gòu)成，分別針對每一個收發(fā)單元開展強電磁脈沖防護(hù)設(shè)計不僅難度大，且成本也將非常昂貴。其次，由于收發(fā)單元自身體積極小，且各功能模塊高度集成，因此可運用于強電磁脈沖防護(hù)設(shè)計的區(qū)域非常小。另外，由于強電磁脈沖超高的峰值功率，采用常規(guī)脈沖防護(hù)二極管(含PIN 二級管、限幅二極管等)的功率承受能力不足以對強電磁脈沖進(jìn)行有效防護(hù)，亦即傳統(tǒng)接收通道防護(hù)方法已無法對強電磁脈沖進(jìn)行有效防護(hù)，需采用天線口面的空間防護(hù)方法對相控陣?yán)走_(dá)進(jìn)行防護(hù)。
[0004]公開號102437399A，公開日2012-05-02，專利名稱為一種高功率微波脈沖防護(hù)罩的專利公開了一種防護(hù)罩，該防護(hù)罩能對較低功率電子設(shè)備天線進(jìn)行強電磁脈沖防護(hù)。然而由于該防護(hù)罩的防護(hù)啟動場強較小，僅能夠用于對小功率收發(fā)通信等設(shè)備進(jìn)行強電磁脈沖防護(hù)。當(dāng)將其運用到大功率雷達(dá)(例如相控陣?yán)走_(dá))強電磁脈沖防護(hù)時，在大功率雷達(dá)的發(fā)射周期內(nèi)，高場強發(fā)射電磁波自身就可以導(dǎo)致防護(hù)罩的防護(hù)機(jī)制被啟動，導(dǎo)致防護(hù)罩的原通帶頻率消失，電子設(shè)備的發(fā)射電磁波無法穿透防護(hù)罩，進(jìn)而雷達(dá)設(shè)備無法正常工作。因此我們迫切需要對相控陣?yán)走_(dá)進(jìn)行強電磁脈沖防護(hù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有低功率設(shè)備強電磁脈沖防護(hù)罩由于防護(hù)啟動場強低，無法對相控陣?yán)走_(dá)進(jìn)行有效防護(hù)的問題，提出了一種適應(yīng)相控陣?yán)走_(dá)的防護(hù)啟動場強能夠跟隨相控陣?yán)走_(dá)收發(fā)周期同步變化的相控陣?yán)走_(dá)強電磁脈沖防護(hù)罩。該相控陣?yán)走_(dá)強電磁脈沖防護(hù)罩在雷達(dá)的發(fā)射周期和接收周期分別擁有不同的防護(hù)啟動場強。在雷達(dá)發(fā)射周期內(nèi)，防護(hù)罩的防護(hù)啟動場強稍大于雷達(dá)發(fā)射場強，此時雷達(dá)發(fā)射電磁波能夠正常穿過防護(hù)罩，雖然外部攻擊電磁脈沖波也能穿過防護(hù)罩，但是在雷達(dá)發(fā)射周期內(nèi)，天線單元與收發(fā)模塊中的發(fā)射模塊聯(lián)通而與接收模塊斷開，由于發(fā)射模塊為大功率器件，其電磁脈沖敏感度低，無需進(jìn)行電磁脈沖防護(hù)；而在相控陣?yán)走_(dá)的接收周期內(nèi)，此時防護(hù)罩的防護(hù)啟動場強變得遠(yuǎn)小于雷達(dá)接收機(jī)的電磁脈沖損傷場強，防護(hù)罩的防護(hù)機(jī)制啟動，在電磁脈沖攻擊下，防護(hù)罩能夠?qū)μ炀€接收模塊進(jìn)行有效防護(hù)。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種相控陣?yán)走_(dá)強電磁脈沖防護(hù)罩，包括一個以上的防護(hù)層和位于防護(hù)層兩側(cè)的支撐結(jié)構(gòu)層；
[0007]所述防護(hù)層包括頻選層、加載在頻選層上的超快響應(yīng)半導(dǎo)體二極管(可達(dá)ns量級)、與雷達(dá)發(fā)射機(jī)連接的直流偏壓模塊，所述直流偏壓模塊與頻選層連接；
[0008]所述頻選層包括上導(dǎo)電層、基板和下導(dǎo)電層，所述上導(dǎo)電層包括一個以上的上導(dǎo)電層單元，所述上導(dǎo)電層單元沿水平與垂直方向排列，且相鄰上導(dǎo)電層單元的邊緣連接在一起；所述下導(dǎo)電層包括一個以上的下導(dǎo)電層單元，所述下導(dǎo)電層單元沿水平與垂直方向排列，且相鄰下導(dǎo)電層單元的邊緣連接在一起；
[0009]所述上導(dǎo)電層單元包括一個金屬方框，該金屬方框與上導(dǎo)電層單元的邊緣重合，所述金屬方框內(nèi)設(shè)有分別位于金屬方框內(nèi)角落處的四個方形金屬片，所述四個方形金屬片的四邊與金屬方框的框邊平行，相鄰方形金屬片間設(shè)有矩形金屬片(每個上導(dǎo)電層單元有4個矩形金屬片)；每個上導(dǎo)電層單元上有16個所述的半導(dǎo)體二極管；其中，8個半導(dǎo)體二極管位于矩形金屬片與方形金屬片之間，半導(dǎo)體二極管的正極與矩形金屬片連接，半導(dǎo)體二極管的負(fù)極與方形金屬片連接；8個半導(dǎo)體二極管位于方形金屬片與金屬方框之間，半導(dǎo)體二極管的正極與方形金屬片連接，半導(dǎo)體二極管的負(fù)極與金屬方框連接；
[0010]所述下導(dǎo)電層單元包括一個十字金屬片，十字金屬片的邊緣與下導(dǎo)電層單元的邊緣重合；十字金屬片與矩形金屬片間存在導(dǎo)電過孔，實現(xiàn)上導(dǎo)電層的矩形金屬片與下導(dǎo)電層十字金屬片之間的電連接。
[0011]在相控陣?yán)走_(dá)的接收周期內(nèi)，直流偏壓模塊的輸入端無偏壓信號，其輸出端電壓為零，此時相控陣?yán)走_(dá)強電磁脈沖防護(hù)罩處于防護(hù)狀態(tài)，由于此時雷達(dá)處于接收狀態(tài)，雷達(dá)自身回?fù)苄盘栠h(yuǎn)小于防護(hù)罩的防護(hù)啟動場強，接收電磁波可以正常的穿透防護(hù)罩。而在強電磁脈沖場攻擊下，由于強電磁脈沖的場強大于防護(hù)罩的防護(hù)啟動場強，防護(hù)罩即可對強電磁脈沖進(jìn)行有效防護(hù)。在雷達(dá)發(fā)射周期內(nèi)，直流偏壓模塊在半導(dǎo)體二極管上施加了較大的負(fù)向偏壓，上述負(fù)向偏壓可以將防護(hù)罩的防護(hù)啟動場強提高到KV/m，此時發(fā)射電磁波無法啟動防護(hù)罩的防護(hù)機(jī)制，防護(hù)罩原來的通帶仍然存在，發(fā)射電磁波可以正常穿透防護(hù)罩。
[0012]更進(jìn)一步的方案是:所述直流偏壓模塊包括輸入端和輸出端，所述輸入端接收雷達(dá)發(fā)射機(jī)發(fā)射的序列信號，所述輸出端輸出一 0.5V?一 20V的負(fù)偏壓信號，直流偏壓模塊輸出端的正極連接在上導(dǎo)電層上，直流偏壓模塊輸出端的負(fù)極連接到下導(dǎo)電層上，將上述一 0.5V?一 20V負(fù)向直流偏壓加載到每個半導(dǎo)體二極管上。
[0013]更進(jìn)一步的方案是:所述防護(hù)層有兩個，依次層疊；外層防護(hù)層選用大功率承受能力的半導(dǎo)體二極管，內(nèi)層防護(hù)層選用低導(dǎo)通電壓的半導(dǎo)體二極管；外層防護(hù)層的防護(hù)殘余場強小于內(nèi)層防護(hù)層的功率承受力。
[0014]更進(jìn)一步的方案是:所述金屬方框的四個框邊的寬度相同，四個方形金屬片的大小相同，相鄰方形金屬片間的縫隙寬度大于金屬方框框邊寬度的兩倍；各矩形金屬片位于相鄰方形金屬片間的縫隙中心處；十字金屬片的厚度為金屬方框框邊寬度的兩倍。
[0015]更進(jìn)一步的方案是:所述支撐結(jié)構(gòu)層包括玻璃鋼蒙皮和泡沫層，此時相控陣?yán)走_(dá)強電磁脈沖防護(hù)罩依次為玻璃鋼蒙皮、泡沫層、防護(hù)層、泡沫層、玻璃鋼蒙皮，支撐結(jié)構(gòu)層的主要作用是保護(hù)防護(hù)罩內(nèi)的防護(hù)層電路不受到外界溫濕度等環(huán)境影響，并起到結(jié)構(gòu)支撐的作用。
[0016]更進(jìn)一步的方案是:所述半導(dǎo)體二極管為單向半導(dǎo)體二極管(可以為肖特基二極管或PIN 二極管)。
[0017]更進(jìn)一步的方案是:直流偏壓模塊為雷達(dá)收發(fā)周期同步直流偏壓模塊，它包括輸入端和輸出端，其中輸入端信號來自相控陣?yán)走_(dá)收發(fā)單元發(fā)射模塊中的發(fā)射序列信號，直流偏壓模塊根據(jù)上述信號產(chǎn)生一個一 0.5V?一 20V的負(fù)偏壓信號，將雷達(dá)收發(fā)周期同步直流偏壓模塊輸出端的正極連接在頻選層的上導(dǎo)電層，而將其負(fù)極連接到頻選層的下導(dǎo)電層，將上述一 0.5V?一 20V負(fù)向直流偏壓加載到每個半導(dǎo)體二極管上。
[0018]本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是:
[0019]1、根據(jù)相控陣?yán)走_(dá)輻射電磁場強選擇直流偏壓模塊的輸出電壓，使得防護(hù)罩防護(hù)啟動場強稍大于相控陣?yán)走_(dá)自身輻射場強，使得防護(hù)罩的防護(hù)能力達(dá)到最大；
[0020]2、采用頻選層可以直接利用頻選材料自身的金屬結(jié)構(gòu)作為直流偏置網(wǎng)絡(luò)，避免了額外的偏置網(wǎng)絡(luò)層對防護(hù)罩插入損耗的影響；
[0021]3、由于每個上導(dǎo)電層單元內(nèi)都存在16個半導(dǎo)體二極管，所以整個防護(hù)罩內(nèi)的半導(dǎo)體二極管可以達(dá)數(shù)十萬量級，由于各二級管相互并聯(lián)，防護(hù)罩的功率承受能力相比于單個二極管提高了 4?6個數(shù)量級，防護(hù)罩的防護(hù)能力強；
[0022]4、采用多層防護(hù)層設(shè)計方案，多個防護(hù)層層疊共同構(gòu)成防護(hù)罩，對各防護(hù)層選取合適的防護(hù)元件和偏置電壓，可以使得各防護(hù)層的功率承受能力和防護(hù)啟動場強相互級聯(lián)；具體方法是外防護(hù)層選用大功率承受能力的二極管作為防護(hù)元件，內(nèi)防護(hù)層選用低導(dǎo)通電壓的二極管作為防護(hù)元件，并保持外層防護(hù)殘余場強小于內(nèi)防護(hù)層的功率承受能力；采用上述多層防護(hù)層設(shè)計方案是為了進(jìn)一步提高防護(hù)罩的防護(hù)能力；
[0023]5、本發(fā)明能對相控陣?yán)走_(dá)及其他大功率收發(fā)設(shè)備進(jìn)行有效防護(hù)。
【附圖說明】
[0024]下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中:
[0025]圖1是本發(fā)明相控陣?yán)走_(dá)強電磁脈沖防護(hù)罩的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2是本發(fā)明相控陣?yán)走_(dá)強電磁脈沖防護(hù)罩的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖3是上導(dǎo)電層的局部結(jié)構(gòu)示意圖及半導(dǎo)體二極管的加載方式圖；
[0028]圖4是下導(dǎo)電層的局部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖中:1、頻選層，2、直流偏置模塊，3、玻璃鋼蒙皮，4、泡沫層，5、雷達(dá)發(fā)射機(jī)，11、上導(dǎo)電層，12、下導(dǎo)電層，13、半導(dǎo)體二極管，111、方形金屬片，112、金屬方框，113、矩形金屬片，114、金屬過孔，115、十字金屬片，6、上導(dǎo)電層單元，7、下導(dǎo)電層單元。
【具體實施方式】
[0030]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合