本发明涉及射频前端器件保护和强电磁脉冲的技术领域，具体地，涉及基于瞬态电压抑制器的微波防护电路。
背景技术：
随着电子科技的飞速发展，信息化程度的不断提高，各种电子设备所面对的电磁环境也越来越复杂，亟需采取与之相对应的防护措施。电磁环境是存在于空间中所有电磁现象的总和，其中自然界和人类社会中产生的多种电磁脉冲都能对信息安全带来严重威胁，如雷电、静电放电、核电磁脉冲以及高功率微波辐射等。雷电、静电感应以及高功率微波等电磁脉冲均可以通过天线、电缆、接口以及设备孔隙耦合进入电子信息系统内部，产生瞬态过电压，进而影响系统正常工作甚至导致损毁。其中高功率微波的频率范围极广，为300mhz-300ghz，脉冲峰值功率不低于100mw，甚至可达gw量级，脉冲时间在几十ns到几百ns之间，对电子系统具有很强的危害性。因此，需要提出一种技术方案以改善上述技术问题。
技术实现要素：
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于瞬态电压抑制器的微波防护电路。
根据本发明提供的一种基于瞬态电压抑制器的微波防护电路，包括第一防护电路和第二防护电路，所述第一防护电路和第二防护电路是瞬态电压抑制器的组合。
优选地，所述瞬态电压抑制器的组合方式包括种类、数量以及防护电路的接入位置。
优选地，所述第一防护电路的瞬态电压抑制器的型号为esd105-b1-02els；所述第二防护电路的瞬态电压抑制器的型号为esd108-b1-csp0201。
优选地，所述第一防护电路包括多个tvs二极管。
优选地，所述tvs二极管包括五个型号为esd105-b1-02els的tvs二极管和两个型号为esd108-b1-csp0201的tvs二极管。
优选地，所述第一防护电路包括六条支路，第一条支路包含两个tvs二极管，第一个为tvs二极管esd105-b1-02els，第二个为tvs二极管esd108-b1-csp0201；第二条至第五条支路包括一个tvs二极管esd105-b1-02els；第六条支路包括一个tvs二极管esd108-b1-csp0201。
优选地，所述第二防护电路包括多个tvs二极管。
优选地，所述第二防护电路包括三个型号为esd105-b1-02els的tvs二极管和三个型号为esd108-b1-csp0201的tvs二极管。
优选地，所述第二防护电路包括三条支路，第一条支路包含四个tvs二极管，由上至下分为两部分，第一部分为tvs二极管esd105-b1-02els与tvs二极管esd105-b1-02els和tvs二极管esd108-b1-csp0201的并联，第二部分包括一个tvs二极管esd108-b1-csp0201，第一部分与第二部分串联；第二条支路包括一个tvs二极管esd105-b1-02els；第三条支路包括一个tvs二极管esd108-b1-csp0201。
优选地，所述第一防护电路和第二防护电路的一端接入被保护器件的输入端，另一端接地。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、防护电路占用体积小，成本低廉，且响应速度快，拥有纳秒级的响应时间，防护效果好；
2、通过对保护电路在hpm脉冲下进行了测试，得到了实际情况下的保护效果；
3、当hpm脉冲的输入功率为50～62.5dbm时，电路的最高保护比可达20db；
4、本发明将两种瞬态电压抑制器进行组合，利用其遭遇强电磁脉冲冲击时电阻迅速下降，进而吸收大电流保护后续电路的特性，确保后续器件免受瞬态高能量的冲击而损坏；
5、本发明利用两种瞬态电压抑制器的电路模型，通过仿真获得了不同频率下瞬变电压抑制二极管的高频特性，同时得到了它们的动态电阻与输入功率的关系，获得吸收电流的比值，从而显著地提升了被保护器件的功率阈值。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明中tvs二极管esd105-b1-02els的精确电路模型图；
图2为本发明中tvs二极管esd108-b1-csp0201的精确电路模型图；
图3为本发明两种高功率微波防护电路的结构图；
图4为本发明两种高功率微波防护电路的动态电阻及分流比例随所注入高功率微波脉冲功率增加的变化情况图；
图5两种高功率微波防护电路的防护效果随所注入高功率微波脉冲功率增加的变化情况图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
图1所示的是tvs二极管esd105-b1-02els的精确电路模型图。该模型内部包括一个对称结构，对称结构的左半部分包含5个等效二极管dhc、df、dz、ds和dt，一个等效电容c1和一个等效电阻r1。对称结构的左半部分包括三条支路，第一条支路由等效二极管dhc构成，第二条支路中，等效二极管dz的阴极与等效电容c1相连接，等效二极管dt的阳极与等效电阻r1相连接，然后二者并联再与等效二极管ds的阳极相连接，第三条支路由等效二极管df构成。等效二极管dhc、df的阳极与对称结构右半部分相连，阴极与等效电感l相连，等效电感l的另一端与等效电容c3相连，等效电容c3的另一端再与对称结构右半部分中等效二极管dhc、df的阴极相连。
图2所示的是tvs二极管esd108-b1-csp0201的精确电路模型图。该模型可视为一个对称结构，对称结构的左半部分包含5个等效二极管dhc、df、dz、ds和dt，3个等效电容c1、c2、cp，两个等效电阻r1、r2和一个等效电感ls。其中等效二极管dhc与df相并联，它们的阳极与等效二极管ds的阳极相接，阴极与等效二极管dt的阳极和dz的阴极相接。等效二极管dt与等效电容c1、c2串联，等效二极管dz与等效电阻r1、r2串联。等效电感ls的一端与等效电容c1、等效电阻r1和等效二极管ds的阴极相接，另一端与等效电容cp相接，等效电容cp的另一端与模型右半部分中的等效二极管dhc、df的阴极相接。
图3所示的是两种高功率微波防护电路的结构图。第一防护电路共包含7个tvs二极管，其中5个为tvs二极管esd105-b1-02els，2个为tvs二极管esd108-b1-csp0201。第一防护电路共由6条支路构成，其中左数第一条支路包含两个tvs二极管，由上至下第一个为tvs二极管esd105-b1-02els，第二个为tvs二极管esd108-b1-csp0201；第二条至第五条支路由一个tvs二极管esd105-b1-02els构成；第六条支路由一个tvs二极管esd108-b1-csp0201构成。
第二防护电路共包含6个tvs二极管，其中3个为tvs二极管esd105-b1-02els，3个为tvs二极管esd108-b1-csp0201。第二防护电路共由3条支路构成，其中左数第一条支路包含4个tvs二极管，由上至下可分为两部分，第一部分为tvs二极管esd105-b1-02els与tvs二极管esd105-b1-02els和tvs二极管esd108-b1-csp0201的并联，第二部分由一个tvs二极管esd108-b1-csp0201，并且第一部分与第二部分串联；第二条支路由一个tvs二极管esd105-b1-02els构成；第三条支路由一个tvs二极管esd108-b1-csp0201构成。
图4所示的是两种高功率微波防护电路的动态电阻及分流比例随所注入高功率微波脉冲功率增加的变化情况图。两种防护电路动态电阻的变化趋势整体上比较相似，均是在注入功率较低时处于阻值较高的状态，功率值增加到一定程度后动态电阻急剧下降，之后下降趋势放缓，并最终趋近于某一定值。当注入功率为25dbm时，第一防护电路的动态电阻为17.76欧姆，第二防护电路的动态电阻为31.22欧姆。这是因为此时的注入功率值较小，tvs二极管的阻值较大，五种电路中tvs管esd105-b1-02els的阻值约为100至150欧姆，tvs管esd108-b1-csp0201的阻值则约为30至60欧姆，电路的连接方式对电阻的影响占主导因素。而第二防护电路的支路比第一防护电路少，所以第二防护电路的阻值要大于第一防护电路。并且当注入功率到达30dbm左右时，第二防护电路的电阻便迅速下降，而第一防护电路在注入功率达到35dbm时其动态电阻才显著减小。这是因为第二防护电路支路最少，单个tvs二极管所在的支路所分担的功率值比第一防护电路中类似位置的tvs二极管更多，电阻随注入功率的增加减小更快，将第二防护电路的阻值迅速拉低。当注入功率介于50至65dbm时，第一防护电路的阻值介于0.495-1.001欧姆，第二防护电路的阻值介于0.769-2.23欧姆。高功率微波防护电路的电阻值越低，电路所吸收的电流也就越大，相应的分流比例也随之增加，对后续电路元器件的保护效果更好。
图5所示的是两种高功率微波防护电路的防护效果随所注入高功率微波脉冲功率增加的变化情况图。从图中可以看出当注入功率值介于防护所需的50-65dbm时，第一防护电路的对阈值功率的提升效果可达17-20db，第二防护电路对阈值功率的提升效果可达14-18db。并且两种防护电路随注入功率的增加防护效果也有所提升，性价比极高，有利于对高功率微波的进一步防护。
本发明的防护电路占用体积小，成本低廉，且响应速度快，拥有纳秒级的响应时间，防护效果好；通过对保护电路在hpm脉冲下进行了测试，得到了实际情况下的保护效果；当hpm脉冲的输入功率为50～62.5dbm时，电路的最高保护比可达20db。
本发明将两种瞬态电压抑制器进行组合，利用其遭遇强电磁脉冲冲击时电阻迅速下降，进而吸收大电流保护后续电路的特性，确保后续器件免受瞬态高能量的冲击而损坏；利用两种瞬态电压抑制器的电路模型，通过仿真获得了不同频率下瞬变电压抑制二极管的高频特性，同时得到了它们的动态电阻与输入功率的关系，获得吸收电流的比值，从而显著地提升了被保护器件的功率阈值。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
1.一种基于瞬态电压抑制器的微波防护电路，其特征在于，包括第一防护电路和第二防护电路，所述第一防护电路和第二防护电路是瞬态电压抑制器的组合。
2.根据权利要求1所述的一种基于瞬态电压抑制器的微波防护电路，其特征在于，所述瞬态电压抑制器的组合方式包括种类、数量以及防护电路的接入位置。
3.根据权利要求1所述的一种基于瞬态电压抑制器的微波防护电路，其特征在于，所述第一防护电路的瞬态电压抑制器的型号为esd105-b1-02els；所述第二防护电路的瞬态电压抑制器的型号为esd108-b1-csp0201。
4.根据权利要求1所述的一种基于瞬态电压抑制器的微波防护电路，其特征在于，所述第一防护电路包括多个tvs二极管。
5.根据权利要求4所述的一种基于瞬态电压抑制器的微波防护电路，其特征在于，所述tvs二极管包括五个型号为esd105-b1-02els的tvs二极管和两个型号为esd108-b1-csp0201的tvs二极管。
6.根据权利要求1所述的一种基于瞬态电压抑制器的微波防护电路，其特征在于，所述第一防护电路包括六条支路，第一条支路包含两个tvs二极管，第一个为tvs二极管esd105-b1-02els，第二个为tvs二极管esd108-b1-csp0201；第二条至第五条支路包括一个tvs二极管esd105-b1-02els；第六条支路包括一个tvs二极管esd108-b1-csp0201。
7.根据权利要求1所述的一种基于瞬态电压抑制器的微波防护电路，其特征在于，所述第二防护电路包括多个tvs二极管。
8.根据权利要求7所述的一种基于瞬态电压抑制器的微波防护电路，其特征在于，所述第二防护电路包括三个型号为esd105-b1-02els的tvs二极管和三个型号为esd108-b1-csp0201的tvs二极管。
9.根据权利要求1所述的一种基于瞬态电压抑制器的微波防护电路，其特征在于，所述第二防护电路包括三条支路，第一条支路包含四个tvs二极管，由上至下分为两部分，第一部分为tvs二极管esd105-b1-02els与tvs二极管esd105-b1-02els和tvs二极管esd108-b1-csp0201的并联，第二部分包括一个tvs二极管esd108-b1-csp0201，第一部分与第二部分串联；第二条支路包括一个tvs二极管esd105-b1-02els；第三条支路包括一个tvs二极管esd108-b1-csp0201。
10.根据权利要求1所述的一种基于瞬态电压抑制器的微波防护电路，其特征在于，所述第一防护电路和第二防护电路的一端接入被保护器件的输入端，另一端接地。
技术总结