内容摘要 终端系统作为雷达的重要组成部分，在受到雷电浪涌的危害时，会使得部分对外接口电路损坏，造成系统无法正常工作。为避免这一问题，文中综合利用电源、地线隔离、继电器隔离保护、压敏电阻、电压抑制二极管和信号光电隔离方法设计的防雷隔离器，有效地抑制了雷电浪涌，对终端系统对外接口电路起到了较好的保护作用。并通过工程试验，验证了该防雷设备的有效性。
雷达是国土防空及进攻性导弹和其他作战武器的一个重要组成部分，在空情监视方面起着重要作用。终端系统作为雷达的组成部分，人机交互的重要接口，终端系统一旦出现故障，雷达也将失去其意义。
雷达为了能更好地发挥其探测威力，不被周围事物所遮挡，大都架设在地势较高的地方，随着自然环境发生了变化，为防止恶劣气象对雷达设备带来不可预测的损害，雷达周围均需加装一定数量的避雷针。终端系统作为雷达的组成部分，与其他外部设备和上级指控系统间均通过一定数量的通讯和信号线缆连接，在遇到雷电气象时，雷达周围虽有避雷针保护，但通讯和信号线缆还会引入感应雷电浪涌，造成终端设备对外接口模块芯片损坏现象。针对这一现象，为了减少因外界自然环境带来的损失，根据试验验证的效果，在终端系统对外信号接口的传输线路上加装了防雷隔离器设备来抑制感应雷电浪涌;通过防雷隔离器将雷达终端系统和外部系统间在电气和物理上进行有效的隔离，对终端系统设备能够起到有效的隔离保护作用。
1 防雷方法
针对雷电浪涌对雷达终端系统带来的损害，根据试验和工程经验总结出了以下6种有效的防护措施。
1.1 电源和地的隔离法
利用终端系统提供的电源、地，通过采用相应的隔离电路产生隔离电源、地供部分保护电路与外部信号连接的传输线缆使用;通过该措施，保证了终端系统与外部信号传输线缆电流回路的完全电气隔离，使通过线缆感应的雷电浪涌不能通过与外部信号连接的线缆感应传到雷达终端设备上，而造成不必要的损坏。电源、地隔离示意图如图1所示。
为使内部电路不受外部提供的直流电源干扰，选用DC/DC隔离电路DCP010505BP为内部电路供电，图2为该芯片电路工作原理。通过选用该电路有效地抑制了外部输入电源的干扰，使得信号传输稳定。
1.2 继电器隔离保护法
继电器通常装配在与外部连接的信号接口和对外通讯模块上;通过继电器的控制原理，由控制端口使其保持电信号的通断。在防雷隔离器中安装上继电器，当终端系统在不工作或不需要与外部设备进行连接时，信号传输线自行断开，形成断路，避免了感应雷电浪涌对终端接口的损坏。继电器工作示意图如图3所示。
1.3 压敏电阻法
压敏电阻是一种电压钳位元器件，其工作原理是当电压超过阈值则其输入阻抗将变得非常小，具有高度非线性电压阻抗特性，反应速度快，能承受很高峰值电流，待机状态下漏泄电流又较低，因此可将压敏电阻使用在防雷击隔离器的多级保护电路中的初级，可将高感应雷电电压抑制在一定电压范围内，能起到保护防雷隔离器内部的其他电路以及终端系统与外部设备连接的接口电路。压敏电阻的电压-电阻特性如图4所示。
1.4 电压抑制二极管法
电压抑制二极管采用硅闸流管技术以提供变向钳位保护，当感应雷电浪涌影响到信号和通讯线缆内信号正常传输时，防雷隔离器内的电压抑制二极管可用来吸收通信链路的暂态电压波形和高峰值浪涌电流。电压抑制二极管可为终端系统设备相应接口电路提供可靠性保护，使自然灾害带来的损失可以降到最低。总之，在防雷隔离器内相应电路中使用了电压抑制二极管，一方面可以将感应雷电的部分残压钳制在终端系统设备接口电路可承受的范围内，另一方面也可对外接系统设备异常入侵的浪涌冲击起到有效的保护作用。电压抑制二极管典型的特性如图5和图6所示。
电压抑制二极管具有大的截面积和散热层，可将较大电流导向地面，并通过雪崩效应钳制瞬态电压，具有较强的脉冲吸收能力。当高电压作用时，二极管能以ns量级的响应速度将两级间的高阻抗变为低阻抗，吸收高达数万W的浪涌功率，使两级间的电压钳位于一个预定值。它具有相向时间快，瞬态功率大，漏电流低，击穿电压偏差小，钳位电压易控制，无损坏极限，体积小等优点。当线路中受到雷电浪涌的侵害时，可以通过隔离器内部的电压抑制二极管将瞬态电压钳制在一定的安全范围内，对设备起到保护作用。
1.5 信号光电隔离法
根据试验和工程经验，估计雷电干扰强度，在工程应用上选择的光电隔离器，能有效切断噪声干扰的路径，使其隔离度通常能达到1 kV以上，可有效地消除低残压雷电感应对终端系统与外部接口的影响。使用光电隔离器将终端系统设备和信号传输线之间进行信号光电隔离，保护终端系统设备。光电隔离的原理如图7所示。
2 防雷措施及实现
雷达系统设备防雷击主要是由避雷针、专用引下线以及机动泄流接地网构成的完整的电气通路将雷电流泄入大地。对于其中较小一部分可通过其他多种形式如信号和通讯线缆感应侵入到终端系统设备的雷电流，可通过综合使用上述6种设计方法，设计多级保护的防雷隔离器，能够有效抑制和泻流感应雷电带来的干扰。防雷隔离器设计采用同一类型不同型号芯片和电平转换芯片，其中有支持TTL、RS-232、RS-422等不同电平通信信号的传输。防雷隔离器与终端系统和外接系统连接示意图如图8所示。
防雷隔离器内部设计电路框图如9所示。本防雷隔离器首先有继电器自身通断的工作原理，在设备不工作时将外界的信号线缆断开，起到较好的隔离作用，然后通过压敏电阻与二极管的并联，增加了电感偶合，当浪涌电压加载到防护电路时，二极管先导通反应钳位，在被钳位电压超过压敏电阻的击穿电压时，压敏电阻导通起到泄流作用保护了后端电路的正常工作。
3 结束语
综合上述几种防雷方法设计的隔离器，通过试验和在工程上的应用，充分证明了该设备具有一定的实用价值，可以有效防止雷电浪涌对设备带来的潜在危害，对终端设备起到很好的保护作用;在稳定性和安全性方面也取得了大幅提高。
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