SPD coassiali In base ai loro principi tecnici, i sistemi di protezione possono essere classificati principalmente in tecnologie a tubo a scarica di gas, a semiconduttore per la limitazione della tensione, a isolamento in corrente continua e a quarto d'onda. Tra queste, le tecnologie a tubo a scarica di gas e a semiconduttore per la limitazione della tensione costituiscono il nucleo della protezione di base, mentre le tecnologie a isolamento in corrente continua e a quarto d'onda sono elementi chiave per il raggiungimento di funzioni specifiche.

1. Tipo a tubo di scarico del gas

Principio di funzionamento: Basato sul principio della scarica a rottura nel traferro. Quando la tensione tra i terminali supera la rigidità dielettrica del gas inerte interno, il gas si ionizza formando un plasma, che fornisce un percorso a bassissima impedenza che devia rapidamente la corrente di picco verso terra. Appartiene alla tipologia di dispositivo a dissipazione di energia.

Caratteristiche tecniche:

Vantaggi: La corrente di scarica nominale (In) e la corrente di scarica massima (Imax) sono estremamente elevate (in genere superiori a 10 kA) e la capacità di gestione dell'energia è molto elevata; la capacità interelettrodica è estremamente bassa (in genere <1 pF), con conseguente impatto trascurabile sulla perdita di inserzione e sul rapporto di onda stazionaria per segnali ad alta frequenza.

Svantaggi: tempo di risposta relativamente lungo (nell'ordine delle centinaia di nanosecondi); ampia dispersione della tensione di accensione, con conseguente aumento della tensione residua; nei sistemi in corrente continua o in corrente alternata a bassa frequenza, dopo la scarica può verificarsi un fenomeno di "corrente di mantenimento" dovuto alla tensione di sistema che mantiene l'arco, aspetto che deve essere considerato nella progettazione del circuito.

Ruolo applicativo: Utilizzato principalmente come dispositivo di primo livello (protezione grossolana) o per la protezione primaria di segnali a radiofrequenza a banda larga, responsabile della dissipazione della maggior parte dell'energia derivante da fulmini o sovratensioni di commutazione.

2. Tipo a semiconduttore limitatore di tensione

Principio di funzionamento: Sfrutta le caratteristiche tensione-corrente non lineari di una giunzione PN a semiconduttore. Quando la sovratensione supera la sua tensione di blocco, l'impedenza del dispositivo diminuisce bruscamente, assorbendo o bypassando l'energia della sovratensione e limitando la tensione tra i terminali a un valore predeterminato (tensione di blocco). Appartiene alla tipologia di dispositivo di blocco della tensione. I componenti principali includono:

Diodo soppressore di tensione transitoria (TVS): basato sui principi di rottura a valanga o Zener, presenta un tempo di risposta estremamente rapido (picosecondi) e una tensione di bloccaggio precisa.

Tubo a scarica a semiconduttore (TSS): basato sul principio del tiristore, è un dispositivo di commutazione che mantiene una tensione di conduzione molto bassa dopo la conduzione.

Caratteristiche tecniche:

Vantaggi: Velocità di risposta estremamente rapida; tensione di bloccaggio bassa e costante (Up), che garantisce un elevato livello di protezione; bassa tensione di conduzione nei dispositivi di tipo TSS, che facilita la scarica di correnti elevate.

Svantaggi: La capacità di gestione della corrente e la tolleranza energetica a impulso singolo/multiplo sono di gran lunga inferiori a quelle dei tubi a scarica di gas; la capacità di giunzione dei diodi TVS è relativamente elevata, il che può avere un certo impatto sulla trasmissione di segnali ad altissima frequenza.

Ruoli applicativi: Spesso utilizzato come protezione di secondo livello (protezione fine) o di primo livello, per la protezione di interfacce di chip sensibili alla tensione, particolarmente adatto per linee di segnale digitali e a radiofrequenza a bassa potenza e alta frequenza.

3. Tecnologia di isolamento CC

Principio di funzionamento: Un condensatore di disaccoppiamento a radiofrequenza ad alta tensione è collegato in serie nel percorso del segnale del circuito di protezione. Questo condensatore presenta una bassa impedenza ai segnali CA nella banda di frequenza operativa, garantendo una trasmissione del segnale regolare; presenta un'alta impedenza ai picchi di corrente continua e a bassa frequenza, bloccando così la componente continua.

Principale obiettivo:

Risoluzione dei problemi di continuità di corrente del GDT: se utilizzato in combinazione con un GDT, può bloccare efficacemente la tensione di funzionamento CC del sistema, garantendo che il GDT estingua in modo affidabile l'arco dopo una sovratensione. Si tratta di un elemento ausiliario essenziale per applicazioni GDT affidabili.

Isolamento del potenziale CC del sistema: utilizzato nei sistemi RF che richiedono isolamento del potenziale CC, come ad esempio le porte dell'antenna delle stazioni base con alimentazione remota.

Essenza tecnica: Si tratta di un circuito ausiliario critico che garantisce il normale funzionamento dei dispositivi di protezione principali (in particolare i GDT) e soddisfa i requisiti di interfaccia elettrica del sistema, anziché costituire un tipo di protezione indipendente.

4. Tecnologia di protezione dai cortocircuiti a quarto d'onda

Principio di funzionamento: basato sulla teoria delle linee di trasmissione. Una linea di trasmissione con impedenza caratteristica Z0 e lunghezza λ/4 (dove λ è la lunghezza d'onda alla frequenza operativa), se cortocircuitata a un'estremità, presenta idealmente un'impedenza infinita all'ingresso. Alla frequenza operativa, il segnale la attraversa senza perdite; quando arriva un picco a bassa frequenza (la cui frequenza corrisponde a una lunghezza d'onda molto maggiore di questa lunghezza fisica), questa struttura agisce come un percorso a bassa impedenza, convogliando l'energia verso terra.

Caratteristiche tecniche:

Vantaggi: Struttura fisica puramente passiva, nessuna limitazione di durata e affidabilità estremamente elevata; eccellenti prestazioni in termini di perdita di inserzione e rapporto di onda stazionaria di tensione (VSWR) in prossimità della frequenza operativa; elevata capacità di gestione della potenza, in grado di sopportare elevate potenze a onda continua.

Svantaggi: protezione a banda ristretta, trasparente solo ai segnali a banda stretta in prossimità della frequenza centrale di progetto; le dimensioni fisiche sono correlate alla frequenza operativa, con conseguenti dimensioni maggiori per le applicazioni a bassa frequenza; costi di produzione elevati.

Scenari di applicazione: Questo prodotto è specificamente progettato per la protezione dalle sovratensioni nei sistemi di trasmissione a radiofrequenza ad alta potenza e a banda stretta, come ad esempio i terminali di uscita dei trasmettitori delle stazioni base di comunicazione in specifiche bande di frequenza e nei canali di trasmissione radar. Si tratta di una soluzione dedicata e ad alte prestazioni per questo tipo di applicazioni.