Koaksiyel SPD'ler Teknik prensiplerine göre gaz deşarj tüpü, yarı iletken voltaj sınırlama, DC izolasyon ve çeyrek dalga boyu teknolojileri olmak üzere başlıca üç kategoriye ayrılabilirler. Bunlar arasında gaz deşarj tüpü ve yarı iletken voltaj sınırlama tipleri temel korumanın çekirdeğini oluştururken, DC izolasyon ve çeyrek dalga boyu teknolojileri belirli işlevleri gerçekleştirmek için kilit tasarımlardır.

1. Gaz tahliye tüpü tipi

Çalışma prensibi: Gaz aralığı deşarjı prensibine dayanmaktadır. Terminaller arasındaki voltaj, içteki inert gazın yalıtım dayanımını aştığında, gaz iyonlaşarak plazma oluşturur ve bu da ani akımı hızla toprağa ileten çok düşük empedanslı bir yol sağlar. Enerji dağıtım tipi bir cihazdır.

Teknik özellikler:

Avantajlar: Nominal deşarj akımı (In) ve maksimum deşarj akımı (Imax) son derece yüksektir (tipik olarak 10kA'yı aşar) ve enerji işleme kapasitesi çok güçlüdür; elektrotlar arası kapasitans son derece düşüktür (tipik olarak <1pF), bu da yüksek frekanslı sinyaller için ekleme kaybı ve duran dalga oranı üzerinde ihmal edilebilir bir etkiye neden olur.

Dezavantajları: Nispeten uzun tepki süresi (yüzlerce nanosaniye); ateşleme voltajında büyük dağılım, bu da daha yüksek artık voltaja neden olur; DC veya düşük frekanslı AC sistemlerde, sistem voltajının arkı sürdürmesi nedeniyle deşarjdan sonra "sürdürücü akım" fenomeni olabilir ve bu durum devre tasarımında ele alınmalıdır.

Kullanım Amacı: Öncelikle birinci seviye (kaba koruma) cihazı olarak veya geniş bantlı radyo frekansı sinyallerinin birincil koruması için kullanılır ve yıldırım çarpması veya anahtarlama dalgalanması enerjisinin büyük kısmını boşaltmaktan sorumludur.

2. Yarı iletken gerilim sınırlayıcı tip

Çalışma prensibi: Yarı iletken PN ekleminin doğrusal olmayan gerilim-akım özelliklerini kullanır. Ani gerilim, kenetleme gerilimini aştığında, cihaz empedansı aniden düşer, aşırı gerilim enerjisini emer veya atlar ve terminaller arasındaki gerilimi önceden belirlenmiş bir değere (kenetleme gerilimi) sınırlar. Gerilim kenetleme tipi bir cihazdır. Başlıca bileşenleri şunlardır:

Geçici Gerilim Bastırıcı (TVS) diyot: Çığ veya Zener kırılma prensiplerine dayanır, son derece hızlı tepki süresine (pikosananiye) ve hassas kenetleme gerilimine sahiptir.

Yarıiletken deşarj tüpü (TSS): Tristör prensibine dayanan, iletimden sonra çok düşük bir açık durum voltajını koruyan bir "anahtarlama" cihazıdır.

Teknik özellikler:

Avantajları: Son derece hızlı tepki hızı; düşük ve tutarlı sıkıştırma gerilimi (Up), yüksek düzeyde koruma sağlar; TSS tipi cihazlarda düşük açık durum gerilimi, yüksek akım deşarjını kolaylaştırır.

Dezavantajları: Akım taşıma kapasitesi ve tek darbe/çoklu darbe enerji toleransı, gaz deşarj tüplerine göre çok daha düşüktür; TVS diyotlarının bağlantı kapasitesi nispeten yüksektir, bu da ultra yüksek frekanslı sinyal iletimini bir miktar etkileyebilir.

Uygulama alanları: Genellikle ikinci seviye (hassas koruma) veya tek seviye koruma olarak, özellikle düşük güç tüketimli, yüksek frekanslı dijital ve radyo frekanslı sinyal hatları için uygun olup, voltaja duyarlı çip arayüzlerini korumak için kullanılır.

3. DC izolasyon teknolojisi

Çalışma prensibi: Koruma devresinin sinyal yoluna seri olarak yüksek voltajlı bir radyo frekansı ayırma kondansatörü bağlanır. Bu kondansatör, çalışma frekans bandındaki AC sinyallerine düşük empedans göstererek sinyalin sorunsuz iletimini sağlar; DC ve düşük frekanslı ani akım yükselmelerine yüksek empedans göstererek DC bileşenini bloke eder.

Ana hedef:

GDT akımının devamlılığı sorunlarının çözümü: Bir GDT ile birlikte kullanıldığında, sistemin DC çalışma voltajını etkili bir şekilde bloke ederek, GDT'nin bir ani akım yükselmesinden sonra arkı güvenilir bir şekilde söndürmesini sağlar. Bu, güvenilir GDT uygulamaları için olmazsa olmaz bir yardımcı tasarım bileşenidir.

Sistem DC potansiyel izolasyonu: Uzaktan güç beslemesi olan baz istasyonu anten portları gibi DC potansiyel izolasyonu gerektiren RF sistemlerinde kullanılır.

Teknik öz: Bu, bağımsız bir koruma türü olmaktan ziyade, temel koruma cihazlarının (özellikle GDT'lerin) normal çalışmasını sağlayan ve sistemin elektriksel arayüz gereksinimlerini karşılayan kritik bir yardımcı devre tasarımıdır.

4. Çeyrek dalga boylu kısa devre koruma teknolojisi

Çalışma prensibi: İletim hattı teorisine dayanmaktadır. Uç kısmından kısa devre yapıldığında, karakteristik empedansı Z0 ve uzunluğu λ/4 olan (burada λ, çalışma frekansındaki dalga boyudur) bir iletim hattı, ideal olarak girişte sonsuz bir empedans sunar. Çalışma frekansında sinyal kayıpsız geçer; düşük frekanslı bir dalgalanma (frekansı bu fiziksel uzunluktan çok daha büyük bir dalga boyuna karşılık gelir) geldiğinde, bu yapı düşük empedanslı bir yol görevi görerek enerjiyi toprağa yönlendirir.

Teknik özellikler:

Avantajları: Tamamen pasif fiziksel yapı, kullanım ömrü sınırlaması yok ve son derece yüksek güvenilirlik; çalışma frekansına yakın mükemmel ekleme kaybı ve gerilim duran dalga oranı (VSWR) performansı; yüksek güç taşıma kapasitesi, yüksek sürekli dalga gücüne dayanabilme özelliği.

Dezavantajları: Dar bant genişliği koruması, yalnızca tasarlanan merkez frekansına yakın dar bant sinyallerine karşı şeffaf; fiziksel boyut, çalışma frekansıyla ilişkilidir, bu da düşük frekanslı uygulamalar için daha büyük boyut anlamına gelir; yüksek üretim maliyeti.

Uygulama senaryoları: Bu ürün, özellikle belirli frekans bantlarındaki iletişim baz istasyonu vericilerinin çıkış terminalleri ve radar iletim kanalları gibi yüksek güçlü, dar bantlı radyo frekansı iletim sistemlerinde aşırı gerilim koruması için tasarlanmıştır. Bu tür uygulamalar için yüksek performanslı, özel bir çözümdür.