电磁脉冲防护要点.ppt

电磁脉冲防护,北京旺达世嘉科技发展有限公司,电磁脉冲武器的概念,电磁脉冲的概念：电磁脉冲”一词一是来源于大自然的闪电，在闪电过程中形成亮光的附近就出现瞬变的电磁场，其形是来源于“核电磁脉冲”。当原子弹、氢弹爆炸的时候，其放射线能使空气电离、产生康普敦电流，由于产生一个强大的瞬变电磁场，在一定距离上，使一些电子设备中会感应出一个比较强的浪涌电压和电流，这个浪涌信号在一些缺乏足够防护能力的电子器件上会造成紊乱，使其性能下降甚至出现毁伤现象；二是高能微波技术，就是利用相对论电子器件辐射出各个无线电波段上的巨大量级的射频脉冲信号，也能够在远方目标上产生一个瞬变的强大的电磁场脉冲，因此高能微波射频脉冲也可以称其为电磁脉冲的一种形式，他和常规雷达的信号波形在本质上基本相同，因此更适合于对敌方的电子设备的军事打击。电磁脉冲武器的定义：利用能量转换产生强电子束流，激励高功率微波源产生极高脉冲功率辐射电磁能的一种武器。电磁脉冲武器分为核电磁脉冲武器和非核电磁脉冲武器。,核电磁脉冲武器和非核电磁脉冲武器简介,核电磁脉冲武器：是一种利用核爆炸产生的高强度电磁脉冲对目标电子线路和元器件实施破坏的电磁脉冲武器。这是一种以增强电磁脉冲效应为主要特征的新型核武器。核爆炸时，除产生冲击波、光热辐射、放射性污染之外，还有第四种效应电磁脉冲效应。当这种电磁脉冲通过天线或天线等效体进入毫无防备的电子设备后，就能在一瞬间造成雷达迷盲、通信中断、计算机失控，使指挥控制系统的电子部件遭到极大破坏。非核电磁脉冲武器：非核电磁脉冲武器是利用炸药爆炸压缩磁通量的方法产生高功率电磁脉冲的电磁脉冲武器。其原理是将炸药的化学能转化为巨大的脉冲电磁能，利用爆炸时产生的电磁脉冲对敌方装备进行软杀伤。目前，世界上少数国家已经开发出的具有实战价值的非核电磁脉冲武器可分为四大类：电磁脉冲弹、高能电磁脉冲发生器、高功率微波炮和爆炸驱动磁通压缩辐射器。电磁脉冲弹是一种利用大功率电磁脉冲直接杀伤破坏目标或使目标丧失作战效能的非核电磁脉冲武器。这种武器由飞机或导弹在空中发射并爆炸后，其强大的脉冲功率，可将敌方的电子灵敏元件，甚至整个电子设备烧毁。这种武器的破坏目标通常不是某一种电子设备，而是某一地区的几乎所有电子设备。据称，俄罗斯已研制成功一次可释放能量100兆焦耳的电磁脉冲弹，该弹对北约的C4ISR系统威胁极大。高能电磁脉冲发生器能发射频带很宽的电磁脉冲，可瞬间大范围覆盖目标系统的响应频率，对电子设备有很大的威胁。据报道，美军正在研究用高能炸弹驱动的电磁脉冲发生器，在最近的实验中，长3.05米、宽0.61米的普洛西翁型发生器产生了上升时间仅400纳秒的1216兆安的脉冲，有效功率达4太瓦。高功率微波炮是另一种电磁脉冲武器，它能产生GW量级的微波，就像探照灯和手电筒射出的光束一般，可瞬间击毁电子元器件。据称，美空军拟将输电约30兆安的小型高功率微波炮装在巡航导弹中，利用类似聚光罩的天线，将高功率微波炮的输电能量汇聚在大约30度的范围内，从而达成对电子设备进行瘫痪攻击的效应。爆炸驱动磁通压缩辐射器是近年研制的一种新型电磁脉冲武器，它也是目前适合于炸弹应用的最成熟的技术。其基本原理是，用可在数百微秒时间内的快速爆炸压缩磁场以产生数十兆焦耳的电能。一部大型爆炸驱动磁通压缩辐射器产生的电流比一次典型的雷击产生的电流大101000倍。该辐射器可由制导炸弹或巡航导弹进行投掷，当降落到目标附近一定区域时，辐射器产生的电磁脉冲可使计算机和通信设备中的电路失效，其最大作用距离可达400米。,核电磁脉冲武器和非核电磁脉冲武器的几点说明（一）,核电磁脉冲武器：低空核爆炸：电磁脉冲效应非主要破坏效应。高空核爆炸：电磁脉冲效应为主要破坏效应。核爆电磁脉冲武器主要是指采用高空核爆的核武器。即使是一颗普通的氢弹，如果采用高空爆炸的方式，以电磁脉冲形式释放的能量在此次爆炸能量中占的份额也将比大气层内的核爆炸提高几个数量级。特别重要的是，在大气层外的高空爆炸时，由于没有空气，就不能产生冲击波，也不能生成热辐射，而放射性尘屑又随距离平方而减弱，电磁脉冲几乎成了唯一的核爆炸效应。它的后果是破坏电子设备，比如敌方的通信设备、计算机、指挥系统电力网等，但毫不伤害人。研制一种使电磁脉冲效应大大增强的新型的核武是十分自然而且必要的。关于高空和低空的划分:20公里-稠密的大气层20-40公里-稀薄的大气层40公里-基本没有空气20公里以下的爆炸定义为低空爆炸40公里以上的爆炸定义为高空爆炸（大气层外的爆炸）,核电磁脉冲武器和非核电磁脉冲武器的几点说明（二）,无论是核电磁脉冲武器还是非核电磁脉冲武器，公开的文献都很少，做为电磁脉冲防护主要的“假想敌”,其共同的特点都是产生一种瞬态的脉冲辐射，其能量大、上升前沿时间短、频率覆盖范围广。设备所应具备的瞬态脉冲辐射敏感度，美军标MIL-STD-461E-RS105和国军标GJB151A-97-RS105都做了相关的规定。,GJB151A-97-RS105关于脉冲波形的定义,MIL-STD-461E-RS105关于脉冲波形的定义,关于瞬态脉冲波形定义的说明,无论是美军标还是国军标定义脉冲的波形实际上是定义了我们所要防护的“脉冲源”的标准。波形图反映出来的几个关键指标是进行防护的依据。极限场强（50Kv/m）上升前沿时间（美：2-5ns国：10ns）持续时间：（美：200ns国：500ns）频率覆盖范围宽：产生的电磁脉冲约在10kHz100MHz的整个宽频带区域。,各种军用电子装备的使用频率与核电磁脉冲的关系,电磁脉冲破坏机理,电磁脉冲对设备的耦合机理可以分为辐射耦合和传导耦合（这两种耦合往往是交杂在一起的）。其表现形式为产生瞬态的高电压和高电流，进而损坏设备。电磁脉冲作用于设备的主要途径：天线电源线信号线孔洞、缝隙,电磁脉冲防护的工程实现,防护的基本思路：是屏蔽+电磁脉冲防护模（MAK），即方仓MAK是工程实现的一种重要的可行形式。防护的实现原理：通过方仓把辐射耦合对设备的影响降低，通过MAK把传导耦合对设备的影响降低，最终实现把电磁脉冲对设备的影响控制在设备可承受的范围内。MAK的功能以及优点:1、集成化的MAK能够最大限度的减少方仓的开孔，把屏蔽体因孔隙而造成的衰减减弱降到最低。2、MAK设计、生产的定制化能够针对被保护设备的抗干扰性，实现精确的、有效的保护。备注：关于方仓屏衰减的标准：60dB60dB衰减的方仓是厂家根据多年的防护经验提出的建议值。,关于工程实现的实施步骤,1.选用衰减为60dB的军用方仓。2.使用方提供舱内EUT的抗干扰级别。3.使用方提供舱内EUT的电气、信号引出点的类型、指标。4.制造方根据EUT抗干扰级和相应的电气、信号引出点的类型、指标设计能够满足设备防护要求的MAK。5.将所有设备安装完成，包括MAK等。6.对整个系统进行NEMP测试。7.对测试结果进行分析，改进设备。8.如果有必要，可重复做NEMP实验，知道这个系统能通过测试。,工程实现示意图,测试,测试主要根据美军标MIL-STD-461E-RS105中描述的测试方法进行。适用范围：本规定适用于有外部加固（屏蔽）平台或设施的设备和子系统,适用的设备仅仅根据需求采购的非金属平台，适用于保障空军飞行安全重要设备和安装在外部的子系统。限制：EUT（待测设备）不能有任何故障、性能退化或偏离特定指标和超过单个设备或子系统的精度标准，测试信号波形和振幅如图RS105-1所示，脉冲信号每分钟少于5个。,典型的测试装置图,测试设备安装俯视图,RS105-3平行板辐射系统典型安装设置,测试过程,a打开测量设备并且待运行稳定；b校准：按照校准设置执行下列程序（1）产生一个脉冲，调整脉冲发生器产生一个脉冲场，用B-dot或D-dot探测器测量场的峰值，上升时间，脉冲宽度符合测试所需要求。警告：高压具有潜在的致命性。使用示波器记录这个波形。（2）RS105限制的精度和特性如下：-上升时间（在10和90之间）在1.8ns和2.8ns之间（电场持续升高）。-FWHM(fullwidthhalfmaximum)脉冲宽度为23ns5ns-每一个穿孔位置的峰值电场和磁场：0dBmagnitude6dBabovelimit.（3）对图RS105-2上其余四个测试点重复步骤（1）和（2）（4）确定5个穿孔位置满足脉冲发生器和相关脉冲驱动幅度能够同时满足场需求,测试过程,EUT测试。使用测试设置执行下述过程打开EUT并且让EUT充分稳定下来在任意垂直方向测试EUT根据5.20.3.4b（4）从峰值振幅的10开始输出脉冲，直到波形达到测试描述所需。脉冲的振幅上升根据步骤2或3直到满足测试等级要求。确保测试用激励器脉冲波形特性符合5.20.3.4b（2）测试所需的脉冲频率不大于1次/分钟在每一个测试脉冲信号过程中监测EUT抗扰性和性能的变化。如果EUT在