电磁脉冲防护

电磁脉冲防护北京旺达世嘉科技发展有限公司专题网站：邮箱：[e-mail]电话:[phone]引言随着微电子技术的发展，微电子设备已在各种军用设备和系统中获得广泛应用，而微电子设备对电磁脉冲又是极为敏感的，微电子元器件的集成度越高，对电磁脉冲的易损性就越高。各种信息设备与系统是否能安全运行，在很大程度上将影响战争的胜负。鉴于电磁脉冲对信息设备与系统构成的严重威胁以及核电磁脉冲的发展前景，核武器爆炸所产生的电磁脉冲效应及其工程防护受到了特别的关注。电磁脉冲武器的概念电磁脉冲一词是来源于大自然的闪电，在闪电附近出现了瞬变的电磁场。其原理为：净电子电流→磁场变化→电场变化→电磁变化→电磁脉冲。因为为瞬变的电磁场很容易造成一些电子设备的紊乱，大家也逐渐的了解电磁脉冲的特点，并加以应用到实战中，从而演变成了电磁脉冲武器。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•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，还有第四种应——电磁脉冲效应。•当核爆炸的时候，其放射线能使空气电离、产生康普顿效应，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，性能下降甚至出现毁伤现象；高空核爆的破坏效应低空核爆炸：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。可见，使电磁脉冲效应大大增强的新一代核武器的出现是十分自然的。高空核磁爆产生机理100km30km3000km大气层伽马射线康普顿效应*自由电子*NEMPNEMP伽马射线Earthfield高空核磁爆产生机理如图所示，在100km以上的高度的大气层外产生核爆炸时，γ射线脉冲到达大气层，与空气中的分子发生冲撞而产生康普顿效应（康普顿效应是一种把电子从空气的分子中赶出来的现象。）在这个电子流动的过程中产生电磁脉冲。虽然，核电磁脉冲为瞬时现象，但它对半导体器件及微电子设备却具有极大的杀伤力——电击穿。其作用范围也随爆炸的高度而异。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通过微波器件转换成高功率微波辐射能，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。电磁脉冲的特点•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10kHz～100MHz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雷电磁脉冲（LEMP）与核电磁脉冲（NEMP）的比较时域频谱sNEMP的频谱可达几百兆赫NEMP要比闪电快得多LEMP和NEMP测试脉冲的差异LEMP/Surgetestpulse4kV,1.2/50sNEMPtestpulse6kV,5/200nsNEMP/HEMP约有1000次LEMP那么快核电磁脉冲的破坏类型可使晶体二极管、晶体管、集成电路、电阻及电容、滤波器、继电器和粒波器等电子元器件受到损坏；可以与电缆、导线和天线等耦合，引起电子设备的失效或损坏、电路开关跳闸和触发器翻转；能使根据磁通工作的存贮器（磁心、磁鼓和磁带等）消磁或失真，破坏元器件或抹去存贮的信息和引起关闭传递假信号；电磁脉冲使飞机和导弹等的金属外壳上产生很大的感生电流，使电子元器件、线路和设备受到不同程度的干扰和破坏。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、缝隙核电磁脉冲的防护主要思路：针对电磁脉冲对敏感设备的各种耦合通道，通过对电磁脉冲能量的反射、吸收、隔离和泄放，使其衰减到设备能承受的程度。常用的防护手段：＊屏蔽＊滤波＊接地对各种工程技术设施、设备的防护主要采取屏蔽法，就是将电子设备、仪器安置于电气屏蔽的壳体内，使电磁能量从屏蔽体的一面传输到另一面时受到很大削减。核电磁脉冲的防护实际应用的屏蔽室由于使用的需要，必须设置门、通风窗、进线孔等，从而在屏蔽体上形成空洞和缝隙，造成电磁泄漏，导致屏蔽室的屏蔽效能降低。防护的基本思路：是屏蔽+电磁脉冲保护器（或者MAK），是工程实现的一种重要的可行形式。核电磁脉冲的防护的前提是做好设备的电磁屏蔽，需要注意以下几点：机箱（机柜）接缝;通风孔;观察孔与显示孔;连接器与机箱接缝;核电磁脉冲的防护依据核电磁脉冲特点及军用设备使用条件，分为以下三种防护：设备电源的防护；外置通讯天线、电线的防护；信号传输线防护。解决方法：•为关键的电缆、电线提供浪涌保护和滤波器。•注入电流控制。在天线、通信和电源线的出/入端口上设计浪涌电流抑制器件，抑制传导干扰。核电磁脉冲防护器的选择核电磁脉冲的电场强度可达50KV／m，其在10～20μs间在电源线路脉冲电流峰值将大于50KA。在选择防护器的时候要满足以下条件：1、其响应时间应小于10ns；2、其1.2/50μs电压脉冲承受峰值应大于50KV；3、其8/20μs电流脉冲承受峰值应大于50KA。应用范围我们提供成熟的解决方案:•地下掩体,庇护所•监视系统•各种车辆•舰艇•飞行器•移动通信设备USS系列应用在发射器和接收器、保护电子，传感器，电话安装，数据传输系统使用接地屏蔽的保护电路构成一种高性能的浪涌电压保护。CSP系列依据高通滤波技术主要对同轴线缆进行射频(RF)防护。部分产品简介灵活的整体EMC解决方案，提供单点进入的各种应用，如车辆或集装箱；模块化系统，允许后期变更的系统保护；良好的对人员和电子设备的浪涌保护；良好的对和电磁脉冲和电磁干扰防护；提供多种标准化保护模块，电源线，信号线，射频信号线；可针对客户的需求选择模块和连接器；MAK模块电磁脉冲防护的工程实现防护的实现原理：通过屏蔽把辐射耦合对设备的影响降低，通过保护器（或者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。核电磁防护系统的测试测试方法：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：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。测试脉冲波形图图RS105-1RS105的适用限制应用案例PIRANHA6x6（食人鱼），MOWAG公司制造全世界共有食人鱼战车9000多辆。从2008年到2010年再为法国军队提供全部装有MAK的战车160辆，并陆续改装原有的车辆。PUCH（普赫），奥地利斯太尔-丹姆勒-普赫Steyr-Daimler-Puch公司生产