電磁脈沖防護精品課件

1、電磁脈沖防護第1頁，共31頁，2022年，5月20日，0點15分，星期六引 言 隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，微電子設(shè)備已在各種軍用設(shè)備和系統(tǒng)中獲得廣泛應(yīng)用，而微電子設(shè)備對電磁脈沖又是極為敏感的，微電子元器件的集成度越高，對電磁脈沖的易損性就越高。各種信息設(shè)備與系統(tǒng)是否能安全運行，在很大程度上將影響戰(zhàn)爭的勝負。 鑒于電磁脈沖對信息設(shè)備與系統(tǒng)構(gòu)成的嚴重威脅以及核電磁脈沖的發(fā)展前景，核武器爆炸所產(chǎn)生的電磁脈沖效應(yīng)及其工程防護受到了特別的關(guān)注。第2頁，共31頁，2022年，5月20日，0點15分，星期六電磁脈沖武器的概念 電磁脈沖 一詞是來源于大自然的閃電，在閃電附近出現(xiàn)了瞬變的電磁場。其原理為： 凈電子電

2、流磁場變化電場變化電磁變化電磁脈沖。 因為為瞬變的電磁場很容易造成一些電子設(shè)備的紊亂，大家也逐漸的了解電磁脈沖的特點，并加以應(yīng)用到實戰(zhàn)中，從而演變成了電磁脈沖武器。 電磁脈沖武器的定義：利用能量轉(zhuǎn)換產(chǎn)生強電子束流，激勵高功率微波源產(chǎn)生極高脈沖功率輻射電磁能的一種武器。 電磁脈沖武器分為核電磁脈沖武器和非核電磁脈沖武器。第3頁，共31頁，2022年，5月20日，0點15分，星期六 核電磁脈沖武器 核電磁脈沖武器是一種利用核爆炸產(chǎn)生的高強度電磁脈沖對目標電子線路和元器件實施破壞的電磁脈沖武器。這是一種以增強電磁脈沖效應(yīng)為主要特征的新型核武器。 核爆炸時，除產(chǎn)生沖擊波、光熱輻射、放射性污染之外，還有

3、第四種應(yīng)電磁脈沖效應(yīng)。 當核爆炸的時候，其放射線能使空氣電離、產(chǎn)生康普頓效應(yīng)，由于產(chǎn)生一個強大的瞬變電磁場，在一定距離上，使一些電子設(shè)備中會感應(yīng)出一個比較強的浪涌電壓和電流，這個浪涌信號在一些缺乏足夠防護能力的電子器件上會造成紊亂，性能下降甚至出現(xiàn)毀傷現(xiàn)象；第4頁，共31頁，2022年，5月20日，0點15分，星期六 高空核爆的破壞效應(yīng) 低空核爆炸：電磁脈沖效應(yīng)非主要破壞效應(yīng)。 高空核爆炸：電磁脈沖效應(yīng)為主要破壞效應(yīng)。 核電磁脈沖武器主要是指采用高空核爆的核武器。即使是一顆普通的氫彈，如果采用高空爆炸的方式，以電磁脈沖形式釋放的能量在此次爆炸能量中占的份額也將比大氣層內(nèi)的核爆炸提高幾個數(shù)量級。

4、特別重要的是，在大氣層外的高空爆炸時，由于沒有空氣，就不能產(chǎn)生沖擊波，也不能生成熱輻射，而放射性塵屑又隨距離平方而減弱，電磁脈沖幾乎成了唯一的核爆炸效應(yīng)?？梢?，使電磁脈沖效應(yīng)大大增強的新一代核武器的出現(xiàn)是十分自然的。第5頁，共31頁，2022年，5月20日，0點15分，星期六 高空核磁爆產(chǎn)生機理100 km 30 km3000 km大氣層伽馬射線康普頓效應(yīng)* 自由電子 *NEMPNEMP伽馬射線Earth field第6頁，共31頁，2022年，5月20日，0點15分，星期六 高空核磁爆產(chǎn)生機理 如圖所示，在100km以上的高度的大氣層外產(chǎn)生核爆炸時， 射線脈沖到達大氣層，與空氣中的分子發(fā)生沖

5、撞而產(chǎn)生康普頓效應(yīng)（康普頓效應(yīng)是一種把電子從空氣的分子中趕出來的現(xiàn)象。）在這個電子流動的過程中產(chǎn)生電磁脈沖。 雖然，核電磁脈沖為瞬時現(xiàn)象，但它對半導(dǎo)體器件及微電子設(shè)備卻具有極大的殺傷力電擊穿。其作用范圍也隨爆炸的高度而異。第7頁，共31頁，2022年，5月20日，0點15分，星期六 非核電磁脈沖武器 非核電磁脈沖武器是利用炸藥爆炸壓縮磁通量的方法產(chǎn)生高功率電磁脈沖的電磁脈沖武器。其原理是將炸藥的化學能轉(zhuǎn)通過微波器件轉(zhuǎn)換成高功率微波輻射能，利用爆炸時產(chǎn)生的電磁脈沖對敵方裝備進行軟殺傷。 目前，世界上少數(shù)國家已經(jīng)開發(fā)出的具有實戰(zhàn)價值的非核電磁脈沖武器可分為四大類：電磁脈沖彈、高能電磁脈沖發(fā)生器、高

6、功率微波炮和爆炸驅(qū)動磁通壓縮輻射器。第8頁，共31頁，2022年，5月20日，0點15分，星期六電磁脈沖的特點無論是核電磁脈沖武器還是非核電磁脈沖武器，公開的文獻都很少，做為電磁脈沖防護主要的“假想敵”, 其共同的特點都是產(chǎn)生一種瞬態(tài)的脈沖輻射，其能量大、上升前沿時間短、頻率覆蓋范圍廣。設(shè)備所應(yīng)具備的瞬態(tài)脈沖輻射敏感度，美軍標MIL-STD-461E-RS105和國軍標GJB151A-97-RS105都做了相關(guān)的規(guī)定。第9頁，共31頁，2022年，5月20日，0點15分，星期六GJB151A-97-RS105關(guān)于脈沖波形的定義第10頁，共31頁，2022年，5月20日，0點15分，星期六MIL

7、-STD-461E-RS105關(guān)于脈沖波形的定義第11頁，共31頁，2022年，5月20日，0點15分，星期六 關(guān)于瞬態(tài)脈沖波形定義的說明無論是美軍標還是國軍標定義脈沖的波形實際上是定義了我們所要防護的“脈沖源”的標準。波形圖反映出來的幾個關(guān)鍵指標是進行防護的依據(jù)。極限場強（50Kv/m）上升前沿時間（美：2-5ns 國：10ns）持續(xù)時間：（美：200ns 國：500ns）頻率覆蓋范圍寬：產(chǎn)生的電磁脈沖約在10kHz100MHz的整個寬頻帶區(qū)域 。第12頁，共31頁，2022年，5月20日，0點15分，星期六各種軍用電子裝備的使用頻率與核電磁脈沖的關(guān)系第13頁，共31頁，2022年，5月20

8、日，0點15分，星期六 雷電磁脈沖（LEMP）與核電磁脈沖（NEMP）的比較時域頻譜sNEMP的頻譜可達幾百兆赫NEMP要比閃電快得多第14頁，共31頁，2022年，5月20日，0點15分，星期六 LEMP 和 NEMP 測試脈沖的差異LEMP/Surge test pulse 4 kV, 1.2/50 sNEMP test pulse 6 kV, 5/200 ns NEMP/HEMP 約有 1000次 LEMP那么快第15頁，共31頁，2022年，5月20日，0點15分，星期六核電磁脈沖的破壞類型可使晶體二極管、晶體管、集成電路、電阻及電容、濾波器、繼電器和粒波器等電子元器件受到損壞；可以與

9、電纜、導(dǎo)線和天線等耦合，引起電子設(shè)備的失效或損壞、電路開關(guān)跳閘和觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)；能使根據(jù)磁通工作的存貯器（磁心、磁鼓和磁帶等）消磁或失真，破壞元器件或抹去存貯的信息和引起關(guān)閉傳遞假信號；電磁脈沖使飛機和導(dǎo)彈等的金屬外殼上產(chǎn)生很大的感生電流，使電子元器件、線路和設(shè)備受到不同程度的干擾和破壞。第16頁，共31頁，2022年，5月20日，0點15分，星期六電磁脈沖破壞機理電磁脈沖對設(shè)備的耦合機理可以分為輻射耦合和傳導(dǎo)耦合（這兩種耦合往往是交雜在一起的）。其表現(xiàn)形式為產(chǎn)生瞬態(tài)的高電壓和高電流，進而損壞設(shè)備。電磁脈沖作用于設(shè)備的主要途徑：天線電源線信號線孔洞、縫隙第17頁，共31頁，2022年，5月20日，

10、0點15分，星期六核電磁脈沖的防護主要思路： 針對電磁脈沖對敏感設(shè)備的各種耦合通道，通過對電磁脈沖能量的反射、吸收、隔離和泄放，使其衰減到設(shè)備能承受的程度。 常用的防護手段： 屏蔽 濾波 接地 對各種工程技術(shù)設(shè)施、設(shè)備的防護主要采取屏蔽法，就是將電子設(shè)備、儀器安置于電氣屏蔽的殼體內(nèi)，使電磁能量從屏蔽體的一面?zhèn)鬏數(shù)搅硪幻鏁r受到很大削減。第18頁，共31頁，2022年，5月20日，0點15分，星期六核電磁脈沖的防護 實際應(yīng)用的屏蔽室由于使用的需要，必須設(shè)置門、通風窗、進線孔等，從而在屏蔽體上形成空洞和縫隙，造成電磁泄漏，導(dǎo)致屏蔽室的屏蔽效能降低。 防護的基本思路：是屏蔽+電磁脈沖保護器（或者MAK

11、），是工程實現(xiàn)的一 種重要的可行形式。 核電磁脈沖的防護的前提是做好設(shè)備的電磁屏蔽，需要注意以下幾點： 機箱（機柜）接縫; 通風孔; 觀察孔與顯示孔; 連接器與機箱接縫;第19頁，共31頁，2022年，5月20日，0點15分，星期六核電磁脈沖的防護 依據(jù)核電磁脈沖特點及軍用設(shè)備使用條件，分為以下三種防護：設(shè)備電源的防護；外置通訊天線、電線的防護；信號傳輸線防護。 解決方法：為關(guān)鍵的電纜、電線提供浪涌保護和濾波器。注入電流控制。在天線、通信和電源線的出/入端口上設(shè)計浪涌電流抑制器件，抑制傳導(dǎo)干擾。第20頁，共31頁，2022年，5月20日，0點15分，星期六 核電磁脈沖防護器的選擇 核電磁脈沖的

12、電場強度可達50KVm，其在1020s間在電源線路脈沖電流峰值將大于50KA。 在選擇防護器的時候要滿足以下條件：1、其響應(yīng)時間應(yīng)小于10ns ；2、其1.2/50s電壓脈沖承受峰值應(yīng)大于50KV； 3、其8/20s電流脈沖承受峰值應(yīng)大于50KA 。第21頁，共31頁，2022年，5月20日，0點15分，星期六應(yīng)用范圍我們提供成熟的解決方案: 地下掩體, 庇護所 監(jiān)視系統(tǒng) 各種車輛 艦艇 飛行器 移動通信設(shè)備第22頁，共31頁，2022年，5月20日，0點15分，星期六 USS系列 應(yīng)用在發(fā)射器和接收器、保護電子，傳感器，電話安裝，數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng) 使用接地屏蔽的保護電路構(gòu)成一種高性能的浪涌電壓保

13、護。 CSP系列 依據(jù)高通濾波技術(shù)主要對同軸線纜進行射頻(RF)防護。部分產(chǎn)品簡介第23頁，共31頁，2022年，5月20日，0點15分，星期六靈活的整體EMC解決方案，提供單點進入的各種應(yīng)用，如車輛或集裝箱；模塊化系統(tǒng)，允許后期變更的系統(tǒng)保護； 良好的對人員和電子設(shè)備的浪涌保護；良好的對和電磁脈沖和電磁干擾防護； 提供多種標準化保護模塊，電源線，信號線，射頻信號線；可針對客戶的需求選擇模塊和連接器； MAK模塊第24頁，共31頁，2022年，5月20日，0點15分，星期六電磁脈沖防護的工程實現(xiàn) 防護的實現(xiàn)原理： 通過屏蔽把輻射耦合對設(shè)備的影響降低，通過保護器（或者MAK）把傳導(dǎo)耦合對設(shè)備的影

14、響降低，最終實現(xiàn)把電磁脈沖對設(shè)備的影響控制在設(shè)備可承受的范圍內(nèi)。 MAK的功能以及優(yōu)點: 1、集成化的MAK能夠最大限度的減少方倉的開孔，把屏 蔽體因孔隙而造成的衰減減弱降到最低。 2、MAK設(shè)計、生產(chǎn)的定制化能夠針對被保護設(shè)備的抗干 擾性，實現(xiàn)精確的、有效的保護。 備注：關(guān)于方倉屏衰減的標準：60dB 60dB衰減的方倉是廠家根據(jù)多年的防護經(jīng)驗提出的建議值。第25頁，共31頁，2022年，5月20日，0點15分，星期六第26頁，共31頁，2022年，5月20日，0點15分，星期六第27頁，共31頁，2022年，5月20日，0點15分，星期六 關(guān)于工程實現(xiàn)的實施步驟 1. 選用衰減為60dB的

15、軍用方倉。 2. 使用方提供艙內(nèi)EUT的抗干擾級別。 3. 使用方提供艙內(nèi)EUT的電氣、信號引出點的類型、指標。 4.制造方根據(jù)EUT抗干擾級和相應(yīng)的電氣、信號引出點的類型、指標設(shè)計能夠滿足設(shè)備防護要求的MAK。 5.將所有設(shè)備安裝完成，包括MAK等。 6.對整個系統(tǒng)進行NEMP測試。 7.對測試結(jié)果進行分析，改進設(shè)備。 8.如果有必要，可重復(fù)做NEMP實驗，知道這個系統(tǒng)能通過測試。第28頁，共31頁，2022年，5月20日，0點15分，星期六核電磁防護系統(tǒng)的測試測試方法： 主要根據(jù)美軍標 MIL-STD-461E-RS105 中描述的測試方法進行。適用范圍： 規(guī)定適用于有外部加固（屏蔽）平臺或設(shè)施的設(shè)備和子系統(tǒng),適用的設(shè)備僅僅根據(jù)需求采購的非金屬平臺，適用于保障空軍飛行安全重要設(shè)備和安裝在外部的子系統(tǒng)。限制：EUT（待測設(shè)備）不能有任何故障、性能退化或偏離特定指標和超過單個設(shè)備或子系統(tǒng)的精度標準，測試信號波形和振幅如圖RS105-1所示，脈沖信號每分鐘少于5個。 第29頁，共31頁，2022年，5月20日，0點15