電磁脈沖防護(hù)

電磁脈沖防護(hù)第一頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日引言

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(duì)電磁脈沖又是極為敏感的，微電子元器件的集成度越高，對(duì)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(yùn)行，在很大程度上將影響戰(zhàn)爭(zhēng)的勝負(fù)。鑒于電磁脈沖對(duì)信息設(shè)備與系統(tǒng)構(gòu)成的嚴(yán)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(hù)受到了特別的關(guān)注。第二頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日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(chǎng)。其原理為：

凈電子電流→磁場(chǎng)變化→電場(chǎng)變化→電磁變化→電磁脈沖。因?yàn)闉樗沧兊碾姶艌?chǎng)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(diǎn)，并加以應(yīng)用到實(shí)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(qiáng)電子束流，激勵(lì)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。第三頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日

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(qiáng)度電磁脈沖對(duì)目標(biāo)電子線路和元器件實(shí)施破壞的電磁脈沖武器。這是一種以增強(qiáng)電磁脈沖效應(yīng)為主要特征的新型核武器。核爆炸時(shí)，除產(chǎn)生沖擊波、光熱輻射、放射性污染之外，還有第四種應(yīng)——電磁脈沖效應(yīng)。當(dāng)核爆炸的時(shí)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(gè)強(qiáng)大的瞬變電磁場(chǎng)，在一定距離上，使一些電子設(shè)備中會(huì)感應(yīng)出一個(gè)比較強(qiáng)的浪涌電壓和電流，這個(gè)浪涌信號(hào)在一些缺乏足夠防護(hù)能力的電子器件上會(huì)造成紊亂，性能下降甚至出現(xiàn)毀傷現(xiàn)象；第四頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日

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(gè)數(shù)量級(jí)。特別重要的是，在大氣層外的高空爆炸時(shí)，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)。可見，使電磁脈沖效應(yīng)大大增強(qiáng)的新一代核武器的出現(xiàn)是十分自然的。第五頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日

高空核磁爆產(chǎn)生機(jī)理100km

30km3000km大氣層伽馬射線康普頓效應(yīng)*自由電子*NEMPNEMP伽馬射線Earthfield第六頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日高空核磁爆產(chǎn)生機(jī)理如圖所示，在100km以上的高度的大氣層外產(chǎn)生核爆炸時(shí)，γ射線脈沖到達(dá)大氣層，與空氣中的分子發(fā)生沖撞而產(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(gè)電子流動(dòng)的過程中產(chǎn)生電磁脈沖。雖然，核電磁脈沖為瞬時(shí)現(xiàn)象，但它對(duì)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。第七頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日

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(xué)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(shí)產(chǎn)生的電磁脈沖對(duì)敵方裝備進(jìn)行軟殺傷。目前，世界上少數(shù)國(guó)家已經(jīng)開發(fā)出的具有實(shí)戰(zhàn)價(jià)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、高功率微波炮和爆炸驅(qū)動(dòng)磁通壓縮輻射器。第八頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日電磁脈沖的特點(diǎn)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(xiàn)都很少，做為電磁脈沖防護(hù)主要的“假想敵”,其共同的特點(diǎn)都是產(chǎn)生一種瞬態(tài)的脈沖輻射，其能量大、上升前沿時(shí)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(biāo)MIL-STD-461E-RS105和國(guó)軍標(biāo)GJB151A-97-RS105都做了相關(guān)的規(guī)定。第九頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日GJB151A-97-RS105關(guān)于脈沖波形的定義第十頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日MIL-STD-461E-RS105關(guān)于脈沖波形的定義第十一頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日

關(guān)于瞬態(tài)脈沖波形定義的說明無論是美軍標(biāo)還是國(guó)軍標(biāo)定義脈沖的波形實(shí)際上是定義了我們所要防護(hù)的“脈沖源”的標(biāo)準(zhǔn)。波形圖反映出來的幾個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)是進(jìn)行防護(hù)的依據(jù)。極限場(chǎng)強(qiáng)（50Kv/m）上升前沿時(shí)間（美：2-5ns國(guó)：≤10ns）持續(xù)時(shí)間：（美：200ns國(guó)：500ns）頻率覆蓋范圍寬：產(chǎn)生的電磁脈沖約在10kHz～100MHz的整個(gè)寬頻帶區(qū)域。第十二頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日各種軍用電子裝備的使用頻率與核電磁脈沖的關(guān)系第十三頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日雷電磁脈沖（LEMP）與核電磁脈沖（NEMP）的比較時(shí)域頻譜sNEMP的頻譜可達(dá)幾百兆赫NEMP要比閃電快得多第十四頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日

LEMP和NEMP測(cè)試脈沖的差異LEMP/Surgetestpulse4kV,1.2/50sNEMPtestpulse6kV,5/200nsNEMP/HEMP約有1000次

LEMP那么快第十五頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日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(hào)；電磁脈沖使飛機(jī)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。第十六頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日電磁脈沖破壞機(jī)理電磁脈沖對(duì)設(shè)備的耦合機(jī)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(jìn)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(hào)線孔洞、縫隙第十七頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日核電磁脈沖的防護(hù)主要思路：針對(duì)電磁脈沖對(duì)敏感設(shè)備的各種耦合通道，通過對(duì)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(hù)手段：＊屏蔽＊濾波＊接地對(duì)各種工程技術(shù)設(shè)施、設(shè)備的防護(hù)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(shí)受到很大削減。第十八頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日核電磁脈沖的防護(hù)實(shí)際應(yīng)用的屏蔽室由于使用的需要，必須設(shè)置門、通風(fēng)窗、進(jìn)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(hù)的基本思路：是屏蔽+電磁脈沖保護(hù)器（或者M(jìn)AK），是工程實(shí)現(xiàn)的一種重要的可行形式。核電磁脈沖的防護(hù)的前提是做好設(shè)備的電磁屏蔽，需要注意以下幾點(diǎn)：機(jī)箱（機(jī)柜）接縫;通風(fēng)孔;觀察孔與顯示孔;連接器與機(jī)箱接縫;第十九頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日核電磁脈沖的防護(hù)依據(jù)核電磁脈沖特點(diǎn)及軍用設(shè)備使用條件，分為以下三種防護(hù)：設(shè)備電源的防護(hù)；外置通訊天線、電線的防護(hù)；信號(hào)傳輸線防護(hù)。解決方法：為關(guān)鍵的電纜、電線提供浪涌保護(hù)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(jì)浪涌電流抑制器件，抑制傳導(dǎo)干擾。第二十頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日

核電磁脈沖防護(hù)器的選擇核電磁脈沖的電場(chǎng)強(qiáng)度可達(dá)50KV／m，其在10～20μs間在電源線路脈沖電流峰值將大于50KA。在選擇防護(hù)器的時(shí)候要滿足以下條件：

1、其響應(yīng)時(shí)間應(yīng)小于10ns；

2、其1.2/50μs電壓脈沖承受峰值應(yīng)大于50KV；

3、其8/20μs電流脈沖承受峰值應(yīng)大于50KA。第二十一頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日應(yīng)用范圍我們提供成熟的解決方案:

地下掩體,庇護(hù)所

監(jiān)視系統(tǒng)

各種車輛

艦艇

飛行器

移動(dòng)通信設(shè)備第二十二頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日

USS系列

應(yīng)用在發(fā)射器和接收器、保護(hù)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(hù)電路構(gòu)成一種高性能的浪涌電壓保護(hù)。CSP系列依據(jù)高通濾波技術(shù)主要對(duì)同軸線纜進(jìn)行射頻(RF)防護(hù)。部分產(chǎn)品簡(jiǎn)介第二十三頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日靈活的整體EMC解決方案，提供單點(diǎn)進(jìn)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(hù)；良好的對(duì)人員和電子設(shè)備的浪涌保護(hù)；良好的對(duì)和電磁脈沖和電磁干擾防護(hù)；提供多種標(biāo)準(zhǔn)化保護(hù)模塊，電源線，信號(hào)線，射頻信號(hào)線；可針對(duì)客戶的需求選擇模塊和連接器；MAK模塊第二十四頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日電磁脈沖防護(hù)的工程實(shí)現(xiàn)防護(hù)的實(shí)現(xiàn)原理：通過屏蔽把輻射耦合對(duì)設(shè)備的影響降低，通過保護(hù)器（或者M(jìn)AK）把傳導(dǎo)耦合對(duì)設(shè)備的影響降低，最終實(shí)現(xiàn)把電磁脈沖對(duì)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(diǎn):1、集成化的MAK能夠最大限度的減少方倉(cāng)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(jì)、生產(chǎn)的定制化能夠針對(duì)被保護(hù)設(shè)備的抗干擾性，實(shí)現(xiàn)精確的、有效的保護(hù)。備注：關(guān)于方倉(cāng)屏衰減的標(biāo)準(zhǔn)：60dB60dB衰減的方倉(cāng)是廠家根據(jù)多年的防護(hù)經(jīng)驗(yàn)提出的建議值。第二十五頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日第二十六頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日第二十七頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日關(guān)于工程實(shí)現(xiàn)的實(shí)施步驟1.選用衰減為60dB的軍用方倉(cāng)。2.使用方提供艙內(nèi)EUT的抗干擾級(jí)別。

3.使用方提供艙內(nèi)EUT的電氣、信號(hào)引出點(diǎn)的類型、指標(biāo)。4.制造方根據(jù)EUT抗干擾級(jí)和相應(yīng)的電氣、信號(hào)引出點(diǎn)的類型、指標(biāo)設(shè)計(jì)能夠滿足設(shè)備防護(hù)要求的MAK。5.將所有設(shè)備安裝完成，包括MAK等。6.對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行NEMP測(cè)試。7.對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析，改進(jìn)設(shè)備。

8.如果有必要，可重復(fù)做NEMP實(shí)驗(yàn)，知道這個(gè)系統(tǒng)能通過測(cè)試。第二十八頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日核電磁防護(hù)系統(tǒng)的測(cè)試測(cè)試方法：

主要根據(jù)美軍標(biāo)

MIL-STD-461E-RS105

中描述的測(cè)試方法進(jìn)行。適用范圍：

規(guī)定適用于有外部加固（屏蔽）平臺(tái)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(gòu)的非金屬平臺(tái)，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(cè)設(shè)備）不能有任何故障、性能退化或偏離特定指標(biāo)和超過單個(gè)設(shè)備或子系統(tǒng)的精度標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)試信號(hào)波形和振幅如圖RS105-1所示，