通信车电磁脉冲耦合及防护分析

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1、MovablePowerStation&VehicleNo．32012通信车电磁脉冲耦合及防护分析朱礼杰，沈卫东，王建立，伍虹霖，高贵阁，史志强(1．重庆通信学院，重庆400035；2．73682部队，江苏徐州221006)摘要：电磁脉冲武器爆炸时产生的电磁效应具有极大的覆盖范围和很高的能量，对车载通信设备构成严重的威胁。目前，我军装备使用的多数通信车的电磁屏蔽性能主要用于防电磁干扰，对于强电磁脉冲武器的防护情况堪忧。在介绍电磁脉冲产生的原理及特征的基础上重点介绍高功率微波对通信车的耦合，并提出了电磁脉冲防护的建议，对提升我军通信车电磁脉冲防护具有一定的意义。关键词：电磁脉冲；高功率

2、微波；电磁耦合doi：10．3969／j．issn．1003—4250．2012．03．006中图分类号：TM153．5文献标识码：A文章编号：1003．4250(2012)o3一【x)2406面对未来战场电磁空间的激烈争夺，电磁脉冲OL=4x10s～，／3=4．76x10s～，这个标准是美国著武器作为一种新型电子战的装备，正受到世界各国名的BELL实验室提出来的，其波形如图1所示。的高度重视。电磁脉冲武器作用所产生的高能电磁脉冲可以破坏或摧毁敌人的高技术武器系统和指挥信息系统，是集软硬杀伤和多种作战功能力于一身的新型作战武器系统。1电磁脉冲产生基本原理和特征电磁脉冲根据其产生方式可

3、分为核电磁脉冲(NEMP)和非核电磁脉冲，其中非核电磁脉冲主要有高功率微波(HPM)，包括窄带HPM和超宽带脉冲(UWB)HPM。核电磁脉冲是伴随着核武器爆炸产生的一种电磁辐射，其主要是利用核爆炸辐射的射线和x射图1核电磁脉冲波形图线与空气分子或原子碰撞反应产生很强的电子束流，电子束流在地磁场的作用下呈螺线状旋转，由爆频谱表达式为：炸源中心向四周扩散，产生电磁脉冲。最大特点是上升时间快、强度大。典型的高空核爆炸电磁脉冲E(Eo(一1)(2)十十7『，十7r，的上升前沿时间约为10ns，脉冲宽度为500ns，其能量随频率变化的关系式为：峰值场强可达500kV／m，是一种高强度的电磁干扰

4、源(EMI)，比通常的EMI强度高几十至上百分贝；R(=群[一1fg()]其另一个特点是作用范围广、频带宽、能量大。高空(3)核爆炸产生的核电磁脉可用双指数函数来表示：其上升时间极短，约为5ns，频带较宽，从甚低E(t)=E0k(e一e一)(1)频到几百兆赫兹，主要能量集中在正常无线电频率式中，为峰值场强；k是修正系数；、／3分别为表范围，对通信车上无线电通信设备的半导体器件及征脉冲前、后沿的参数。取E。=50kV／m，k=1．05，微电子设备会产生巨大的破坏作用，进而导致指挥、收稿日期：2012—04—12作者简介：朱礼杰(1984-)，男，江苏连云港人，重庆通信学院在读研究生，主

5、要研究方向为电磁防护，E-mail：hanbi~tg20100403@126．COI'I1。2012年第3期移动电源与车辆25控制和通信系统瘫痪。由电磁脉冲源传播到接收体。在这一传播过程当采用电子学方法产生的电磁脉冲为非核式电磁中，电磁脉冲会产生衰减。电磁波在自由空间中传脉冲，其发射载体为非核电磁脉冲炸弹，主要有电磁播的自然衰减为导弹、电磁脉冲弹、微波炸弹和高功率微波武器，主L(f，d)=32．5+201gf+201gd(8)要构成包括电磁脉冲源、高功率微波器件和定向天式中厂为电磁波频率，MHz；d为电磁波传播的距线等。其中由脉冲弹产生的超宽带电磁辐射是一种离，km。瞬态电磁辐射，亦

6、称超短电磁脉冲。美国空军研究分析上式可知电磁波在传播过程中的衰减随距实验室(AFRL)使用IRAH型超大功率辐射源通过离和频率的增大而增大。频带很宽的电磁脉冲在传实验测试数据获得其脉冲表达式：播的过程当中，其高频成分比低频成分衰减得大得E()3ai(4)多、h、{，2电磁脉冲的耦合其时域波形如图2所示。研究电磁脉冲对通信车设备中电子、电气系统的破坏及如何对其进行防护，首先要弄清电磁脉冲的耦合途径。各种电磁波脉冲的耦合途径有其共性，不过由于频率等不同，耦合的特点亦不相同。以高功率微波为例，研究其对通信车的耦合途径。2．1天线耦合天线系统是通信车发射和接收信号的主要载体，是高功率微波武器

7、的主要打击目标，因此，高功率微波电磁能量很容易通过天线采用“前门”耦合的方式进入车载通信系统，从而破坏内部的敏感器件。在车载无线卫星通信系统中，以一部偏馈式抛T／ns物面天线为例，分析脉冲能量从天线的主瓣和副瓣耦合进入的问题。图2超宽带电磁脉冲波形图车载通信设备接收机前端如图3所示。其辐射向自由空间的电磁脉冲具有几百MW匝叵卜到几GW的峰值功率，上升前沿为亚纳秒或皮秒量图3接收机前端级，相对带宽在(O．25，1)区间内。高斯脉冲信号为常见的超宽带电磁脉冲信