强电磁场对某型无线电引信安全性的影响

为了研究强雷电电磁场（LEMP）对没有保护状态下无线电引信性能的影响,对LEMP进行了模拟。利用MARX发生器向宽带横电磁波（GTEM）室注入雷电电压波,在GTEM室内产生模拟的LEMP电场;利用浪涌发生器向亥姆霍兹线圈注入雷电电流波,在线圈内产生模拟的LEMP磁场。根据某型无线电引信可能遭遇的雷电电磁环境,对处于勤务处理状态的该型无线电引信进行了辐照效应实验,测试辐照前后引信的性能指标,对其差异进行比较,分析了LEMP对该型无线电引信性能指标的影响。结果表明,在强的雷电电磁场环境下LEMP电场会损坏该型无线电引信的高频组件,使其不能产生探测信号,导致引信不能正常发火;LEMP电场还会损坏检波电路,使检波直流电压不能达到正常指标,从而导致引信也不能正常发火;LEMP磁场对该型引信性能基本没有影响。     

单片机系统在核电磁脉冲辐照下的效应研究

核电磁脉冲（NEMP）、雷电电磁脉冲（LEMP）和高功率微波（HPM）等强电磁脉冲对单片机系统具有很强的干扰和破坏作用。为研究它们对单片机系统的各种效应,利用GTEM室产生的核电磁脉冲,对单片机系统进行了辐照效应实验。实验表明,单片机系统在强电磁脉冲作用下,会出现“死机”、重启动、通讯出错等现象。基于实验,讨论了单片机系统的各种效应产生的原因。     

单片机系统在核电磁脉冲辐照下的效应研究

 核电磁脉冲（NEMP）、雷电电磁脉冲（LEMP）和高功率微波（HPM）等强电磁脉冲对单片机系统具有很强的干扰和破坏作用。为研究它们对单片机系统的各种效应,利用GTEM室产生的核电磁脉冲,对单片机系统进行了辐照效应实验。实验表明,单片机系统在强电磁脉冲作用下,会出现“死机”、重启动、通讯出错等现象。基于实验,讨论了单片机系统的各种效应产生的原因。     

微谐振环结构体内太赫兹增强效应

基于严格电磁场理论,给出了微型谐振环形和Fishnet结构体内太赫兹波的严格表达式,并利用电磁场的边界条件分析了太赫兹波在微型谐振环形和Fishnet结构体内空间分布的增强效应。数值模拟结果表明：谐振环金属条附近的电场大于磁场,金属条附近的电场相对其他区域明显要强得多,开口处表现更为突出,太赫兹波在Fishnet结构体内电磁场的峰位处电场和磁场分布关于x对称;电场的极值出现在大十字架的上下四个角,而磁场的极值则出现在小十字架的上下两端点。同时用电磁场传输线理论对该现象作出一定的物理解释。收稿日期:; 修订日期:     

微谐振环结构体内太赫兹增强效应

基于严格电磁场理论,给出了微型谐振环形和Fishnet结构体内太赫兹波的严格表达式,并利用电磁场的边界条件分析了太赫兹波在微型谐振环形和Fishnet结构体内空间分布的增强效应。数值模拟结果表明:谐振环金属条附近的电场大于磁场,金属条附近的电场相对其他区域明显要强得多,开口处表现更为突出,太赫兹波在Fishnet结构体内电磁场的峰位处电场和磁场分布关于x对称;电场的极值出现在大十字架的上下四个角,而磁场的极值则出现在小十字架的上下两端点。同时用电磁场传输线理论对该现象作出一定的物理解释。收稿日期:; 修订日期:     

无人机收发信机快沿电磁脉冲效应研究

为了探究快沿电磁脉冲(FRTEMP)对无人机收发信机的损伤效应,以某型无人机收发信机为研究对象,通过快沿双指数脉冲Marx源与GTEM室模拟产生快沿电磁脉冲对收发信机进行辐照实验。以收发信机是否损坏无法工作为收发信机是否受到电磁脉冲损伤的判别依据,同时进一步检测收发信机内部电路具体损坏器件。实验结果表明,快沿电磁脉冲能够造成无人机收发信机损坏,得到了导致无人机收发信机损坏的快沿电磁脉冲场强阈值。对损坏的无人机收发信机进行机理分析和检测,结果表明,本振电路损坏导致收发信机无法输出工作信号,而锁相环是导致本振无法工作的的关键原因,通过定位到具体受损器件可以进行进一步脉冲防护工作以及为易损器件加装防护提供基础。     

电磁场辐照诱发真空电晕放电模拟试验系统

为研究真空环境下电磁场诱发针-板电晕放电特性,研制了电磁场发生器、真空系统、高压静电源、动态电位测试仪等组成的电磁场辐照诱发真空电晕放电模拟试验系统。该系统可实现真空管内气压为80 Pa的低真空环境,并利用此系统进行在电磁场的作用下的电晕放电试验,初步得到了电磁场辐照诱发电晕放电的阈值电压的变化规律。试验结果表明：当温度、湿度等其他环境因素基本不变,真空管内气压为80 Pa时, 正常放电阈值为-590 V, 利用负极性高压静电放电, 电压取值范围10~20 kV, 产生的电磁脉冲辐射作用于真空管内充电区域,可使放电阈值降低90~180 V。     

电磁场辐照诱发真空电晕放电模拟试验系统

为研究真空环境下电磁场诱发针-板电晕放电特性,研制了电磁场发生器、真空系统、高压静电源、动态电位测试仪等组成的电磁场辐照诱发真空电晕放电模拟试验系统。该系统可实现真空管内气压为80 Pa的低真空环境,并利用此系统进行在电磁场的作用下的电晕放电试验,初步得到了电磁场辐照诱发电晕放电的阈值电压的变化规律。试验结果表明:当温度、湿度等其他环境因素基本不变,真空管内气压为80 Pa时, 正常放电阈值为-590 V, 利用负极性高压静电放电, 电压取值范围10~20 kV, 产生的电磁脉冲辐射作用于真空管内充电区域,可使放电阈值降低90~180 V。     

模拟器电磁场与实际电磁场耦合响应等效计算

辐射波模拟器产生的脉冲电磁环境能够近似模拟高空核爆电磁脉冲（HEMP）的自由场, 然而在实际HEMP威胁环境中, 施加在地面设备上的电磁场是电磁脉冲入射波与地面反射波的合成场。通过计算不同入射情况下, HEMP自由辐射场经损耗地面反射叠加形成的总电场, 对比其与初始入射场的强度及波形变化, 分析了地面附近合成电磁场的特点。提出一种将模拟环境效应与实际环境效应进行等效转换的计算方法, 应用该方法计算了入射波电场45极化情况下的模拟环境效应修正因子。分析计算结果, 建议在开展HEMP效应的辐射波模拟试验中, 应将受试设备放在至少三个相互正交的方向上进行测试, 同时适当减小模拟器产生电磁脉冲的宽度。     

模拟器电磁场与实际电磁场耦合响应等效计算

辐射波模拟器产生的脉冲电磁环境能够近似模拟高空核爆电磁脉冲（HEMP）的自由场, 然而在实际HEMP威胁环境中, 施加在地面设备上的电磁场是电磁脉冲入射波与地面反射波的合成场。通过计算不同入射情况下, HEMP自由辐射场经损耗地面反射叠加形成的总电场, 对比其与初始入射场的强度及波形变化, 分析了地面附近合成电磁场的特点。提出一种将模拟环境效应与实际环境效应进行等效转换的计算方法, 应用该方法计算了入射波电场45极化情况下的模拟环境效应修正因子。分析计算结果, 建议在开展HEMP效应的辐射波模拟试验中, 应将受试设备放在至少三个相互正交的方向上进行测试, 同时适当减小模拟器产生电磁脉冲的宽度。     

连续波多普勒引信雷电电磁脉冲辐照效应

为了研究雷电电磁脉冲场对连续波多普勒引信安全性能的影响,确定引信的能量耦合通道和效应规律,构建了引信雷电电磁脉冲辐照试验系统,并开展了该引信雷电电磁脉冲辐照效应试验。试验结果表明:受试引信最佳能量耦合姿态为引信竖直向上,弹体轴线与辐射场传播方向垂直,三角环天线平面垂直于辐射场传播方向;主要能量耦合通道为弹体;不同辐照波形下引信的临界干扰场强不同,在配用152 mm弹体时,1.2/50,5.4/70,0.25/100和10/350μs波形的临界干扰场强分别约为74,60,65和75kV/m。雷电电磁脉冲对受试引信的作用机理为:辐射能量通过弹体耦合到执行电路输入端,由于感应信号脉冲宽度满足触发脉冲宽度的最低要求,从而推动引信执行电路误动作。     

连续波多普勒引信雷电电磁脉冲辐照效应

为了研究雷电电磁脉冲场对连续波多普勒引信安全性能的影响,确定引信的能量耦合通道和效应规律,构建了引信雷电电磁脉冲辐照试验系统,并开展了该引信雷电电磁脉冲辐照效应试验。试验结果表明：受试引信最佳能量耦合姿态为引信竖直向上,弹体轴线与辐射场传播方向垂直,三角环天线平面垂直于辐射场传播方向; 主要能量耦合通道为弹体; 不同辐照波形下引信的临界干扰场强不同,在配用152 mm弹体时,1.2/50,5.4/70,0.25/100和10/350 s波形的临界干扰场强分别约为74,60,65和75 kV/m。雷电电磁脉冲对受试引信的作用机理为：辐射能量通过弹体耦合到执行电路输入端,由于感应信号脉冲宽度满足触发脉冲宽度的最低要求,从而推动引信执行电路误动作。     

雷电电磁场峰值的概率分布

获得雷电电磁场的随机特性,是研究雷电电磁场对电子系统有害耦合效应评估的基础。基于雷电流的统计特性,在具有一般性的概率框架下讨论雷电电磁场,导出电磁场峰值的概率分布函数及密度函数,采用多重积分法计算出不同位置处电场强度和磁场强度峰值的概率分布图和累积概率分布图,计算结果与蒙特卡洛模拟结果吻合。     

雷电电磁场峰值的概率分布

获得雷电电磁场的随机特性,是研究雷电电磁场对电子系统有害耦合效应评估的基础。基于雷电流的统计特性,在具有一般性的概率框架下讨论雷电电磁场,导出电磁场峰值的概率分布函数及密度函数,采用多重积分法计算出不同位置处电场强度和磁场强度峰值的概率分布图和累积概率分布图,计算结果与蒙特卡洛模拟结果吻合。     

无线电引信的超宽谱辐照效应及其防护

 探讨了超宽谱高功率微波对无线电引信的辐照效应、耦合机理和防护方法。利用超宽谱高功率微波辐照源对多姿态的无线电引信进行了辐照实验并对结果进行了分析,实验表明当引信和弹体的轴向与超宽谱高功率微波的电场极化方向一致时,引信最容易被引爆,辐照效应最明显。通过理论分析和辐照实验找出超宽谱高功率微波能量耦合机理为：引信和弹体上感应的瞬变电压通过引信电源电路传递到执行电路,瞬变电压上升率超过了电路中晶闸管的断态电压临界上升率,使晶闸管意外导通,导致引信误动作。在不影响引信工作特性前提下,采取增加防护器件和替换敏感器件的加固方法,可以提高引信抗干扰能力。采用综合防护加固方法可使引信在超宽谱高功率微波辐照下不再产生误动作,达到了防护加固的目的。     

地闪雷电电磁脉冲在大地中的分布研究

为研究地闪雷电电磁脉冲(LEMP)在大地中的分布规律,采用二维时域有限差分法计算了在雷电通道不同距离处、不同大地电参数条件下LEMP在地下不同深度的分布,并与其他高功率电磁环境在大地中的衰减情况作了对比.计算结果表明:随距离增大,大地中LEMP场分量迅速衰减;大地电导率较大时,电场分量衰减很大;大地电容率的变化主要影响LEMP的垂直电场分量,随大地电容率的增大,垂直电场分量明显减小;随深度的增大,电场分量衰减增大,其高频成分的衰减尤为显著,低频成分则衰减很小.由此可知,对电线电缆实施简单的埋地处理并不能有效防止LEMP的耦合效应.     

闪电脉冲电磁场在地下空间的分布特性

为了研究闪电脉冲电磁场(LEMP)在地下传播的过程与空间分布特性,本文采用一种改进的时域有限差分法(FDTD)计算了LEMP在整个地下空间的传播过程.与以往发表的研究只局限在个别观察点的讨论不同,本文通过计算得到了空间中所有网格位置上的电磁场、时间导数、功率密度和能量密度及它们的峰值,并将它们按照空间坐标表示在相应的分布彩图中.发现在靠近地表和远离闪电通道的区域内,LEMP的各个分量同时在平行和垂直地面的两个方向上呈指数型衰减.其中磁场与水平电场的峰值在整个空间极性统一,且呈现类双指数形分布.而垂直电场在地下的峰值分为极性相反的两个区域,并且靠近闪电通道的区域呈类球状分布.其他特性参量也有类似以上的空间分布特点.并且本文通过对不同大地电导率、电容率、放电通道模型和基电流情况的计算,发现虽然在个别情况下LEMP在地下空间的数值整体增大,但整体分布特征并未改变.即使是在水平或垂直分层大地的情况下,同一层内部仍然具有相同的分布规律.甚至是在击中避雷针情况下,LEMP在地下空间的分布特点也仍然未变.而这些分布规律和特征的发现和利用,将为地下管线、设备、线缆的电磁防护设计与位置规划提供重要的支持.     

基于电磁感应的脉冲功率发生器试验研究

为了验证基于电磁感应原理的脉冲发生器的可行性,设计了一种小型脉冲发生器试验模型。对发生器的初始磁场与磁芯转变过程进行了分析与计算,建立了发生器的等效电路模型,并结合试验测量的负载电阻电压得出发生器的感应电压。设计的发生器整体直径约70 mm,长度约85 mm,其中磁芯直径为25 mm,长度为25 mm,提供初始磁场的永磁体厚度为10 mm,试验得出发生器感应电压峰值为784.5 V,与理论计算结果基本吻合,验证了发生器的可行性。     

基于电磁感应的脉冲功率发生器试验研究

为了验证基于电磁感应原理的脉冲发生器的可行性,设计了一种小型脉冲发生器试验模型。对发生器的初始磁场与磁芯转变过程进行了分析与计算,建立了发生器的等效电路模型,并结合试验测量的负载电阻电压得出发生器的感应电压。设计的发生器整体直径约70mm,长度约85mm,其中磁芯直径为25mm,长度为25mm,提供初始磁场的永磁体厚度为10mm,试验得出发生器感应电压峰值为784.5V,与理论计算结果基本吻合,验证了发生器的可行性。