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电子设备高功率微波武器防护措施

 论文栏目:电子设备论文     更新时间:2019/5/15 16:40:37   

摘要:高功率微波武器是一种新型的武器装备,其对现代军用装备中的电子系统具有毁伤效应,已经严重威胁了军用电子设备,其影响是一般武器装备无法比拟的。因而,研究如何防护高功率微波武器,已经成为武器装备研制过程中的重要环节。针对军用电子设备在强电磁环境中受到的威胁,给出了高功率微波武器对电子设备的毁伤机理,分析了其对电子设备的毁伤途径,最后总结了几种防护高功率微波武器的措施。

关键词:高功率微波武器;“前门”耦合;“后门”耦合;防护措施

高功率微波武器是将强大的微波能量通过高增益天线汇聚在很窄的波束内,使微波能量集中在一起,定向的照射在被攻击的武器装备上,其接受到的微波能量是巨大的,一部分微波能量会进入系统内干扰或者损坏关键电子元器件,使其暂时扰乱或永久失效[1]。高功率微波武器在使用过程中其工作频率一般为300MHz~300GHz,脉冲峰值功率一般超过100MW[2]。作战电磁环境越来恶劣,而作战系统防护高功率微波武器的能力特别薄弱,如果不进行防护,则不堪一击,因而研究如何防护高功率微波武器有着十分重要的意义。本文通过研究高功率微波武器对军用电子设备的毁伤机理以及毁伤途径,总结了几种防护高功率微波武器的措施。

1高功率微波武器毁伤机理分析

1.1高功率微波武器毁伤机理

高功率微波武器对目标设备进行毁伤效应是通过微波能量所产生的的热效应、电效应完成的。其热效应是通过将进入系统内的电子器件上的微波能量转化为热能,从而产生高热,可以破坏或烧毁正常工作的电子器件。其电效应是目标系统受到高功率微波能量辐射后,其金属表面或者导线上会产生瞬变的电磁场,进而形成感应电流,随着微波能量越大产生的感应电流强度越强,感应电流会扰乱正常电子设备工作中的电流,使电子设备受到干扰而不能够正常工作[3]。高功率微波武器对军用电子设备的毁伤机制有以下五种:高压击穿,器件烧毁,电涌冲击,微波加温,瞬间干扰。高压击穿是高功率微波能量在进入电子设备后,会在结点之间形成高电压或者大电流,从而将结点击穿;器件烧毁是高功率微波能量作用到电子设备上会转化为大量的热量,引发金属丝熔断、PN结烧蚀、热敏元件失灵等热效应现象;电涌冲击是高功率微波能量因金属屏蔽在屏蔽壳体上会产生感应

1.2高功率微波武器毁伤途径

高功率微波武器是通过将微波能量耦合到电子设备中的关键电子器件上,使设备内的局部器件失效来实现对整个系统的毁伤的,高功率微波武器主要是利用“前门”和“后门”耦合来将微波能量耦合进入系统的。“前门”耦合是电子系统的天线、传输线、传感器等会作为耦合介质,高功率微波能量会通过这些耦合介质将能量传输到系统的发射和接收设备内,由于这些设备的灵敏度较高,接收到较小的能量都会造成设备的损坏。微波能量通过天线和电缆耦合进入设备内部的途径具体如下:天线耦合,电子设备中的用于接收电磁信号的设备是天线,当高功率微波武器发射处于天线接收频带内的强电磁信号时,会使接收设备接收到超过其范围的能量,进而烧毁。“后门”耦合是高功率微波能量通过系统上的的孔洞、缝隙和电缆接头等耦合进入系统内部,其通过孔洞、缝隙耦合和电缆耦合进入系统的途径如下:孔洞、缝隙耦合,高功率微波的波长一般在1mm~1m,当高功率微波的半波长没有孔洞、缝隙的尺寸大时,微波能量就可以耦合进入电子设备内部,产生感应电压或电流,使内部电子器件失效或损坏;连接处耦合,高功率微波辐射在系统电缆上时,若系统电缆及连接部位屏蔽措施不到位的话,微波能量就会通过其产生感应电流进入系统内部,从而引起电子器件的失效或损坏,造成电子设备不能正常工作。

2高功率微波武器防护技术

高功率微波武器主要是利用“前门”耦合和“后门”耦合来将微波能量耦合进电子设备中去的,所以高功率微波武器的防护采用的就是对“前门”和“后门”耦合的防护。高功率微波武器的防护措施主要有:空域防护,频域防护,能域防护,时域防护,接地防护。

2.1空域防护

空域防护是选用特殊的屏蔽材料,采取合理的屏蔽设计,将毁伤性的高功率微波能量在空间上与电子设备内部的电子器件隔离开来,使设备与系统接收到的微波能量达到最低,以此来达到防护的目的。

2.2频域防护

频域防护最基本的手段是滤波,分析系统的频率特性,将干扰频率段的信号滤除在系统之外,只接受有用频率段的信号。通过电缆耦合进入系统的干扰信号,可以通过滤波的方式进行频域防护。滤波器根据对微波能量处理方式分为损耗滤波器和反射率波器。损耗滤波器是通过将干扰频率上的高功率微波微波能量损耗掉来进行滤波的,反射滤波器是将干扰频率上的高功率微波能量反射掉来进行滤波的。在实际使用过程中,损耗和反射滤波器经常一起使用,来达到最好的滤波效果。

2.3能域防护

浪涌保护器对高功率微波武器的防护体现在能域上,浪涌保护器连接于浪涌干扰的入口,对产生的浪涌干扰电压限幅或者将其产生的电流从旁路分流掉。浪涌保护器会在浪涌干扰电压超过阈值时立即将电位钳住,并且会将电流从旁路分流掉。开关型浪涌保护器是一种击穿性器件,当浪涌干扰电压超过击穿电压时,浪涌保护器内的电阻就会从高阻值变成低阻值,给电流提供一个分流的旁路。非开关型浪涌保护器件属于电压钳位器件,这种保护器是高度非线性的,当浪涌干扰电压超过钳位电压时,电阻会突然发生变化,将浪涌电压钳制到钳位电压。

2.4时域防护

时域上防护高功率微波采用时间回避法,其原理是在高功率微波能量到达系统之前,通过灵敏度极高的传感器提前采集到微波能量信息,以极快的速度将系统电源断开,或者是将重要信息迅速转移到专用存储器中,保护重要信息免受干扰或损坏。

2.5接地防护

接地防护是主要是通过抑制传导耦合来进行防护的,是防护“后门”耦合的重要手段。电子设备在受到高功率微波辐射后金属壳体会产生感应电流,通过将电子设备接入大地,将此感应电流导入到大地中去,以免电子设备受到干扰或损坏。结束语在未来战场中,电子战将会是各国之间的主要战场,高功率微波武器在电子战对军用装备的打击优势十分明显,越来越多的国家开始研究新型高功率微波武器。面对新型武器的威胁,电子设备的抗电磁威胁能力急需得到提升,这样才能在未来电子战中立足不败之地。本文介绍了高功率微波武器的特点和高功率微波武器防护的常用措施,为电子设备设计过程中的高功率微波防护提供参考。

参考文献

[1]赵鸿燕.国外高功率微波武器发展研究[J].航空兵器,2018,(5):21-27.

[2]王宁,金雪雁.高功率微波国外发展现状以及与电子战的关系[J].航天电子对抗,2018,(2):61-64.

[3]杨会军,李文魁,李锋.高功率微波及其效应研究进展综述[J].航天电子对抗,2013,29(3):15-19.

[4]祝民鹏,侯德亭,陈丹,蒋腾.高功率微波弹最大毁伤效能分析[J].现代雷达,2017,39(11):68-72.

作者:张少波 单位:中国电子科技集团公司第三十三研究所

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