基于冲击脉冲辐射天线的高功率超宽带电磁脉冲辐射系统

为给超宽带电磁脉冲效应机理与防护技术的研究提供实验平台,研制了一种基于冲击脉冲辐射天线(impulse radiation antenna,IRA)的高功率超宽带电磁脉冲辐射系统,辐射系统由差分脉冲高压源、锋化开关、IRA和介质透镜等部分构成。设计中,差分脉冲高压源由基于氢闸流管的脉冲源驱动副边中心抽头的脉冲变压器实现;设计的紧凑型锋化开关高度仅为1 cm,开关间隙为1 mm,可嵌入IRA天线馈电点,开关最高工作气压可达3 MPa;基于菲涅尔定理设计了介质透镜,以校正锋化开关和绝缘变压器油对IRA天线辐射中心的影响,改善了天线的辐射特性;辐射系统可通过改变锋化开关的气压和充电电压调节系统辐射功率。测试实验表明辐射系统的主要技术参数如下:在时域,在天线主轴距离口径面5.5 m处辐射电场脉冲上升沿约为330 ps,幅值约为±8 kV/m,远场有效电势最高可达44 kV,辐射功率可调;在频域,中心频率为400 MHz,基于能量范数比定义的信号频带为80 MHz~1GHz,信号带比约为12.5,百分比带宽为170.4%。辐射系统能够为开展超宽带电磁脉冲效应阈值规律及防护技术的研究提供一个辐射功率可调的试验平台。

基于低轨卫星的分布式超宽带电磁脉冲对地面接收机干扰技术

随着抗干扰技术的不断发展和进步,以阻塞式和欺骗式干扰为代表的传统干扰技术面临挑战。为此,提出了一种基于低轨卫星的分布式超宽带电磁脉冲干扰技术,相比于传统干扰机,超宽带电磁脉冲干扰是一种新型电磁攻击体制。首先,理论推导了重频超宽带电磁脉冲的功率谱;其次,对分布式干扰技术可行性进行分析,并计算了基于低轨卫星平台的分布式干扰所需的发射功率;最后,开展了针对导航接收机低噪放的超宽带电磁脉冲效应实验,并利用STK(Satellite Tool Kit)设计了中低纬度下用于搭载超宽带电磁脉冲干扰机的低轨卫星星座布局。实验结果表明,UWB电磁脉冲可以使低噪声放大器出现暂时增益压缩现象,脉宽为0.7 ns的单脉冲可以使导航信号经过低噪声放大器后被压制近400 ns,重频形式下可以实现信号的完全压制。因此,基于低轨卫星的分布式超宽带电磁脉冲干扰体系可以有效增强干扰效果,有望实现目标区域的全覆盖。

超宽带电磁脉冲对典型引信的耦合效应研究

为明晰超宽带电磁脉冲对典型无线电引信的干扰和损伤影响,应用时域有限积分法对典型无线电引信腔体耦合效应进行了数值模拟研究。以典型无线电引信腔体及其低频电路板实际结构为对象进行建模,仿真研究了超宽带电磁脉冲对该引信腔体的耦合特性,分析了引信高低频电路间连线过孔参数和脉冲参数对耦合效应的影响规律,研究了加装印刷电路板对耦合效应的影响。结果表明:与圆形和正方形孔缝相比,矩形孔缝的耦合系数受极化方向的影响显著;脉冲上升时间越小,耦合系数越大;加装印刷电路板后,腔体相同位置处耦合系数下降,谐振频率改变。

超宽带电磁脉冲辐射场测量技术研究

介绍了一种用于空间自由电磁脉冲测量的探测器，该探测器为阻抗渐变型ＴＥＭ喇叭结构。重点介绍了探测器灵敏度的测量方法，测试结果表明，在８０ＭＨｚ～２．２ＧＨｚ范围内，探测器灵敏度的频响起伏小于２０％，相位随频率线性变化，标定误差小于１２％。

无线电引信超宽带电磁脉冲效应研究

利用超宽带（UWB）电磁脉冲发生器对不同姿态的某型无线电引信进行了超宽带电磁脉冲辐照实验研究。实验表明：电点火头本身在UWB辐照下是安全的，当超宽带电磁脉冲峰峰值场强达到106kV／m时，在引信加电工作情况下可以使实验引信全部引爆；此外，引信一弹体自身等效天线长度增加会导致无线电引信超宽带电磁脉冲效应更加明显。

环焦天线的超宽带电磁脉冲耦合效应研究

针对电磁脉冲对通信系统的危害问题,研究了环焦天线与超宽带电磁脉冲(UWB-EMP)的耦合效应。研究结果表明:宽度为0.2ns的单UWB-EMP信号源沿环焦天线轴线入射,当脉冲源与天线相距50m时,耦合进入天线的能量比较小,但是耦合到的瞬间峰值电流很大,会对通信系统造成危害。根据损伤干扰相关阈值门限,当距离大于1000m时,耦合能量低于干扰阈值门限,脉冲不再对通信系统产生危害。

超宽带电磁脉冲在冲激雷达中的应用及发展

文章概述了超宽带电磁脉冲的特点,简要描述了超宽带电磁脉冲的发展方向,介绍了几种典型的基于气体开关的超宽带电磁脉冲发生器。固态开关的发展,为超宽带电磁脉冲发生器提供了新的技术途径,文章介绍了基于固态开关的典型脉冲源。简要阐述了功率合成的特点和方法,固态开关的高稳定性能使其在功率合成方面显示了较好的效果。简要介绍了国内外典型的冲激雷达系统。分析了冲激雷达对超宽带电磁脉冲源的要求,给出基于不同固态开关的高功率电磁脉冲源方案,最后对冲激雷达脉冲源的发展进行了展望。

超宽带电磁脉冲对无人机辐照耦合仿真研究

针对超宽带电磁脉冲易对无人机射频前端薄弱器件低噪声放大器造成击穿失效的问题,进行了超宽带电磁脉冲前门耦合规律的研究。利用仿真软件模拟了超宽带电磁脉冲对无人机辐照前门耦合过程,得到了电磁脉冲耦合到无人机内部电磁薄弱元器件前的节点电压、电流时域波形。结果表明,电磁脉冲经前门耦合传播至薄弱器件前端电路的最大瞬时功率大于器件所能承受的最大输入功率,容易对低噪声放大器击穿从而导致数据链无法正常工作,下一步应考虑有针对性地在低噪声放大器前端加装防护电路。

基于差分开关振荡器的宽带电磁脉冲辐射系统

设计了一种差分开关振荡器,能够产生中心频率300 MHz的差分衰减振荡信号,并研制了基于差分开关振荡器和螺旋天线的辐射系统。首先将相同中心频率的差分开关振荡器与单端开关振荡器对比,表明差分开关振荡器的耐压和输出电压是单端开关振荡器的两倍;然后介绍了差分开关振荡器的设计方案,对其阻抗特性和静电场分布进行了分析,仿真了其瞬态工作过程;之后根据差分开关振荡器的输出形式,研制了一种差分注入的螺旋天线,作为系统的辐射天线;最后介绍了该差分型辐射系统在不同辐射距离,不同充气气压下的实验结果,并与单端型辐射系统进行了对比。结果表明,该辐射系统能够产生中心频率300 MHz,百分比带宽约20%的高功率宽带电磁脉冲,最大辐射场强约18 kV/m,有效电势约110 kV,场强与单端型辐射系统相比近似提高了1倍。

超宽带电磁脉冲天线阵互耦效应研究

将超宽带电磁脉冲天线组阵后可提高主射方向的峰值功率及增益。但由于非线性阵元因素,必须考虑阵元间互耦效应。以恒阻抗TEM喇叭天线为阵元,通过仿真和实验研究了超宽带天线阵的互耦效应,研究表明,耦合强弱与阵元间距及频段有关,互耦增强了超宽带天线阵的低频辐射能力,使远场主射方向脉冲峰峰值有所增加。上述结论对于超宽带电磁脉冲天线阵的应用具有参考价值。

调频连续波引信超宽带电磁脉冲前门耦合效应

针对调频连续波(frequency modulation continuous wave,FMCW)引信在超宽带电磁脉冲环境下易受干扰的问题,将场路联合仿真的方法应用于引信射频前端超宽带电磁脉冲耦合效应研究。仿真实验采用先辐照后注入的方法,首先对引信射频前端模型进行平面波辐照;然后将耦合电压导入引信接收机进行效应分析。实验结果表明,超宽带强电磁脉冲很难对接收机内部元器件造成毁伤,其耦合效应主要体现为干扰效应,当耦合进入接收机中频带的能量足够淹没正常输出信号能量时,引信测距功能会受到干扰。

超宽带电磁脉冲及其对电子装备的影响研究综述

在介绍超宽带含义的基础上，系统分析了国内外在超宽带电磁脉冲技术以及超宽带电磁脉冲对电子装备的影响研究领域的状况，并对超宽带电磁脉冲技术的未来发展趋势进行了展望。

毫米波近炸探测器超宽带电磁脉冲防护加固措施研究

目的研究毫米波引信近炸探测器超宽带(Ultra-wideband,UWB)电磁脉冲防护加固措施,提高引信的电磁防护能力。方法利用超宽带辐照试验平台,开展辐照试验,通过测试,确定受损探测器的损伤部位,明确辐照效应机理,并提出针对性加固措施。结果超宽带电磁脉冲可使探测器出现死机或硬损伤的现象,受试探测器的效应场强阈值在50~80 kV/m。死机可在重启后恢复,而硬损伤为不可恢复现象。结论毫米波引信近炸探测器对超宽带电磁脉冲较为敏感,锁相环回路是探测器的敏感部位。探测器暴露在辐照场下的射频电路和天线窗口是超宽带能量的主要耦合通道。采取改进元器件布局、更换器件和屏蔽线等加固措施后,探测器超宽带的防护能力有较大提升,证明了加固措施的有效性。

超宽带电磁脉冲探测油水界面

使用光谱折射模型,分析了水平井储层模型媒质的复介电系数和岩性特征。数值模拟和分析了纳秒、亚纳秒电磁脉冲在储层模型中的传播过程。用振荡天线发射宽度0.3纳秒到3.0纳秒的超宽带电磁脉冲,在地质雷达收发器120分贝动态范围内,确定了油水界面的最大探测深度是从0.8米到1.2米。根据测出的油水界面超宽带反射脉冲的延迟时间、油水界面反射后发射脉冲和接收脉冲的平均频率,确定出发射器到油水界面的距离。

GPS接收机超宽带电磁脉冲效应

GPS是现代高技术武器的眼睛之一，它能够为全球任意地点、任意多个用户同时提供高精度、全天候、连续、实时的三维定位、测速和时间基准，可以满足军事部门对海上、陆地和空中运载体进行高精度导航和定位的要求。GPS已经大量用于导弹制导和军用飞机导航，使用GPS或GPS／INS联合制导已经成为导弹制导的最好选择之一。然而，GPS的导航、定位和授时功能都是通过GPS接收机来完成的，如果GPS接收机不能正常的工作，GPS将失去它应有的作用。

基于正向建模的目标超宽带电磁脉冲雷达回波仿真

为了快速获取超宽带(ultra-wideband,UWB)电磁脉冲激励下雷达目标的时域电磁响应,提出了一种基于散射中心正向建模的目标时域回波仿真方法.从目标几何模型出发,利用空间射线分集技术对强散射源进行分离,通过模型参数正向确定方法构建出目标的属性散射中心模型,用以表征目标高频电磁散射特性,并在UWB电磁脉冲激励下进行仿真运算,获得目标时域回波信号.以典型目标SLICY为例,基于正向建模的散射中心模型,快速获取不同UWB电磁脉冲激励下的雷达回波信号,与高频仿真方法得到的一维距离像(high resolution radar profile,HRRP)进行对比分析,吻合良好.由此验证了本文提出的回波仿真方法的有效性,为不同辐射源激励下目标的快速电磁响应研究提供了一种新思路.

超宽带脉冲作用下抗干扰器件的特性分析

基于高重频超宽带脉冲,研究了高重频超宽带脉冲对自适应调零天线和PIN限幅器的抗干扰性能的影响。基于Matlab和ADS仿真软件搭建模型,并通过实验平台对ADS的仿真结果进行验证。实验结果表明:对于导航接收机中的自适应调零天线,超宽带干扰脉冲会使其射频链路产生饱和效应,从而使功率倒置算法失效,进而无法在干扰方向形成零陷;对于PIN限幅器,超宽带干扰脉冲可以使其产生明显的尖峰泄露效应。相较于ns量级的窄谱高功率微波脉冲,超宽带脉冲对限幅器的干扰能力更强。

宽带强电磁脉冲模拟器发展及设计研究

宽带强电磁脉冲是高功率微波技术近年来的主要发展方向之一,由于模拟器可用于强电磁辐射环境模拟,开展强电磁脉冲效应与防护研究,所以取得了快速发展。对宽带强电磁脉冲模拟器的研究现状进行了介绍,分析模拟器在工作频段和技术体制方面存在的共性,并结合研究需求,设计了一种宽带强电磁脉冲模拟器,该模拟器采用Marx发生器直接驱动高功率宽带天线的方式,实验结果显示该模拟器的远场辐射因子可达224kV,辐射中心频率215 MHz,带宽可达32%,为宽带强电磁脉冲模拟技术的发展、科学研究提供了参考依据和试验条件。

无人机宽带高功率电磁脉冲易损性分析

针对无人机宽带高功率电磁脉冲易损性问题,以四旋翼无人机为研究对象,对其结构、功能进行分析,利用电磁敏感机理对接收机进行了敏感度分析,利用场线耦合进行了负载50Ω终端响应电压计算,进行了易损性计算,得到了场强、重复频率与毁伤概率的关系。利用系统级效应试验得到了3种电磁脉冲源作用下的毁伤阈值。研究表明:最易受到干扰毁伤的部件为接收机和GPS,重复频率增加,场强阈值降低,毁伤概率增大。

引信-超宽带强电磁脉冲效应阈值试验研究

为明晰超宽带电磁脉冲对引信的干扰和损伤影响,确定引信-电磁脉冲效应的阈值区间,针对当前引信-电磁脉冲效应数据样本少,难以准确评估引信的抗电磁脉冲能力的难题,建立了马尔可夫蒙特卡罗估计的引信-电磁脉冲效应阈值分析模型。通过构建的超宽带电磁脉冲模拟器的引信效应测试系统,对典型引信进行辐照试验,得到引信-电磁脉冲的效应规律及干扰阈值。试验结果表明:引信通信故障的效应阈值均值为28.262 kV/m,均值的95%可信区间为(27.390,29.129)kV/m;方差的后验期望估计为1.867 kV/m,方差的95%可信区间为(0.834,4.182)kV/m。所提模型可用作多种引信的电磁脉冲效应阈值估计,为提高引信的抗电磁干扰能力提供理论基础和试验手段。