高功率微波电磁脉冲对铁路PCB类设备的危害影响及防护措施研究

随着我国铁路朝着电气化和信息化方向不断发展,各种由精密PCB设计集成的电力电子设备广泛应用于各种强弱电系统,当这些设备遭受高功率微波等强电磁脉冲武器照射攻击时,若自身防护能效不足,则会导致设备出现异常状态,直接或间接地影响行车安全。文章通过建模仿真分析高功率微波电磁脉冲对铁路PCB设备的辐射影响和危害评估,并从工程角度提出了一些针对铁路PCB设备应对强电磁冲击的防护建议。

电子设备和系统射频通道高功率微波电磁脉冲场—路综合防护方法综述

高功率微波电磁脉冲辐射可以通过多种耦合途径进入敏感电子设备和系统,导致严重的干扰、扰乱甚至损坏,特别是通过天线耦合进入射频通道的电磁脉冲会破坏敏感器件。给出几种针对天线耦合的空间电磁脉冲场防护以及电路中敏感器件的电磁脉冲路防护新方法,探讨敏感系统的电磁脉冲场—路综合防护设计方法。利用专门设计的防护表面和防护模块,分别在天线前端对空间的电磁脉冲场和天线后端电路中的电磁脉冲电压或电流进行抑制,保护电路中的敏感模块免遭损坏,增加的场—路综合防护对工作信号的衰减控制在允许的范围之内。通过原理样件的测试表明,防护方法对带内和带外的高功率微波电磁脉冲具有良好的防护效果。

高功率脉冲微波和电磁脉冲辐照对心肌细胞膜电穿孔效应及机理的研究

电磁辐射可造成人体多器官系统的损伤。对其损伤的病理机制至今尚未完全阐明。心脏是电磁辐射损伤的敏感器官之一。本实验拟通过研究HPPM和EMP对心肌细胞的影响,探讨电磁辐射致伤的关键机制,解释脉冲电磁场致心肌细胞损伤的发展规律。本实验采用HPPM和EMP辐照原代培养心肌细胞的方法,用原子力显微镜、激光扫描共聚焦显微镜、流式细胞仪和全自动生化检测仪等多种实验手段,检测辐照对细胞膜形态、结构和功能的影响。结果发现HPPM和EMP辐照后,心肌细胞搏动减慢,形态异常,活力下降,凋亡和坏死率明显增加。细胞膜出现数量不等、大小不一的电穿孔,细胞膜通透性丧失,结构破坏,细胞培养液中Na+、K+、Ca2+、Cl-、Mg2+、Ca2+和无机磷离子浓度显著升高(P<0.01),细胞内Ca2+浓度显著降低(P<0.01)。结果提示心肌细胞是电磁辐射损伤的敏感细胞,脉冲电磁场可致心肌细胞膜电穿孔,细胞形态、结构和功能均受到严重损伤。电穿孔效应是解释电磁辐射非热效应的关键机制之一。电穿孔导致的细胞膜通透性和膜结构改变存在一定发展规律。

高功率微波电磁脉冲辐射防护专刊前言

国际上对高功率微波电磁辐射造成的危害效应已经开展了数十年研究，而随着高功率微波电磁脉冲发生技术的发展，高功率微波电磁脉冲源技术已经逐渐成熟，成为了一种新型的进攻性武器。

T/R组件高功率电磁脉冲试验研究

针对复杂电磁环境下有源相控阵雷达T/R组件高功率电磁脉冲毁伤效应试验问题,介绍了高功率电磁脉冲进入T/R组件的三种途径,对高功率电磁脉冲辐照场强与注入功率等效关系进行了建模分析。对某T/R组件进行电磁脉冲注入效应试验、加固设计试验验证以及电磁脉冲辐照试验后,得到T/R组件在单脉冲和脉冲串注入试验条件下的毁伤效应波形。研究发现:随着注入电磁脉冲数的增加,T/R组件峰值温度逐渐上升,毁伤效应逐渐严重;加固设计后的T/R组件高功率电磁脉冲毁伤阈值由原先的k W量级水平提高到10 k W量级水平。积累的T/R组件毁伤效应阈值和加固设计经验,可为后续的工程应用提供借鉴。

高功率微波天线电磁仿真方法研究进展

高功率微波(high-power microwave,HPM)天线作为HPM系统与外界交互能量的通道,其对HPM系统的性能具有重要的影响。设计HPM天线时,受制于有限的测量手段和高昂的实验成本,难以通过实验方法对HPM天线性能进行分析。相较于实验方法,高效精确的电磁仿真方法是分析HPM天线性能最有效、最经济的研究手段。目前,HPM天线主流电磁仿真方法包括:全波仿真方法、高频渐近方法以及混合方法。本文对近年来HPM天线电磁仿真方法的新进展进行了介绍,总结了各种电磁仿真方法的优缺点,可为HPM天线性能仿真方法的选取提供思路。

高能微波电磁脉冲武器

介绍了高功率微波武器的特点 ,简要说明了高能微波电磁脉冲的形成过程。叙述了在现代战争中应用的领域 ,并谈及我国发展该武器的紧迫性。

一种改进模型计算高功率微波长脉冲大气传输

利用电子流体力学方程和麦克斯韦方程组可对高功率微波(HPM)脉冲传输的物理过程进行数值模拟。在此基础上根据能量守恒原理进行改进,提出一种新的改进模型,可有效地减少计算量。数值计算表明,改进模型所得模拟结果与原模型的结果吻合较好。

高功率微波作用下三维结构中多物理场耦合过程仿真方法研究综述

电子系统暴露在高功率微波中,产生的多物理耦合效应会引发其性能降低甚至损毁。为指导其电磁防护设计,需要研究大规模电(磁)-热-应力耦合并行仿真方法。通过集成高性能并行计算框架和区域分解方法(domain decomposition method,DDM),可以实现超大规模复杂结构的高效数值模拟。在无源结构的电-热-应力耦合数值模拟中,每个时间步都需要反复求解电流连续性方程、热传导方程和热应力方程,场间通过焦耳热和温变材料参数实现耦合,当达到稳态后,进入下一个时间步;在射频无源结构的电磁-热-应力耦合过程数值模拟中,每个时间步内分别求解电磁场和热场,并通过耗散功率和温变材料参数实现场间耦合,当达到稳态后,根据温升计算热应力,然后进入下一个时间步。本文回顾了电(磁)-热-应力大规模并行仿真的实现方法,并列举了国内外科研团队在键合线阵列、系统级封装、微波滤波器等多种复杂结构的多物理场模拟方面的标志性成果。

高功率微波与射频模块耦合仿真研究

针对高功率微波(以下简称:HPM)对集成电路的耦合效应问题,利用电磁仿真软件对某型射频模块模型进行高功率微波辐照仿真;研究并计算频率为1GHz、3GHz和5GHz的HPM在射频模块上的耦合信号与电磁分布情况。结果表明:射频模块中,部分电容的电流、电感的电压与HPM频率呈正相关趋势,且当天线的中心频率与HPM频率越相近时,芯片的天线端口耦合的电压越大。

宽带高抑制性能电磁脉冲防护电路设计与实验

强电磁脉冲易通过天线、孔缝、线缆等多种耦合途径进入电子系统内部,造成敏感电子设备出现短暂故障或永久损毁。安装电磁脉冲防护电路可有效提高电子设备抗强电磁脉冲能力。基于LC选频网络和瞬态电压抑制(TVS)二极管,设计了一种宽带高抑制性能电磁脉冲防护电路,防护电路工作带宽超过2 GHz、插入损耗低于0.6 dB。系统性研究了防护电路对频谱分布在工作带宽内多种电磁脉冲(方波脉冲、宽带高功率微波、窄带高功率微波)的防护能力。结果表明:防护电路对不同类型电磁脉冲电压抑制比大于40 dB、耐受功率超过387 kW、而响应时间仅0.7 ns。该防护电路具有工作频带宽、电磁抑制性能好、响应速度快、耐受功率高等特点,对电子信息系统电磁防护加固具有重要意义。

新型高功率微波探测器

通过对半导体材料中载流子迁移率的特性分析 ,在原 HPM探测器的基础上 ,提出了探测器中半导体传感器的新设计 ,使探测器的检测灵敏度提高一个量级 ;同时研制成功 S波段 HPM探测器。在传感器的加工方面采用了新的工艺 ,并对电源进行了改进 ,使之功能完善、使用简单、具有实用性。其电源偏压在 4 0 V时 ,X波段的探测器在 6 0 k W时输出检测脉冲信号幅度高达 9V,S波段的探测器在 6 0 0 k W时输出检测脉冲信号幅度高达 10 V,可适用于 10～ 5 0 0 ns脉宽的 HPM功率测量。

高功率微波条件下的无源互调问题综述

由于高功率微波(HPM)武器的应用和电子系统的复杂化,无源互调(PIM)问题变得日益突出。本文介绍了PIM问题的由来、发展概况,以及存在的问题,并且对无源互调产物(PIMP)的效应、预测和测量作了详细的论述。

超宽谱短电磁脉冲电场标准装置溯源及不确定度评定

针对高功率超宽谱短电磁脉冲(UWB-SP)电场标准装置的可溯源性和不确定度进行了研究,完成了UWB-SP电场标准的溯源和不确定度评定。分析了向脉冲参数标准、S参数标准、长度标准等参量标准溯源的可行性,实现了通过间接量的溯源得到标准装置的不间断溯源链。研究建立了标准装置的电场不确定度评估模型,针对脉冲源输出电压不确定度、脉冲传输不确定度、标准装置机械工艺及装配不确定度等不确定度分量进行了评定,并对各不确定度分量进行了合成,得到了标准电场的合成扩展不确定度为8.4%。

高功率微波脉冲与带EBG结构的计算机机箱的耦合及其并行计算研究

正高功率微波(High power microwave,简称HPM)是随着脉冲功率技术的实用化而迅速发展起来的,它是指峰值功率在100MW以上,工作频率为1～300GHz的电磁波。高功率微波极大地促进了高功率雷达,超级干扰机,等离子物理和高功率微波武器等的发展。而且,它在新能源开发、功率无线传输、微波探测、受控核聚变等离子体加热、材料改性和新材料研制、环境污染治理和废物处理等众多领域有着迫切的应用需求。

高功率微波武器即将进入武器库

若干高功率微波 (HPM)技术已走向成熟 ,它们正在从工程与制造阶段向战术武器阶段过渡 ,目前很可能在进攻伊拉克的战斗中看到首次使用微波武器。本文简要介绍美、英、俄三国发展HPM武器技术的计划 ,评述了几种典型HPM武器研究的重大进展 。

高功率微波辐照对心肌细胞和心脏间质细胞生存能力和细胞活力影响的研究

目的 :研究HPM对心肌细胞和心脏间质细胞生存能力和细胞活力的影响。方法 :HPM辐照体外培养乳鼠心肌细胞和心脏间质细胞 ,用流式细胞仪检测细胞凋亡和坏死 ;用MTT实验测定细胞活力。结果 :HPM可以对心肌细胞和间质细胞的功能和形态产生明显影响 ,引起二者的凋亡和坏死。结论 :心脏可能是HPM损伤的易感器官之一 ,并提示在探讨HPM对心脏的损伤时 。

几种高功率微波频率诊断方法

本文介绍了诊断高功率微波频率的滤波法、色散线法、外差法的原理及其装置的设计、性能和应用结果。分析比较表明 ,这三种方法及装置各有其特点和适用范围 。

高功率微波武器杀伤机理及发展现状

介绍了高功率微波武器的概念、分类、组成,深入研究了其杀伤机理及特点,详细阐述了美国、俄罗斯等国外军事强国在高功率微波武器方面的最新进展,并分析了国外取得的研究成果及武器化进程。

FDTD求解高功率微波大气传播问题的可行性研究

提出了应用时域有限差分(FDTD)方法对高功率微波(HPM)大气传播模型进行数值模拟。HPM大气传播模型是由Maxwell方程组和电子磁流体方程共同描述的。利用FDTD的特点,在适当的时间和空间位置对该方程组进行中心差分,获得其显式差分格式。并结合流体力学有限元分析中的边界处理方法,建立了一套全新、高效的求解HPM大气传播的数值方法,其计算量仅与空间网格步数相当,在普通PC机上就能完成相应计算。计算结果验证了该方法的合理性和正确性。