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是两种重要的强电磁形式,在试验标准中也对应不同的测试方法,但在文献及相关讨论中,常常会出现“高功率微波脉冲”、“高功率电磁脉冲”等近似的概念,似乎电磁脉冲也有高功率的,而高功率微波也有脉冲形式,到底这两者有何异同,本文专门作一下梳理和分辨。
电磁脉冲(Electromagnetic Pulses,EMP)是电磁波的一种表现形式,是一种瞬变电磁现象,泛指雷击产生的电磁脉冲、开关产生的电磁脉冲或高空核爆及电磁脉冲炸弹产生的电磁脉冲。
有时候还会在文献中看到“高功率电磁脉冲”,高功率电磁脉冲是在实验室产生的一种具有短脉冲宽度、快脉冲前沿、大辐射功率的超宽带相对论型微波辐射脉冲,用以在实验室环境下模拟核爆产生的电磁辐射脉冲。
EMP信号波形: EMP信号通常具有极短的上升时间和下降时间,典型维持的时间为纳秒到微秒级别。它们能是单个脉冲或连续脉冲。单个脉冲EMP通常具有快速上升时间,峰值功率较高,并在短时间内衰减。连续脉冲EMP由多个脉冲组成,脉冲之间有较短的间隔。EMP的波形特征取决于其产生机制。例如,核爆炸引起的EMP波形通常呈现类似于快速上升的脉冲形状,而闪电产生的EMP波形则具有更复杂的特征。
HPM信号波形: HPM信号通常具有相对较长的维持的时间,通常在纳秒到毫秒级别。它们能是单个脉冲或连续脉冲。单个脉冲HPM的上升时间相对较慢,峰值功率较低,并在较长的时间内衰减。连续脉冲HPM由多个脉冲组成,脉冲之间有较短的间隔。HPM的波形特征与其发生器和传输系统的设计有关。它们通常是经过精心调制和放大的高功率微波信号。
图1中的标准电磁脉冲波形96 %的能量分布在100k~100MHz范围内,当前国际上较为先进的电磁脉冲发生装置可产生的脉冲上升前沿为75~300ps,辐射频率能覆盖100 MHz~6 GHz。
高功率微波的频段,按照GJB8848中的定义为300MHz~300GHz,相对于电磁脉冲频率更高。
EMP装置的原理主要涉及电磁脉冲的产生。原始的EMP通常通过三种方式产生:核爆炸、闪电放电和高功率雷达。在核爆炸中,EMP由核爆炸释放的电磁辐射产生。在闪电放电中,大气中的电荷分离导致放电电流和电磁脉冲的产生。而高功率雷达则通过发射和辐射高功率的脉冲信号来产生EMP。为了模拟核电磁脉冲,开展地面试验的装置如下图所示。
HPM装置的原理主要涉及高功率微波的产生和辐射。HPM装置通常包括一个高功率微波发生器,通过电能转换为微波能量。发生器能够使用脉冲功率放大器、磁控管放大器等技术来产生高功率的微波信号。然后,这些高功率微波信号通过天线或波导进行辐射。
电磁脉冲(EMP)和高功率微波(HPM)的保护措施存在一些相同点和不同点。以下是它们之间的一些主要相同点和不同点:
1)屏蔽:无论是EMP还是HPM,屏蔽是防护的基本措施之一。屏蔽材料能够适用于限制电磁波的进入或传播,并降低其对设备和系统的影响。金属屏蔽、导电涂层和屏蔽房间等方法都能够适用于EMP和HPM的防护。
2)滤波和抑制:EMP和HPM的防护中常常使用滤波器和抑制器来减少电磁波的干扰。这些设备能滤除或削弱特定频段或频率范围的信号,以保护敏感设备免受EMP和HPM的影响。
3)接地:良好的接地系统对于EMP和HPM的防护都很重要。有效的接地可以分散或吸收电磁能量,减轻对设备的影响,并提供一条安全的路径来释放静电和电荷。
2)能量耦合方式:EMP和HPM的能量耦合方法不一样。EMP通过电磁脉冲的电场和磁场的能量耦合进入设备和系统中,对电路和设备造成影响。而HPM主要是通过高功率微波辐射的能量耦合(前门耦合)进入设备和系统中,对电子器件和系统产生影响。
3)引起的损害类型:EMP和HPM可能会引起不一样的损害。EMP常常会引起瞬态过电压、电弧击穿和电路元件损坏等问题。而HPM主要会引起设备和系统中的高功率微波能量吸收和电磁辐射效应,可能会引起电路损坏、故障或数据丢失。
4)高功率微波防护常常要使用限幅器,限幅器(Limiter)是一种用于限制电磁波幅度的装置。在HPM防护中,限幅器可拿来限制高功率微波脉冲的幅度,以防止其超过设备和系统的耐受水平。限幅器可以接收到来自HPM源的高功率微波信号,并通过调节其非线性特性来限制信号的幅度。这样做才能够防止高功率微波对设备和系统产生过大的影响,从而保护其正常运行。而EMP的防护大多分布在在屏蔽、过滤、抑制和接地等方面,以限制其进入设备和系统,通常不需要限幅器。
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