第３ｌ卷第４期 核电子学与探测技术 Ｖｏ１．３１ Ｎｏ．４ ２０１１年４月 Ｎｕｃｌｅａｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ＆Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ａｐｒ．２０１１ 高功率脉冲对电子设备干扰的研究 温艳，邵 毅，郭焕银 （宿州学院机械与电子工程学院，宿州２Ｍ０００） 摘要：高功率脉冲辐射源通过高增益天线定向将脉冲辐射出去，以极高的强度照射目标，利用高能 脉冲对无线电、通讯系统、计算机系统等电子设备进行干扰甚至破坏。论文介绍了高功率脉冲辐射源的 结构和工作原理，并对辐射源辐射电子设备实验进行分析，实验结果表明：高功率脉冲可以干扰电子设 备正常工作，从而达到破坏对方电子通信的目的。 关键词：高功率脉冲；辐射源；天线 中图分类号：ＴＬ ５０ 文献标识码：Ａ 文章编号：０２５８－０９３４（２０１１）０４－０４７０－０３ 高功率脉冲技术始于２０世纪５０年代，６Ｏ 果，建造了一些与国际上同类装置具有同等水 年代受核武器的效应模拟、惯性核聚变和高密 平的机器 。 度物理效应产生脉冲功率以及相对论带电粒子 高功率脉冲（Ｈｉｇｈ ＰｏｗｅｒＭｉｃｒｏｗａｖｅ，ＨＰＭ） 束的影响，开始研究和发展高脉冲功率脉冲技 是指频率在３００ ＭＨｚ～３００ ＧＨｚ、峰值功率大于 术。对高功率脉冲辐射源的研究，世界上许多 １００ ＭＷ的强脉冲电磁辐射。高功率脉冲辐射 国家都十分重视。美、俄、法、英、日、澳、印等国 源产生的脉冲，经过高增益天线定向辐射出去， 都投入了大量的人力及物力，处于领先的是：美 将脉冲能量聚集在很窄的波束内，以极高的强 国和俄罗斯。美国Ｈ系列从Ｈ一１发展到Ｈ一 度照射目标，对无屏蔽但有缝隙的设备、计算机 ５，现正在做Ｈ一６。Ｈ一６采用４Ｏ Ｑ同轴线， 电路板的干扰和破坏很大。它以电磁能量及功 ５００ ｋＶ的电压、上升时间小于２３８ ｐｓ，脉宽为 率来干扰甚至烧毁电子设备或电子计算机等内 ２．５ ｎｓ，输出功率１５ ＧＷ－１ Ｊ。俄罗斯科学院西 部的敏感器件和电路。本文介绍高功率脉冲辐 伯利亚分院托姆斯克强流电子研究所和俄罗斯 射源的主要组成及工作原理，并对计算机和收 科学院乌拉尔分院等对超宽带的研究进行了多 音机两种电子设备的辐射实验进行分析，为进 年的工作并取得了重大进展，具体应用的报道 一步对电磁脉冲对电子设备干扰机理的研究提 不多。我国的中国工程物理研究院，中国原子 供实验基础。 能科学研究院和西北核工业技术研究所进行了 许多有特色的物理试验，取得了一系列重大成 １高功率脉冲辐射源的结构 １．１脉冲发生器 收稿日期：２０１０—０３—３ｌ 从功能上说，一个辐射源由电压脉冲发生 基金项目：高等学校省级优秀青年人才基金项目 器（ＰＧ）和发射天线组成。其中的脉冲发生器 （２０１１ＳＱＲＬ１５５）；宿州学院硕士科研启动基金项目 是辐射源的主体构成部分，可以工作在单脉冲、 （２００８ｙｓｓ１４）。 多脉冲和外部触发脉冲三种状态。高压脉冲发 作者简介：温艳（１９８０一），女，辽宁人，硕士研究生， 生器的结构见图１。发生器的气体开关应用了 讲师，研究方向：高功率脉冲，电磁兼容。 带有半球形电极的不可控高压整流器。当开关 ４７０ 闭合后，若有源负载电阻Ｒ＝２ｐ，Ｐ为储能线的 波阻抗，在脉冲时间内，线中储存的能量全部传 送给负载；若有源负载电阻Ｒ≠ 时，则负载 上出现一系列附加脉冲。其中第ｋ个脉冲电压 幅度和极性的公 Ｕｋ＝ （端） ，后 ：’ｄ 、、～ ————≮ｎｎ ’＾ 、 ～ ／ ｆＩｎ １，２，３…，ｋ＝１时为主脉冲， 为电压源电 （ａ）方位角平面方向图 （ｂ）仰角平面方向图 压。在高功率脉冲技术中，储能线通常采用同 轴线形式，因为圆柱状导体结构简单，此外还利 图２发射天线 用内含电介质的封闭外导体，既能保证结构的 有效性，又能保证电磁屏蔽 Ｊ。 气体开关 图１发生器的结构 １．２天线装置 天线主要特点是重量轻、紧凑、易操作和方 向性强，其产生的高功率脉冲可以在目标上形 成一个高能量聚焦。高功率脉冲发射装置的功 能与普通雷达发射天线的馈电系统功能类似， 但要解决高功率击穿问题，同时希望有更小的 副瓣以消除对友邻的影响。有时为了远距离发 射，希望采用阵列天线 ｊ。图２是辐射源天线 在两个主平面（图２（ａ）是方位角平面６＝０。，而 图２（ｂ）为仰角平面 ：ｏ）垂直极化辐射的能 量方向图（（ａ）与（ｂ）图中的曲线１）及峰值功 率方向图（（ａ）与（ｂ）图中的曲线２）。在（ａ）图 中还指出了交叉极化（在方位角平面线极化） 辐射的能量方向图（曲线３）和峰值功率方向图 （曲线４）。在仰角平面的峰值功率交叉极化水 平小于各观察角垂直极化水平最大值的０．０７ 倍 引。 ２高功率脉冲的作用机理 脉冲辐射源对目标的作用效果取决于脉冲 辐射源的输出功率、发射天线的增益和目标与 脉冲源的距离。当电磁波能量集中在单一频率 为主的窄波段内，波长以／Ｂｉｎ或ｃｍ为主时，对 无屏蔽或有屏蔽但有缝隙的电子设备破坏性很 强。当脉冲的功率密度为１０～１００ Ｗ／ｅｍ 时， 高频率脉冲辐射形成的瞬变电磁场可使金属表 面产生感应电流，通过天线、导线、电缆和各种 开口或缝隙耦合到卫星、导弹、飞机、舰艇、坦 克、装甲车辆等内部，以破坏各种敏感元件，如 传感器和电子元器件，使元器件产生状态反转、 击穿，出现误码、记忆信息抹掉等。强大的电磁 辐射会使整个通信网络失控，这是因为大功率 脉冲超过敏感元器件的阈值，设备会因过载而 造成永久性毁伤。 ３辐射源辐射实验 测量的输出脉冲具有功率大，前沿短的特 点。开关的工作气体是氮气，其中压强为１．１ ＭＰａ。发生器可以１００ Ｈｚ重复频率工作，对开 关电极间的缝隙进行横向吹气，这样可以提高 开关气体的绝缘恢复能力，以提高开关的重复 运行频率。吹气系统包括风扇，准直管和冷却 水设备。变压器用来给吹气风扇电动机供电， 发送线用来将所产生的高压脉冲传送到双极性 脉冲形成器。此外，在发送线的结构中还用了 补充元件：接地电感和限流电阻，能够防止发生 器工作时内部高频干扰的产生。此外，在本结 构体中，还引人了工作室气体冷却装置。信号 采集过程中，难以避免会有各种干扰，为了排除 这种干扰就要考虑测量时的屏蔽措施，测量时 各种测试设备均置于屏蔽室内。 本次测量和数据处理采用力科公司生产的 ＷＡＶＥＭＡＳＴＥＲ８６００数字示波器。ＷＡＶＥＭＡＳ— ＴＥＲ８６００是采用了Ｘ—Ｓｔｒｅａｍ技术的新系列数 字示波器。该示波器具有４通道、６ ＧＨｚ模拟 带宽、２０ ＧＨｚ采样率、储存长度最大为２５６ Ｍ， 能捕捉到６ ＧＨｚ的高速信号，并提供尖端测量。 本次实验对计算机与收音机进行了初步测试， 测试结果如表１所示。 ４７１ 表１ ＣＰＵ测试数据 从实验数据可以看出，高功率脉冲对电子 设备有干扰作用，使其无法正常工作。辐射源 的干扰作用与发射脉冲的持续时间成正比，和 辐射源距离成反比。对未加屏蔽的计算机影响 较大，会造成死机与理论分析结果一致。辐射 源对收音机的破坏效果明显。 参考文献： ［１］Ｌｅｈｒ Ｊ Ｍ，Ｂｕｒｇｅｒ Ｊ Ｗ．Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆａ Ｈｅｒｍｅｔｉｃａｌｌｙ Ｓｅａｌｅｄ Ｔｒｉｇａｔｒｏｎ Ｓｗｉｔｃｈ ｆｏｒ Ｈｉ ｇ｝ｌ Ｒｅｐｅｔｉｉｔｏｎ Ｒａｔｅ Ｐｒｉ— ｍａｒｙ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｒ］．Ｍｏｎｔｅｒｅｙ：Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ １２ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ＩＥＥＥ Ｐｕｌｓｅｄ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃ， １９９９：７４０—７４５． ４总结 高功率脉冲辐射源有着广泛的应用前景， 近四十年来，高功率脉冲技术迅速发展引人注 目。本文通过对高功率脉冲辐射源的结构及相 关实验进行分析，实验结果表明辐射源对电子 设备有干扰作用。本文对于进一步深入研究辐 射源有一定的参考价值。需要说明的是，本次 ［２］刘锡三．高功率脉冲技术［Ｍ］．北京：国防工业出版 社，２００５． ［３］ｒ．Ａ．米夏兹著．真空放电物理和高功率秒脉冲技 术［Ｍ］．李国政译，北京：国防工业出版社，２００７： ２３０—２３１． ［４］翟爱芬，张建利．高功率脉冲武器及其天线［Ｊ］．通 信与测控，２００３，２７（２）：１４—２２． ［５］李宏达，杨康．超宽带高功率电磁脉冲天线的设计 与实验［Ｊ］．雷达与对抗，２００３，（１）：３１—３５． 实验中的辐射源未加标准的测量天线，因此给 出的电压是相对值。 Ｔｈｅ Ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ’Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ、 ｔｈ Ｈｉｇｈ Ｐｏｗｅｒ Ｐｕｌｓｅ ＷＥＮ Ｙａｈ，ＳＨＡＯ Ｙｉ，ＧＵＯ Ｈｕａｎ—Ｙｉｎ （Ｓｕｚｈｏｕ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｓｕｚｈｏｕ，２３４０００） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｐｏｗｅｒ ｐｕｌｓｅ ｒａｄｉａｎｔ ｓｏｕｒｃｅ ｒａｄｉａｔｅｓ ｐｕｌｓｅ ｂｙ ａｎｔｅｎｎａ ａｎｄ ｉｒｒａｄｉａｔｅｓ ｏｂｊｅｃｔｓ ｗｉｔ｝ｌ ｈｉｇｈ ｉｎｔｅｎ— ｓｉｔｙ．Ｉｔ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｓ ｉｎ ｗｉｒｅｌｅｓｓ，ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ ｅｖｅｎ ｍｏｒｅ ｄｅｓｔｒｏｙｓ ｗｈｉｃｈ ｕｔｉｌｉｚｅｓ ｈｉｇｈ ｏｗｅｒ ｐｕｌｓｅ．Ｉｔ ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ ｔｐｈｅ ｐｕｌｓｅ ｓｏｕｒｃｅ’Ｓ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｗｏｒｋ，ａｎｄ ａｎａｌｙｓｅｓ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｗｈｉｃｈ ｒａｄｉａｔｅｓ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｄｅｖｉｃｅ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｄｅｖｉｃｅ ｃａｎｎｏｔ ｗｏｒｋ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ Ｈｉｇｈ ｐｏｗｅｒ ｐｕｌｓｅ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｈｉｇｈ ｐｏｗｅｒ ｐｕｌｓｅ，ｒａｄｉａｎｔ ｓｏｕｒｃｅ，ａｎｔｅｎｎａ ４７２
