CN103647527A - 一种增强电磁脉冲等效辐射功率的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种增强电磁脉冲等效辐射功率的方法，通过一个高压脉冲源对多个高功率电磁脉冲源同时充电，在不需要外加复杂的激光同步装置情况下，实现多个高功率电磁脉冲信号同时产生，多个高功率电磁脉冲信号通过对应的天线辐射，在空间形成功率叠加的辐射场。本方法具有结构简单、工程可实现性强、效费比高等特点，可用于微波车辆迫停、清除路边炸弹、破坏敌监控系统等公共安全领域。

Description

一种增强电磁脉冲等效辐射功率的方法

技术领域

本发明属于电磁场与微波技术领域，具体为一种增强电磁脉冲等效辐射功率的方法。

背景技术

高功率电磁脉冲技术在微波车辆迫停、清除路边炸弹、破坏敌监控系统等维护公共安全领域有广阔的应用前景。高功率电磁脉冲通过孔缝耦合进入目标电子设备，扰乱或损坏目标电子设备内的集成电路。电磁脉冲的等效辐射功率ERP(EquivalentRadiation Power)是影响作用距离的主要因素，常规的电磁脉冲辐射系统如图1所示。其等效辐射功率ERP的计算公式为ERP＝P_t.G_t，其中P_t为高功率电磁脉冲源的功率，G_t为辐射天线增益。

为提高系统的等效辐射功率，可以通过增加P_t或G_t来实现。在高功率电磁脉冲源功率P_t一定情况下，目前通常通过增加天线的口径面积来实现辐射天线增益G_t的提高,从而实现系统等效辐射功率的增强。但天线的口径面积不可能无限制增大，而且随着小型化要求的提出，对天线口径的限制也越来越大。

发明内容

要解决的技术问题

为解决现有技术存在的问题，在满足天线口径面积的情况下，增大电磁脉冲等效辐射功率，本发明提出了一种增强电磁脉冲等效辐射功率的方法，在高功率电磁脉冲源功率P_t一定情况下，通过将多个高功率电磁脉冲源和对应的辐射天线组成阵列，实现系统等效辐射功率的增强。

技术方案

本发明的技术方案为：

所述一种增强电磁脉冲等效辐射功率的方法，其特征在于：采用高压脉冲电源对N个并联的高功率电磁脉冲源同时馈电，N个高功率电磁脉冲源在高压脉冲激励下过压击穿产生N个高功率电磁脉冲，N个高功率电磁脉冲经对应的N个天线辐射后在空间叠加，形成叠加的高功率电磁脉冲辐射场，实现等效辐射功率增强。

所述一种增强电磁脉冲等效辐射功率的方法，其特征在于：高压脉冲电源的输入脉冲前沿小于30纳秒。

所述一种增强电磁脉冲等效辐射功率的方法，其特征在于：高功率电磁脉冲源采用压缩气体开关。

有益效果

本发明提出了一种增强电磁脉冲辐射功率的方法，该方法在不增加电磁脉冲源功率和天线增益情况下，通过多个高功率电磁脉冲源和天线组成阵列，增强整个系统的电磁脉冲等效辐射功率。通过分析设计阵列单元的时间抖动指标来满足系统合成效率。本方法用于高功率电磁脉冲技术中，增强系统的等效辐射功率，可以达到对目标电子设备更远的作用距离要求，在微波车辆迫停、清除路边炸弹、破坏敌监控系统等维护公共安全领域有广阔的应用前景。

附图说明

图1：常规的高功率电磁脉冲辐射系统；

图2：本发明的原理框图；

图3：典型的高功率电磁脉冲源波形；

图4：实施例中N=2情况下系统组成框图。

具体实施方式

下面结合具体实施例描述本发明：

参照附图2，本发明的增强电磁脉冲等效辐射功率的方法，采用高压脉冲电源同时对N个并联的压缩气体开关间隙充电，N个压缩气体开关间隙过压击穿产生N个高功率电磁脉冲，N个高功率电磁脉冲经对应的N个天线辐射后在空间叠加，形成叠加的高功率电磁脉冲辐射场，相对于传统的单个压缩气体开关情况，实现了辐射功率的增强。这种情况下，系统等效辐射功率的计算公式为ERP＝N2.P_t.G_t，与ERP＝P_t.G_t比较，在高功率电磁脉冲源的功率都为P_t，辐射天线增益都为G_t情况下，通过N个电磁脉冲源和N个天线构成的系统，等效辐射功率增强到原来的N²倍。

参照附图4，本实施例中合成单元数目N=2，本实施例中对高功率电磁脉冲源和辐射天线进行一体化设计，对具有这两个功能的结构单元简称为辐射器。高压脉冲源通过高压电缆对2个辐射器同时充电，辐射器在高压脉冲激励下过压击穿形成空间辐射波形。

下面对系统合成效率进行分析：

ERP＝N².P_t.G_t是理想情况下的合成等效辐射功率，工程实现中当单个高功率电磁脉冲源的功率P_t达到约1GW时，射频功率的产生方式通常采用压缩气体开关产生，这样产生射频脉冲的幅度和初始时刻都会存在波动，影响系统的合成效率。因此，考虑合成效率情况下，系统的等效辐射功率修正为ERP＝η².N².P_t.G_t，其中，η是N个单元辐射电场的合成效率。

考虑高功率电磁脉冲是通过高压脉冲源直接激励产生，N个高压脉冲源产生射频脉冲的时刻会存在差异，这种时间错位影响合成效率，并且这种合成方式下，每次的合成效率也存在差异。因此，对于一次功率合成试验，其合成效率大于η的概率为

$P\left\{\frac{|{\stackrel{\→}{E}}_1(t,t_1)+{\stackrel{\→}{E}}_2(t,t_2)+......+{\stackrel{\→}{E}}_n(t,t_n)|}{E_{1m}+E_{2m}+......+E_{\mathrm{nm}}}\right\}\≥\mathrm{\η}$

其中：

分别表示辐射单元1～N在t₁，t₂，……，t_N时刻击穿时在同一点r处的辐射电场：

$\stackrel{\→}{E}(t,t_i)=\stackrel{\mathrm{\Λ}}{z}\frac{A}{r}{e}^{-\mathrm{\δ}(t-t_i)}\cos \left[2\mathrm{\πf}(t-t_i)\right]$

其中：δ是高功率电磁脉冲的阻尼衰减系数，f是高功率电磁脉冲源的频率，典型的高功率电磁脉冲源波形如图3所示，

表示取合成电场的模值。

当高功率电磁脉冲源的一致性足够好时，t₁，t₂，……，t_N服从同一分布t_。大量的高电压绝缘试验研究表明，开关的击穿时间可以用正态分布来描述：t～N(0，σ²)。所以N个高功率电磁脉冲进行功率合成时，合成效率不小于η的要求也就是对时间抖动σ的要求，也就是通过将单个高功率电磁脉冲源的时间抖动控制在要求范围内，就可以实现系统的合成效率满足特定要求。

而将单个高功率电磁脉冲源的时间抖动控制在要求范围可以通过选择输入脉冲前沿合适的高压脉冲电源实现，本实施例中选用输出电压为400KV的Marx发生器，其输入脉冲前沿小于30纳秒，实现多电磁脉冲单元的时间抖动控制在一定范围。

如图4所示，400KVMarx发生器通过高压电缆对辐射器1和辐射器2同时充电，辐射器1和辐射器2产生的高功率电磁脉冲在空间形成合成波形。当400KVMarx发生器对单个辐射器馈电时，等效辐射功率约1.0GW，对两个辐射器同时馈电时，合成功率约3.4GW，合成效率约85%，在不增加复杂的高功率电磁脉冲同步装置的情况下，实现辐射器的自触发同步辐射，达到增强系统等效辐射功率的目的。

Claims (3)

1.一种增强电磁脉冲等效辐射功率的方法，其特征在于：采用高压脉冲电源对N个并联的高功率电磁脉冲源同时馈电，N个高功率电磁脉冲源在高压脉冲激励下过压击穿产生N个高功率电磁脉冲，N个高功率电磁脉冲经对应的N个天线辐射后在空间叠加，形成叠加的高功率电磁脉冲辐射场，实现等效辐射功率增强。

2.根据权利要求1所述一种增强电磁脉冲等效辐射功率的方法，其特征在于：高压脉冲电源的输入脉冲前沿小于30纳秒。

3.根据权利要求2所述一种增强电磁脉冲等效辐射功率的方法，其特征在于：高功率电磁脉冲源采用压缩气体开关。

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