CN106714539A - 正四边形结构的电磁脉冲防护装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种正四边形结构的电磁脉冲防护装置，所述正四边形结构的电磁脉冲防护装置由多个正四边形的环形防护层叠加组成，每一个环形防护层上设置连续设置多个防护单元。实施本发明能够完全反射、吸收或衰减掉电磁脉冲，被防护的物体不会受到电磁脉冲的影响。

Description

正四边形结构的电磁脉冲防护装置

技术领域

本发明涉及电磁防护领域，尤其涉及一种正四边形结构的电磁脉冲防护装置。

背景技术

电磁脉冲具有作用范围广，峰值场强高，上升时间短，频率范围宽，杀伤力大等特点，不仅对当代不断小型化和集成化的电子信息系统构成了威胁，还会对人体造成不同程度的损害，成为了极大的隐患，而电磁脉冲武器的出现和日趋成熟更是严重影响了世界各国的军事安全和社会稳定。

基于不同的用途，现有的防护方法可分为电路级防护方法和空间级防护方法，前者用于防护电路中的传导电磁脉冲，后者用于防护空间中的电磁脉冲场。电路级防护器件主要有限幅器、滤波器等，现有的各种电路级防护器件在防护带宽上受到限制，存在插入损耗而且在高功率电磁脉冲的作用下也会出现插入损耗增大、噪声系数变坏等永久性的损伤。空间级防护方法主要有频率选择表面，能量选择表面，超材料吸波体，以及新型材料(例如纳米材料、石墨烯、等离子体)。它们的防护带宽都是有限的，而且不能保证完全反射吸收或衰减掉电磁脉冲，被防护的物体或多或少还是会受到电磁脉冲的影响，且能量选择表面在防护功能完全开启前还存在一段时间的电磁波泄露，存在一定隐患。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种正四边形结构的电磁脉冲防护装置，旨在解决对电磁脉冲屏蔽的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种正四边形结构的电磁脉冲防护装置，所述正四边形结构的电磁脉冲防护装置由多个正四边形的环形防护层叠加组成，每一个环形防护层上设置连续设置多个防护单元；

每个防护单元的介电常数为ε，而磁导率为μ，其中，

其中，a为中心点到内环的最长距离，b为中心点到外环的最长距离，n为第n条边且n小于等于N，N为整数4，x及y为每个防护单元的中心坐标。

优选的，所述防护单元的长、宽及高均小于或等于为d，其中，d的计算方式如下：d＝λ/3，λ＝C/f，C为光速常量、f为电磁脉冲能量集中的频率范围对应的最大频率。

优选的，所述电磁脉冲频率为三角形电磁脉冲、矩形电磁脉冲、正弦电磁脉冲或高斯电磁脉冲。

本发明采用上述技术方案，带来的技术效果为：本发明所述正四边形结构的电磁脉冲防护装置能够完全反射、吸收或衰减掉电磁脉冲，被防护的物体不会受到电磁脉冲的影响，有效避免了电子信息系统受到的电磁脉冲破坏，延长了电子信息系统的寿命。

附图说明

图1是本发明正四边形结构的电磁脉冲防护装置的优选实施例的结构示意图；

图2是本发明正四边形结构的电磁脉冲防护装置的优选实施例的横切面示意图；

图3是本发明正多边形结构的电磁脉冲防护隐身斗篷中防护单元的优选实施例的示意图；

图4-1至图4-4是本发明对正四边形结构的电磁脉冲防护装置进行仿真时四种电磁脉冲的示意图；

图5-1至图5-3是本发明正四边形结构的电磁脉冲防护装置针对三角形电磁脉冲的仿真示意图；

图6-1至图6-3是本发明正四边形结构的电磁脉冲防护装置针对矩形电磁脉冲的仿真示意图；

图7-1至图7-3是本发明正四边形结构的电磁脉冲防护装置针对正弦电磁脉冲的仿真示意图；

图8-1至图8-3是本发明正四边形结构的电磁脉冲防护装置针对高斯电磁脉冲的仿真示意图。

本发明目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1至3所示，图1是本发明正四边形结构的电磁脉冲防护装置的优选实施例的结构示意图；图2是本发明正四边形结构的电磁脉冲防护装置的优选实施例的横切面示意图；图3是本发明正多边形结构的电磁脉冲防护隐身斗篷中防护单元的优选实施例的示意图。本发明所述正四边形结构的电磁脉冲防护装置1由多个正四边形的环形防护层10叠加组成。

进一步地，如图2所示，每一个环形防护层10内包括多个防护单元100。每个环形防护层10上连续设置多个防护单元100。每个防护单元100为正方体结构(即长、宽及高相等)。

每个防护单元100的介电常数为ε，而磁导率为μ。

其中，

其中，ε为介电常数，μ为磁导率，a(即公式中的a)为中心点到内环的最长距离(如图5所示)，b为中心点到外环的最长距离(如图5所示)，n为第n条边且n小于等于N，N为正多边形的总数(本实施例中，N为4)，x及y为每个防护单元100的中心坐标。

也就是说，若每个防护单元100以上述计算的介电常数为ε且磁导率为μ制作的材料，即可完成对电磁脉冲的防护。需要说明的是，每个环形防护层10上的不同位置的防护单元100的介电常数ε及磁导率为μ并不相同。多种不同材料制作的多个防护单元100可以形成对电磁脉冲的防护，即基于保角变换理论和光学变换理论引导电磁波的传播路径(参考2006年，U.Leonhardt和J.B.Pendry等人分别同时在《科学》杂志上提出了保角变换理论和光学变换理论，用于引导电磁波的传播路径)，以对电磁脉冲进行防护。由于保角变换理论和光学变换理论为现有技术，在此不作赘述。所述材料可以是不同规格的纳米材料、石墨烯材料、等离子体材料等其它任意合适的材料。

进一步地，每个防护单元长宽高均小于或等于d，其中，d的计算方式如下：d＝λ/3，λ＝C/f，C为光速常量、f为电磁脉冲能量集中的频率范围对应的最大频率。(电磁脉冲的频率范围为正无穷到负无穷，但是电磁脉冲的能量主要集中在一定频率范围内，f为电磁脉冲能量集中的频率范围对应的最大频率)。对于一个矩形脉冲，持续时间为1纳秒，则该矩形脉冲的能量主要集中在0-10GHz，则根据λ＝C/f＝3*10⁸/10*10⁹＝3厘米，则每个防护单元100的尺寸小于或等于d＝λ/3＝3m/3＝1cm。

为了验证所述正四边形结构的电磁脉冲防护装置1的防护性能，采用四种电磁脉冲对所述正四边形结构的电磁脉冲防护装置1的防护性能进行验证。

其中，图5-1至图5-3是本发明正四边形结构的电磁脉冲防护装置针对三角形电磁脉冲的仿真示意图，从图5-1至图5-3可以看出，三角形电磁脉冲经过所述正四边形结构的电磁脉冲防护装置1时，电磁脉冲隐身斗篷1的正方形区域并没有三角形脉冲经过，其中，结合图4-1，参数为a＝0.5m，b＝1m，三角形电磁脉冲的图形中横轴代表时间，单位为ns，范围为0-35ns，纵轴代表电流，单位为mA。

图6-1至图6-3是本发明正四边形结构的电磁脉冲防护装置针对矩形电磁脉冲的仿真示意图，从图6-1至图6-3可以看出，矩形电磁脉冲经过所述正四边形结构的电磁脉冲防护装置1时，电磁脉冲隐身斗篷1的正方形区域并没有矩形脉冲经过，其中，结合图4-2，参数为a＝0.5m，b＝1m，，矩形电磁脉冲的图形中横轴代表时间，单位为ns，范围为0-35ns，纵轴代表电流，单位为mA。

图7-1至图7-3是本发明正四边形结构的电磁脉冲防护装置针对正弦电磁脉冲的仿真示意图，从图7-1至图7-3可以看出，正弦电磁脉冲经过所述正四边形结构的电磁脉冲防护装置1时，电磁脉冲隐身斗篷1的正方形区域并没有正弦脉冲经过，其中，结合图4-3，参数为a＝0.5m，b＝1m，正弦电磁脉冲的图形中横轴代表时间，单位为ns，范围为0-35ns，纵轴代表电流，单位为mA。

图8-1至图8-3是本发明正四边形结构的电磁脉冲防护装置针对高斯电磁脉冲的仿真示意图，从图8-1至图8-3可以看出，高斯电磁脉冲经过所述正四边形结构的电磁脉冲防护装置1时，电磁脉冲隐身斗篷1的正方形区域并没有高斯脉冲经过，其中，结合图4-4，参数为a＝0.5m，b＝1m，高斯电磁脉冲的图形中横轴代表时间，单位为ns，范围为0-35ns，纵轴代表电流，单位为mA。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或之间或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (3)

1.一种正四边形结构的电磁脉冲防护装置，其特征在于，所述正四边形结构的电磁脉冲防护装置由多个正四边形的环形防护层叠加组成，每一个环形防护层上设置连续设置多个防护单元；

每个防护单元的介电常数为ε，而磁导率为μ，其中，

$\mathrm{\ϵ}=\left[\begin{array}{ccc}{\mathrm{\ϵ}}_{xx}& {\mathrm{\ϵ}}_{xy}& 0\\ {\mathrm{\ϵ}}_{yx}& {\mathrm{\ϵ}}_{yy}& 0\\ 0& 0& {\mathrm{\ϵ}}_{zz}\end{array}\right],\mathrm{\μ}=\left[\begin{array}{ccc}{\mathrm{\μ}}_{xx}& {\mathrm{\μ}}_{xy}& 0\\ {\mathrm{\μ}}_{yx}& {\mathrm{\μ}}_{yy}& 0\\ 0& 0& {\mathrm{\μ}}_{zz}\end{array}\right],$

$\begin{array}{c}{\mathrm{\ϵ}}_{xx}={\mathrm{\μ}}_{xx}\\ =\frac{\frac{{\left(xacos\frac{\mathrm{\π}}{N}\right)}^2}{r^4}+{\left(\frac{b-a}{a}\right)}^2+2\frac{b-a}{a}acos\frac{\mathrm{\π}}{N}\frac{ycos(\frac{2n-1}{2}\·\frac{2\mathrm{\π}}{N})}{r\sqrt{r^2}}+{\left(acos\frac{\mathrm{\π}}{N}\right)}^2\frac{r-2xsin(\frac{2n-1}{2}\·\frac{2\mathrm{\π}}{N})}{r^3}}{{\left(\frac{b-a}{a}\right)}^2+\frac{\frac{b-a}{b}a\cos \frac{\mathrm{\π}}{N}}{\sqrt{r^2}}}\end{array}$

$\begin{array}{c}{\mathrm{\ϵ}}_{xy}={\mathrm{\ϵ}}_{yx}={\mathrm{\μ}}_{xy}={\mathrm{\μ}}_{yx}\\ =\frac{\frac{{\left(yacos\frac{\mathrm{\π}}{N}\right)}^2}{r^4}+{\left(\frac{b-a}{a}\right)}^2+2\frac{b-a}{a}acos\frac{\mathrm{\π}}{N}\frac{x\sin (\frac{2n-1}{2}\·\frac{2\mathrm{\π}}{N})}{r\sqrt{r^2}}+{\left(acos\frac{\mathrm{\π}}{N}\right)}^2\frac{r-2y\cos (\frac{2n-1}{2}\·\frac{2\mathrm{\π}}{N})}{r^3}}{{\left(\frac{b-a}{a}\right)}^2+\frac{\frac{b-a}{b}a\cos \frac{\mathrm{\π}}{N}}{\sqrt{r^2}}}\end{array}$

${\mathrm{\ϵ}}_{yy}={\mathrm{\μ}}_{yy}=\frac{-\frac{b-a}{a}\frac{a\cos \frac{\mathrm{\π}}{N}\·\left(ysin\right(\frac{2n-1}{2}\·\frac{2\mathrm{\π}}{N}\left)\right)+xcos(\frac{2n-1}{2}\·\frac{2\mathrm{\π}}{N})}{r\sqrt{r^2}}-\frac{{\left(acos\frac{\mathrm{\π}}{N}\right)}^{2}sin(\frac{2n-1}{2}\·\frac{2\mathrm{\π}}{N})cos(\frac{2n-1}{2}\·\frac{2\mathrm{\π}}{N})(x^2+y^2)}{r^4}}{{\left(\frac{b-a}{a}\right)}^2+\frac{\frac{b-a}{b}a\cos \frac{\mathrm{\π}}{N}}{\sqrt{r^2}}}$

${\mathrm{\ϵ}}_{zz}={\mathrm{\μ}}_{zz}=\frac{1}{{\left(\frac{b-a}{a}\right)}^2+\frac{\frac{b-a}{b}acos\frac{\mathrm{\π}}{N}}{\sqrt{r^2}}}$

其中，a为中心点到内环的最长距离，b为中心点到外环的最长距离，n为第n条边且n小于等于N，N为整数4，x及y为每个防护单元的中心坐标。

2.如权利要求1所述的正四边形结构的电磁脉冲防护装置，其特征在于，所述防护单元的长、宽及高均小于或等于为d，其中，d的计算方式如下：d＝λ/3，λ＝C/f，C为光速常量、f为电磁脉冲能量集中的频率范围对应的最大频率。

3.如权利要求2所述的正四边形结构的电磁脉冲防护装置，其特征在于，所述电磁脉冲频率为三角形电磁脉冲、矩形电磁脉冲、正弦电磁脉冲或高斯电磁脉冲。