CN107041577B - 曲线形状结构的电磁脉冲防护隐身斗篷 - Google Patents

曲线形状结构的电磁脉冲防护隐身斗篷 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种曲线形状结构的电磁脉冲防护隐身斗篷，所述曲线形状结构的电磁脉冲防护隐身斗篷由多个曲线形状的防护层叠加组成，其中，每一个曲线形状的防护层从里到外设置多个防护单元。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

曲线形状结构的电磁脉冲防护隐身斗篷
技术领域
本发明涉及电磁防护领域，尤其涉及一种曲线形状结构的电磁脉冲防护隐身斗篷。
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曲线形状结构的电磁脉冲防护隐身斗篷，旨在解决对电磁脉冲屏蔽的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种曲线形状结构的电磁脉冲防护隐身斗篷，所述曲线形状结构的电磁脉冲防护隐身斗篷由多个曲线形状的防护层叠加组成，所述曲线形状结构的电磁脉冲防护隐身斗篷的底部设置有一个环形接地板，所述曲线形状结构的电磁脉冲防护隐身斗篷内设置多个金属化管，所述金属化管垂直穿过所述防护层并与所述环形接地板连接，所述金属化管与所述防护单元连接，所述金属化管上设置有多个金属化孔；
所述防护单元包括第一电感、第二电感、第三电感、第四电感、第五电感、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容，其中，第一电感、第二电感、第三电感、第四电感通过导线串联成正方形结构，所述第五电感的一端在第一电感及第四电感之间连接，所述第五电感的另一端在第二电感及第三电感之间连接，所述第一电容连接于第一电感与第二电感之间串联的导线，所述第二电容连接于第一电感与第四电感之间串联的导线，所述第三电容连接于第二电感与第三电感之间串联的导线，所述第四电容连接于第三电感与第四电感之间串联的导线，所述第一电容、第二电容、第三电容及第四电容各自连接一个金属化孔，第二电感及第四电感的电感值均为4L1，所述第五电感的电感值为2L2，第一电感及第三电感的电感值均为4L3，第一电容、第二电容、第三电容及第四电容的电容值均为C/4，其中， C＝εzzd，d为防护单元的长度，L1、L2及L3均为电感值，C为电容值，其中，每一个曲线形状的防护层从里到外设置多个防护单元；
每个防护单元的介电常数为ε，磁导率为μ，其中，
其中，θ为防护层内防护单元中心点与圆心O的连线与x轴正方向的夹角，r为防护层内防护单元中心点到防护层的圆心O的距离，R(θ)傅里叶 序列曲线函数，x及y为每个防护单元的中心点坐标，τ为防护层的外曲线与内曲线之间的缩放比例。
优选的，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：本发明所述曲线形状结构的电磁脉冲防护隐身斗篷能够完全反射、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是本发明曲线形状结构的电磁脉冲防护隐身斗篷的优选实施例的结构示意图；
图2是本发明曲线形状结构的电磁脉冲防护隐身斗篷的优选实施例的透视图；
图3是本发明曲线形状结构的电磁脉冲防护隐身斗篷的优选实施例的横切面示意图；
图4是本发明曲线形状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5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6-1至图6-4是本发明对曲线形状结构的电磁脉冲防护隐身斗篷进行仿真时四种电磁脉冲的示意图；
图7-1至图7-3是本发明曲线形状结构的电磁脉冲防护隐身斗篷针对三角形电磁脉冲的仿真示意图；
图8-1至图8-3是本发明曲线形状结构的电磁脉冲防护隐身斗篷针对矩形电磁脉冲的仿真示意图；
图9-1至图9-3是本发明曲线形状结构的电磁脉冲防护隐身斗篷针对正弦电磁脉冲的仿真示意图；
图10-1至图10-3是本发明曲线形状结构的电磁脉冲防护隐身斗篷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5所示，图1是本发明曲线形状结构的电磁脉冲防护隐身斗篷的优选实施例的结构示意图；图2是本发明曲线形状结构的电磁脉冲防护隐身斗篷的优选实施例的透视图；图3是本发明曲线形状结构的电磁脉冲防护隐身斗篷的优选实施例的横切面示意图；图4是本发明曲线形状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5是本发明曲线形状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。本发明所述曲线形状结构的电磁脉冲防护隐身斗篷1由多个环形防护层10叠加组成柱体结构。所述环形防护层10包括外曲线及内曲线，外曲线及内曲线均为不规则曲线，外曲线与内曲线按照预设比例(例如，τ)缩放，其中，外曲线与内曲线之间为实体的环形防护层10。进一步地，如图2至5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。其中，本发明曲线形状结构的电磁脉冲防护隐身斗篷1的底部设置有一个环形接地板20，所述曲线形状结构的电磁脉冲防护隐身斗篷1内设置多个金属化管106，所述金属化管106垂直穿过所述环形防护层10并与所述环形接地板20连接，所述金属化管106与所述防护单元100连接，所述金属化管106上设置有多个金属化孔110。在其他实施例中，所述接地板20 及金属化管107可以省略。所述防护单元100为立方体结构。
每个防护单元100的介电常数为ε，而磁导率为μ。
其中，
其中，θ为防护层10内防护单元100中心点与圆心O的连线与x轴正方向的夹角，r为防护层10内防护单元100中心点到防护层10的圆心O的距离，R (θ)曲线函数(任意曲线都可用傅里叶 序列表示)，x及y为每个防护单元100 的中心点坐标，τ为防护层10的外曲线与内曲线之间的缩放比例(τ小于1，τ的值为圆心O到内曲线的最长距离与圆心O到外曲线的最长距离之间的比值)。
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，众所周知，材料的介电常数和磁导率能够以分布式L-C电路网络进行等效模拟。也就是说，针对上述介电常数为ε及磁导率为μ的材料，可以采用电路进行等效模拟。具体地说，每个防护单元100中采用四个电感及一个电容来等效介电常数为ε及磁导率为μ的材料。防护层10与防护层10之间采用金属化管106连接。具体地说，如图3及图4所示，所述防护单元100 包括第一电感101、第二电感102、第三电感103、第四电感104、第五电感105、第一电容106、第二电容107、第三电容108、第四电容109，其中，第一电感101、第二电感102、第三电感103、第四电感104通过导线连接成正方形结构串联，所述第五电感105的一端在第一电感101及第四电感104之间连接，所述第五电感105的另一端在第二电感102及第三电感103之间连接，所述第一电容106连接于第一电感101与第二电感102之间串联的导线，所述第二电容107连接于第一电感101与第四电感104之间串联的导线，所述第三电容108连接于第二电感102与第三电感103之间串联的导线，所述第四电容109连接于第三电感103与第四电感104之间串联的导线，所述第一电容106、第二电容107、第三电容108及第四电容109各自连接一个金属化孔110。其中，第二电感102及第四电感104的电感值均为4L1(参照图4 所示)，所述第五电感105电感值为2L2(参照图4所示)，第一电感101及第三电感103的电感值均为4L3，第一电容106、第二电容107、第三电容108 及第四电容109的电容值均为C/4。其中， C＝εzzd，d为防护单元100的长度，L1、L2及L3均为电感值， C为电容值。需要说明的是，同一个环形防护层10中相邻的防护单元100之间相互连接(如图4中四个防护单元100的连接方式，左上角的防护单元100 与右上角的防护单元100及左下角的防护单元连接)。
进一步地，在本实施例中，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。
为了验证所述曲线形状结构的电磁脉冲防护隐身斗篷1的防护性能，采用四种电磁脉冲对所述曲线形状结构的电磁脉冲防护隐身斗篷1的防护性能进行验证。
其中，图7-1至图7-3是本发明曲线形状结构的电磁脉冲防护隐身斗篷针对三角形电磁脉冲的仿真示意图，从图7-1至图7-3可以看出，三角形电磁脉冲经过所述曲线形状结构的电磁脉冲防护隐身斗篷1时，电磁脉冲隐身斗篷1 的内曲线区域并没有三角形脉冲经过，其中，参照附图6-1，参数为τ＝1/3， R(θ)＝0.7+0.1sin(θ)+0.3sin(3θ)+0.2cos(5θ)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8-1至图8-3是本发明曲线形状结构的电磁脉冲防护隐身斗篷针对矩形电磁脉冲的仿真示意图，从图8-1至图8-3可以看出，矩形电磁脉冲经过所述曲线形状结构的电磁脉冲防护隐身斗篷1时，电磁脉冲隐身斗篷1的内曲线区域并没有矩形脉冲经过，其中，参照附图6-2，参数为τ＝1/3，R(θ)＝0.7+ 0.1sin(θ)+0.3sin(3θ)+0.2cos(5θ)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9-1至图9-3是本发明曲线形状结构的电磁脉冲防护隐身斗篷针对正弦电磁脉冲的仿真示意图，从图9-1至图9-3可以看出，正弦电磁脉冲经过所述曲线形状结构的电磁脉冲防护隐身斗篷1时，电磁脉冲隐身斗篷1的内曲线区域并没有正弦脉冲经过，其中，参照附图6-3，参数为τ＝1/3，R(θ)＝0.7+ 0.1sin(θ)+0.3sin(3θ)+0.2cos(5θ)，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10-1至图10-3是本发明曲线形状结构的电磁脉冲防护隐身斗篷针对高斯电磁脉冲的仿真示意图，从图10-1至图10-3可以看出，高斯电磁脉冲经过所述曲线形状结构的电磁脉冲防护隐身斗篷1时，电磁脉冲隐身斗篷1的内曲线区域并没有高斯脉冲经过，其中，参照附图6-4，参数为τ＝1/3， R(θ)＝0.7+0.1sin(θ)+0.3sin(3θ)+0.2cos(5θ)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)

1.一种曲线形状结构的电磁脉冲防护隐身斗篷，其特征在于，所述曲线形状结构的电磁脉冲防护隐身斗篷由多个曲线形状的防护层叠加组成，所述曲线形状结构的电磁脉冲防护隐身斗篷的底部设置有一个环形接地板，所述曲线形状结构的电磁脉冲防护隐身斗篷内设置多个金属化管，所述金属化管垂直穿过所述防护层并与所述环形接地板连接，所述金属化管与所述防护单元连接，所述金属化管上设置有多个金属化孔；
所述防护单元包括第一电感、第二电感、第三电感、第四电感、第五电感、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容，其中，第一电感、第二电感、第三电感、第四电感通过导线串联成正方形结构，所述第五电感的一端在第一电感及第四电感之间连接，所述第五电感的另一端在第二电感及第三电感之间连接，所述第一电容连接于第一电感与第二电感之间串联的导线，所述第二电容连接于第一电感与第四电感之间串联的导线，所述第三电容连接于第二电感与第三电感之间串联的导线，所述第四电容连接于第三电感与第四电感之间串联的导线，所述第一电容、第二电容、第三电容及第四电容各自连接一个金属化孔，第二电感及第四电感的电感值均为4L1，所述第五电感的电感值为2L2，第一电感及第三电感的电感值均为4L3，第一电容、第二电容、第三电容及第四电容的电容值均为C/4，其中， C＝εzzd，d为防护单元的长度，L1、L2及L3均为电感值，C为电容值，其中，每一个曲线形状的防护层从里到外设置多个防护单元；
每个防护单元的介电常数为ε，磁导率为μ，其中，
其中，θ为防护层内防护单元中心点与圆心O的连线与x轴正方向的夹角，r为防护层内防护单元中心点到防护层的圆心O的距离，R(θ)傅里叶 序列曲线函数，x及y为每个防护单元的中心点坐标，τ为防护层的外曲线与内曲线之间的缩放比例。
2.如权利要求1所述的曲线形状结构的电磁脉冲防护隐身斗篷，其特征在于，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所述的曲线形状结构的电磁脉冲防护隐身斗篷，其特征在于，所述电磁脉冲为三角形电磁脉冲、矩形电磁脉冲、正弦电磁脉冲或高斯电磁脉冲。
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