CN114034952B - 一种波形便捷切换的强电磁脉冲模拟器及其配置方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种波形便捷切换的强电磁脉冲模拟器及其配置方法，包括：脉冲源，其包括一个脉冲形成模块；所述脉冲形成模块的输入端和输出端分别连接有高压电源和天线负载；所述脉冲形成模块内部设置有行程开关和可更换的储能电容和电感部件；所述高压电源和行程开关共同连接有控制系统；所述天线负载下部设置有可用测试区。本发明方便根据需求更换以调整输出电压波形，其频带宽、高频分量丰富，瞬时功率大，可以很好地模拟强电磁干扰信号，对电子系统的抗电磁干扰性能进行评估。

Description

一种波形便捷切换的强电磁脉冲模拟器及其配置方法

技术领域

本发明涉及电磁脉冲模拟技术领域，具体为一种波形便捷切换的强电磁脉冲模拟器及其配置方法。

背景技术

当前电磁环境日益复杂，尤其是强电磁干扰信号较多。电子设备受到强电磁场作用时，会在电子系统内部感应出强大的干扰电流信号，造成电子系统功能紊乱、失控，甚至烧毁。如何模拟强电磁脉冲环境、考核电子设备抗电磁干扰性能是关注的问题之一。强电磁脉冲模拟器，是实现该需求的重要设备。

传统的强电磁脉冲模拟器主要以核电磁脉冲为主，针对非核强电磁脉冲的电磁脉冲模拟器较少。非核强电磁脉冲频带幅度大、频谱宽，极易造成通信、高铁等高度信息化和网络化的重大基础设施局部损坏甚至全局失效。此外，通信、高铁等内部电子设备间的电磁干扰也越来越强，对电子设备的抗干扰要求越来越高。

快上升沿电磁脉冲具备频带宽、高频分量丰富、瞬时功率大等特点，更易于影响和破坏电子设备，可以很好地模拟强电磁干扰信号，可更好的利用其对电子系统的抗电磁干扰性能进行评估，然而，国外对快上升沿电磁脉冲模拟器及其相关技术进行了禁运，致使进行相关产品研发及民用领域的推广受到限制；其次，在电子系统抗电磁干扰性能评估试验中，不同的应用场景，对波形要求不同，亟需研究一种能够快速切换波形，同时具备电磁脉冲上升沿快特性的强电磁脉冲模拟器以及配置方法。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种波形便捷切换的强电磁脉冲模拟器及其配置方法，包括：

脉冲源，其包括一个脉冲形成模块；所述脉冲形成模块的输入端和输出端分别连接有高压电源和天线负载；所述脉冲形成模块内部设置有行程开关和可更换的储能电容和电感部件；所述高压电源和行程开关共同连接有控制系统；所述天线负载下部设置有可用测试区。

优选的是，其中，所述脉冲形成模块输入端与高压电源之间采用高压同轴电缆转接的方式进行对接。

优选的是，其中，所述行程开关为充气自击穿开关或机械开关。

优选的是，其中，所述天线负载为13根电缆并联组成的有界波天线，并联阻值为110Ω；每根所述电缆末端连接有阻值为1430Ω的负载。所述天线负载也可以是便携式喇叭天线。

优选的是，其中，还包括一个可导通的转接法兰；所述转接法兰较小端设置有与脉冲形成模块输出端相对应的条形孔；所述转接法兰较大端设置有多个与天线负载端部相对应的对接孔；所述转接法兰较小端和较大端之间保持一定倾角。

优选的是，其中，步骤一、所述脉冲形成模块可依据RLC放电回路理论和具体的波形需求计算得到；其过程为：天线负载的并联阻值，即负载电阻R固定时，储能电容的电容值C和电感部件的电感值L可由下式给出：

式中：α为简化系数，t为波形上升时间，脉冲宽度T＝0.7RC；当波形参数中的上升时间t、脉冲宽度T有切换需求时，可根据上述公式计算得到C和L，然后对脉冲形成模块中的电容及电感部件进行更换，从而实现强电磁脉冲模拟器波形的便捷切换功能；按照军用标准GJB151B中的RS105，所述脉冲形成模块内部的储能电容的电容值可被配置为300pF，电感部件的电感值可被配置为100nH；

步骤二、依据试验要求，通过控制系统设定高压电源的工作电压值；

步骤三、控制系统触发高压电源给脉冲形成模块中储能电容充电至设定电压值；

步骤四、控制系统触发脉冲形成模块中的行程开关，使行程开关不断闭合导通，将能量传输至天线负载，天线辐射出试验所需的电磁脉冲，对可用测试区中的待检测设备进行检测。

本发明至少包括以下有益效果：

本发明提出一种易实现波形调整的强电磁脉冲模拟器，可以满足通信、高铁等高度信息化和网络化设施中电子设备DC～2GHz频率区间、场强数十kV/m的多种非核强电磁脉冲试验考核需求；采用变压器升压电路拓扑；脉冲源由高压电源和脉冲形成部分组成；脉冲形成部分采用模块化设计，即脉冲形成模块，方便根据需求更换以调整输出电压波形，同时脉冲波形上升沿快，在电子系统内感生出的干扰电流强，更易于使系统紊乱甚至烧毁，其频带宽、高频分量丰富，瞬时功率大，更易于影响和破坏电子设备，可以很好地模拟强电磁干扰信号，可更好的利用其对电子系统的抗电磁干扰性能进行评估。本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明的总结构框图；

图2为本发明的脉冲形成模块结构框图；

图3为本发明的整体结构斜视图；

图4为本发明的整体结构侧视图；

图5为本发明的整体结构俯视图；

图6为本发明的转接法兰结构平面图；

图7为本发明的转接法兰结构侧视图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。需要说明的是，在本发明的描述中，术语指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。图1-7示出了本发明的一种实现形式，包括：

脉冲源1，其包括一个脉冲形成模块2；所述脉冲形成模块2的输入端和输出端分别连接有高压电源3和天线负载4；所述脉冲形成模块2内部设置有行程开关5和可替换的储能电容6和电感部件；所述高压电源3和行程开关5共同连接有控制系统7；所述天线负载4下部设置有可用测试区8。

在上述技术方案中，所述脉冲形成模块1输入端与高压电源3之间采用高压同轴电缆转接31的方式进行对接。这样设置的好处是，方便高压电缆的快速安插装配，提高装置装卸效率。

在上述技术方案中，所述行程开关5为充气自击穿开关或机械开关。这样设置的好处是，充气自击穿开关体积小电感小，易于安装配置，性能稳定。

在上述技术方案中，所述天线负载4为13根电缆41并联组成的有界波天线，并联阻值为110Ω；每根所述电缆末端连接有阻值为1430Ω的负载42。所述天线负载也可以是便携式喇叭天线。这样设置的好处是，整个天线负载4所形成的脉冲场更加稳定，确保设备测试精度。

在上述技术方案中，还包括一个可导通的转接法兰9；所述转接法兰9较小端设置有与脉冲形成模块2输出端相对应的条形孔91；所述转接法兰9较大端设置有多个与天线负载4端部相对应的对接孔92；所述转接法兰9较小端和较大端之间保持一定倾角。这样设置的好处是，通过使用转接法兰9，方便脉冲形成模块2输出端与天线负载4端部进行稳定的装配对接，加强导通能力，条形孔91可预留出更多调整空间，方便根据对接处的多个螺栓进行更加灵活的穿设装配，装配适用性更强，一定的倾角保证整个天线形成的线栅结构更加稳定。

在上述技术方案中，一种波形便捷切换的强电磁脉冲模拟器的配置方法，包括以下步骤：

步骤一、所述脉冲形成模块2可依据RLC放电回路理论和具体的波形需求计算得到；其过程为：天线负载4的并联阻值，即负载电阻R固定时，储能电容6的电容值C和电感部件的电感值L可由下式给出：

式中：α为简化系数，t为波形上升时间，脉冲宽度T＝0.7RC；当波形参数中的上升时间t、脉冲宽度T有切换需求时，可根据上述公式计算得到C和L，然后对脉冲形成模块2中的电容6及电感部件进行调配更换，从而实现强电磁脉冲模拟器波形的便捷切换功能；按照军用标准GJB151B中的RS105，所述脉冲形成模块2内部的储能电容6的电容值可被配置为300pF，电感部件的电感值可被配置为100nH；

步骤二、依据试验要求，通过控制系统7设定高压电源3的工作电压值；

步骤三、控制系统7触发高压电源3给脉冲形成模块2中储能电容6充电至设定电压值；

步骤四、控制系统7触发脉冲形成模块2中的行程开关5，使行程开关5闭合导通，将能量传输至天线负载4，即可辐射出试验所需的电磁脉冲，对可用测试区8中的待检测设备进行检测。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (4)

1.一种波形便捷切换的强电磁脉冲模拟器，其特征在于，包括：

脉冲源，其包括一个脉冲形成模块；所述脉冲形成模块的输入端和输出端分别连接有高压电源和天线负载；所述脉冲形成模块内部设置有行程开关和可更换的储能电容和电感部件；所述高压电源和行程开关共同连接有控制系统；所述天线负载下部设置有可用测试区；

所述天线负载为13根电缆并联组成的有界波天线，并联阻值为110Ω；每根所述电缆末端连接有阻值为1430Ω的负载；所述天线负载是便携式喇叭天线；

还包括一个可导通的转接法兰；所述转接法兰较小端设置有与脉冲形成模块输出端相对应的条形孔；所述转接法兰较大端设置有多个与天线负载端部相对应的对接孔；所述转接法兰较小端和较大端之间保持一定倾角。

2.如权利要求1所述的一种波形便捷切换的强电磁脉冲模拟器，其特征在于，所述脉冲形成模块输入端与高压电源之间采用高压同轴电缆转接的方式进行对接。

3.如权利要求1所述的一种波形便捷切换的强电磁脉冲模拟器，其特征在于，所述行程开关为充气自击穿开关或机械开关。

4.一种如权利要求1~3任一项所述的波形便捷切换的强电磁脉冲模拟器的配置方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、所述脉冲形成模块可依据RLC放电回路理论和具体的波形需求计算得到；其过程为：天线负载的并联阻值，即负载电阻R固定时，储能电容的电容值C和电感部件的电感值L可由下式给出：

式中：为简化系数，t为波形上升时间，脉冲宽度T=0.7RC；当波形参数中的上升时间t、脉冲宽度T有切换需求时，可根据上述公式计算得到C和L，然后对脉冲形成模块中的电容及电感部件进行更换，从而实现强电磁脉冲模拟器波形的便捷切换功能；按照军用标准GJB151B中的RS105，所述脉冲形成模块内部的储能电容的电容值可被配置为300pF，电感部件的电感值可被配置为100nH；

步骤二、依据试验要求，通过控制系统设定高压电源的工作电压值；

步骤三、控制系统触发高压电源给脉冲形成模块中储能电容充电至设定电压值；

步骤四、控制系统触发脉冲形成模块中的行程开关，使行程开关闭合导通，将能量传输至天线负载，天线辐射出试验所需的电磁脉冲，对可用测试区中的待检测设备进行检测。