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强电磁脉冲对带分布阵列孔缝机箱的毁伤效应研究

江文灿  
【摘要】:现代战争条件下,电子战的对抗与反对抗日趋激烈,强电磁脉冲技术经过数十年的发展,已渐趋成熟。电磁脉冲可通过核爆炸、雷电、高功率微波炸弹、电磁脉冲弹等方法产生,由于它对电子设备中晶体管、集成电路、电阻及电容、滤波器、继电器等电子元器件的毁伤特性,电磁脉冲弹成为了现在化信息战的杀手锏武器。 电磁脉冲的耦合途径有“前门耦合”与“后门耦合”。一般情况下,通过“前门”耦合的能量容易被各种系统保护器件隔断,而失去对目标杀伤的作用。屏蔽箱体上都开有一些必不可少的孔缝,用作电源线的连接,通风散热,信息传输等。强电磁脉冲通过这些孔缝将严重干扰电子设备的正常工作,甚至可能烧毁电子器件。本文的主要研究内容是强电磁脉冲对带阵列分布孔缝机箱的毁伤效应研究。 本文运用XFDTD软件仿真面积相同的不同阵列分布的孔缝、不同孔缝个数、不同上升时间、不同孔缝厚度、孔中心距以及孔阵偏移对箱体中心及孔中心场强的影响;通过仿真得出如下结论:在不影响箱体的屏蔽效能时,可以考虑按相邻孔中心连线呈正多边形同向分布的孔阵代替孔缝,这样开孔还避免了在箱体上开孔过大而影响箱体的结构强度。如果需要大幅度降低电磁脉冲的孔缝耦合能量,则将孔阵按垂直方向对称布置,此时箱体中心及孔中心最大场强与孔阵个数成对数关系。当屏蔽腔体的散热与电磁屏蔽问题存在矛盾时,最有效的方法是增加开孔面的厚度,同时增大孔的最大尺寸。孔阵在水平和垂直方向分别偏移时,箱体中心最大场强与偏移量成三次方变化,且关于偏移中心对称。在箱体上开孔时采用圆形孔与矩形孔混合使用的孔阵比单独孔型的孔阵屏蔽效果要好得多。 在时域内主要研究了高斯脉冲耦合进机箱内部在PCB处的功率密度及能量对PCB的毁伤效应等。通过仿真分析得到了不同入射场强对最大功率密度值的影响规律,不同上升时间在不同毁伤情况时的临界最小入射场强研究了任意上升时间入射场强与耦合到箱体内部场强的关系,并推出了相关计算公式,在很大范围内都能将误差控制在2%以内。除此之外,还研究了入射场强方向对耦合进箱体内部场强的影响规律,并深入研究了机箱内部PCB板上的半导体元器件在电磁耦合时产生的能量毁伤研究。


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