射频前端强电磁脉冲防护的研究

射频前端强电磁脉冲防护的研究

蒋海军 黄静

广西恒泰防雷技术有限公司 广西南宁 530003

摘要:在强电磁脉冲环境中，射频前端电路十分容易发生电路的损毁，并且还会造成其性能降低，这将会导致通信系统工作出现故障，严重的将导致通信系统彻底失效，这对通信系统产生了巨大的危害，所以现国内对于射频前端强电磁脉冲防护的研究十分的重视，为保护射频前端在强电磁脉冲环境中能更好的生存，本文将分析研究射频前端强电磁脉冲防护方法，从电磁脉冲防护技术和电磁脉冲防护材料的选择这两个方面进行阐述，对射频前端强电磁脉冲的防护进行研究，分析我国射频前端强电磁脉冲防护未来的发展趋势。

关键词:射频前端;电磁防护;防护方法

随着无线电通信技术的快速发展，射频通信技术的广泛运用及现代化战争对电子电气、通信信息设备的高度依赖，就此产生了许多新的作战手段，特别是强电磁脉冲的运用逐渐成为了改变现代战争规则的有力武器，并在此基础发展出一系列的新概念武器：电磁脉冲炸弹(EMP)、高频微波武器、定向动能武器等被制造出来，外加自然雷电这些强电磁的影响，射频前端模块当中的半导体，以及当中的集成电路都十分容易受到破坏，当这些部件受到破坏时整个通信系统都将受到影响甚至瘫痪，所以射频前端强电磁脉冲防护对于通信系统有着极其重大的意义。现在许多国家，都纷纷提高了对射频前端强电磁脉冲的防护重视程度，因为射频前端强电磁脉冲防护由一个复杂的技术体系所组成，范围相当广泛，所以我们就重点以电磁脉冲防护技术和电磁脉冲防护材料这两个方面来进行研究分析。

1. 分析电磁脉冲防护技术

由于现在诸多的强电磁脉冲武器的产生对我们的通信设备造成极大的危害，这些人为的强电磁环境使得研究电磁防护已经迫在眉睫，现在对于电磁防护技术的探索已经成为了各个国家的重点研究方向。就我国而言，也在不停地探索新的电磁防护技术，以更好应对恶劣的电磁环境，电磁脉冲防护技术实际上与雷电电磁脉冲防护技术相同，都是拦截、疏导、泄放入地的过程。防护的不同点主要是：纳秒级快速反应速度及相当于1000倍雷电流的高能量钳制，因此，我们在屏蔽，接地，隔离等这些传统的技术的基础上，研发了关于电磁防护的新技术、新材料，对其进行了深入的探究。

1.1能量选择表面

能量选择表面的防护的原理是根据强电磁脉冲对防护表面进行影响改变其阻态实现屏蔽防护的效果，对于能量选择表面的工作方式而言，在强电磁的影响下，将会导致电压控制的导电部件两端产生大电压，并且这些部件阻态也会发生变化，由高阻态变成了低阻态，这种变化将使表面产生防护屏蔽的效果，并且能量选择表面与传统防护手段相比还有一些其他的优点，比如超宽带和能量自适应这两大优点，可以克服传统防护中的一些不足之处，提高了防护能力的同时也提高了功率容量，对于一些电磁武器来说，能量选择表面可以更好的对射频前端进行防护。

1.2频率选择表面

频率选择表面( frequency selective surface）（简称：FSS），它的工作原理是对不同频率的波进行选择，并进行适当的增透射和反射，它的结构组成是一个准平面结构，也是一个典型的亚波长结构，内部采用二维周期性的排列方法，使无源谐振单元在介质层上构成单层或多层的准平面结构。所以频率选择表面经常用于可#的防护上，比如：红外线、微波这些波段的光。所以频率选择表面它可以反射复杂电磁环境当中的电磁波，能更好地适应复杂的电磁环境。

1.3电磁防护仿生技术

最开始电磁防护仿生技术是由刘尚合院士所提出的，该项技术是探究生物体所传递的电磁的抗干扰机制，采用新型的仿生元件建立电磁防护模型。将这种电磁防护技术运用到电子系统当中，从而使电子系统得到稳定安全的运行。目前对于该项技术主要是根据神经系统来建立电磁防护模型，构造了容错自律的仿生电路，对于该仿生电路，融入了自组织修复、冗余容错机制、神经结构这三种技术作为控制电路系统的框架。

二、 电磁防护材料研究

对于电磁波的防护材料，我们可将其分为两类：反射电磁波材料和吸收电磁波材料，这些具有感知功能，信号处理功能和自我修复功能的超物理性质的材料广泛的应用前景受到了人们的强烈关注。第一类反射电磁波材料是通过金属纤维反射电磁波，以此来降低电磁波的透过量，第二类吸收电磁波的材料，主要是利用导电材料和铁氧体，对电磁波进行吸收，降低电磁波的能量。在这些材料当中将为大家重点介绍三种超材料：左手材料、超磁性材料、碳纳米管。

首先为大家介绍左手材料，该种材料是由一种拥有特殊的电磁特性的材料，它是一种人工合成的复合材料，它又被人称作负折射系数材料，因为它是属于反射电磁波的材料，主要应用在电磁波隐身的研究中，并且根据特殊的结构设计，该种材料可以将雷达波和光线反射出去，从而实现隐身效果，这种材料往往被使用于隐形飞机上。

第二种为大家所介绍的材料就是超磁性材料，掺杂石墨烯纸，这也是人工合成的复合材料，这种材料是以石墨烯复合材料作为基础，选择当中比较大的石墨烯，在里面加入碘，同时提高载流子的密度时，也提高了载流子的传输能力，这种材料虽然相当的薄，但是它的电磁屏蔽性能却不输于其他的材料，并且它还拥有原本石墨烯纸的力学性能。

第三大类为大家介绍的就是碳纳米管，该种纳米材料组成材料十分小，它是由许多的1~100nm之间的微粒所构成的材料,纳米屏蔽材料是一种新型的电磁屏蔽材料，所以它的研究空间还十分大，在一次汪正平团队做实验时，运用高温退火法水热法制备了一个由碳包覆银纳米线杂化海绵，这种海绵它不仅具备碳的轻巧，它还有着金属的屏蔽性，它良好的力学性能，无疑是一种很好的电磁防护材料，这类人工合成的复合材料 也为后来设计的电磁屏蔽材料提供了一种良好的设计思路。

就以上来看，现在新型材料的研发都是采用复合技术，制造出同时满足于多种场合环境需求的材料，对于未来的新型材料研制来看，智能、轻质、质量轻是未来电磁防护材料的重点发展趋势。

三、 射频前端强电磁脉冲防护未来发展趋势

我们要大力研究电子设备在电磁环境中的效应机理，找准强电磁场对通信系统的损坏，以及它的损坏规律，针对强电磁脉冲对通信电子设备内的耦合，研究整体防护，并从元件、电路、分系统到系统层次采取全方位的防护技术，建立多元化大范围的仿真环境防护。

加大对强电磁防护的新技术，新方法，新理念的研究，从通信设备电子元件进行重点的探索，运用新型的半导体材料，采用更新的防护技术和工艺，并且结合综合性集成多模式半导体防护技术，为电磁防护设计提供技术支持和理论支持，我们将借鉴无线电的设计核心思想去研究出一种收发组件前端智能电磁防护新技术。这种射频前端会对电磁进行一定的干扰感知和分析规避能力，并且该种射频前端还会根据出现的情况进行自动化的性能改变，可以适应强电磁脉冲的冲击，提高对于强电磁脉冲的承受能力，我们还可以研究一个新型复合抑制器件安装在射频前端，这可以使射频前端的抗电磁脉冲防护能力得到最大程度的提高，具有很重要的研究意义。

结语：

随着科学技术的快速发展，电磁防护的理论也越来越完善，电磁防护科技的研究也越发的深入，但是对于复杂的电磁环境，以及诸多新型概念武器的运用。对于射频前端强电磁脉冲防护要求也越来越严格，为了采取更加有效的综合加固防护措施，提高射频前端对于强电磁脉冲的防护能力，我们将从它的零件、电路、系统多个方面提高它在强电磁脉冲环境下的抗毁能力和工作性能。

参考文献：

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北京:总装备部军标出版发行部,2002.

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