超寬譜電磁脈沖干擾引信執(zhí)行電路的研究

超寬譜電磁脈沖干擾引信執(zhí)行電路的研究

0uws-emp研究超級寬帶電磁脈沖（uwb-erp）是指具有相同輸出功率的強電磁脈沖，在提升前對亞ns級和相對帶寬為25%。每種頻率可從數(shù)十mhz到幾十ghz。目前UWS-EMP的應(yīng)用越來越受到人們的關(guān)注,如高功率微波武器、窄脈沖雷達、電子對抗和地下勘探等。UWS-EMP頻譜極寬、功率極高,使其在電子干擾、電子毀傷領(lǐng)域的應(yīng)用越來越受到重視。以微電子技術(shù)為核心的無線電引信是信息化彈藥能否發(fā)揮戰(zhàn)斗效能的關(guān)鍵部件,其抗干擾能力嚴重影響了武器系統(tǒng)最終的打擊效果。利用強電磁脈沖干擾或毀傷電子設(shè)備是近年來發(fā)展起來的有效的電磁干擾手段,研究強電磁脈沖對無線電引信的輻照效應(yīng)和防護加固措施意義重大。本文研究了UWS-EMP對某型無線電引信執(zhí)行電路的輻照效應(yīng),并提出了有效的防護加固方法。1uws-emp輻照單元-復(fù)合電子鼻模型實驗用UWS-EMP電場強度變化波形見圖1,實驗用某型引信的執(zhí)行電路見圖2。其中C1為儲能電容,SCR為晶閘管,R1和R2為電阻,LD為電雷管(為便于實驗,用一小阻值與LD相同的電阻RLD替代LD)。執(zhí)行電路的作用過程是:在發(fā)火信號到來前,電源通過R1對C1充電,當(dāng)發(fā)火信號達到SCR觸發(fā)電平時,SCR導(dǎo)通,C1經(jīng)SCR向LD放電使其起爆。利用UWS-EMP源對引信的執(zhí)行電路進行輻照效應(yīng)實驗,實驗裝置見圖3。實驗設(shè)備和儀器包括UWS-EMP發(fā)生器、屏蔽電纜、60dB的衰減器、采樣速率為20GHz的TDS7404B數(shù)字存儲示波器,實驗電路為自制的單元執(zhí)行電路板。實驗在空曠的場地進行,并將引信執(zhí)行電路板放在反射電磁波能力極小的試驗架上,以忽略地面反射的影響。實驗用UWS-EMP脈沖發(fā)生器對執(zhí)行電路進行輻照,利用屏蔽電纜和60dB的衰減器將執(zhí)行電路LD兩端的電壓信號傳輸給存儲示波器。不加發(fā)火信號,對引信執(zhí)行電路進行超寬譜輻照實驗,被試樣品在每個輻照距離處輻照10次,記錄電雷管的發(fā)火次數(shù),結(jié)果見表1。實驗發(fā)現(xiàn),當(dāng)輻照場強<58kV/m時,電路板中的LD基本未發(fā)火;輻照場強為59kV/m時,電雷管發(fā)火與不發(fā)火幾率基本相同;而當(dāng)輻照場強>61kV/m時,LD基本發(fā)火。示波器記錄的替代電阻兩端電壓(見圖4),波形圖見圖5。由圖5可知,在UWS-EMP電磁脈沖作用下,發(fā)火電路板上的SCR導(dǎo)通,從而使C1通過SCR對LD放電,使LD發(fā)火。無控制極觸發(fā)信號時,使SCR導(dǎo)通有兩種可能原因:①晶閘管陽極和陰極間電壓超過SCR的極限正向(反向)峰值電壓而導(dǎo)通;②正向電壓的上升率達到SCR斷態(tài)電壓臨界上升率rU,off。rU,off為額定結(jié)溫和控制極斷路時管子從截止轉(zhuǎn)入導(dǎo)通的最低du/dt,其值越大越好。50～100ASCR的du/dt≥25V/μs,>200A的SCR的du/dt≥50V/μs,SCR的極限峰值電壓可達幾百V。UWS-EMP電磁脈沖耦合進入電路,在電路中產(chǎn)生很大的干擾,此干擾信號的幅值和變化率超過了上述SCR的兩個極限值,從而使SCR導(dǎo)通。2可靠性運行電路的抗uw-ep保護試驗2.1引信執(zhí)行電路改進超寬譜電磁脈沖上升時間很短,脈沖寬度很窄,為了防止超寬譜電磁脈沖使SCR意外導(dǎo)通,抑制UWS-EMP在引信執(zhí)行電路中產(chǎn)生的干擾,對引信執(zhí)行電路進行改進:在靠近SCR陽極的電阻R1前加入電感L。改進后的電路見圖6(用電池作為執(zhí)行電路的電源)。2.2防護加固效果2.2.1改進前的仿真電路為評估電路加固效果,采用ORCADPSpiceA/D9.2程序?qū)Ω倪M前后的執(zhí)行電路進行仿真,以比較改進前后執(zhí)行電路抗超寬譜電磁脈沖的能力。改進前的仿真電路見圖7,Rs是電池等效內(nèi)阻,UWS與電路的耦合等效為電容耦合方式。電容C為電路與UWS場源間的電容。改進前、后晶閘管A點電壓UA和LD的電壓ULD仿真波形見圖8、9,改進前執(zhí)行電路的UA由27V急劇下降到約15V,ULD也從0下降到約-10V,根據(jù)SCR的參數(shù)可得SCR此時已導(dǎo)通;而改進后執(zhí)行電路的UA和ULD幾乎沒有變化,可得此時SCR沒有導(dǎo)通。故通過仿真證明防護加固具有良好的效果。2.2.2危害能力原則根據(jù)LD的發(fā)火情況評估改進前后無線電引信執(zhí)行電路的抗電磁危害能力。引信執(zhí)行電路改進后不加發(fā)火信號的超寬譜輻照實驗結(jié)果見表2。由表2可見,改進后抗UWS-EMP干擾的距離從15m提高到5m,UWS-EMP防護能力明顯提高。3加固前后電容c對ld放電幅值和時間的影響為了評估加入電感后是否影響引信的效能,對加固后的整個引信進行仿真,其中ULD波形見圖10。根據(jù)與加固前引信的仿真波形和輻照實驗的波形(圖5)對比可見加固前后電容C1對LD的放電幅值和時間基本一致。同時對改進前后的引信執(zhí)行電路進行輻照,LD都能正常發(fā)火。由此可得,引信的加固措施對引信的效能無影響。4引流執(zhí)行電路UWS-EMP可使引信的執(zhí)行電路在無發(fā)火信號時意外發(fā)火,其主要原因是耦合到電路中的干擾信號超過了引信執(zhí)行電路中晶閘管的極限承受能力,使晶閘管導(dǎo)通,儲能電容通