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[導(dǎo)讀] 摘 要:為了適應(yīng)日趨惡化的電磁環(huán)境,迫切要求提高以微電子技術(shù)為核心的各種電子引信的抗電磁干擾能力。文章以地雷電子引信為例,分析了電子引信技術(shù)的發(fā)展,工作原理及其抗電磁干擾技術(shù),進(jìn)行了新型抗電磁干擾

     摘 要:為了適應(yīng)日趨惡化的電磁環(huán)境,迫切要求提高以微電子技術(shù)為核心的各種電子引信的抗電磁干擾能力。文章以地雷電子引信為例,分析了電子引信技術(shù)的發(fā)展,工作原理及其抗電磁干擾技術(shù),進(jìn)行了新型抗電磁干擾材料的設(shè)計(jì)和研究。采用自制的模擬電子引信,研究了在強(qiáng)微波輻射場(chǎng)中的電子引信的保護(hù)和失效問(wèn)題。試驗(yàn)結(jié)果表明強(qiáng)的電磁輻射可以使電路失效,新型抗電磁干擾材料對(duì)電磁波表現(xiàn)出良好的屏蔽效果,提高了電子引信的抗電磁干擾能力。

  1 引信及其抗電磁干擾技術(shù)

  隨著信息時(shí)代的到來(lái),引信逐步向智能化方向發(fā)展,各類新型電子引信由于采用了大量的電子器件和電路,隨之產(chǎn)生了易受各種電磁脈沖武器和電磁環(huán)境干擾和毀傷的問(wèn)題,導(dǎo)致引信失效的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。尤其最近幾年國(guó)外研發(fā)和裝備的高功率超寬帶電磁脈沖武器的出現(xiàn),更給軍工品正常使用帶來(lái)巨大的威脅。國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)77(SC77C)分會(huì)將輻射電場(chǎng)超過(guò)100V/m 的環(huán)境稱為高功率電磁環(huán)境。所謂超寬帶,是指頻帶寬度高達(dá)1 0 8Hz 至1012Hz。滿足上述功率和頻寬條件的電磁輻射方式有高功率微波(HPM)、超寬帶(UWB)、高功率核電磁脈沖(HEMP)。針對(duì)上述現(xiàn)象和技術(shù)需求,本文以地雷的電子引信為例進(jìn)行了具體討論和實(shí)驗(yàn)研究。

  地雷電子引信是地雷引爆裝置的關(guān)鍵部件。經(jīng)過(guò)HPM一定時(shí)間的照射,地雷的電子系統(tǒng)和電子引信對(duì)HPM的耦合作用,HPM在金屬表面或金屬導(dǎo)線上感應(yīng)電流或電壓,引火頭的金屬引線感應(yīng)的高頻電流流過(guò)引火頭的橋絲,造成橋絲發(fā)熱,從而引燃藥粉,使處于戰(zhàn)斗狀態(tài)地雷中的電引火頭被引燃。

  電磁武器有輻射功率強(qiáng)大,無(wú)需精確瞄準(zhǔn)等特點(diǎn),可以使地雷內(nèi)部的電子元件在未損壞的情況下,整個(gè)系統(tǒng)處于混亂狀態(tài),無(wú)法或暫時(shí)無(wú)法恢復(fù)正常狀態(tài),或徹底毀壞電子元件。

  為適應(yīng)現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的需要,在提高攻擊力的同時(shí)也應(yīng)該提高地雷的戰(zhàn)場(chǎng)生存能力,逐漸重視地雷的保護(hù)問(wèn)題。在地雷的殼體外部和內(nèi)部存在著各種電磁干擾。地雷殼體外部的電磁干擾源,通過(guò)電磁感應(yīng)影響處于戰(zhàn)斗狀態(tài)的地雷正常工作。內(nèi)部干擾是由于地雷內(nèi)部存在著磁耦合,通過(guò)合理設(shè)計(jì)可以改善內(nèi)部電路的電磁兼容性能。需要對(duì)遠(yuǎn)場(chǎng)中高頻電場(chǎng)和磁場(chǎng)同時(shí)加以屏蔽,電磁屏蔽是用屏蔽反射并引導(dǎo)磁源所產(chǎn)生的電磁能流使之不進(jìn)入空間防護(hù)區(qū)。

  也就是利用屏蔽材料的導(dǎo)電性和磁性將電磁波反射或吸收來(lái)阻止電磁能量在空間傳播,達(dá)到減弱干擾能量屏蔽的目的。

  發(fā)展電磁屏蔽材料的目的就是減弱或消除電磁波對(duì)地雷的危害,提高地雷的抗電磁干擾能力。屏蔽材料的選取和雷殼的幾何外形直接影響了地雷外殼屏蔽效果。依據(jù)電磁屏蔽原理,屏蔽體的屏蔽效能主要取決于材料的電導(dǎo)率R、磁導(dǎo)率L 及厚度d 等參數(shù)。電磁屏蔽中電導(dǎo)率成為選擇屏蔽材料的主要依據(jù),金屬良導(dǎo)體銅、鋁、金、銀因?yàn)橛休^高的電導(dǎo)率適用于電磁波的屏蔽,是最常用的屏蔽材料。

  除了傳統(tǒng)的實(shí)心金屬屏蔽材料外, 為了提高適用性和降低成本,新近發(fā)展起來(lái)了表面敷層薄膜屏蔽材料。

  表面敷層薄膜屏蔽材料是使塑料等絕緣體的表面附著一層導(dǎo)電層,從而達(dá)到屏蔽的目的。這類表層導(dǎo)電薄膜屏蔽材料普遍具有導(dǎo)電性能好、屏蔽效果明顯、無(wú)需特殊設(shè)備、成本相對(duì)較低等優(yōu)點(diǎn),因而得到了廣泛的應(yīng)用。

  2 地雷電子引信技術(shù)

  地雷引信是地雷能夠正常爆炸的重要組成部分,引信性能的好壞直接影響地雷的爆炸效果。地雷引信是由引爆雷管、壓發(fā)機(jī)構(gòu)和外殼組成,當(dāng)壓發(fā)機(jī)構(gòu)受到外界作用力并移動(dòng)一定距離后,力傳遞到引爆雷管上,雷管受到擠壓而爆炸。早期主要利用目標(biāo)的碾壓觸碰作用或利用目標(biāo)產(chǎn)生的物理場(chǎng)(磁、聲、振動(dòng)和紅外等)啟動(dòng)引信,20 世紀(jì)80 年代中期以后,新型地雷品種不斷出現(xiàn),采用先進(jìn)的微電子技術(shù),也有用繩索、有線電、無(wú)線電遙控等操縱地雷爆炸的。繩索操縱通常是使地雷直接起爆;采用有線電和無(wú)線電遙控操縱的方法,可以使地雷由保險(xiǎn)狀態(tài)轉(zhuǎn)入戰(zhàn)斗狀態(tài)、由戰(zhàn)斗狀態(tài)轉(zhuǎn)入保險(xiǎn)狀態(tài)或根據(jù)需要爆炸(自毀)等。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,為提高地雷的作戰(zhàn)性能,增強(qiáng)地雷的抗掃能力,逐步研制出耐爆引信,在爆炸沖擊波作用下不易發(fā)火,而在目標(biāo)作用下能正常動(dòng)作、發(fā)火?,F(xiàn)代反坦克履帶地雷多配用耐爆引信。

  為了適應(yīng)日益復(fù)雜的現(xiàn)代戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境,采用大規(guī)模集成電路,使地雷引信向智能化方向發(fā)展。90 年代,英、法、德、意、俄等國(guó)相繼開(kāi)發(fā)研制智能地雷?,F(xiàn)代地雷的電子引信一般都設(shè)置有定時(shí)自毀或失效裝置,以保證地雷在戰(zhàn)斗過(guò)程中未接受到目標(biāo)信號(hào)時(shí),在指定時(shí)間內(nèi)自毀,以避免為敵方所用,或因失效而使己方作戰(zhàn)行動(dòng)受到影響;一種反坦克電子引信原理圖如圖1 所示。

 

圖1 某型反坦克地雷電子引信電路原理示意圖

  其中定時(shí)電路確定待命和自毀時(shí)間。在電子引信處于待命狀態(tài)下,感應(yīng)線圈感應(yīng)外界磁場(chǎng)變化,振動(dòng)傳感器測(cè)定振動(dòng)大小,紅外傳感器用于測(cè)距和通信,測(cè)量數(shù)值經(jīng)過(guò)放大電路處理后傳給控制電路,經(jīng)控制電路處理輸出脈沖信號(hào),引火頭收到發(fā)火信號(hào)即引爆地雷。采用地雷電子引信技術(shù)增大單個(gè)地雷的障礙范圍,提高其在戰(zhàn)場(chǎng)上的生存力和主動(dòng)攻擊性能。

  3 試驗(yàn)檢測(cè)與分析

  針對(duì)新型電子引信抗電磁干擾的設(shè)計(jì)和要求,研發(fā)了電磁波屏蔽涂料,實(shí)驗(yàn)研究了在強(qiáng)微波輻射場(chǎng)中電子引信的保護(hù)和失效問(wèn)題。

  抗電磁輻射實(shí)驗(yàn)采用質(zhì)地均勻的塑料盒,將其中一個(gè)內(nèi)表面均勻涂上屏蔽涂料,如圖2 所示。另外制造一模擬電子音信,在實(shí)驗(yàn)中按照“1、2、3、4”順序重復(fù)顯示。將運(yùn)行正常的電路板放入涂有屏蔽材料的塑料盒內(nèi),放入頻率為2.4GHz 的微波腔內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)。

 

圖2 實(shí)驗(yàn)前涂覆有屏蔽材料的塑料外殼

  實(shí)驗(yàn)中,由小到大改變微波輸入功率,觀察現(xiàn)象。試驗(yàn)表明,在磁控管功率低于250W時(shí),數(shù)碼管可以正常顯示,沒(méi)有明顯的打火現(xiàn)象。當(dāng)磁控管功率達(dá)到300W時(shí),出現(xiàn)明顯的打火現(xiàn)象。在打火現(xiàn)象后立即關(guān)上磁控管,發(fā)現(xiàn)屏蔽材料的塑料盒有微小的損傷,但是數(shù)碼管仍然可以正常顯示。把屏蔽盒內(nèi)的電路繼續(xù)放入微波腔內(nèi)在磁控管功率300W 下進(jìn)行試驗(yàn),經(jīng)過(guò)5 秒鐘的劇烈打火之后關(guān)上輻射源。

  發(fā)現(xiàn)涂層有明顯的裂痕,數(shù)碼管的第二個(gè)數(shù)字“2”顯示有問(wèn)題,如圖3 所示。

 


圖3 300W微波功率5 秒輻射實(shí)驗(yàn)

  這表明,當(dāng)輻射強(qiáng)度足夠強(qiáng)時(shí)會(huì)在屏蔽涂層的某些高場(chǎng)強(qiáng)處產(chǎn)生微波打火現(xiàn)象,表現(xiàn)為肉眼可以看到的電火花產(chǎn)生。當(dāng)電火花產(chǎn)生時(shí)間較長(zhǎng)時(shí),會(huì)導(dǎo)致涂層表面開(kāi)裂,微波從縫隙處穿過(guò)涂層,使電路損壞,不能正確顯示數(shù)字。該實(shí)驗(yàn)也證實(shí),電磁波屏蔽涂料對(duì)電磁輻射有很好的電磁屏蔽效果,也能夠抵抗短時(shí)間的強(qiáng)電磁輻射,保護(hù)內(nèi)部電路免受電磁干擾。

  5 結(jié)語(yǔ)

  采用銀包銅粉表層導(dǎo)電薄膜屏蔽材料涂在地雷表面,該材料導(dǎo)電性優(yōu)異,耐氧性、耐介質(zhì)性極佳,經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證,能有效地屏蔽電磁干擾,對(duì)地雷電子線路和元器件有保護(hù)作用。新型屏蔽材料的設(shè)計(jì)與研究,有助于反地雷技術(shù)的發(fā)展。

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