通信系统发射通道的强电磁脉冲防护研究

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近年来,战场的信息化程度不断提高,通信系统的强电磁脉冲防护已经日趋重要,越来越受到相关部门的重视。在对通信系统进行强电磁脉冲辐照试验时,发现通信系统的射频通道容易受扰甚至是损伤,目前针对接收通道的强电磁脉冲响应及防护研究较多,但针对发射通道的强电磁脉冲响应及防护研究较少。因此本文以通信系统发射通道为研究对象,分析了强电磁脉冲对通信系统发射通道的耦合路径,研究了发射通道的损伤阈值,并针对不同的耦合路径提出了防护方案并通过了试验验证,对通信系统发射通道的强电磁脉冲耦合特性、损伤阈值与防护技术的研究都具有重要意义。第一部分分析了三类强电磁脉冲与通信系统之间的频谱关联性,根据通信系统的频率选择性,明确了高空核电磁脉冲(HEMP)对通信系统发射通道最具威胁性;明确了强电磁脉冲可通过场-天线耦合、场-互连线缆耦合、场-设备孔缝耦合等三条耦合路径进入通信系统发射通道,但以场-天线耦合的影响最为严重;研究了通信系统发射通道各个模块的电磁敏感性分析,得到了功率放大器为易损敏感器件。第二部分分析了通信系统发射通道的工作方式,明确了发射通道由PIN收发切换开关、滤波器、功率放大器、混频器、中频模块等5部分组成,在此基础上对射频发射通道进行建模简化分析,最终保留滤波器与功率放大器组成简化后的发射通道;基于ADS仿真软件搭了建简化后的发射通道模型,基于强电磁脉冲注入仿真获取了功率放大器耦合的电压值;提出了分析功率放大器损伤阈值的方法,并研究了功率放大器的损伤机理及损伤特性。第三部分将强电磁脉冲防护方法分为能域防护、频域防护与空域防护。针对能域防护,研究了气体放电管(GDT)、压敏电阻(MOV)、瞬态抑制二极管(TVS)的防护原理与应用特性,在此基础上研究了GDT与MOV的并联使用特性,发现并联使用时可有效降低流过被保护设备的残余峰值电流;针对频域防护,研究了电阻、电容、电感等频域防护器件在高频使用时的等效模型;针对空域防护,研究了不同密封衬垫的优缺点及适用场合。第四部分明确了通信系统发射通道的强电磁脉冲防护点,研究了防护电路的设计指标;设计了电源线端口、网线端口、射频端口等电气接入点的防护电路,并基于Pspice软件进行了仿真验证;最终基于高空核电磁脉冲电流注入测试系统对三类防护电路能域限幅能力进行了测试验证。
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