新技術丨廣電計量成功開發(fā)系統(tǒng)級電磁脈沖防護仿真技術

電磁脈沖主要來源于高空核爆或非核電磁脈沖彈爆炸產(chǎn)生的強電磁瞬變輻射場。電磁脈沖作為瞬變干擾源能通過天線、電纜連接處、金屬管道等進入電子設備的內部，在電路上產(chǎn)生瞬變電壓或瞬變電流，使電子設備遭到嚴重的破壞。國內在電磁脈沖效應研究方面以實驗研究為主，主要開展了目標耦合和器件級效應大量的理論、數(shù)值模擬和實驗工作，但在系統(tǒng)級效應與應用研究方面較少。系統(tǒng)級電磁脈沖效應是電磁脈沖對系統(tǒng)內部電子設備的影響和作用，這種效應能夠通過各種途徑耦合到系統(tǒng)內部，對電子設備造成威脅。為提升研究系統(tǒng)級電磁脈沖效應及其防護技術效率，增強各行業(yè)系統(tǒng)抗電磁脈沖能力，廣電計量電磁安全工程研究所成立科研專項組開展系統(tǒng)級電磁脈沖防護仿真技術研究。

電磁環(huán)境+現(xiàn)場測試復雜 電磁防護難度大

近年來，電磁脈沖因其對電子設備極強的破壞性而持續(xù)受到廣泛關注。在特殊行業(yè)裝備領域，電磁脈沖對電子設備產(chǎn)生的強電磁干擾以及核電磁脈沖的巨大破壞作用促使一些國家和地區(qū)抓緊了電磁脈沖裝備的研制與電磁脈沖的防護研究；在民用領域，無人機、高速列車、新能源汽車、人工智能等快速發(fā)展，為了提升這些電子設備的電磁環(huán)境適應性，電磁脈沖防護也不斷被納入產(chǎn)品的設計規(guī)范中。

系統(tǒng)級電磁脈沖裝備由于體積大、運輸困難，對實驗設備的要求高、操作難度大，往往無法在實驗室完成電磁兼容測試。對于一些大型復雜系統(tǒng)，由于空間有限而電子設備增多，導致電磁能量耦合途徑呈現(xiàn)出復雜趨勢。同時，由于電子特殊化裝備、電磁脈沖設備、高功率微波設備等涉及電磁脈沖的產(chǎn)品更迭迅速，傳統(tǒng)的實驗測試很難跟上更新速度；各類產(chǎn)品電磁環(huán)境的日益復雜化，使得電磁干擾覆蓋頻率和范圍不斷擴大、電磁能量耦合途徑越來越錯綜復雜。綜合以上因素，系統(tǒng)級電磁脈沖防護技術面臨著越來越大的挑戰(zhàn)。

仿真預測+防護設計 滿足系統(tǒng)級防護需求

目前，對于電磁脈沖效應及其防護大都采用設備測試的方法，但對于很多大系統(tǒng)，傳統(tǒng)的電磁脈沖實驗已經(jīng)不能滿足需求。隨著信息化技術發(fā)展與電磁仿真軟件的不斷迭代更新，軟件仿真結果與實際情況日趨接近，模擬方法簡便易操作，仿真計算幾乎不受產(chǎn)品種類的限制，通過仿真預測分析，在產(chǎn)品的設計階段就能將很多問題避免。為滿足相關產(chǎn)品系統(tǒng)級電磁脈沖防護需要，提供一種更高效、便捷的電磁防護方法，科研小組以無人機為研究對象，開發(fā)系統(tǒng)級電磁脈沖防護仿真技術。

該技術以GJB8848-2016和GJB1389A-2005為依據(jù)，基于場線耦合分析方法、電磁場理論，采用CST仿真軟件中場路協(xié)同的技術，開展無人機系統(tǒng)強電磁脈沖輻照干擾防護研究，并得到一套系統(tǒng)級電磁脈沖效應的仿真方法及電磁脈沖防護的仿真方案。創(chuàng)新性地針對無人機系統(tǒng)的系統(tǒng)級電磁脈沖防護設計及測試方法進行研究和對比分析，通過比對濾波、限幅、屏蔽三種措施的前后結果，系統(tǒng)級電磁脈沖防護仿真方法的有效性得到了驗證，有效性可達到95%以上，防護效果顯著。該技術能夠幫助客戶更好地理解產(chǎn)品特性、查看產(chǎn)品電流分布、線纜線路上的電壓，通過對計算所得的電流、電壓結果定量分析實現(xiàn)對系統(tǒng)存在的問題進行預測，有效解決系統(tǒng)級電磁脈沖防護難題。該技術已向國家知識產(chǎn)權局申請發(fā)明專利1項，具備成熟的技術能力。

·強電磁脈沖波形·

電磁脈沖與無人機系統(tǒng)的耦合模型

強電磁脈沖的濾波防護電路

強電磁脈沖的限幅防護電路

助力無人機等行業(yè)高質量發(fā)展

本項技術可應用于無人機、新能源汽車、軌道交通、醫(yī)療器械、航空航天、人工智能、船舶電氣等行業(yè)領域，可為相關行業(yè)領域產(chǎn)品提供系統(tǒng)級電磁脈沖效應評估，并給出相應的防護設計方案。通過本項技術可為客戶提供更高效、便捷的服務解決方案，幫助提升產(chǎn)品開發(fā)效率，降低產(chǎn)品研發(fā)成本，幫助檢測服務行業(yè)儲備新技術能力，最終助力相關制造行業(yè)高速、高質量發(fā)展。