新技术丨广电计量成功开发系统级电磁脉冲防护仿真技术

        电磁脉冲主要来源于高空核爆或非核电磁脉冲弹爆炸产生的强电磁瞬变辐射场。电磁脉冲作为瞬变干扰源能通过天线、电缆连接处、金属管道等进入电子设备的内部，在电路上产生瞬变电压或瞬变电流，使电子设备遭到严重的破坏。国内在电磁脉冲效应研究方面以实验研究为主，主要开展了目标耦合和器件级效应大量的理论、数值模拟和实验工作，但在系统级效应与应用研究方面较少。系统级电磁脉冲效应是电磁脉冲对系统内部电子设备的影响和作用，这种效应能够通过各种途径耦合到系统内部，对电子设备造成威胁。为提升研究系统级电磁脉冲效应及其防护技术效率，增强各行业系统抗电磁脉冲能力，广电计量电磁安全工程研究所成立科研专项组开展系统级电磁脉冲防护仿真技术研究。

 

电磁环境+现场测试复杂  电磁防护难度大

        近年来，电磁脉冲因其对电子设备极强的破坏性而持续受到广泛关注。在特殊行业装备领域，电磁脉冲对电子设备产生的强电磁干扰以及核电磁脉冲的巨大破坏作用促使一些国家和地区抓紧了电磁脉冲装备的研制与电磁脉冲的防护研究；在民用领域，无人机、高速列车、新能源汽车、人工智能等快速发展，为了提升这些电子设备的电磁环境适应性，电磁脉冲防护也不断被纳入产品的设计规范中。

        系统级电磁脉冲装备由于体积大、运输困难，对实验设备的要求高、操作难度大，往往无法在实验室完成电磁兼容测试。对于一些大型复杂系统，由于空间有限而电子设备增多，导致电磁能量耦合途径呈现出复杂趋势。同时，由于电子特殊化装备、电磁脉冲设备、高功率微波设备等涉及电磁脉冲的产品更迭迅速，传统的实验测试很难跟上更新速度；各类产品电磁环境的日益复杂化，使得电磁干扰覆盖频率和范围不断扩大、电磁能量耦合途径越来越错综复杂。综合以上因素，系统级电磁脉冲防护技术面临着越来越大的挑战。

 

仿真预测+防护设计  满足系统级防护需求

        目前，对于电磁脉冲效应及其防护大都采用设备测试的方法，但对于很多大系统，传统的电磁脉冲实验已经不能满足需求。随着信息化技术发展与电磁仿真软件的不断迭代更新，软件仿真结果与实际情况日趋接近，模拟方法简便易操作，仿真计算几乎不受产品种类的限制，通过仿真预测分析，在产品的设计阶段就能将很多问题避免。为满足相关产品系统级电磁脉冲防护需要，提供一种更高效、便捷的电磁防护方法，科研小组以无人机为研究对象，开发系统级电磁脉冲防护仿真技术。

        该技术以GJB8848-2016和GJB1389A-2005为依据，基于场线耦合分析方法、电磁场理论，采用CST仿真软件中场路协同的技术，开展无人机系统强电磁脉冲辐照干扰防护研究，并得到一套系统级电磁脉冲效应的仿真方法及电磁脉冲防护的仿真方案。创新性地针对无人机系统的系统级电磁脉冲防护设计及测试方法进行研究和对比分析，通过比对滤波、限幅、屏蔽三种措施的前后结果，系统级电磁脉冲防护仿真方法的有效性得到了验证，有效性可达到95%以上，防护效果显著。该技术能够帮助客户更好地理解产品特性、查看产品电流分布、线缆线路上的电压，通过对计算所得的电流、电压结果定量分析实现对系统存在的问题进行预测，有效解决系统级电磁脉冲防护难题。该技术已向国家知识产权局申请发明专利1项，具备成熟的技术能力。

·强电磁脉冲波形·

电磁脉冲与无人机系统的耦合模型

强电磁脉冲的滤波防护电路

强电磁脉冲的限幅防护电路

 

助力无人机等行业高质量发展

        本项技术可应用于无人机、新能源汽车、轨道交通、医疗器械、航空航天、人工智能、船舶电气等行业领域，可为相关行业领域产品提供系统级电磁脉冲效应评估，并给出相应的防护设计方案。通过本项技术可为客户提供更高效、便捷的服务解决方案，帮助提升产品开发效率，降低产品研发成本，帮助检测服务行业储备新技术能力，最终助力相关制造行业高速、高质量发展。

新技术应用服务领域及服务对象
序号	服务领域	电磁脉冲效应评估及预防设计服务对象
1	无人机	无人机的电磁兼容性、系统级辐照仿真、注入式与系统级辐照试验，以及无人机的易损性和毁伤评估。
2	新能源汽车	新能源汽车动力电池系统、车载电子系统、线缆和连接系统、整车系统等。
3	轨道交通	高速列车牵引供电系统、接触网、隧道支护结构、无砟轨道、路基复合结构以及高速列车制动系统等关键部件和系统。
4	医疗器械	大型医疗设备如MRI、DR、级联生化分析仪、大功率灭菌器、高压氧舱等。
5	航空航天	航空、航天大型飞行系统如半导体器件、无人机系统、航天器、航空发动机、航空设备及系统、航空材料等。
6	船舶电气	船舶及动力系统如非接触式雷达多普勒流速仪的电源、绝缘电阻、电源反向保护功能、防护等级以及机械环境适应性。
7	其他	根据客户需求定制服务，如科研、新技术开发等。