本發(fā)明涉及電磁防護(hù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于等效電路的圓柱結(jié)構(gòu)的電磁脈沖防護(hù)隱身斗篷。

背景技術(shù)：

電磁脈沖具有作用范圍廣，峰值場強(qiáng)高，上升時間短，頻率范圍寬，殺傷力大等特點(diǎn)，不僅對當(dāng)代不斷小型化和集成化的電子信息系統(tǒng)構(gòu)成了威脅，還會對人體造成不同程度的損害，成為了極大的隱患，而電磁脈沖武器的出現(xiàn)和日趨成熟更是嚴(yán)重影響了世界各國的軍事安全和社會穩(wěn)定。

基于不同的用途，現(xiàn)有的防護(hù)方法可分為電路級防護(hù)方法和空間級防護(hù)方法，前者用于防護(hù)電路中的傳導(dǎo)電磁脈沖，后者用于防護(hù)空間中的電磁脈沖場。電路級防護(hù)器件主要有限幅器、濾波器等，現(xiàn)有的各種電路級防護(hù)器件在防護(hù)帶寬上受到限制，存在插入損耗而且在高功率電磁脈沖的作用下也會出現(xiàn)插入損耗增大、噪聲系數(shù)變壞等永久性的損傷。空間級防護(hù)方法主要有頻率選擇表面，能量選擇表面，超材料吸波體，以及新型材料(例如納米材料、石墨烯、等離子體)。它們的防護(hù)帶寬都是有限的，而且不能保證完全反射吸收或衰減掉電磁脈沖，被防護(hù)的物體或多或少還是會受到電磁脈沖的影響，且能量選擇表面在防護(hù)功能完全開啟前還存在一段時間的電磁波泄露，存在一定隱患。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的在于提供一種基于等效電路的圓柱結(jié)構(gòu)的電磁脈沖防護(hù)隱身斗篷，旨在解決對電磁脈沖屏蔽的技術(shù)問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于等效電路的圓柱結(jié)構(gòu)的電磁脈沖防護(hù)隱身斗篷，所述基于等效電路的圓柱結(jié)構(gòu)的電磁脈沖防護(hù)隱身斗篷由多個環(huán)形防護(hù)層疊加組成，所述基于等效電路的圓柱結(jié)構(gòu)的電磁脈沖防護(hù)隱身斗篷的底部設(shè)置有一個環(huán)形接地板，所述基于等效電路的圓柱結(jié)構(gòu)的電磁脈沖防護(hù)隱身斗篷內(nèi)設(shè)置多個金屬化管，所述金屬化管垂直穿過所述環(huán)形防護(hù)層并與所述環(huán)形接地板連接，其中，每一個環(huán)形防護(hù)層從里到外設(shè)置多條圓形軌道，每條圓形軌道上連續(xù)設(shè)置多個防護(hù)單元，所述金屬化管垂直穿過所述環(huán)形防護(hù)層并與所述環(huán)形接地板連接，所述金屬化管上設(shè)置有金屬化孔；

所述防護(hù)單元包括第一電感、第二電感、第三電感、第四電感及電容，其中，第一電感、第二電感、第三電感、第四電感及電容并聯(lián)，所述電容與金屬化孔連接，第一電感和第四電感之間的距離與第二電感和第三電感之間的距離相等，第一電感及第四電感的電感值均為L_θ/2，所述第二電感及第三電感的電感值均為L_r/2，電容的電容值為C_z，其中，Δr環(huán)形防護(hù)層的厚度，Δθ為環(huán)形防護(hù)層的跨角，a為環(huán)形防護(hù)層的內(nèi)半徑，b為環(huán)形防護(hù)層的外半徑，r為環(huán)形防護(hù)層中防護(hù)單元對應(yīng)的半徑，d為第一電感與第四電感之間的距離，ε₀為真空中的介電常數(shù)、μ₀為真空中的磁導(dǎo)率。

優(yōu)選的，d的計算方式如下：d＝λ/3，λ＝C/f，C為光速常量、f為電磁脈沖能量集中的頻率范圍對應(yīng)的最大頻率。

優(yōu)選的，所述電磁脈沖頻率為三角形電磁脈沖、矩形電磁脈沖、正弦電磁脈沖或高斯電磁脈沖。

本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，帶來的技術(shù)效果為：本發(fā)明所述基于等效電路的圓柱結(jié)構(gòu)的電磁脈沖防護(hù)隱身斗篷能夠完全反射、吸收或衰減掉電磁脈沖，被防護(hù)的物體不會受到電磁脈沖的影響，有效避免了電子信息系統(tǒng)受到的電磁脈沖破壞，延長了電子信息系統(tǒng)的壽命。

附圖說明

圖1是本發(fā)明基于等效電路的圓柱結(jié)構(gòu)的電磁脈沖防護(hù)隱身斗篷的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明基于等效電路的圓柱結(jié)構(gòu)的電磁脈沖防護(hù)隱身斗篷的優(yōu)選實(shí)施例的剖面示意圖；

圖3是本發(fā)明基于等效電路的圓柱結(jié)構(gòu)的電磁脈沖防護(hù)隱身斗篷的優(yōu)選實(shí)施例的橫切面示意圖；

圖4是本發(fā)明基于等效電路的圓柱結(jié)構(gòu)的電磁脈沖防護(hù)隱身斗篷布局的示意圖；

圖5是本發(fā)明基于等效電路的圓柱結(jié)構(gòu)的電磁脈沖防護(hù)隱身斗篷中防護(hù)單元的優(yōu)選實(shí)施例的示意圖；

圖6-1至圖6-4是本發(fā)明對基于等效電路的圓柱結(jié)構(gòu)的電磁脈沖防護(hù)隱身斗篷進(jìn)行仿真時四種電磁脈沖的示意圖；

圖7-1至圖7-3是本發(fā)明基于等效電路的圓柱結(jié)構(gòu)的電磁脈沖防護(hù)隱身斗篷針對三角形電磁脈沖的仿真示意圖；

圖8-1至圖8-3是本發(fā)明基于等效電路的圓柱結(jié)構(gòu)的電磁脈沖防護(hù)隱身斗篷針對矩形電磁脈沖的仿真示意圖；

圖9-1至圖9-3是本發(fā)明基于等效電路的圓柱結(jié)構(gòu)的電磁脈沖防護(hù)隱身斗篷針對正弦電磁脈沖的仿真示意圖；

圖10-1至圖10-3是本發(fā)明基于等效電路的圓柱結(jié)構(gòu)的電磁脈沖防護(hù)隱身斗篷針對高斯電磁脈沖的仿真示意圖。

本發(fā)明目的實(shí)現(xiàn)、功能特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)將結(jié)合實(shí)施例，參照附圖做進(jìn)一步說明。

具體實(shí)施方式

為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對本發(fā)明的具體實(shí)施方式、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細(xì)說明如下。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

參照圖1至5所示，圖1是本發(fā)明基于等效電路的圓柱結(jié)構(gòu)的電磁脈沖防護(hù)隱身斗篷的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明基于等效電路的圓柱結(jié)構(gòu)的電磁脈沖防護(hù)隱身斗篷的優(yōu)選實(shí)施例的剖面示意圖；圖3是本發(fā)明基于等效電路的圓柱結(jié)構(gòu)的電磁脈沖防護(hù)隱身斗篷的優(yōu)選實(shí)施例的橫切面示意圖；圖4是本發(fā)明基于等效電路的圓柱結(jié)構(gòu)的電磁脈沖防護(hù)隱身斗篷布局的示意圖；圖5是本發(fā)明基于等效電路的圓柱結(jié)構(gòu)的電磁脈沖防護(hù)隱身斗篷中防護(hù)單元的優(yōu)選實(shí)施例的示意圖。本發(fā)明所述基于等效電路的圓柱結(jié)構(gòu)的電磁脈沖防護(hù)隱身斗篷1由多個環(huán)形防護(hù)層10疊加組成。所述基于等效電路的電磁脈沖防護(hù)隱身斗篷1為圓柱形結(jié)構(gòu)。每一個環(huán)形防護(hù)層10的厚度均為d。進(jìn)一步地，如圖2至5所示，每一個環(huán)形防護(hù)層10內(nèi)包括多個防護(hù)單元100。每個環(huán)形防護(hù)層10從里到外設(shè)置多條圓形軌道，每條圓形軌道上連續(xù)設(shè)置多個防護(hù)單元100。其中，本發(fā)明基于等效電路的圓柱結(jié)構(gòu)的電磁脈沖防護(hù)隱身斗篷1的底部設(shè)置有一個環(huán)形接地板20，所述基于等效電路的圓柱結(jié)構(gòu)的電磁脈沖防護(hù)隱身斗篷1內(nèi)設(shè)置多個金屬化管107，所述金屬化管107垂直穿過所述環(huán)形防護(hù)層10并與所述環(huán)形接地板20連接，所述金屬化管107與所述防護(hù)單元100連接，所述金屬化管107上設(shè)置有金屬化孔106。

每個防護(hù)單元100的介電常數(shù)為ε，而磁導(dǎo)率為μ。

其中，

其中，a(即如圖3中的a)為環(huán)形防護(hù)層10的內(nèi)半徑，b為環(huán)形防護(hù)層10的外半徑，而r為環(huán)形防護(hù)層10中防護(hù)單元100對應(yīng)的半徑。

也就是說，若每個防護(hù)單元100以上述計算的介電常數(shù)為ε且磁導(dǎo)率為μ制作的材料，即可完成對電磁脈沖的防護(hù)。需要說明的是，每個環(huán)形防護(hù)層10上的不同位置的防護(hù)單元100的介電常數(shù)ε及磁導(dǎo)率為μ并不相同。多種不同材料制作的多個防護(hù)單元100可以形成對電磁脈沖的防護(hù)，即基于保角變換理論和光學(xué)變換理論引導(dǎo)電磁波的傳播路徑(參考2006年，U.Leonhardt和J.B.Pendry等人分別同時在《科學(xué)》雜志上提出了保角變換理論和光學(xué)變換理論，用于引導(dǎo)電磁波的傳播路徑)，以對電磁脈沖進(jìn)行防護(hù)。由于保角變換理論和光學(xué)變換理論為現(xiàn)有技術(shù)，在此不作贅述。所述材料可以是不同規(guī)格的納米材料、石墨烯材料、等離子體材料等其它任意合適的材料。

進(jìn)一步地，眾所周知，材料的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率能夠以分布式L-C電路網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行等效模擬。也就是說，針對上述介電常數(shù)為ε及磁導(dǎo)率為μ的材料，可以采用電路進(jìn)行等效模擬。具體地說，每個防護(hù)單元100中采用四個電感及一個電容來等效介電常數(shù)為ε及磁導(dǎo)率為μ的材料。防護(hù)層10與防護(hù)層10之間采用金屬化孔106連接。具體地說，如圖4及圖5所示，所述防護(hù)單元100包括第一電感101、第二電感102、第三電感103、第四電感104及電容105，其中，第一電感101、第二電感102、第三電感103、第四電感104及電容105并聯(lián)，所述電容105，所述電容105與金屬化孔106連接，第一電感101和第四電感104之間的距離與第二電感102和第三電感103之間的距離相等。其中，第一電感101及第四電感104的電感值均為L_θ/2(參照圖5所示)。所述第二電感102及第三電感103的電感值均為L_r/2(參照圖5所示)，電容105的電容值為C_z。其中，其中，Δr為環(huán)形防護(hù)層10的厚度，Δθ為環(huán)形防護(hù)層10的跨角，a(即如圖3中的a)為環(huán)形防護(hù)層10的內(nèi)半徑，b為環(huán)形防護(hù)層10的外半徑，而r為環(huán)形防護(hù)層10中防護(hù)單元100對應(yīng)的半徑，d為第一電感101與第四電感104(或第二電感102與第三電感103)之間的距離，L_θ及L_r均為電感值，C_z為電容值，ε₀為真空中的介電常數(shù)、μ₀為真空中的磁導(dǎo)率。需要說明的是，同一個環(huán)形防護(hù)層10中相鄰的防護(hù)單元100之間相互連接(如圖4中四個防護(hù)單元100的連接方式，左上角的防護(hù)單元100與右上角的防護(hù)單元100及左下角的防護(hù)單元連接)。

進(jìn)一步地，在本實(shí)施例中，Δr與d相等，d的計算方式如下：d＝λ/3，λ＝C/f，C為光速常量、f為電磁脈沖能量集中的頻率范圍對應(yīng)的最大頻率(電磁脈沖的頻率范圍為正無窮到負(fù)無窮，但是電磁脈沖的能量主要集中在一定頻率范圍內(nèi)，f為電磁脈沖能量集中的頻率范圍對應(yīng)的最大頻率)。對于一個矩形脈沖，持續(xù)時間為1納秒，則該矩形脈沖的能量主要集中在0-10GHz，則根據(jù)λ＝C/f＝3*10⁸/10*10⁹＝3厘米，則每個防護(hù)單元100的尺寸小于或等于d＝λ/3＝3m/3＝1cm。

為了驗(yàn)證所述基于等效電路的圓柱結(jié)構(gòu)的電磁脈沖防護(hù)隱身斗篷1的防護(hù)性能，采用四種電磁脈沖對所述基于等效電路的圓柱結(jié)構(gòu)的電磁脈沖防護(hù)隱身斗篷1的防護(hù)性能進(jìn)行驗(yàn)證。圖6-1至圖6-4是是本發(fā)明對基于等效電路的圓柱結(jié)構(gòu)的電磁脈沖防護(hù)隱身斗篷進(jìn)行仿真時四種電磁脈沖的示意圖。

其中，圖7-1至圖7-3是本發(fā)明基于等效電路的圓柱結(jié)構(gòu)的電磁脈沖防護(hù)隱身斗篷針對三角形電磁脈沖的仿真示意圖，從圖7-1至圖7-3可以看出，三角形電磁脈沖經(jīng)過所述基于等效電路的圓柱結(jié)構(gòu)的電磁脈沖防護(hù)隱身斗篷1時，電磁脈沖隱身斗篷1的內(nèi)圓并沒有三角形脈沖經(jīng)過，其中，結(jié)合圖6-1，參數(shù)為a＝0.3m，b＝0.7m，三角形電磁脈沖的圖形中橫軸代表時間，單位為ns，范圍為0-35ns，縱軸代表電流，單位為mA。

圖8-1至圖8-3是本發(fā)明基于等效電路的圓柱結(jié)構(gòu)的電磁脈沖防護(hù)隱身斗篷針對矩形電磁脈沖的仿真示意圖，從圖8-1至圖8-3可以看出，矩形電磁脈沖經(jīng)過所述基于等效電路的圓柱結(jié)構(gòu)的電磁脈沖防護(hù)隱身斗篷1時，電磁脈沖隱身斗篷1的內(nèi)圓并沒有矩形脈沖經(jīng)過，其中，結(jié)合圖6-2，參數(shù)為a＝0.3m，b＝0.7m，矩形電磁脈沖的圖形中橫軸代表時間，單位為ns，范圍為0-35ns，縱軸代表電流，單位為mA。

圖9-1至圖9-3是本發(fā)明基于等效電路的圓柱結(jié)構(gòu)的電磁脈沖防護(hù)隱身斗篷針對正弦電磁脈沖的仿真示意圖，從圖9-1至圖9-3可以看出，正弦電磁脈沖經(jīng)過所述基于等效電路的圓柱結(jié)構(gòu)的電磁脈沖防護(hù)隱身斗篷1時，電磁脈沖隱身斗篷1的內(nèi)圓并沒有正弦脈沖經(jīng)過，其中，結(jié)合圖6-3，參數(shù)為a＝0.3m，b＝0.7m，正弦電磁脈沖的圖形中橫軸代表時間，單位為ns，范圍為0-35ns，縱軸代表電流，單位為mA。

圖10-1至圖10-3是本發(fā)明基于等效電路的圓柱結(jié)構(gòu)的電磁脈沖防護(hù)隱身斗篷針對高斯電磁脈沖的仿真示意圖，從圖10-1至圖10-3可以看出，高斯電磁脈沖經(jīng)過所述基于等效電路的圓柱結(jié)構(gòu)的電磁脈沖防護(hù)隱身斗篷1時，電磁脈沖隱身斗篷1的內(nèi)圓并沒有高斯脈沖經(jīng)過，其中，結(jié)合圖6-4，參數(shù)為a＝0.3m，b＝0.7m，高斯電磁脈沖的圖形中橫軸代表時間，單位為ns，范圍為0-35ns，縱軸代表電流，單位為mA。

以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或之間或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。