電子引信抗電磁干擾封裝技術(shù)

　1 引信及其抗電磁干擾技術(shù)

　　隨著信息時代的到來，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)境干擾和毀傷的問題，導(dǎo)致引信失效的現(xiàn)象時有發(fā)生。尤其最近幾年國外研發(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巨大的威脅。國際電工委員會（IEC）77（SC77C）分會將輻射電場超過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HPM一定時間的照射，地雷的電子系統(tǒng)和電子引信對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，整個系統(tǒng)處于混亂狀態(tài)，無法或暫時無法恢復(fù)正常狀態(tài)，或徹底毀壞電子元件。

　　為適應(yīng)現(xiàn)代戰(zhàn)爭的需要，在提高攻擊力的同時也應(yīng)該提高地雷的戰(zhàn)場生存能力，逐漸重視地雷的保護(hù)問題。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，通過合理設(shè)計可以改善內(nèi)部電路的電磁兼容性能。需要對遠(yuǎn)場中高頻電場和磁場同時加以屏蔽，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、無需特殊設(shè)備、成本相對較低等優(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（磁、聲、振動和紅外等）啟動引信，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；采用有線電和無線電遙控操縱的方法，可以使地雷由保險狀態(tài)轉(zhuǎn)入戰(zhàn)斗狀態(tài)、由戰(zhàn)斗狀態(tài)轉(zhuǎn)入保險狀態(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、俄等國相繼開發(fā)研制智能地雷?，F(xiàn)代地雷的電子引信一般都設(shè)置有定時自毀或失效裝置，以保證地雷在戰(zhàn)斗過程中未接受到目標(biāo)信號時，在指定時間內(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

　　其中定時電路確定待命和自毀時間。在電子引信處于待命狀態(tài)下，感應(yīng)線圈感應(yīng)外界磁場變化，振動傳感器測定振動大小，紅外傳感器用于測距和通信，測量數(shù)值經(jīng)過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，引火頭收到發(fā)火信號即引爆地雷。采用地雷電子引信技術(shù)增大單個地雷的障礙范圍，提高其在戰(zhàn)場上的生存力和主動攻擊性能。
3 試驗(yàn)檢測與分析

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

　　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，數(shù)碼管可以正常顯示，沒有明顯的打火現(xiàn)象。當(dāng)磁控管功率達(dá)到300W時，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)碼管的第二個數(shù)字“2”顯示有問題，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)時會在屏蔽涂層的某些高場強(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)生時間較長時，會導(dǎo)致涂層表面開裂，微波從縫隙處穿過涂層，使電路損壞，不能正確顯示數(shù)字。該實(shí)驗(yàn)也證實(shí)，電磁波屏蔽涂料對電磁輻射有很好的電磁屏蔽效果，也能夠抵抗短時間的強(qiáng)電磁輻射，保護(hù)內(nèi)部電路免受電磁干擾。

　　5 結(jié)語

　　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)過試驗(yàn)驗(yàn)證，能有效地屏蔽電磁干擾，對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)計與研究，有助于反地雷技術(shù)的發(fā)展。