橢圓形結構的電磁脈衝防護隱身鬥篷的製作方法
2024-03-24 08:47:05
本發明涉及電磁防護領域，尤其涉及一種橢圓形結構的電磁脈衝防護隱身鬥篷。
背景技術：
電磁脈衝具有作用範圍廣，峰值場強高，上升時間短，頻率範圍寬，殺傷力大等特點，不僅對當代不斷小型化和集成化的電子信息系統構成了威脅，還會對人體造成不同程度的損害，成為了極大的隱患，而電磁脈衝武器的出現和日趨成熟更是嚴重影響了世界各國的軍事安全和社會穩定。
基於不同的用途，現有的防護方法可分為電路級防護方法和空間級防護方法，前者用於防護電路中的傳導電磁脈衝，後者用於防護空間中的電磁脈衝場。電路級防護器件主要有限幅器、濾波器等，現有的各種電路級防護器件在防護帶寬上受到限制，存在插入損耗而且在高功率電磁脈衝的作用下也會出現插入損耗增大、噪聲係數變壞等永久性的損傷。空間級防護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衝，被防護的物體或多或少還是會受到電磁脈衝的影響，且能量選擇表面在防護功能完全開啟前還存在一段時間的電磁波洩露，存在一定隱患。
技術實現要素：
本發明的主要目的在於提供一種橢圓形結構的電磁脈衝防護隱身鬥篷，旨在解決對電磁脈衝屏蔽的技術問題。
為實現上述目的，本發明提供了一種橢圓形結構的電磁脈衝防護隱身鬥篷，所述橢圓形結構的電磁脈衝防護隱身鬥篷由多個橢圓結構的環形防護層疊加組成，其中，每一個環形防護層從裡到外設置多條橢圓形軌道，每條橢圓形軌道上設置連續設置多個防護單元；
每個防護單元的介電常數為ε，磁導率為μ，其中，
a為防護層的外橢圓的長半軸，b為防護層的外橢圓的短半軸，c為防護層的外橢圓的焦距，R為防護層的外橢圓的短半軸與內橢圓的短半軸的比值。
優選的，所述橢圓形結構的電磁脈衝防護隱身鬥篷的底部設置有一個橢圓形的環形接地板，所述橢圓形結構的電磁脈衝防護隱身鬥篷內設置多個金屬化管，所述金屬化管垂直穿過所述環形防護層並與所述環形接地板連接，所述防護單元包括所述防護單元包括第一電感、第二電感、第三電感、第四電感、第五電感、第一電容、第二電容、第三電容、第四電容，其中，第一電感、第二電感、第三電感、第四電感通過導線串聯成正方形結構，所述第五電感的一端在第一電感及第四電感之間連接，所述第五電感的另一端在第二電感及第三電感之間連接，所述第一電容連接於第一電感與第二電感之間串聯的導線，所述第二電容連接於第一電感與第四電感之間串聯的導線，所述第三電容連接於第二電感與第三電感之間串聯的導線，所述第四電容連接於第三電感與第四電感之間串聯的導線，所述第一電容、第二電容、第三電容及第四電容各自連接一個金屬化孔，第二電感及第四電感的電感值均為4L1，所述第五電感的電感值為2L2，第一電感及第三電感的電感值均為4L3，第一電容、第二電容、第三電容及第四電容的電容值均為C/4。其中，C＝εzzd，d為防護單元的長度，L1、L2及L3均為電感值，C為電容值。
優選的，d的計算方式如下：d＝λ/3，λ＝C/f，C為光速常量、f為電磁脈衝能量集中的頻率範圍對應的最大頻率。
優選的，所述電磁脈衝頻率為三角形電磁脈衝、矩形電磁脈衝、正弦電磁脈衝或高斯電磁脈衝。。
本發明採用上述技術方案，帶來的技術效果為：本發明所述橢圓形結構的電磁脈衝防護隱身鬥篷能夠完全反射、吸收或衰減掉電磁脈衝，被防護的物體不會受到電磁脈衝的影響，有效避免了電子信息系統受到的電磁脈衝破壞，延長了電子信息系統的壽命。
附圖說明
圖1是本發明橢圓形結構的電磁脈衝防護隱身鬥篷的結構示意圖；
圖2是本發明橢圓形結構的電磁脈衝防護隱身鬥篷的優選實施例的剖面示意圖；
圖3是本發明橢圓形結構的電磁脈衝防護隱身鬥篷中防護單元的介電常數及磁導率計算方式的優選實施例的示意圖；
圖4是本發明橢圓形結構的電磁脈衝防護隱身鬥篷中基於電路結構的防護單元的結構示意圖；
圖5-1至圖5-4是本發明對橢圓形結構的電磁脈衝防護隱身鬥篷進行仿真時四種電磁脈衝的示意圖；
圖6-1至圖6-3是本發明橢圓形結構的電磁脈衝防護隱身鬥篷針對三角形電磁脈衝的仿真示意圖；
圖7-1至圖7-3是本發明橢圓形結構的電磁脈衝防護隱身鬥篷針對矩形電磁脈衝的仿真示意圖；
圖8-1至圖8-3是本發明橢圓形結構的電磁脈衝防護隱身鬥篷針對正弦電磁脈衝的仿真示意圖；
圖9-1至圖9-3是本發明橢圓形結構的電磁脈衝防護隱身鬥篷針對高斯電磁脈衝的仿真示意圖。
本發明目的實現、功能特點及優點將結合實施例，參照附圖做進一步說明。
具體實施方式
為更進一步闡述本發明為達成預定發明目的所採取的技術手段及功效，以下結合附圖及較佳實施例，對本發明的具體實施方式、結構、特徵及其功效，詳細說明如下。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
參照圖1至4所示，圖1是本發明橢圓形結構的電磁脈衝防護隱身鬥篷的結構示意圖；圖2是本發明橢圓形結構的電磁脈衝防護隱身鬥篷的優選實施例的剖面示意圖；圖3是本發明橢圓形結構的電磁脈衝防護隱身鬥篷中防護單元的介電常數及磁導率計算方式的優選實施例的示意圖；圖4是本發明橢圓形結構的電磁脈衝防護隱身鬥篷中基於電路結構的防護單元的結構示意圖。本發明所述橢圓形結構的電磁脈衝防護隱身鬥篷1由多個橢圓形的環形防護層10疊加組成橫切面為橢圓環狀的柱體結構。進一步地，如圖2至5所示，每一個環形防護層10內包括多個防護單元100。每個環形防護層10從裡到外設置多條橢圓形軌道，每條橢圓形軌道上連續設置多個防護單元100。
每個防護單元100的介電常數為ε，而磁導率為μ。
其中，
其中，a(即圖3中的a)為防護層10的外橢圓的長半軸，b為防護層10的外橢圓的短半軸，c為防護層10的外橢圓的焦距，R為防護層10的外橢圓相對於內橢圓的放大比例，在本實施例中，R的值大於1，R為防護層10的外橢圓的長半軸與內橢圓的長半軸的比值(也可以是，防護層10的外橢圓的短半軸與內橢圓的短半軸的比值)，x及y為每個防護單元100的中心坐標。
也就是說，若每個防護單元100以上述計算的介電常數為ε且磁導率為μ製作的材料，即可完成對電磁脈衝的防護。需要說明的是，每個環形防護層10上的不同位置的防護單元100的介電常數ε及磁導率為μ並不相同。多種不同材料製作的多個防護單元100可以形成對電磁脈衝的防護，即基於保角變換理論和光學變換理論引導電磁波的傳播路徑(參考2006年，U.Leonhardt和J.B.Pendry等人分別同時在《科學》雜誌上提出了保角變換理論和光學變換理論，用於引導電磁波的傳播路徑)，以對電磁脈衝進行防護。由於保角變換理論和光學變換理論為現有技術，在此不作贅述。所述材料可以是不同規格的納米材料、石墨烯材料、等離子體材料等其它任意合適的材料。
進一步地，眾所周知，材料的介電常數和磁導率能夠以分布式L-C電路網絡進行等效模擬。也就是說，針對上述介電常數為ε及磁導率為μ的材料，可以採用電路進行等效模擬。
具體地說，若採用電路進行等效模擬，如圖2所示，則本發明橢圓形結構的電磁脈衝防護隱身鬥篷1的底部設置有一個環形接地板20，所述橢圓形結構的電磁脈衝防護隱身鬥篷1內設置多個金屬化管110，所述金屬化管110垂直穿過所述環形防護層10並與所述環形接地板20連接，所述金屬化管110與所述防護單元100連接。
每個防護單元100中採用五個電感及四個電容來等效介電常數為ε及磁導率為μ的材料。防護層10與防護層10之間採用金屬化管110連接。具體地說，如圖4所示，所述防護單元100包括第一電感101、第二電感102、第三電感103、第四電感104、第五電感105、第一電容106、第二電容107、第三電容108、第四電容109，其中，第一電感101、第二電感102、第三電感103、第四電感104通過導線串聯成正方形結構，所述第五電感105的一端在第一電感101及第四電感104之間連接，所述第五電感105的另一端在第二電感102及第三電感103之間連接，所述第一電容106連接於第一電感101與第二電感102之間串聯的導線，所述第二電容107連接於第一電感101與第四電感104之間串聯的導線，所述第三電容108連接於第二電感102與第三電感103之間串聯的導線，所述第四電容109連接於第三電感103與第四電感104之間串聯的導線，所述第一電容106、第二電容107、第三電容108及第四電容109各自連接一個金屬化管110。其中，第二電感102及第四電感104的電感值均為4L1(參照圖4所示)，所述第五電感105電感值為2L2(參照圖4所示)，第一電感101及第三電感103的電感值均為4L3，第一電容106、第二電容107、第三電容108及第四電容109的電容值均為C/4。其中，C＝εzzd，d為防護單元100的長度，L1、L2及L3均為電感值，C為電容值。需要說明的是，同一個環形防護層10中相鄰的防護單元100之間相互連接(如圖4中四個防護單元100的連接方式，左上角的防護單元100與右上角的防護單元100及左下角的防護單元連接)。
進一步地，在本實施例中，d的計算方式如下：d＝λ/3，λ＝C/f，C為光速常量、f為電磁脈衝能量集中的頻率範圍對應的最大頻率。(電磁脈衝的頻率範圍為正無窮到負無窮，但是電磁脈衝的能量主要集中在一定頻率範圍內，f為電磁脈衝能量集中的頻率範圍對應的最大頻率)。對於一個矩形脈衝，持續時間為1納秒，則該矩形脈衝的能量主要集中在0-10GHz，則根據λ＝C/f＝3*108/10*109＝3釐米，則每個防護單元100的尺寸小於或等於d＝λ/3＝3m/3＝1cm。
為了驗證所述橢圓形結構的電磁脈衝防護隱身鬥篷1的防護性能，採用四種電磁脈衝對所述橢圓形結構的電磁脈衝防護隱身鬥篷1的防護性能進行驗證。圖5-1至圖5-4是是本發明對基於等效電路的圓柱結構的電磁脈衝防護隱身鬥篷進行仿真時四種電磁脈衝的示意圖。
其中，圖6-1至圖6-3是本發明橢圓形結構的電磁脈衝防護隱身鬥篷針對三角形電磁脈衝的仿真示意圖，從圖6-1至圖6-3可以看出，三角形電磁脈衝經過所述橢圓形結構的電磁脈衝防護隱身鬥篷1時，電磁脈衝隱身鬥篷1的內橢圓並沒有三角形脈衝經過，其中，結合圖5-1，參數為a＝0.3m，b＝0.7m，三角形電磁脈衝的圖形中橫軸代表時間，單位為ns，範圍為0-35ns，縱軸代表電流，單位為mA。
圖7-1至圖7-3是本發明橢圓形結構的電磁脈衝防護隱身鬥篷針對矩形電磁脈衝的仿真示意圖，從圖7-1至圖7-3可以看出，矩形電磁脈衝經過所述橢圓形結構的電磁脈衝防護隱身鬥篷1時，電磁脈衝隱身鬥篷1的內橢圓並沒有矩形脈衝經過，其中，結合圖5-2，參數為a＝0.6m，b＝0.4m，R＝2，矩形電磁脈衝的圖形中橫軸代表時間，單位為ns，範圍為0-35ns，縱軸代表電流，單位為mA。
圖8-1至圖8-3是本發明橢圓形結構的電磁脈衝防護隱身鬥篷針對正弦電磁脈衝的仿真示意圖，從圖8-1至圖8-3可以看出，正弦電磁脈衝經過所述橢圓形結構的電磁脈衝防護隱身鬥篷1時，電磁脈衝隱身鬥篷1的內橢圓並沒有正弦脈衝經過，其中，結合圖5-3，參數為a＝0.3m，b＝0.7m，正弦電磁脈衝的圖形中橫軸代表時間，單位為ns，範圍為0-35ns，縱軸代表電流，單位為mA。
圖9-1至圖9-3是本發明橢圓形結構的電磁脈衝防護隱身鬥篷針對高斯電磁脈衝的仿真示意圖，從圖9-1至圖9-3可以看出，高斯電磁脈衝經過所述橢圓形結構的電磁脈衝防護隱身鬥篷1時，電磁脈衝隱身鬥篷1的內橢圓並沒有高斯脈衝經過，其中，結合圖5-4，參數為a＝0.3m，b＝0.7m，高斯電磁脈衝的圖形中橫軸代表時間，單位為ns，範圍為0-35ns，縱軸代表電流，單位為mA。
以上僅為本發明的優選實施例，並非因此限制本發明的專利範圍，凡是利用本發明說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或之間或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本發明的專利保護範圍內。