一种电子引信抗电磁干扰封装技术

     摘　要：为了适应日趋恶化的电磁环境，迫切要求提高以微电子技术为核心的各种电子引信的抗电磁干扰能力。文章以地雷电子引信为例，分析了电子引信技术的发展，工作原理及其抗电磁干扰技术，进行了新型抗电磁干扰材料的设计和研究。采用自制的模拟电子引信，研究了在强微波辐射场中的电子引信的保护和失效问题。试验结果表明强的电磁辐射可以使电路失效，新型抗电磁干扰材料对电磁波表现出良好的屏蔽效果，提高了电子引信的抗电磁干扰能力。

　　1 引信及其抗电磁干扰技术

　　随着信息时代的到来，引信逐步向智能化方向发展，各类新型电子引信由于采用了大量的电子器件和电路，随之产生了易受各种电磁脉冲武器和电磁环境干扰和毁伤的问题，导致引信失效的现象时有发生。尤其最近几年国外研发和装备的高功率超宽带电磁脉冲武器的出现，更给军工品正常使用带来巨大的威胁。国际电工委员会（IEC）77（SC77C）分会将辐射电场超过100V/m 的环境称为高功率电磁环境。所谓超宽带，是指频带宽度高达1 0 8Hz 至1012Hz。满足上述功率和频宽条件的电磁辐射方式有高功率微波（HPM）、超宽带（UWB）、高功率核电磁脉冲（HEMP）。针对上述现象和技术需求，本文以地雷的电子引信为例进行了具体讨论和实验研究。

　　地雷电子引信是地雷引爆装置的关键部件。经过HPM一定时间的照射，地雷的电子系统和电子引信对HPM的耦合作用，HPM在金属表面或金属导线上感应电流或电压，引火头的金属引线感应的高频电流流过引火头的桥丝，造成桥丝发热，从而引燃药粉，使处于战斗状态地雷中的电引火头被引燃。

　　电磁武器有辐射功率强大，无需精确瞄准等特点，可以使地雷内部的电子元件在未损坏的情况下，整个系统处于混乱状态，无法或暂时无法恢复正常状态，或彻底毁坏电子元件。

　　为适应现代战争的需要，在提高攻击力的同时也应该提高地雷的战场生存能力，逐渐重视地雷的保护问题。在地雷的壳体外部和内部存在着各种电磁干扰。地雷壳体外部的电磁干扰源，通过电磁感应影响处于战斗状态的地雷正常工作。内部干扰是由于地雷内部存在着磁耦合，通过合理设计可以改善内部电路的电磁兼容性能。需要对远场中高频电场和磁场同时加以屏蔽，电磁屏蔽是用屏蔽反射并引导磁源所产生的电磁能流使之不进入空间防护区。

　　也就是利用屏蔽材料的导电性和磁性将电磁波反射或吸收来阻止电磁能量在空间传播，达到减弱干扰能量屏蔽的目的。

　　发展电磁屏蔽材料的目的就是减弱或消除电磁波对地雷的危害，提高地雷的抗电磁干扰能力。屏蔽材料的选取和雷壳的几何外形直接影响了地雷外壳屏蔽效果。依据电磁屏蔽原理，屏蔽体的屏蔽效能主要取决于材料的电导率R、磁导率L 及厚度d 等参数。电磁屏蔽中电导率成为选择屏蔽材料的主要依据，金属良导体铜、铝、金、银因为有较高的电导率适用于电磁波的屏蔽，是最常用的屏蔽材料。

　　除了传统的实心金属屏蔽材料外, 为了提高适用性和降低成本，新近发展起来了表面敷层薄膜屏蔽材料。

　　表面敷层薄膜屏蔽材料是使塑料等绝缘体的表面附着一层导电层，从而达到屏蔽的目的。这类表层导电薄膜屏蔽材料普遍具有导电性能好、屏蔽效果明显、无需特殊设备、成本相对较低等优点，因而得到了广泛的应用。

　　2 地雷电子引信技术

　　地雷引信是地雷能够正常爆炸的重要组成部分，引信性能的好坏直接影响地雷的爆炸效果。地雷引信是由引爆雷管、压发机构和外壳组成，当压发机构受到外界作用力并移动一定距离后，力传递到引爆雷管上，雷管受到挤压而爆炸。早期主要利用目标的碾压触碰作用或利用目标产生的物理场（磁、声、振动和红外等）启动引信，20 世纪80 年代中期以后，新型地雷品种不断出现，采用先进的微电子技术，也有用绳索、有线电、无线电遥控等操纵地雷爆炸的。绳索操纵通常是使地雷直接起爆；采用有线电和无线电遥控操纵的方法，可以使地雷由保险状态转入战斗状态、由战斗状态转入保险状态或根据需要爆炸（自毁）等。随着科学技术的发展，为提高地雷的作战性能，增强地雷的抗扫能力，逐步研制出耐爆引信，在爆炸冲击波作用下不易发火，而在目标作用下能正常动作、发火。现代反坦克履带地雷多配用耐爆引信。

　　为了适应日益复杂的现代战场环境，采用大规模集成电路，使地雷引信向智能化方向发展。90 年代，英、法、德、意、俄等国相继开发研制智能地雷。现代地雷的电子引信一般都设置有定时自毁或失效装置，以保证地雷在战斗过程中未接受到目标信号时，在指定时间内自毁，以避免为敌方所用，或因失效而使己方作战行动受到影响；一种反坦克电子引信原理图如图1 所示。

 

图1 某型反坦克地雷电子引信电路原理示意图

　　其中定时电路确定待命和自毁时间。在电子引信处于待命状态下，感应线圈感应外界磁场变化，振动传感器测定振动大小，红外传感器用于测距和通信，测量数值经过放大电路处理后传给控制电路，经控制电路处理输出脉冲信号，引火头收到发火信号即引爆地雷。采用地雷电子引信技术增大单个地雷的障碍范围，提高其在战场上的生存力和主动攻击性能。

　　3 试验检测与分析

　　针对新型电子引信抗电磁干扰的设计和要求，研发了电磁波屏蔽涂料，实验研究了在强微波辐射场中电子引信的保护和失效问题。

　　抗电磁辐射实验采用质地均匀的塑料盒，将其中一个内表面均匀涂上屏蔽涂料，如图2 所示。另外制造一模拟电子音信，在实验中按照“1、2、3、4”顺序重复显示。将运行正常的电路板放入涂有屏蔽材料的塑料盒内，放入频率为2.4GHz 的微波腔内进行试验。

 

图2 实验前涂覆有屏蔽材料的塑料外壳

　　实验中，由小到大改变微波输入功率，观察现象。试验表明，在磁控管功率低于250W时，数码管可以正常显示，没有明显的打火现象。当磁控管功率达到300W时，出现明显的打火现象。在打火现象后立即关上磁控管，发现屏蔽材料的塑料盒有微小的损伤，但是数码管仍然可以正常显示。把屏蔽盒内的电路继续放入微波腔内在磁控管功率300W 下进行试验，经过5 秒钟的剧烈打火之后关上辐射源。

　　发现涂层有明显的裂痕，数码管的第二个数字“2”显示有问题，如图3 所示。

图3 300W微波功率5 秒辐射实验

　　这表明，当辐射强度足够强时会在屏蔽涂层的某些高场强处产生微波打火现象，表现为肉眼可以看到的电火花产生。当电火花产生时间较长时，会导致涂层表面开裂，微波从缝隙处穿过涂层，使电路损坏，不能正确显示数字。该实验也证实，电磁波屏蔽涂料对电磁辐射有很好的电磁屏蔽效果，也能够抵抗短时间的强电磁辐射，保护内部电路免受电磁干扰。

　　5 结语

　　采用银包铜粉表层导电薄膜屏蔽材料涂在地雷表面，该材料导电性优异，耐氧性、耐介质性极佳，经过试验验证，能有效地屏蔽电磁干扰，对地雷电子线路和元器件有保护作用。新型屏蔽材料的设计与研究，有助于反地雷技术的发展。