電磁脈沖與高功率微波的差異在哪？

在討論強電磁環境效應時，電磁脈沖和高功率微波是兩種重要的強電磁形式，在試驗標準中也對應不同的測試方法，但在文獻及相關討論中，經常出現“高功率微波脈沖”、“高功率電磁脈沖”等近似的概念，似乎電磁脈沖也有高功率的，而高功率微波也有脈沖形式，到底這兩者有何異同，本文專門作一下梳理和分辨。

1 定義不同

電磁脈沖（Electromagnetic Pulses，EMP）是電磁波的一種表現形式，是一種瞬變電磁現象，泛指雷擊產生的電磁脈沖、開關產生的電磁脈沖或高空核爆及電磁脈沖炸彈產生的電磁脈沖。

高功率微波（High-Power Microwave，HPM）按照GJB8848中的定義，是指頻率在300MHz~300GHz、脈沖功率在100MW以上（一般大于1GW）或平均功率大于1MW的強電磁輻射。

有時候還會在文獻中看到“高功率電磁脈沖”，高功率電磁脈沖是在實驗室產生的一種具有短脈沖寬度、快脈沖前沿、大輻射功率的超寬帶相對論型微波輻射脈沖，用以在實驗室環境下模擬核爆產生的電磁輻射脈沖。

2 波形不同

EMP信號波形： EMP信號通常具有極短的上升時間和下降時間，典型持續時間為納秒到微秒級別。它們可以是單個脈沖或連續脈沖。單個脈沖EMP通常具有快速上升時間，峰值功率較高，并在短時間內衰減。連續脈沖EMP由多個脈沖組成，脈沖之間存在較短的間隔。EMP的波形特征取決于其產生機制。例如，核爆炸引起的EMP波形通常呈現類似于快速上升的脈沖形狀，而閃電產生的EMP波形則具有更復雜的特征。

HPM信號波形： HPM信號通常具有相對較長的持續時間，通常在納秒到毫秒級別。它們可以是單個脈沖或連續脈沖。單個脈沖HPM的上升時間相對較慢，峰值功率較低，并在較長的時間內衰減。連續脈沖HPM由多個脈沖組成，脈沖之間存在較短的間隔。HPM的波形特征與其發生器和傳輸系統的設計有關。它們通常是經過精心調制和放大的高功率微波信號。

3 頻率范圍不同

圖1中的標準電磁脈沖波形96 %的能量分布在100k~100MHz范圍內，當前國際上較為先進的電磁脈沖發生裝置可產生的脈沖上升前沿為75~300ps，輻射頻率可以覆蓋100 MHz~6 GHz。

高功率微波的頻段，按照GJB8848中的定義為300MHz~300GHz，相對于電磁脈沖頻率更高。

4 產生裝置不同

EMP裝置的原理主要涉及電磁脈沖的產生。原始的EMP通常通過三種方式產生：核爆炸、閃電放電和高功率雷達。在核爆炸中，EMP由核爆炸釋放的電磁輻射產生。在閃電放電中，大氣中的電荷分離導致放電電流和電磁脈沖的產生。而高功率雷達則通過發射和輻射高功率的脈沖信號來產生EMP。為了模擬核電磁脈沖，開展地面試驗的裝置如下圖所示。

HPM裝置的原理主要涉及高功率微波的產生和輻射。HPM裝置通常包括一個高功率微波發生器，通過電能轉換為微波能量。發生器可以采用脈沖功率放大器、磁控管放大器等技術來產生高功率的微波信號。然后，這些高功率微波信號通過天線或波導進行輻射。

5 防護措施不同

電磁脈沖（EMP）和高功率微波（HPM）的防護措施存在一些相同點和不同點。以下是它們之間的一些主要相同點和不同點：

相同點：

1）屏蔽：無論是EMP還是HPM，屏蔽是防護的基本措施之一。屏蔽材料可以用于限制電磁波的進入或傳播，并降低其對設備和系統的影響。金屬屏蔽、導電涂層和屏蔽房間等方法都可以用于EMP和HPM的防護。

2）濾波和抑制：EMP和HPM的防護中常常使用濾波器和抑制器來減少電磁波的干擾。這些設備可以濾除或削弱特定頻段或頻率范圍的信號，以保護敏感設備免受EMP和HPM的影響。

3）接地：良好的接地系統對于EMP和HPM的防護都很重要。有效的接地可以分散或吸收電磁能量，減輕對設備的影響，并提供一條安全的路徑來釋放靜電和電荷。

不同點：

1）頻率范圍不同，對應防護器件的頻率選擇不一樣。

2）能量耦合方式：EMP和HPM的能量耦合方式不同。EMP通過電磁脈沖的電場和磁場的能量耦合進入設備和系統中，對電路和設備造成影響。而HPM主要通過高功率微波輻射的能量耦合（前門耦合）進入設備和系統中，對電子器件和系統產生影響。

3）引起的損害類型：EMP和HPM可能導致不同類型的損害。EMP常常會引起瞬態過電壓、電弧擊穿和電路元件損壞等問題。而HPM主要會引起設備和系統中的高功率微波能量吸收和電磁輻射效應，可能導致電路損壞、故障或數據丟失。

4）高功率微波防護通常需要使用限幅器，限幅器（Limiter）是一種用于限制電磁波幅度的裝置。在HPM防護中，限幅器可以用來限制高功率微波脈沖的幅度，以防止其超過設備和系統的耐受水平。限幅器可以接收到來自HPM源的高功率微波信號，并通過調節其非線性特性來限制信號的幅度。這樣可以防止高功率微波對設備和系統產生過大的影響，從而保護其正常運行。而EMP的防護主要集中在屏蔽、過濾、抑制和接地等方面，以限制其進入設備和系統，通常不需要限幅器。

審核編輯：劉清