电磁脉冲与高功率微波的差异在哪？

在讨论强电磁环境效应时，电磁脉冲和高功率微波是两种重要的强电磁形式，在试验标准中也对应不同的测试方法，但在文献及相关讨论中，经常出现“高功率微波脉冲”、“高功率电磁脉冲”等近似的概念，似乎电磁脉冲也有高功率的，而高功率微波也有脉冲形式，到底这两者有何异同，本文专门作一下梳理和分辨。

1 定义不同

电磁脉冲（Electromagnetic Pulses，EMP）是电磁波的一种表现形式，是一种瞬变电磁现象，泛指雷击产生的电磁脉冲、开关产生的电磁脉冲或高空核爆及电磁脉冲炸弹产生的电磁脉冲。

高功率微波（High-Power Microwave，HPM）按照GJB8848中的定义，是指频率在300MHz~300GHz、脉冲功率在100MW以上（一般大于1GW）或平均功率大于1MW的强电磁辐射。

有时候还会在文献中看到“高功率电磁脉冲”，高功率电磁脉冲是在实验室产生的一种具有短脉冲宽度、快脉冲前沿、大辐射功率的超宽带相对论型微波辐射脉冲，用以在实验室环境下模拟核爆产生的电磁辐射脉冲。

2 波形不同

EMP信号波形： EMP信号通常具有极短的上升时间和下降时间，典型持续时间为纳秒到微秒级别。它们可以是单个脉冲或连续脉冲。单个脉冲EMP通常具有快速上升时间，峰值功率较高，并在短时间内衰减。连续脉冲EMP由多个脉冲组成，脉冲之间存在较短的间隔。EMP的波形特征取决于其产生机制。例如，核爆炸引起的EMP波形通常呈现类似于快速上升的脉冲形状，而闪电产生的EMP波形则具有更复杂的特征。

HPM信号波形： HPM信号通常具有相对较长的持续时间，通常在纳秒到毫秒级别。它们可以是单个脉冲或连续脉冲。单个脉冲HPM的上升时间相对较慢，峰值功率较低，并在较长的时间内衰减。连续脉冲HPM由多个脉冲组成，脉冲之间存在较短的间隔。HPM的波形特征与其发生器和传输系统的设计有关。它们通常是经过精心调制和放大的高功率微波信号。

3 频率范围不同

图1中的标准电磁脉冲波形96 %的能量分布在100k~100MHz范围内，当前国际上较为先进的电磁脉冲发生装置可产生的脉冲上升前沿为75~300ps，辐射频率可以覆盖100 MHz~6 GHz。

高功率微波的频段，按照GJB8848中的定义为300MHz~300GHz，相对于电磁脉冲频率更高。

4 产生装置不同

EMP装置的原理主要涉及电磁脉冲的产生。原始的EMP通常通过三种方式产生：核爆炸、闪电放电和高功率雷达。在核爆炸中，EMP由核爆炸释放的电磁辐射产生。在闪电放电中，大气中的电荷分离导致放电电流和电磁脉冲的产生。而高功率雷达则通过发射和辐射高功率的脉冲信号来产生EMP。为了模拟核电磁脉冲，开展地面试验的装置如下图所示。

HPM装置的原理主要涉及高功率微波的产生和辐射。HPM装置通常包括一个高功率微波发生器，通过电能转换为微波能量。发生器可以采用脉冲功率放大器、磁控管放大器等技术来产生高功率的微波信号。然后，这些高功率微波信号通过天线或波导进行辐射。

5 防护措施不同

电磁脉冲（EMP）和高功率微波（HPM）的防护措施存在一些相同点和不同点。以下是它们之间的一些主要相同点和不同点：

相同点：

1）屏蔽：无论是EMP还是HPM，屏蔽是防护的基本措施之一。屏蔽材料可以用于限制电磁波的进入或传播，并降低其对设备和系统的影响。金属屏蔽、导电涂层和屏蔽房间等方法都可以用于EMP和HPM的防护。

2）滤波和抑制：EMP和HPM的防护中常常使用滤波器和抑制器来减少电磁波的干扰。这些设备可以滤除或削弱特定频段或频率范围的信号，以保护敏感设备免受EMP和HPM的影响。

3）接地：良好的接地系统对于EMP和HPM的防护都很重要。有效的接地可以分散或吸收电磁能量，减轻对设备的影响，并提供一条安全的路径来释放静电和电荷。

不同点：

1）频率范围不同，对应防护器件的频率选择不一样。

2）能量耦合方式：EMP和HPM的能量耦合方式不同。EMP通过电磁脉冲的电场和磁场的能量耦合进入设备和系统中，对电路和设备造成影响。而HPM主要通过高功率微波辐射的能量耦合（前门耦合）进入设备和系统中，对电子器件和系统产生影响。

3）引起的损害类型：EMP和HPM可能导致不同类型的损害。EMP常常会引起瞬态过电压、电弧击穿和电路元件损坏等问题。而HPM主要会引起设备和系统中的高功率微波能量吸收和电磁辐射效应，可能导致电路损坏、故障或数据丢失。

4）高功率微波防护通常需要使用限幅器，限幅器（Limiter）是一种用于限制电磁波幅度的装置。在HPM防护中，限幅器可以用来限制高功率微波脉冲的幅度，以防止其超过设备和系统的耐受水平。限幅器可以接收到来自HPM源的高功率微波信号，并通过调节其非线性特性来限制信号的幅度。这样可以防止高功率微波对设备和系统产生过大的影响，从而保护其正常运行。而EMP的防护主要集中在屏蔽、过滤、抑制和接地等方面，以限制其进入设备和系统，通常不需要限幅器。

审核编辑：刘清