球形结构的电磁脉冲防护隐身斗篷的制作方法

本发明涉及电磁防护领域，尤其涉及一种球形结构的电磁脉冲防护隐身斗篷。

背景技术：

电磁脉冲具有作用范围广，峰值场强高，上升时间短，频率范围宽，杀伤力大等特点，不仅对当代不断小型化和集成化的电子信息系统构成了威胁，还会对人体造成不同程度的损害，成为了极大的隐患，而电磁脉冲武器的出现和日趋成熟更是严重影响了世界各国的军事安全和社会稳定。

基于不同的用途，现有的防护方法可分为电路级防护方法和空间级防护方法，前者用于防护电路中的传导电磁脉冲，后者用于防护空间中的电磁脉冲场。电路级防护器件主要有限幅器、滤波器等，现有的各种电路级防护器件在防护带宽上受到限制，存在插入损耗而且在高功率电磁脉冲的作用下也会出现插入损耗增大、噪声系数变坏等永久性的损伤。空间级防护方法主要有频率选择表面，能量选择表面，超材料吸波体，以及新型材料(例如纳米材料、石墨烯、等离子体)。它们的防护带宽都是有限的，而且不能保证完全反射吸收或衰减掉电磁脉冲，被防护的物体或多或少还是会受到电磁脉冲的影响，且能量选择表面在防护功能完全开启前还存在一段时间的电磁波泄露，存在一定隐患。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种球形结构的电磁脉冲防护隐身斗篷，旨在解决对电磁脉冲屏蔽的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种球形结构的电磁脉冲防护隐身斗篷，所述球形结构的电磁脉冲防护隐身斗篷由多个防护层叠加组成，每一个防护层从里到外设置多条圆形轨道，每条圆形轨道上设置连续设置多个防护单元；每个防护单元的介电常数为ε，磁导率为μ，其中，

其中，R1为隐身斗篷的内半径，R2为隐身斗篷的外半径，r为防护层中防护单元的中心点到球心的距离，θ为防护层中防护单元的中心点与z轴的角度，为防护层中防护单元的中心点与y轴的角度。

优选的，所述每一个防护层内包括多个防护单元，每个防护层从里到外设置多条圆形轨道，每条圆形轨道上连续设置多个防护单元，其中，防护层与防护层之间设置一个接地板，防护层上还设置有所述金属化管，所述金属化管垂直穿过所述防护层与所述环形接地板连接，所述金属化管上设置有金属化孔；

所述防护单元包括第一电感、第二电感、第三电感、第四电感及电容，其中，第一电感、第二电感、第三电感、第四电感及电容并联，所述电容与金属化孔连接，第一电感和第四电感之间的距离与第二电感和第三电感之间的距离相等，第一电感及第四电感的电感值均为L_θ/2，所述第二电感及第三电感的电感值均为L_r/2，电容的电容值为C_z，n代表是第n层防护层，Δr为该第n层防护层的厚度，Δθ为该第n层防护层中防护单元的跨角，a为该第n层防护层的内半径，b为该第n层防护层的外半径，r_n为该第n层防护层中防护单元对应的半径，d为第一电感与第四电感之间的距离，L_θ及L_r均为电感值，C_z为电容值，ε₀为真空中的介电常数、μ₀为真空中的磁导率。

优选的，d的计算方式如下：d＝λ/3，λ＝C/f，C为光速常量、f为电磁脉冲能量集中的频率范围对应的最大频率。

优选的，所述电磁脉冲频率为三角形电磁脉冲、矩形电磁脉冲、正弦电磁脉冲或高斯电磁脉冲。

本发明采用上述技术方案，带来的技术效果为：本发明所述球形结构的电磁脉冲防护隐身斗篷能够完全反射、吸收或衰减掉电磁脉冲，被防护的物体不会受到电磁脉冲的影响，有效避免了电子信息系统受到的电磁脉冲破坏，延长了电子信息系统的寿命。

附图说明

图1是本发明球形结构的电磁脉冲防护隐身斗篷的结构示意图；

图2是本发明球形结构的电磁脉冲防护隐身斗篷中单个防护层的优选实施例的结构示意图；

图3是本发明球形结构的电磁脉冲防护隐身斗篷中每个防护单元的介电常数及磁导率的计算方式的示意图；

图4是本发明球形结构的电磁脉冲防护隐身斗篷布局的示意图；

图5是本发明球形结构的电磁脉冲防护隐身斗篷中防护单元的优选实施例的示意图；

图6-1至图6-4是本发明对球形结构的电磁脉冲防护隐身斗篷进行仿真时四种电磁脉冲的示意图；

图7-1至图7-3是本发明球形结构的电磁脉冲防护隐身斗篷针对三角形电磁脉冲的仿真示意图；

图8-1至图8-3是本发明球形结构的电磁脉冲防护隐身斗篷针对矩形电磁脉冲的仿真示意图；

图9-1至图9-3是本发明球形结构的电磁脉冲防护隐身斗篷针对正弦电磁脉冲的仿真示意图；

图10-1至图10-3是本发明球形结构的电磁脉冲防护隐身斗篷针对高斯电磁脉冲的仿真示意图。

本发明目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1至5所示，图1是本发明球形结构的电磁脉冲防护隐身斗篷的结构示意图；图2是本发明球形结构的电磁脉冲防护隐身斗篷中单个防护层的优选实施例的结构示意图；图3是本发明球形结构的电磁脉冲防护隐身斗篷中每个防护单元的介电常数及磁导率的计算方式的示意图；图4是本发明球形结构的电磁脉冲防护隐身斗篷布局的示意图；图5是本发明球形结构的电磁脉冲防护隐身斗篷中防护单元的优选实施例的示意图。本发明所述球形结构的电磁脉冲防护隐身斗篷1由多个防护层10叠加组成球形结构，其中各个防护层10之间的厚度相等。其中，本发明所述球形结构的电磁脉冲防护隐身斗篷1内为球形的镂空结构，所述球形的镂空结构用于存放需要保护的物体。需要说明的是，所述防护层10包括圆环形结构及圆形结构，其中，圆环形结构的防护层10叠加后内部形成球形的镂空结构。进一步地，如图2至5所示，每一个防护层10内包括多个防护单元100。每个防护层10从里到外设置多条圆形轨道，每条圆形轨道上连续设置多个防护单元100。其中，防护层10与防护层之间设置一个接地板20，防护层10上还设置有所述金属化管107，所述金属化管107垂直穿过所述防护层10与所述环形接地板20连接，所述金属化管107上设置有金属化孔106。在其他实施例中，所述接地板20及金属化管107可以省略。

每个防护单元100的介电常数为ε，而磁导率为μ。

其中，

其中，R1为隐身斗篷的内半径，R2为隐身斗篷的外半径，r为防护层10中防护单元100的中心点到球心的距离，θ为防护层10中防护单元100的中心点与z轴的角度，为防护层10中防护单元100的中心点与y轴的角度。

也就是说，若每个防护单元100以上述计算的介电常数为ε且磁导率为μ制作的材料，即可完成对电磁脉冲的防护。需要说明的是，每个防护层10上的不同位置的防护单元100的介电常数ε及磁导率为μ并不相同。多种不同材料制作的多个防护单元100可以形成对电磁脉冲的防护，即基于保角变换理论和光学变换理论引导电磁波的传播路径(参考2006年，U.Leonhardt和J.B.Pendry等人分别同时在《科学》杂志上提出了保角变换理论和光学变换理论，用于引导电磁波的传播路径)，以对电磁脉冲进行防护。由于保角变换理论和光学变换理论为现有技术，在此不作赘述。所述材料可以是不同规格的纳米材料、石墨烯材料、等离子体材料等其它任意合适的材料。

进一步地，众所周知，材料的介电常数和磁导率能够以分布式L-C电路网络进行等效模拟。也就是说，针对上述介电常数为ε及磁导率为μ的材料，可以采用电路进行等效模拟。具体地说，每个防护单元100中采用四个电感及一个电容来等效介电常数为ε及磁导率为μ的材料。防护层10与防护层10之间采用金属化孔106连接。具体地说，如图4及图5所示，所述防护单元100包括第一电感101、第二电感102、第三电感103、第四电感104及电容105，其中，第一电感101、第二电感102、第三电感103、第四电感104及电容105并联，所述电容105与金属化孔106连接，第一电感101和第四电感104之间的距离与第二电感102和第三电感103之间的距离相等。其中，第一电感101及第四电感104的电感值均为L_θ/2(参照图5所示)。所述第二电感102及第三电感103的电感值均为L_r/2(参照图5所示)，电容105的电容值为C_z。其中，其中，n代表是第n层防护层，Δr为该第n层防护层10的厚度，Δθ为该第n层防护层10中防护单元100的跨角，a(即如图3中的a)为防护层10的内半径，b为防护层10的外半径，而r_n为防护层10中防护单元100对应的半径，d为第一电感101与第四电感104(或第二电感102与第三电感103)之间的距离，L_θ及L_r均为电感值，C_z为电容值，ε₀为真空中的介电常数、μ₀为真空中的磁导率。需要说明的是，同一个防护层10中相邻的防护单元100之间相互连接(如图4中四个防护单元100的连接方式，左上角的防护单元100与右上角的防护单元100及左下角的防护单元连接)。

进一步地，在本实施例中，Δr与d相等，d的计算方式如下：d＝λ/3，λ＝C/f，C为光速常量、f为电磁脉冲能量集中的频率范围对应的最大频率。(电磁脉冲的频率范围为正无穷到负无穷，但是电磁脉冲的能量主要集中在一定频率范围内，f为电磁脉冲能量集中的频率范围对应的最大频率)。对于一个矩形脉冲，持续时间为1纳秒，则该矩形脉冲的能量主要集中在0-10GHz，则根据λ＝C/f＝3*10⁸/10*10⁹＝3厘米，则每个防护单元100的尺寸小于或等于d＝λ/3＝3m/3＝1cm。

为了验证所述球形结构的电磁脉冲防护隐身斗篷1的防护性能，采用四种电磁脉冲对所述球形结构的电磁脉冲防护隐身斗篷1的防护性能进行验证。图6-1至图6-4是是本发明对基于等效电路的圆柱结构的电磁脉冲防护隐身斗篷进行仿真时四种电磁脉冲的示意图。

其中，图7-1至图7-3是本发明球形结构的电磁脉冲防护隐身斗篷针对三角形电磁脉冲的仿真示意图，从图7-1至图7-3可以看出，三角形电磁脉冲经过所述球形结构的电磁脉冲防护隐身斗篷1时，电磁脉冲隐身斗篷1的内圆并没有三角形脉冲经过，其中，结合图6-1，参数为R1＝0.1m，R2＝0.2m，三角形电磁脉冲的图形中横轴代表时间，单位为ns，范围为0-35ns，纵轴代表电流，单位为mA。

图8-1至图8-3是本发明球形结构的电磁脉冲防护隐身斗篷针对矩形电磁脉冲的仿真示意图，从图8-1至图8-3可以看出，矩形电磁脉冲经过所述球形结构的电磁脉冲防护隐身斗篷1时，电磁脉冲隐身斗篷1的镂空区域并没有矩形脉冲经过，其中，结合图6-2，参数为R1＝0.1m，R2＝0.2m，矩形电磁脉冲的图形中横轴代表时间，单位为ns，范围为0-35ns，纵轴代表电流，单位为mA。

图9-1至图9-3是本发明球形结构的电磁脉冲防护隐身斗篷针对正弦电磁脉冲的仿真示意图，从图9-1至图9-3可以看出，正弦电磁脉冲经过所述球形结构的电磁脉冲防护隐身斗篷1时，电磁脉冲隐身斗篷1的镂空区域并没有正弦脉冲经过，其中，结合图6-3，参数为R1＝0.1m，R2＝0.2m，正弦电磁脉冲的图形中横轴代表时间，单位为ns，范围为0-35ns，纵轴代表电流，单位为mA。

图10-1至图10-3是本发明球形结构的电磁脉冲防护隐身斗篷针对高斯电磁脉冲的仿真示意图，从图10-1至图10-3可以看出，高斯电磁脉冲经过所述球形结构的电磁脉冲防护隐身斗篷1时，电磁脉冲隐身斗篷1的镂空区域并没有高斯脉冲经过，其中，结合图6-4，参数为R1＝0.1m，R2＝0.2m，高斯电磁脉冲的图形中横轴代表时间，单位为ns，范围为0-35ns，纵轴代表电流，单位为mA。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或之间或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。