EM SIMULATION
80SAFETY & EMC No.2 2020
引言
5G 通信技术传输速率高、传输延时低、信息容量大，正成为改变人们未来生活的重要民用技术。解决了抗干扰、抗毁伤、低泄漏等问题后，5G 技术将在军用战术通信领域得到广泛应用[1]阵列
天线 ，同时也将面临与传统军用战术通信一样的复杂电磁环境的挑战，尤其会遭到高空核爆电磁脉冲（HEMP）、高功率微波（HPM）以及超宽带电磁脉冲（UWB）等有意电磁干扰或毁伤的威胁[2]。 作为5G 通信设备(如5G )关键部件的5G 天线，是上述电磁脉冲进入通信设备的天然耦合通道。因此，开展针对5G 天线的电磁脉冲（EMP）响应特性研究，为后续5G 天线的抗干扰、抗毁伤技术提供支持尤为 重要。
1 5G 天线
根据5G 通信频段的划分，5G 天线可分为低频段（Sub 6G）天线和毫米波天线；根据应用场景，可分为天线、终端天线等。以下以5G 为例，简要阐述电磁干扰的耦合路径。
5G 作为5G 通信系统的核心设备，在逻辑功能上由5G 基带单元和5G 射频单元构成，射频单元包 括阵列天线（即5G 天线）、射频开关、发射链路和接收链路等。执行信号接收任务时，5G 射频单元首先通过阵列天线接收上行射频信号，经过低噪放、射频滤波器、解调器等接收链路处理后，再将信号传输到后 端[3]。该接收链路为5G 信号提供接收、传输和处理通道的同时，也为电磁脉冲提供了天然的耦合路径，电磁脉冲在阵列天线上感应的瞬态电压会进入射频后端，瞬态电压达到一定量级后将对后端的集成电路产生干扰甚至毁伤[4]。 2 电磁脉冲及其数学表达
2.1 高空核爆电磁脉冲
HEMP 作为一种典型的强电磁脉冲，国际上通常以双指数函数形式表征其时域波形[5]：
E t E e e at bt ()=⋅−()−−0κ
（1）式（1）中，E 0为场强峰值，κ为修正系数，a 和b 分别为表征波形上升沿和下降沿的系数。不同国际机构或组织，如美国国防部、贝尔实验室、国际电工委员会等，对κ、a 和b 的取值作出了不同的规定，直接决定了HEMP 的上升/下降沿、半脉冲宽度和能量谱密度等特征参量的不同。为考察天线对更快上升沿和更
5G 天线对典型强电磁脉冲响应的对比分析
Comparative Analysis of Response of 5G Antenna to Typical Strong Electromagnetic Pulse
成都新欣神风电子科技有限公司 付强 郭太强 陈昆 贾震雷
摘要
针对强电磁脉冲环境对5G 通信系统的威胁，以5G 天线为例，研究了典型电磁脉冲经天线口面耦合进入天线端口的电磁脉冲能量大小。利用电磁仿真软件分析了微带天线单元在高空核爆电磁脉冲、高功率微波以及超宽带电磁脉冲环境下天线馈电端口处感应的瞬态电压的时域和频域特性。仿真结果表明：高功率微波和超宽带电磁脉冲在天线单元馈电端口的感应电压较大，极易干扰甚至毁伤5G 通信系统的射频后端。关键词
5G 天线；强电磁脉冲；天线响应；瞬态电压Abstract
In view of the threats of strong electromagnetic pulse to 5G communication system, by taking a typical 5G antenna as object, the energy of typical electromagnetic pulse coupled into antenna port through antenna aperture is studied. By utilizing electromagnetic simulation software, the time-domain and frequency-domain characteristics of transient voltage induced on feed port of microstrip
antenna unit is analyzed respectively in HEMP, HPM and UWB environment. Simulation results show that: the transient voltage induced on the antenna feed port by HPM and UWB is extremely high, which will easily interfere or even destroy the RF back-end.
Keywords
5G antenna; strong electromagnetic pulse; response of antenna; transient voltage
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