新型柔軟抗核電磁脈沖電纜的研制

鞠晨雁， 李金明， 李國強

（1.淮南新光神光纖線纜有限公司，安徽淮南232008；2.遠東電纜股份有限公司，江蘇無錫210012）

新型柔軟抗核電磁脈沖電纜的研制

鞠晨雁1， 李金明1， 李國強2

（1.淮南新光神光纖線纜有限公司，安徽淮南232008；2.遠東電纜股份有限公司，江蘇無錫210012）

隨著國防武器現代化的需要，在高科技武器中軍用電子裝備的抗電磁干擾能力是檢驗裝備可靠性水平的重要指標。為了滿足現代高科技武器對電纜更高的抗核電磁脈沖性能的要求和更廣的適用范圍，研制了新型柔軟抗核電磁脈沖電纜，該電纜結構簡單、柔軟性好、重量輕，抗核電磁脈沖性能更高，有效提高了武器系統性能和可靠性。

抗核電磁脈沖電纜；屏蔽效能；核電磁脈沖；柔軟

0 引 言

現代戰爭中的電子對抗和信息對抗能力的強弱是決定成敗的關鍵。第三代核武器，主要就是提高產生更強電磁脈沖能量的能力，以達到摧毀對方的指揮、控制、通訊、信息情報系統。改進軍用電子裝備抗核電磁脈沖能力方面的措施將直接關系到國防武器的生命力。研究如何在提高抗核電磁脈沖電纜性能的同時簡化電纜結構和重量、提高柔軟度、降低電纜制造成本、擴大電纜可適用范圍，這對于我國國防武器受到核電磁脈沖輻射時仍能保證快速機動作戰的能力，具有重要的現實意義。

目前國內抗核電磁脈沖電纜普遍采用多層金屬編織和金屬薄膜繞包屏蔽的組合，由于材料與結構的受限，存在一定的缺陷，不能滿足現代高科技武器對電纜更高的抗核電磁脈沖性能的要求和更廣的適用范圍。筆者根據該產品使用的特殊環境條件及相關國內外資料，研制了一種新型柔軟抗核電磁脈沖電纜。本文介紹該產品的結構設計、材料選用及工藝要求，供有關人員參考。

1 新型柔軟抗核電磁脈沖電纜的研制

1.1 產品的典型性能要求

（1）電纜工作溫度：-40～105℃。

（2）電纜抗核電磁脈沖性能。電纜在核電磁脈沖場強為50 kV/m，上升沿2.5 ns，半高寬23 ns，頻譜范圍不大于100 MHz的條件下，其屏蔽效能不小于70 dB。

（3）整體抗拉性能。電纜在室溫下應能承受自身100 m重量的拉力而不損壞。試驗后試樣經受工頻交流50 Hz、1 000 V（有效值）電壓，2 min不擊穿。

（4）彎曲和扭繞性

彎曲性---常溫下，電纜應能承受反復收放循環100次，護套表面不應有目力可見的裂紋，試驗后試樣經受工頻交流50 Hz、1 000 V（有效值）電壓，2 min不擊穿。

扭繞性---常溫下，電纜應能承受20次扭繞，護套表面不應有目力可見的裂紋，試驗后試樣經受工頻交流50 Hz、1 000 V（有效值）電壓，2 min不擊穿。

（5）耐磨性。刮磨次數300次，試驗后護套任何內層的裸露均作為失效。

（6）電纜2 000次彎曲試驗。常溫下，電纜承受反復彎曲2 000次試驗后，護套表面不應有目力可見的裂紋，印字可辨，導通試驗通過。耐壓測試（2 000 V，2 min）不擊穿。

（7）電纜應通過GJB 150.11規定的防煙霧96 h試驗，無腐蝕。

1.2 設計理念

提高屏蔽效能是一個相當復雜的問題，電磁波不但有電場分量，還有磁場分量，設計時高磁導率和高電導率同等重要。由于低頻電磁波比高頻電磁波具有更強的磁場分量，因此，對于低頻電磁干擾，屏蔽材料的導磁率遠比高頻時更為重要，要優先選用導磁率較高的材料。高頻電磁干擾應主要考慮電場分量，選用表面轉移阻抗很低的高電導率材料。由此可見，對于要求高的電纜，必須采用多層屏蔽，這樣才能從根本上解決高頻屏蔽效能低的問題。

目前國內外抗核電磁脈沖電纜的屏蔽層一般采用一層軟磁合金帶加多層金屬帶繞包和多層金屬絲編織組合而成，此種電纜存在整體發硬、結構復雜、不易彎曲的缺點；野外使用經常出現軟磁合金帶劃傷線芯或破裂，造成電纜短路或抗核電磁脈沖性能下降，不能滿足野戰機動對電纜柔軟、減重的要求。

為解決此問題，采用繞包屏蔽、編織屏蔽交叉組合的方式，并首次采用銅鎳合金布帶和鐵鎳合金布帶繞包代替軟磁合金帶等金屬繞包材料。主要由導體、絕緣、成纜、復合屏蔽層、護套組成，所述的復合屏蔽層由“銅鎳合金布帶+鍍錫銅編織+聚四氟乙烯微孔帶+鐵鎳合金布帶+鍍鎳銅絲編織”組成。

1.3 典型產品結構

綜合上述設計理念，設計出新型柔軟抗核電磁脈沖電纜結構見圖1。

1.4 重點攻關項目

根據產品的特性，研制成功與否的關鍵為：（1）電纜在核電磁脈沖場強為50 kV/m，頻譜范圍不大于100 MHz的條件下，其屏蔽效能不小于70 dB；（2）電纜外徑、重量和柔軟度必須比現有抗核電磁脈沖電纜具有優勢。

因此，把研制工作的重點確定在屏蔽結構設計、材料的選擇、生產工藝的改進上。

圖1 電纜典型規格36×0.5 mm2截面示意圖

1.5 產品關鍵材料選型

（1）絕緣

絕緣材料為符合GJB 773A規定的乙烯-四氟乙烯共聚物（ETFE）材料。它屬于氟聚物中較輕的塑料，密度只有1.7 g/cm3，又因其強度高、耐開裂性能好，可使絕緣層適當減薄，所以同等電壓等級的電線，ETFE絕緣的電線重量相對較輕。

通過選用性能優異的ETFE材料作為絕緣，使電線具有外徑小、重量輕、耐高低溫、阻燃、耐氣候等優越性能。

（2）屏蔽材料

銅鎳合金布帶和鐵鎳合金布帶是采用磁控濺射與復合鍍膜技術在輕盈紡布基表面覆金屬銅及鎳鈷合金或鐵鎳合金制成的導電織物。

屏蔽結構中的兩層編織，雖編織密度不高，但因其相對較厚，在低頻段起主要屏蔽作用；銅鎳合金布帶和鐵鎳合金布帶繞包層，在高頻段起主要屏蔽作用。通過不同材質、不同阻抗特性的合理搭配，使其形成多個屏蔽反射界面，有效提高了高頻段的屏蔽效能。

采用此屏蔽材料不僅使電纜具有優異的抗電磁脈沖性能，而且還解決了多層金屬帶繞包易造成電纜偏硬、不易彎曲的問題。合金布帶的主要性能見表1。

（3）聚四氟乙烯微孔帶

聚四氟乙烯微孔帶是以聚四氟乙烯細粉通過擠出壓延和拉伸等一系列機械拉伸操作，使結晶分子從粉狀顆粒形成纖維，并交織成網狀結構形成含有無數孔徑為0.1～10μm的微孔且具有分離作用的膜材料。

表1 合金布帶的主要性能

該微孔帶密度小、強度高、超柔軟，減輕了電纜整體重量，提高了柔軟度；隔離鍍錫銅絲編織層和鐵鎳合金布帶，起到緩沖作用，避免兩者產生摩擦。

（4）護套材料

根據使用環境和電纜正常運行狀態，重點攻關的是低溫柔軟性和耐磨性。護套材料選用聚醚型熱塑性聚氨酯，不僅有優異的抗撕裂強度、耐候性、耐低溫、無鹵阻燃性能，而且還具有優異的耐水性、耐磨性。

1.6 關鍵工序的控制

（1）解決編織屏蔽結構對電纜柔軟性的影響。編織層過緊，電纜的柔軟性會明顯降低；編織層過松，則編織結構不穩定，無法保證屏蔽效果。編織層的松緊程度與編織股線張力、編織角度和收放線張力有很大關系，需要做合理的控制。

（2）合金布帶繞包屏蔽對電纜的柔軟性的影響比編織屏蔽要大，繞包屏蔽結構是采用帶材重疊繞包，重疊螺旋形成一個管筒狀屏蔽層，可彎曲性比編織屏蔽結構要差。繞包屏蔽可彎曲性與繞包帶的張力、寬度、重疊率有關。纜芯直徑越大、帶越窄、重疊率越小，彎曲時屏蔽層所形成阻礙彎曲的應力就越小，電纜柔軟性就越好。

2 新型柔軟抗核電磁脈沖電纜性能測試

電纜典型規格36×0.5 mm2經檢測驗證，其結構尺寸、性能指標均達到了設計要求，產品主要性能見表2。

表2 電纜主要性能

電纜委托中國人民解放軍國防工程電磁脈沖防護測試研究中心，利用三同軸法，測量電纜對高空核爆炸電磁脈沖（HEMP）的屏蔽效能。毫微秒高壓脈沖信號發生器輸出的典型電壓波形如圖2所示，上升沿為2.487 ns，半峰值寬為23.95 ns（脈沖源電壓50 kV），電纜探頭系數為5.02 V/A。被測電纜的典型波形圖如圖3、圖4所示。表3是核電磁脈沖屏蔽效能測試結果，性能完全滿足要求。

表3 核電磁脈沖屏蔽效能測試結果

圖2 毫微秒高壓脈沖信號發生器輸出的典型電壓波形

圖3 電纜芯線注入電壓波

圖4 電纜屏蔽層耦合電壓波形

3 新型柔軟抗核電磁脈沖電纜的特點

（1）通過選用優質的乙烯-四氟乙烯共聚物作為絕緣，使得電線具有外徑小、重量輕、耐高低溫、阻燃、耐氣候等優越性能。

（2）采用銅鎳合金布帶和鐵鎳合金布帶代替金屬帶繞包，簡化了電纜屏蔽結構，提高了電纜的柔軟度，具備了更小的彎曲半徑，便于在野外復雜工況環境下使用。

（3）合理簡化的屏蔽工藝設計和選材使電纜的抗核電磁脈沖性能顯著提高，平均屏蔽效能達到82.9 dB。

（4）重點在電纜結構上進行優化設計，提高了彎曲和扭繞性能，電纜承受反復彎曲2 000次試驗后，護套表面無目力可見的裂紋，屏蔽效能不降低。

4 結束語

產品委托中國人民解放軍國防工程電磁脈沖防護研究測試中心進行抗核電磁脈沖性能測試，完全滿足電纜對高空核爆炸電磁脈沖（HEMP）的屏蔽性能要求。

通過對電纜結構的優化設計，采用新型高導電率和高導磁率的合金布帶與編織屏蔽層組成復合屏蔽，使電纜具有耐高溫、外徑小、重量輕、柔軟性好等特點，滿足野外快速機動作戰的要求，可廣泛應用于復雜電磁干擾環境中的武器裝備電子系統。

［1］ 鄭玉東.通信電纜［M］.北京：機械工業出版社，1982.

［2］ 宋守清，李才有.抗核電磁脈沖電纜的屏蔽研制［J］.電線電纜，2014（1）：6-9.

［3］ 梁海珊.抗電磁干擾（EMI）技術［J］.杭州電子工業學院學報，2002，22（3）：59-62.

［4］ 多芯屏蔽電纜屏蔽效能測試報告（編號：LXP-2013-004）［R］.中國人民解放軍國防工程電磁脈沖防護測試研究中心，2013.

Development of New Soft Anti Nuclear Electromagnetic Pulse Cable

JU Chen-yan1，LIJin-ming1，LIGuo-qiang2
（1.Huainan Sunbeam God fiber optic cable Co.，Ltd.，Huainan 232008，China；2.Far East Cable Co.，Ltd.，Wuxi210012，China）

With themodernization of national defense weapons needed in high-tech weapons in anti-electromagnetic interference capability ofmilitary electronic equipment is an important indicator of the level of reliability test equipment.In order to achieve amodern high-tech weapons for higher cable anti-nuclear electromagnetic pulse performance requirements and wider scope，developed a new type of softanti-nuclear electromagnetic pulse cable that simple structure，flexibility，lightweight，anti-nuclear electromagnetic higher pulse performance，improve theweapon system performance and reliability.

electromagnetic pulse resistant cable；shielding effectiveness；nuclear electromagnetic pulse；soft

文獻標識碼：A

1672-6901（2014）06-0031-04

2014-07-24

鞠晨雁（1984-），女，助理工程師.

作者地址：安徽淮南市經濟開發區建設南路39號［232008］.