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【摘要】隨著高功率微波研究不斷深入，高功率微波武器在戰場上的應用日益廣泛，未來戰場復雜的電磁環境對我軍醫療衛生裝備提出了嚴峻的考驗。本文列舉了高功率微波的常用閾值，探討了醫療衛生裝備的HPM防護措施，以保證在未來復雜電磁環境下我軍醫療裝備能夠正常工作，發揮其野外急救和生命體參數監測的作用，為未來戰爭提供可靠的衛勤保障。

【關鍵詞】高功率微波醫療衛生裝備電磁干擾HPM防護

1引言

高功率微波（HighPowerMicrowave，簡稱HPM）是指微波脈沖峰值功率大于100MW以上的微波，由于HPM本身具備的優點，其應用越來越受到各個領域的重視。HPM武器是利用高功率微波的射束能量干擾和摧毀敵方電子設備、破壞敵方武器系統或殺傷作戰人員的定向能武器，自海灣戰爭以來，其作為一種潛在的新概念武器，已經在集“陸、海、空、天、電磁”五維一體的空間立體式信息化戰爭中發揮了重要的作用[1]。在未來戰場上，它必將得到更為廣泛的應用，這對我軍雷達、通信、計算機、各種戰術導彈、預警飛機、隱形飛機、車輛點火系統等武器裝備構成了極大的威脅，同時，對我軍后勤保障系統中的醫療衛生裝備也提出了嚴峻的挑戰[2]。

隨著現代電子和工程技術的發展，醫療衛生裝備對電磁信號的敏感度也越來越高，尤其是檢測人體生物電生理信號的儀器，其檢測結果會受到干擾，嚴重時會產生強電擊危及生命；如果是帶有計算機系統的醫療裝備，大幅度的共模干擾，還會引起計算機邏輯錯誤、信息丟失等。比如，在戰場上常用氣動式電控呼吸機急救設備，其工作原理是依靠中心供氧或氣泵為氣源，通過微機控制對患者進行控制呼吸與輔助呼吸及自主呼吸，一旦電子控制線路受到HPM攻擊和破壞，泵送氣源頻率將紊亂，儀器將無法正常工作，對患者生命帶來極大危險[3]。在未來信息化戰爭環境下，高功率微波對我軍醫療裝備的影響已經不可避免，因此，加強醫療裝備的HPM防護勢在必行。

2HPM對醫療衛生裝備的作用機制

隨著科學技術的發展，現代醫學儀器逐漸向微型化、智能化方向發展，其核心部件基本都由微處理器控制。高功率微波主要通過微波的熱效應對醫療裝備中的元器件如單片機、電阻、電容、半導體器件等產生破壞。典型的HPM失效效應是電子元器件的燒毀，其次是使電氣子系統的性能受到影響，以及使其工作狀態改變。

2.1HPM破壞機制

HPM對醫療衛生裝備等電子設備的作用機制，概括起來主要有以下兩方面[4]：

（1）電效應，是指在高功率微波下金屬表面或金屬導線上產生感應電流或電壓并對此電子元器件產生的效應，如造成電子元器件狀態的翻轉、器件性能的下降和半導體器件的擊穿等。

（2）熱效應，是指微波照射電介質材料時，該材料會吸熱升溫的現象。材料單位體積吸收的功率值與電場強度平方成正比，隨著材料導電率的升高而增加，此外，還與介電常數和微波頻率有關。這種熱效應會使目標瞬間被加熱。輕者，醫療裝備的電子系統受到干擾而失效；重者，整個系統將被摧毀。

2.2HPM破壞閾值

HPM的攻擊目標主要是各種武器系統和作戰平臺中最關鍵而又最脆弱的電子設備以及衛勤系統中的急救儀器，同時，在其作戰區域內所有電子或電氣設備都會受到威脅[5]。根據國內外的研究成果，列舉一些高功率微波對電子元器件、醫療衛生裝備的計算機系統、一些軍用設備的破壞閾值。表1給出了電磁脈沖對各種電子元器件干擾和破壞的閾值。表2給出了高功率微波對醫療衛生裝備的計算機系統的破壞閾值。

由此看出，HPM對不同類型的電子元器件產生干擾和破壞的能量不同，對醫療衛生裝備的計算機系統產生干擾和破壞的功率密度也不同。軍用醫療設備多為傳感器電子產品，比如用于戰場急救的監護儀，主要用于檢測人體生理參數指標，包括脈搏、呼吸、血壓等，而這些電生理信號是十分微弱的，極易受到干擾，若外界電磁波能量過大，就會對軍用電子設備產生直接破壞，使其無法正常工作。

2.3HPM破壞途徑和過程

高功率微波進入醫療電子設備的途徑是多種的，主要是通過前門耦合和后門耦合兩種途徑。所謂前門耦合，是指HPM能量通過天線或傳感器等媒介耦合到其接收和發射系統內，以破壞其前端電子設備。如果入射的HPM能量的主要頻譜分量在前門通道的通頻帶內，會有很強的HPM能量耦合到內部系統的界面上。例如，弱微波能量通過前門耦合，沖擊和觸發電子系統產生假的干擾信號，干擾雷達、通信、導航等設備的正常工作，或使其過載而失效。能量稍大，即可能燒毀微波檢波二極管、混頻器等。后門耦合，是指HPM能量通過機盒的縫隙或小孔滲透到系統中。若耦合進入電子系統的微波能量較少時，可干擾其電子設備，使電路功能產生混亂，出現誤碼，信息傳輸中斷，抹掉記憶信息等；當耦合進入電子系統的微波能量較大時，會造成電路系統和電子器件、計算機芯片等永久損傷或燒毀。

HPM對電子設備或電氣裝置的破壞過程主要包括滲透、傳輸和破壞三個環節。

首先電磁波由天線、電纜、各種端口部分或者表面的媒介向內部滲透，其能量變成隨時間、空間變化的大電流、大電壓，然后以電磁脈沖滲透的上述部分作為能量中轉站傳輸到內部脆弱的部位（電子元器件、集成電路等），最后進入空間結構的電磁脈沖作用于非常小的高密度的脆弱部位（電子元件、集成電路芯片及連接點等），由于能量密度極高而造成破壞。

3醫療衛生裝備的HPM防護

醫療衛生裝備是軍事裝備中極其重要的一部分，且絕大多數裝備都屬于電子產品，如監護儀、呼吸機、麻醉機、輸液泵等，其內部元器件及集成電路在高功率微波環境下都會受到不同程度的破壞，生理信號的監測、傳輸和處理也會受到電磁波的干擾，甚至失效或損壞而不能正常工作。因此，加強醫療衛生裝備的HPM防護研究已經成為軍事醫學領域亟待解決的問題，具有重要的意義。HPM武器從不同途徑對電子設備構成殺傷，為了有效防護HPM武器，需要根據其對目標殺傷的途徑和破壞效應采取相應的防護措施。目前，通常的防護措施主要有電磁防護、HPM耦合通道防護、HPM加固等。

3.1電磁防護

電磁防護是目前電子設備普遍采用的方法，主要包括電磁屏蔽、接地處理、濾波等。(1)屏蔽是利用屏蔽體來阻擋或減少電磁能的傳輸，達到電磁防護的一種重要手段。有效的加固方法是使所用醫療設備完全置于一種不讓電磁場到達被保護的設備的箱體，但是，所有的設備都需要獲得電力，并且與外界通信，雖然現在很多醫療設備的設計采用藍牙無線通信，但難以避免檢測人體生理參數的測試探頭多數為有線連接，這些進入點為高功率微波的電氣瞬態進入提供了機會。若改用光纖通信，在滿足傳送數據要求的同時，必須對所有進入箱體的導電通路加裝電磁抑制器件。同樣，如果選擇合適的吸波材料可以將反射未完全的部分吸收掉，而不至于進入系統內部造成破壞。(2)接地處理是最基本的電磁防護措施，通過適當的方法與大地連接，以提高電子設備電路系統工作的穩定性。機殼接地，可以有效的抑制外界電磁場的影響，避免機殼電荷累積過多導致放電而造成的干擾和破壞。(3)濾波方法指設計適當的濾波器來去除電磁干擾的方法。濾波器可以由電阻、電感、電容一類無源或有源器件組成選擇性網絡，以阻止有用頻帶之外的其它成分通過，完成濾波作用；也可以由鐵氧體一類有損耗材料組成，由它把不希望的頻率成分吸收掉，達到濾波作用。

3.2HPM耦合通道防護

根據電磁波進入醫療衛生裝備的方式可以分為對從前門耦合進入電子設備的HPM防護和對從后門耦合進入電子設備的HPM防護。

(1)對從前門耦合進入電子設備的HPM防護,由于電子設備工作時的對外端口(如天線)是必須的，電磁干擾從前門耦合進入電子系統通常難以避免。在強微波照射下，常規電子防御措施如采用新頻段、擴展信號頻譜、增大有效輻射功率、提高接收機的信噪比等將全部失效，因為HPM武器的功率更強，頻譜更寬，即使不燒毀電子設備，也會形成壓制性干擾。在弱微波能量輻射下，醫療衛生裝備的常規反干擾措施依然可行。

(2)對從后門耦合進入電子設備的HPM防護,醫療衛生裝備機箱上的任何小孔、縫隙的作用都非常像一個微波腔體中的槽口，能讓微波輻射直接激勵或進入腔體。HPM進入裝備腔體后就會對腔體內的集成電路和一些敏感器件產生干擾或破壞。所以對于后門耦合的防護來說，首先考慮的應是阻止HPM侵入醫療裝備的腔體中。

3.3醫療裝備HPM加固

HPM加固，是指在電子設備中，綜合性能、成本、復雜程度，在極寬頻率范圍內發現電子系統中的薄弱環節，采用各種手段使系統免于HPM的損傷的工作過程。

對于軍用醫療裝備，一般加固戰略分為兩種：(1)控制耦合，通過控制天線和后門進入點，或者通過系統設計，采用諸如吸收提、限幅器、濾波器和屏蔽等措施反射或衰減入射的HPM場；(2)降低敏感度，設計足夠堅固的子系統和組件，在遭遇HPM環境后仍能執行使命。超級秘書網

不同于一般電子設備，醫療設備是用于檢測和監測人體生理弱信號，其對電磁的敏感度更高，防護和加固的要求也更加嚴格。從防護策略上考慮，可以采用分級防護的方法，即系統級防護、設備級防護、組件級防護、元器件防護。根據醫療設備的HPM電磁加固技術，開展二極管等元器件的終端保護裝置研究，計算機主板等的屏蔽技術研究，敏感元器件等的應用研究。

4結束語

隨著HPM技術的進一步發展以及HPM武器的廣泛適應，未來戰場的電磁環境變得更加惡劣，這對我軍醫療衛生裝備的抗電磁干擾性提出了更高的要求。如何提高醫療衛生裝備的抗電磁干擾性，提高我軍衛勤保障能力，是當前各級醫療衛生機構面臨的嚴峻而又現實的問題。只有立足我軍現有的衛生技術裝備的發展水平，掌握HPM對各類醫療裝備的作用規律，采取更加新穎可靠的防護措施，才能充分發揮現有醫療衛生裝備的性能，提高我軍衛勤保障的能力。

參考文獻

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