火工品高频段射频阻抗测试技术

火工品高频段射频阻抗测试技术

李杨

安徽红星机电科技股份有限公司安徽省合肥市231135

摘要：火工品射频阻抗是火工品电磁兼容性设计的重要参数。本文探讨了火工品高频段射频阻抗的测试。

关键词：火工品；射频阻抗；测试

火工品作为点火或引爆控制系统的核心部件，受一定的初始冲能作用即可燃烧或爆炸，以产生预期的功能。火工品具有独立首发和一次性作用的特点，其安全性直接影响武器系统的效能。

一、火工品简介

1、概述。火工品又称火具，是装有火药或炸药，受外界刺激后产生燃烧或爆炸，以引燃火药、引爆炸药或做机械功的一次性使用的元器件和装置的总称。包括火帽、底火、点火管、延期件、雷管、传爆管、导火索、导爆索，以及爆炸开关、爆炸螺栓、启动器、切割索等。常用于引燃火药，引爆炸药，还可作为小型驱动装置，用以快速打开活门、解除保险及火箭级间分离等。它是起爆与点火最敏感的始发能源，其功能首发性和作用敏感性决定了其在武器系统中的地位和作用，作为武器系统中的最敏感部分，其安全性、可靠性直接影响武器系统的安全性和可靠性。在战略导弹、核武器及航空航天系统等军事工程中广泛应用。作为小型化的敏感爆炸能源，火工品既是武器和爆炸系统完成预定功能的“源”，同时往往又是这些系统可能发生意外爆炸、造成人身伤亡的“根”。

2、功能。1）用于武器系统的传火、点火、延期及控制系统，保证武器的发射、运载等系统安全可靠地运行。2）用于武器系统的起爆、传爆及其控制系统，以控制战斗部的作用，实现对敌目标的毁伤。3）用于武器系统的推、拉、切、割、分离抛撒和姿态控制等做功序列及其控制系统，使武器系统实现自身调整或状态转换与安全装置。

3、特征。1）功能首发性。武器系统的爆轰、燃烧为例，爆轰的产生是依靠雷管爆炸作为始发能源，而燃烧的产生则依靠点火器的点火为始发能源。2）作用敏感性。火工药剂是武器系统所用药剂感度最高者，如在爆炸序列中以感度从高到底排序是起爆药、传爆药、主装药，而在点传火序列中感度从高到低依次为点火药、延期药、发射药或推进剂。3）使用广泛性。按照用途分，火工品有航空航天系统用火工品、常规武器弹药系统用火工品、特种用途火工品等。

二、火工品种类

1、机械能火工品。机械能火工品在受到摩擦、针刺和撞击的作用下，发火引爆炸药。其中摩擦类包括拉发雷管和拉火管，针刺类包括雷管和火帽，撞击类包括火帽和底火。同时，机械火工品在不同作用方式下的工作原理相同，加强帽在击针刺入雷管时变形，并减弱击针的部分动能。当击针继续刺入至针刺药后，处于击针附近的药剂压力增加，击针对药剂产生挤压和摩擦，药剂之间也由于受力不均而互相挤压和摩擦，并在击针附近的药剂中产生了热点。随着击针的继续刺入，热点不断向药层深处发展。“热点”的温度足以引起针刺药剂爆发，并相继引爆起爆药和猛炸药。针刺雷管中击针受到的撞击越大，其刺击速度越大，雷管越容易发火。

2、热能火工品。热能火工品在受到上一级火工品作用产生的火焰和绝热压缩下，引起发火。热能火工品主要包括火焰和绝热压缩两大类。火焰类包括导火索和火焰雷管，绝热压缩类包括压空火帽等。火焰雷管输入端覆盖有绸垫，当火帽产生的火焰由绸垫上方小孔传入引爆三硝基间苯二酚铅，从而引爆起爆药和猛炸药。火焰雷管与针刺雷管的结构基本相同，火焰雷管靠火帽产生的火焰作用，而产生火焰的能量主要来自针刺和撞击作用，这与击针刺入针刺药的方式相同。

3、光能火工品。光能火工品的作用采用的是激光点火，而激光点火属于热点点火机理。当能量较高的激光束照射到药剂表面上，除去部分被反射外，其余部分被药吸收，转变为热能，使药温升高，达到药剂发火点而被引发。另外，激光器产生的激光，经过光学纤维的传播，最后由点火剂吸收入射激光并达到其自燃温度时药剂发火。在激光发火装置上面需密封一块光学性能优良，能传播红外光的窗口玻璃窗，其作用是从光纤平行地接收激光束。

三、测试系统

在现代测试技术中，二端口或四端口网络的性能测试一般选用矢量网络分析仪进行。火工品作为二端口网络，在高频段，火工品射频阻抗是分布参数，其值与传输线上电磁波的入射和反射紧密相关。S参数通常用来描述二端口网络之间输入和输出关系，通过测量火工品S参数，就可计算出火工品射频阻抗。

1、火工品脚线状态一般为平行线，具有差分端口的特征。而矢量网络分析仪输出端为同轴接口，为了完成火工品S参数的测量，通过研制同轴转平行线连接夹具，建立一种基于矢量网络分析仪的火工品高频射频阻抗测试系统，

采用安捷伦的N5230型矢量网络分析仪，频率范围为10.0kHz～26.5GHz。矢量网络分析仪和EED之间采用图1所示的夹具来连接。夹具采用层级传输线模型，包含同轴段和平行线两部分。同轴段由两个SMA接头和两节同轴电缆组成，SMA阴头可连接到矢量网络分析仪端口，两节同轴电缆间距逐步变少，达到被测火工品输入脚线要求的间距，末端把外导体焊接起来。平行线部分采用SMA内导体，能直接和EED插拔，提高了测试的便捷性和电连接特性。

图1夹具结构不示意图

2、夹具去嵌。由于夹具的嵌入使用，导致矢量网络分析仪的校准面和被测件EED的测量面不在同一个平面上，矢量网络分析仪的测试数据包括EED的测试结果和夹具引入的测试误差。为了去除夹具对测量结果带来的影响，必须对矢量网络分析仪的测量数据进行后处理，即夹具的去嵌，从而得到EED的真实结果。

由于矢量网络分析仪测量的S参数由夹具和EED两个二端口网络S参数级联而成，在处理级联二端口网络时，S参数不便于计算，而使用传输散射矩阵较为方便快捷。

四、测试

火工品高频段射频阻抗测试所用样品为桥丝式火工品(未装药)，桥丝为镍铬电阻合金丝，直径8m，桥距2.6mm，电阻10Ω，脚线长25mm。其测量步骤如下：

1、分别计算夹具同轴部分和平行线部分的S参数Sc和Sp。

2、校准网络分析仪，用夹具连接被测火工品到矢量网络分析仪，测量夹具和火工品的S参数SM。

3、将S参数转换为T参数：Tc、Tp、TM，计算Tc、Tp的逆矩阵,再计算修正的T参数，得到被测火工品的T参数TEED。

4、将被测火工品的T参数TEED转换为S参数SEED。

5、最后再计算被测火工品输入阻抗。

为了精确测量，测量必须在电磁环境干扰较小的场所进行，测量和校准时必须保持在同一个面上。火工品高频段S参数：S11、S12、S21、S22测试结果如图2所示。

图2S参数测试结果

可得到火工品高频段射频阻抗。由其结果可知，若射频功率小于火工品最大不发火射频功率，则该火工品在电磁环境中是绝对安全的。因此，火工品射频阻抗是很有用的安全性能参数。

五、结语

综上所述，射频阻抗是评估火工品电磁环境安全性的重要参数，其值是频率的函数，随着试验频率的不同而变化。利用火工品射频阻抗分析，计算火工品在复杂电磁环境场中的谐振频率、响应规律，对评价火工品电磁危害具有重要的意义。只有了解和掌握了火工品在电磁环境中的敏感频率，才能采取正确的防护措施，进而保证火工品工业电雷管在射频环境下使用的安全性。

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