近一個世紀以來，已經(jīng)知道電磁威脅，并且在一定程度上已經(jīng)理解。盡管如此，僅在過去的幾十年中，政府和軍事組織才意識到有意/無意的電磁干擾（IEMI / UEMI）對關(guān)鍵設(shè)施，基礎(chǔ)設(shè)施，航空航天和陸地移動電子系統(tǒng)構(gòu)成威脅的程度。 。大多數(shù)國家的電力基礎(chǔ)設(shè)施和公用事業(yè)已被確定為易受破壞和使用IEMI的故意破壞，這些系統(tǒng)的威脅多年來一直是一個已知的實體。什么是新興的未知數(shù)據(jù)，可能同樣具有破壞性，是對全球銀行，運輸，數(shù)據(jù)中心和數(shù)據(jù)中心和互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的新威脅。
隨著人們越來越依賴電氣系統(tǒng)來提高效率，減少支出，加快流程和提高利潤，IEMI，甚至UEMI和自然EMI在現(xiàn)代社會的各個層面上的威脅都在增長。此外，最新的電子產(chǎn)品采用低功耗IC和其他敏感的有源和無源器件構(gòu)建，其經(jīng)濟性取決于小型化，功耗降低和功能集成。不幸的是，很少有非政府組織或軍事組織認識到這種威脅，并且很少有人采取行動確保其許多其他組織和個人所依賴的基本系統(tǒng)對IEMI或EMI一般都很強大。
?
? ? ? ?盡管普遍存在盲目性，但仍有少數(shù)組織正在研究和開發(fā)技術(shù)，以保護關(guān)鍵和敏感電子系統(tǒng)免受IEMI和EMI的危害。大多數(shù)先前的努力都是保護建筑物和電子設(shè)備機架，現(xiàn)在可以使用新型EMI濾波器，電磁脈沖/高空電磁脈沖（EMP / HEMP）或IEMI濾波器。EMP / HEMP過濾器旨在保護IEMI的特定電氣組件或子組件，并確保這些易受影響的電氣系統(tǒng)不僅受益于生存能力，還能有效抑制有害EMI。

? ? ? ?電子威脅概述

? ? ? ?術(shù)語EMI廣泛適用于降低或破壞電氣設(shè)備所需性能的任何不需要的信號。EMI可以進一步細分為三類，有意的，無意的和自然的，所有這些都可能對電子產(chǎn)品具有破壞性。天然和非故意的EMI可以通過天然產(chǎn)生的來源產(chǎn)生，例如由天氣模式引起的地磁風暴以及地球電磁層與太空天氣（太陽日冕物質(zhì)拋射）的相互作用，或者由一些計劃不周/設(shè)計或損壞的電子系統(tǒng)。由于幾個EMI發(fā)生器的影響可以累積，即使幾個相對較弱的EMI發(fā)生器如果靠近EMI敏感系統(tǒng)也可能造成危險。

? ? ? ?自然和無意的EMI超出了這項工作的范圍。然而，保護IEMI電子器件的方法也可以提供一些自然和無意EMI源的保護。

? ? ? ?IEMI的潛在威脅很難衡量，因為惡意甚至無知的各方可能產(chǎn)生可能以各種方式影響不同電氣系統(tǒng)的EMI。IEMI對電氣系統(tǒng)構(gòu)成風險，隨著對EM武器的使用變得越來越容易而增加。有幾個國家，即俄羅斯和中國，正在積極開發(fā)EM武器，旨在禁用受保護的電氣系統(tǒng)和基礎(chǔ)設(shè)施。盡管核武器在其直接爆炸半徑范圍內(nèi)具有足夠的破壞性，但核爆炸的EMP組成部分也可能在比核爆炸影響范圍更廣的區(qū)域內(nèi)對電子設(shè)備造成破壞。

甚至在太空引爆的核武器也會發(fā)出嚴重的破壞性輻射，稱為HEMP，甚至可能影響地面電氣系統(tǒng)，飛機和車輛。這就是為什么核EMP被用作制定標準和EMP保護系統(tǒng)的基礎(chǔ)。核EMP / HEMP威脅被國際電工委員會（IEC）分類為E1，E2和E3組件，并具有1 MHz至300 MHz的主要能量分布。每個組件分類都附有生成的EMI類型的說明以及如何防范它的指導原則。
?

E1組件

? ? ? ?核EMP的E1脈沖或短脈沖成分是由于來自核爆炸的伽馬輻射的巨大初始激增，電子從高層大氣中的原子射出的結(jié)果。這些高度加速的電子與地球磁場相互作用的產(chǎn)物，雜散電子主要在大的受影響區(qū)域上指向地球。E1脈沖作為非常強烈但持續(xù)時間短的相對論速度電子的爆炸，其能夠與導體相互作用并在這些導體中產(chǎn)生高電壓。這些電壓很容易超過導體和連接的電子元件，器件和互連的電擊穿電壓。

通常，E1脈沖對于傳統(tǒng)的防雷保護來說太短暫無效，并且只有能夠響應極快上升時間脈沖的瞬態(tài)保護能夠減輕E1 EMP。E1脈沖的典型上升時間為20納秒，在500納秒內(nèi)達到其峰值的50％，并且根據(jù)IEC的定義，完全在1微秒內(nèi)發(fā)生。E1脈沖的臨界頻率范圍介于1 MHz和300 MHz之間。E1脈沖的電場強度峰值約為每米50,000V，峰值功率密度達到每平方米6.6兆瓦。根據(jù)各種因素，從E1脈沖感應到電氣系統(tǒng)的峰值電流可能達到2500A。

? ? ? ?E2組件

? ? ? ?核武器的E2或中間脈沖組件有點類似于附近雷擊產(chǎn)生的脈沖，盡管核打擊的E2組件比雷擊產(chǎn)生的功率更小。當核武器發(fā)射中子然后散射伽馬射線并從非彈性散射產(chǎn)生輻射時，產(chǎn)生E2脈沖。根據(jù)IEC的定義，E2脈沖在最初的EMP爆炸后1微秒后開始，并延伸到爆炸后的一秒鐘。

? ? ? ?E2脈沖可以達到250A的峰值電流，并且包含比E1脈沖更多的能量，E1脈沖在更長的時間范圍內(nèi)擴散。來自E2脈沖的EM輻射的頻率也遠低于E1脈沖，低至20kHz，并且對于小于200米的小孔和電導體呈現(xiàn)更高的衰減和更低的穿透能力。通常認為E2脈沖可以受到當前防雷電路的保護，并受到保護。
?

然而，這種保護并不一定能消除威脅，因為雷電保護和其他電路保護可能會被E1脈沖損壞，或者沒有時間恢復并充分防止E2脈沖。此外，E2脈沖的影響區(qū)域不會與直接雷擊的小區(qū)域相隔離，并且更像是附近的雷擊如何耦合到電氣系統(tǒng)中。

? ? ? ?E3組件

? ? ? ?與E1和E2組件相比，E3或長時間組件是一個相對較慢的脈沖，可以持續(xù)數(shù)十到數(shù)百秒。E3脈沖是由地球磁場的恢復產(chǎn)生的，以響應核打擊的高能量擾動。E3波形有兩個子組件，即E3a和E3b，分別稱為爆炸波和升沉波。已經(jīng)將E3脈沖行為與強地磁暴的影響進行了比較，例如來自太陽日冕物質(zhì)拋射（CME）的影響。與地磁風暴類似，E3組件可在長導體中引發(fā)潛在的大電流。

感應E3電流的強度與導體的長度有關(guān)，并且可能導致電力線電纜和設(shè)備的損壞和破壞。與E1和E2組件不同，E3脈沖在導體中產(chǎn)生的能量更類似于準DC脈沖，這對于不能處理高DC負載的AC電網(wǎng)系統(tǒng)尤其有害。這些影響可能會導致無功功率消耗增加和系統(tǒng)未對準諧波干擾，同時達到1000A的峰值電流。此外，即使在長的地下電纜和電力線中，E3脈沖也能夠感應電流。

? ? ? ?EMP / HEMP過濾器的基本要求

? ? ? ?大多數(shù)EMP / HEMP保護研究以及EMP / HEMP分類和標準的基礎(chǔ)都是基于上個世紀中期進行的研究。這些研究是在主要采用微處理器，個人和商業(yè)/工業(yè)電氣控制和傳感之前進行的。當時主要關(guān)注的是電網(wǎng)的維護?，F(xiàn)在，來自飛機，汽車，交通信號燈，辦公樓安全系統(tǒng)甚至家庭的每個設(shè)備或系統(tǒng)都被電子控制和監(jiān)控，作為這些系統(tǒng)運行動態(tài)的重要組成部分。因此，當前對現(xiàn)代社會的威脅遠遠大于嚴重停電，社會和經(jīng)濟復蘇時間估計從幾個月到十幾年不等。

? ? ? ?這迫使需要能夠保護這些較小的關(guān)鍵系統(tǒng)的設(shè)備，而不僅僅是在設(shè)施級別，而是在設(shè)備或組件級別。對于沒有大量電導體的電子系統(tǒng)，主要關(guān)注的是E1和E2脈沖，其標準是針對大型機架式和基于外殼的電子設(shè)備而開發(fā)的。因此，IEMI濾波器的出現(xiàn)增強了EMP / HEMP應用，可以集成到幾乎任何關(guān)鍵電子系統(tǒng)的設(shè)計中。

? ? ? ?有幾個標準，主要是政府，軍方和最近的IEC，它們提供了如何設(shè)計建筑物，電氣基礎(chǔ)設(shè)施和設(shè)備的規(guī)范，以抵御已知的IEMI威脅，主要是核電磁脈沖（EMP），特別是高空核EMP。美國和英國的主要軍事和政府設(shè)施和設(shè)備標準是MIL-STD-188-125-1 / MIL-STD-188-125-2和DEF-STAN-59-188-1 / DEF-STAN -59-188-2，分別。

? ? ? ?兩個軍用HEMP標準的第1部分涵蓋了對整個設(shè)施的保護，其中兩個標準的第2部分涵蓋了對可移動和移動系統(tǒng)的保護。兩個標準的第一部分的重點包括用戶終端，數(shù)據(jù)處理中心，發(fā)送和接收通信站，中繼設(shè)施，以及否則執(zhí)行關(guān)鍵，時間緊急命令，控制，通信，計算機和情報（C4I）任務的設(shè)施。

兩個標準的第2部分同樣適用于HEMP硬化，關(guān)鍵和時間緊急的C4I網(wǎng)絡(luò)的可移動地面系統(tǒng)。MIL-STD-188-125-2和DEF-STAN-59-188-2描述了這些系統(tǒng)的低風險，HEMP硬化設(shè)計和測試標準。重要的一點是，這些標準考慮了與相關(guān)要求的集成，并認識到HEMP保護還可以滿足發(fā)射安全性，TEMPEST，EMI /電磁兼容性（EMC），防雷和其他強化要求的標準。MIL-STD-188-125-2中的具體聲明是，對于由可單獨的可移動子系統(tǒng)組成的可移動系統(tǒng)，還必須使用EM屏障進行保護，該屏障由HEMP屏蔽和所有入口點的保護設(shè)備組成（POE） ）。這包括EMP / HEMP過濾器。DEF-STAN-59-188第2部分遵循與MIL-STD-125-188-2類似的過程。適用于HEMP的其他美國軍用標準包括MIL-STD-464A，MIL-STD-461D / E / F和MIL-STD-2169，其中有分類和非分類組件。

? ? ? ?雖然非常徹底，但這些軍事標準并不是最適合保護商業(yè)和工業(yè)電子系統(tǒng)的標準，因為許多這些標準的基礎(chǔ)都假定其他軍事和政府保護，指導方針和結(jié)構(gòu)。

? ? ? ?這就是為什么IEC，特別是IEC分委員會77C，制定了保護民用系統(tǒng)免受HEMP和IEMI保護的標準。自1999年以來，IEC SC 77C的范圍已擴展到包括所有高功率電磁（HPEM）威脅，包括IEMI。IEC標準涵蓋EMP，HEMP和IEMI威脅緩解的定義，方法和應用。這些標準包括環(huán)境描述，測試和測量技術(shù)，以及安裝和減輕IEMI的指南。以前，許多HEMP和IEMI過濾器都使用了各種軍用標準，IEC民用系統(tǒng)HEMP和IEMI標準有助于建立一致且可重復的方法來確定IEMI和HEMP緩解技術(shù)的性能。
? ? ? ?
? ? ? ?軍事標準做出了若干假設(shè)，其要求基于這些假設(shè)。這包括假設(shè)受威脅的電氣設(shè)備在所需保護之外沒有免疫力。因此，任何HEMP / IEMI保護都必須完全考慮必要的緩解措施。對于某些民用應用而言并非如此，并且已經(jīng)要求的EMC標準導致對至少某種程度的抗擾度的要求。此外，軍事標準旨在防止任何中斷，許多民用系統(tǒng)可能能夠承受一定程度的中斷，只要它們在HEMP / IEMI事件后恢復。因此，維護某些民用設(shè)備的IEC標準可能是HEMP / IEMI過濾器性能的更具成本效益的指導。這當然是
IEC保護嚴重性等級（IEC 61000-4-24）適用于各種設(shè)備和應用，從等效范圍擴展到MIL-STD-188-125-1和DEF-STAN-59-188-1，再到不太關(guān)鍵的民用系統(tǒng)。嚴重等級3，相當于軍事和國防標準，適用于最關(guān)鍵的基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)，其中2級設(shè)計用于不太關(guān)鍵的基礎(chǔ)設(shè)施，1級適用于不太重要或具有高水平的內(nèi)在免疫力。IEC 61000-4-24標準提供了有關(guān)傳導脈沖的HEMP / IEMI濾波器殘余脈沖性能的建議，并未對輻射脈沖屏蔽要求進行定義或說明。

? ? ? ?對于新建筑的嚴重等級1/2和3，HEMP / IEMI濾波器衰減在1 MHz至1 GHz頻率范圍內(nèi)滿足的合理目標值為60 dB和80 dB。對于較舊的建筑物和嚴重等級1/2，40 dB的衰減可能就足夠了。IEC 61000-4-24還為每個嚴重性級別提供峰值剩余電流水平建議。對于具有2Ω標稱負載的250 VAC HEMP電力線濾波器，用于1,2和3級嚴重等級，進入負載的峰值允許剩余電流分別為353 A，50 A和10 A.

? ? ? ?EMP / HEMP過濾器應用程序

? ? ? ?與幾乎所有電子性能要求的情況一樣，設(shè)備的必要行為完全取決于應用程序。許多新興應用，例如自動駕駛/電動車輛，飛機內(nèi)的無線子系統(tǒng)連接，物聯(lián)網(wǎng)（IoT）和工業(yè)4.0系統(tǒng)，可能依賴于持續(xù)連接并成為現(xiàn)代社會的關(guān)鍵系統(tǒng)。目前，許多金融，商業(yè)，消費者，公共安全和應急響應系統(tǒng)依賴于或者顯著增強了數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，這些基礎(chǔ)設(shè)施可能容易受到HEMP / IEMI威脅的攻擊。

? ? ? ?此外，醫(yī)療基礎(chǔ)設(shè)施和醫(yī)療設(shè)備也出現(xiàn)了這些趨勢，醫(yī)生和護士更多地依賴醫(yī)療電子和通信系統(tǒng)。這包括住院患者監(jiān)測系統(tǒng)和救護車，以及家庭監(jiān)測，移動和護理系統(tǒng)。

雖然所有這些應用程序也伴隨著相關(guān)的EMC標準，通?；谙到y(tǒng)故障的感知影響，但典型的EMC標準可能不足以防范HEMP / IEMI威脅。EMC標準主要設(shè)計用于在一定程度上防止干擾，而不是為了生存和抑制HPEM脈沖和瞬態(tài)到持續(xù)運行。大多數(shù)EMC標準主要關(guān)注非預期的干擾，并不考慮惡意方的IEMI。例如，數(shù)據(jù)中心設(shè)備不太可能基于EMC標準受到公司破壞，恐怖主義或被大范圍EMP陷入附近公用事業(yè)目標的交火。

因此，目前許多民用系統(tǒng)容易受到HEMP / IEMI的影響，其中一些可能是新出現(xiàn)的，并且通常不考慮HEMP / IEMI保護的新應用。這可能包括運輸和乘客的運輸，新的小衛(wèi)星空間和地面設(shè)備，重新用于關(guān)鍵應用的工業(yè)和商業(yè)電子設(shè)備，以及可再生能源系統(tǒng)。許多遠程設(shè)施依靠可再生能源和現(xiàn)場發(fā)電來運營，以及衛(wèi)星和電信，其中包括民用航海/海事系統(tǒng)。
反對利用額外的HEMP / IEMI保護的許多論點都是無知，對成本的擔憂，缺乏熟悉的采購渠道，以及對知識淵博和可靠的專家的有限訪問。越來越多的國際意識和對HEMP / IEMI威脅的關(guān)注正在迅速消除許多這些反對意見，軍用級和定制設(shè)計HEMP / IEMI過濾器的新來源正在變得可用。憑借高度緊湊的設(shè)計和裝配技術(shù)，HEMP / IEMI濾波器還可以做得小而輕，足以在航空航天和商用飛機應用中實現(xiàn)。

? ? ? ?個人和社會對民用電子和通信基礎(chǔ)設(shè)施的依賴性增加也可能增加新商業(yè)和工業(yè)電子系統(tǒng)失效造成的生命和財產(chǎn)損失威脅。特別容易受到屏蔽不充分暴露的最新IC和低功率電子器件以及依賴它們的新興技術(shù)的影響。其中許多系統(tǒng)可以受益于額外的保護，特別是HEMP / IEMI濾波器，這也有助于提高EMC輻射和抗擾度。隨著新威脅不斷出現(xiàn)以及新的支持技術(shù)，利用HEMP / IEMI過濾器是保護數(shù)字時代當前和未來投資的實用方法。