脑洞极客实验
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EMP使用贴片电容阵列的构想
fleefly 2019-4-8 19:47:33

EMP使用的脉冲电容需要高的储能,低的ESL和ESR,这种电容很难找到而且价格不菲(可以在x宝搜碎石机电容,然后按销量排序)。

即使有,它的ESL也并不理想,差不多在20nH以上。

相比之下,MLCC电容的参数就要好多了,ESR都是毫欧级别,ESL只有几个nH。但是MLCC的脉冲电流能力很差,试过一个500V0.1u的MLCC电容

充满电后短路,结果电流过大,放电一次就失效了,内部短路。

如果将多个小容量的MLCC电容并联组成阵列,单个电容的电流减小,同时ESR和ESL的参数更加理想。



试了一下将8*11个4.7nF 1000V NP0 电容并联,组成MLCC电容阵列。垂直排列,上下用铜片焊起来。如图:


pic

实测容量0.4uF,自谐振频率20MHz,也就是说ESL在0.2nH以下。

剪了一条9mm宽的图片,弯成单匝直径45mm的空心电感与之串联,然后串联一个1000V的放电管,

再找一个电路给它充电,这样就组成一个所谓的EMP发生器。

pic

 实际效果如视频所示:https://www.bilibili.com/video/av48716363/

单次放电的能量只有0.2j,距离比以前照着做的“大功率射频发射器”明显远了,而且

以前试验的效果是换台,这个是直接关机。

缺点也是储能太少了,如果做100个阵列,再组成10并10串,不知道会是什么效果。

2019-4-8 20:57:05
1楼

效果不错,触发是用的什么原理?请将视频直接上传到帖子,论坛可以传200M的MP4。

另外就是天线也很重要。您的放电回路谐振频率可能在若干MHz频率,这样小的天线效果不佳。由于电容、电感的存在,谐振频率难以进一步提高,这就限制了辐射效率的提高。在距离攻击对象那么近的情况下,可能主要是靠磁耦合让攻击对象电路过载出现异常。因此这个方法的最终前途是有限的。

为了得到良好的电磁脉冲辐射,通常希望脉冲位于ns或亚ns宽度,然后可以通过喇叭天线等高效率的天线来辐射。此时需要考虑使用传输线理论来探讨可能的方案。

[修改于 1 个月前 - 2019-04-08 21:11:32]

2楼

天线可以改进下,参考赫兹振子,火花发报机,可能要做SGTC升压线圈。多年前传说用汽车点火线圈+赫兹振子+抛物面天线,装在汽车上能从街上把附近楼里的电脑打死机。

fleefly(作者)
3楼

视频来了

 

触发是直接用气体放电管,电压超过1kv击穿。导通电阻可能偏大,试过直接用改锥短路放电管,在最大点时效果比用放电管好。放电管好在噪声小,安静。

用示波器看过,第一个上升沿时间80ns左右。现在是磁耦合方式,耦合能量会以距离的3次方衰减,所以提高距离会很困难。

fleefly(作者)
4楼
引用:拔刀斋 发表于2 楼的内容:
天线可以改进下,参考赫兹振子,火花发报机,可能要做SGTC升压线圈。多年前传说用汽车点火线圈+赫兹振.....

也听说过,好像是说一个中学生做的。感觉这个故事可信度存疑,倒有可能是某人手上很多过时的点火线圈的存货,做的软文。

天线考虑过用加载电感配一个短天线,但可能能量不集中,在低功率下效果反而不明显。

5楼
引用:拔刀斋 发表于2 楼的内容:
天线可以改进下,参考赫兹振子,火花发报机,可能要做SGTC升压线圈。多年前传说用汽车点火线圈+赫兹振.....

就火花发射机的频率而言严重怀疑需要有效聚焦的抛物面天线尺寸比汽车本身还大。。。

6楼
引用:radio 发表于5 楼的内容:
就火花发射机的频率而言严重怀疑需要有效聚焦的抛物面天线尺寸比汽车本身还大。。。

可以用偶极子天线,类似八木天线升级版的抛物面电视天线并不大。

囤积销售点火线圈不可能,这个说法来自国外。

7楼
1

据说放电管在大电流下寿面会锐减。可以看看这个:https://www.kechuang.org/t/82580

8楼
引用:拔刀斋 发表于2 楼的内容:
天线可以改进下,参考赫兹振子,火花发报机,可能要做SGTC升压线圈。多年前传说用汽车点火线圈+赫兹振.....

他现在这个不就是个“火花发报机“嘛 只不过火花间隙用的是放电管

9楼

如果用更小封装的mlcc,应该有希望把电容组的自谐振做到百MHz级,这样天线就比较好做了,辐射效率也会更高。

如果能做到比如10%级别,效果应该会显著得多,至少不会是“收音机被干扰到关机,但是录视频的手机啥事没有”这种

[修改于 1 个月前 - 2019-04-09 00:01:46]

fleefly(作者)
10楼
引用:三水合番 发表于9 楼的内容:
如果用更小封装的mlcc,应该有希望把电容组的自谐振做到百MHz级,这样天线就比较好做了,辐射效率也.....

现在是1206的,再小的耐压很低。ESL更好的是用ATC的微波电容自谐振频率都上G了,但那个是天价,拆机的都要1~2元一颗,而且1000P就是大容量了。

11楼
引用:fleefly 发表于10 楼的内容:
现在是1206的,再小的耐压很低。ESL更好的是用ATC的微波电容自谐振频率都上G了,但那个是天价,.....

要不试下云母电容?

fleefly(作者)
12楼
引用:沉默_羔羊 发表于11 楼的内容:
要不试下云母电容?

由于封装和体积的限制,100p的云母电容,自谐振频率110MHz,ESL差不多20nH。

pic

 用nF级别的电容,组成阵列后自谐振频率不会高于40MHz。

还有这个7.5KV,0.33u的,自谐振频率才1MHz,不如电磁炉的MKPH电容,实测能到2M以上。

pic

 不过老云母电容的耐压裕量真的很大,100V5100p的电容,充到2000V未击穿,

到2500V才击穿,内部短路了。

pic

 

[修改于 1 个月前 - 2019-04-09 12:09:12]

fleefly(作者)
13楼
引用:拔刀斋 发表于6 楼的内容:
可以用偶极子天线,类似八木天线升级版的抛物面电视天线并不大。囤积销售点火线圈不可能,这个说法来自国外.....

国外的骗子估计也不少吧。

14楼
引用:拔刀斋 发表于6 楼的内容:
可以用偶极子天线,类似八木天线升级版的抛物面电视天线并不大。囤积销售点火线圈不可能,这个说法来自国外.....

抛物面的电视天线基本都是C/Ku波段的,这频率差了多少。。。

fleefly(作者)
15楼
引用:radio 发表于14 楼的内容:
抛物面的电视天线基本都是C/Ku波段的,这频率差了多少。。。

如果频率可以提上去,考虑用这种天线,714MHz的。

pic

 

fleefly(作者)
16楼
引用:三水合番 发表于9 楼的内容:
如果用更小封装的mlcc,应该有希望把电容组的自谐振做到百MHz级,这样天线就比较好做了,辐射效率也.....

中午找了台旧手机打了一下,距离近也有效果。

 

硬件应该没坏,关闭屏幕再打开,又好了。

17楼

去厂家网站搜了一下,感觉顶楼的MLCC大概率不是真的NP0的。强如murata和三星,在1206这个尺寸下,用NP0也只能做到1nF/1000V。这个4.7n有点魔幻……

另外,顶楼的电容颜色偏黄,但是NP0貌似一般会偏白一些(这个不确定)

可以试着测一下带偏压的时候,电容量下降得明不明显,真的NP0应该几乎没有变化。

[修改于 1 个月前 - 2019-04-09 18:27:47]

18楼
引用:desert 发表于7 楼的内容:
据说放电管在大电流下寿面会锐减。可以看看这个:https://www.kechuang.org/t/.....

按照大部分datasheet的说法,10mm直径左右的似乎在峰值电路去到KA级别的情况下,寿命只有个位数

fleefly(作者)
19楼
引用:三水合番 发表于17 楼的内容:
去厂家网站搜了一下,感觉顶楼的MLCC大概率不是真的NP0的。强如murata和三星,在1206这个.....

还真不是NP0的!刚才用烙铁烫了一下,之前容量是4510p之后变后4650p。当时在x宝上找了好久,才找到一个容量和耐压都合适的,关键价格还便宜6元100颗。

fleefly(作者)
20楼
引用:314152 发表于18 楼的内容:
按照大部分datasheet的说法,10mm直径左右的似乎在峰值电路去到KA级别的情况下,寿命只有个.....

看了一下数据手册,在KA级别是8/20uS的浪涌信号,在这里上升沿只有80ns差了两个数量级了。打浪涌的能量很大的,测的时候人都要出去。这种0.4j的能量只有静电枪的量级,应该不会那么快损坏。到现在至少几百次了吧,看放电管的闪光还是白的,记得坏的时候闪光是发红的。

21楼
引用:314152 发表于18 楼的内容:
按照大部分datasheet的说法,10mm直径左右的似乎在峰值电路去到KA级别的情况下,寿命只有个.....

个位数...太惨了pic所以还是放电尖端靠谱pic
 
 

22楼
引用:fleefly 发表于19 楼的内容:
还真不是NP0的!刚才用烙铁烫了一下,之前容量是4510p之后变后4650p。当时在x宝上找了好久,.....

不是NP0的话,估计充电到1kv的时候,就只剩几百pf的容量了实际的储能应该比0.2J小得多……

23楼

特殊设计的放电管是可以达到长寿命高速度的,不过需要有真空/充气器件的制造能力,DIY稍有点麻烦。

建议看下https://www.kechuang.org/t/82884 里面《电磁动能武器电源技术》中有关“脉冲功率开关”的章节。

[修改于 1 个月前 - 2019-04-10 00:05:08]

24楼
引用:radio 发表于14 楼的内容:
抛物面的电视天线基本都是C/Ku波段的,这频率差了多少。。。

原版赫兹振子实验,偶极子天线截两段中间装火花隙,用偶极子本身相对于环境的静电电容储能。容量非常小,需要用很高电压。改成用电容组还不清楚该怎么改。


现在的设计把并联电容阵列改成串联电容阵列,储能不变容量减少,也会改善自谐振频率?

fleefly(作者)
25楼
引用:拔刀斋 发表于24 楼的内容:
原版赫兹振子实验,偶极子天线截两段中间装火花隙,用偶极子本身相对于环境的静电电容储能。容量非常小,需.....

感觉不论并联串联都不可能提高电容的自谐振频率。并联后时相比相同种类的大容量的单个电容,自谐振频率明显会高。

而串联后ESL也会相应增加,再加上连接部分对ESL的贡献,所以自谐振频率相比单个电容应该还会下降一点。

用PF级的电容先并联再串联可能能行。

fleefly(作者)
26楼
2
引用:三水合番 发表于22 楼的内容:
不是NP0的话,估计充电到1kv的时候,就只剩几百pf的容量了实际的储能应该比0.2J小得多……

这样来说,如果找到NP0材质的合适的电容,效果会提高。不但储能提高,而且介质损耗也会变小。

fleefly(作者)
27楼
引用:虎哥 发表于23 楼的内容:
特殊设计的放电管是可以达到长寿命高速度的,不过需要有真空/充气器件的制造能力,DIY稍有点麻烦。建议.....

是啊,DIY这些开关,确实缺乏可操作性。用放电管,最大的好处还是安静,放电时只有很细微的铜片抖动的声音有点像一根针掉在桌面上,可以很隐蔽的操作。如果整体做成戒指的大小,戴在手指上,就是一款不错的特工装备了。

28楼
引用:拔刀斋 发表于24 楼的内容:
原版赫兹振子实验,偶极子天线截两段中间装火花隙,用偶极子本身相对于环境的静电电容储能。容量非常小,需.....

即使这样搞,原版赫兹实验的频率也只有30M左右

29楼
引用:fleefly 发表于26 楼的内容:
这样来说,如果找到NP0材质的合适的电容,效果会提高。不但储能提高,而且介质损耗也会变小。

在三星的产品里找了一下,感觉最合适的是这个

Data sheet_CL31C101JJHNNNE.pdf63.9k10次下载264k6次下载

 

CL31C101JJHNNNE.pdf264k6次下载

 自谐振频率能到500M多。不过储能比较尴尬,一整盘2000个也就能储0.4J……手焊得累死,估计得找厂家做SMT打样

[修改于 1 个月前 - 2019-04-10 11:11:22]

fleefly(作者)
30楼
引用:三水合番 发表于29 楼的内容:
在三星的产品里找了一下,感觉最合适的是这个Data sheet_CL31C101JJHNNNE.pd.....

焊起来确实很麻烦,先要把电容侧面立起来,然后排成一排上锡,最后一排排焊在铜板上。

31楼
引用:fleefly 发表于25 楼的内容:
感觉不论并联串联都不可能提高电容的自谐振频率。并联后时相比相同种类的大容量的单个电容,自谐振频率明显.....

电容器串联,其自身连接电感作为L和发射天线的一部分可行吗,

32楼
引用:三水合番 发表于29 楼的内容:
在三星的产品里找了一下,感觉最合适的是这个Data sheet_CL31C101JJHNNNE.pd.....

如果真要手焊这么多1206的贴片。。。。看来唯一的办法是一个个用焊锡膏“粘”在铜板上,用其他东西简单固定一下,然后加热并且祈祷里面不要有坏的

另外,要不要看看那种大饼,或者是高压大功率的老国产鼓形,瓶形电容?

2019-4-12 16:44:54
33楼
1

不错。

思路可以不必局限在电容+铜板极板+放电管+铜条天线环上。

这种电容储能EMP最大的短板是储能密度不足。那么可以考虑让电容当天线。

把一堆低压电容,通过串并联,做成环形,在天线环内储能。电容环做一个缺口,缺口充填一个放电管。或许能大为提高能量密度。

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