高功率微波武器的现状与趋势
高功率微波武器的现状与趋势
2010-07-09 11:38:33 来源：中国国防科技网
关键字：高功率微波微波武器电磁脉冲精确制导
高功率微波(HPM)是指脉冲峰值功率大于100M W以上的微波。高功率微波武器(HPMW)是与激光武器和粒子武器同时发展的三大定向能武器之一。HPMW经高增益天线定向辐射，将HPM源产生的微波能量聚集在窄波束内，以极高的强度照射目标，杀伤人员，干扰和破坏现代武器系统的电子设备，因此它又称为射频武器。一般认为HPM武器的频率范围主要在1－30GHz之间，输出脉冲功率在1GW以上。从杀伤机理上看，高功率微波武器具有电效应、病效应和热效应，既能杀伤人畜，又能破坏武器的电子设备，即具有软/硬杀伤能力。
高功率微波武器对目标系统的破坏程度取决于其到目标的距离、目标的易损性、产生的功率大小和微波辐射的特性(包括频率、猝发速率和脉冲宽度)等因素。
微波武器
微波是一种能在真空或空气中直线传播，将辐射频率为1000—300000兆赫的电磁波汇聚成一定方向，借高能量攻击损毁作战对象的新型武器。波长很短（1毫米～1米）的高频电磁波，具有传播速度快、穿透力强、抗干扰性好、能被某些物质吸收等特点。微波武器又叫射频武器或电磁脉冲武器，它是利用高能量的电磁波辐射去攻击和毁伤目标的。由于其威力大、速度高、作用距离远，而且看不见、摸不着，往往伤人于无形，因此，被军事专家誉为高技术战场上的“无形杀手”。
微波武器的工作机理，是基于微波与被照射物之间的分子相互作用，将电磁能转变为热能。其特点是不需要传热过程，一下子就可让被照射材料中的很多分子运动起来，使之内外同时受热，产生高温烧毁材料。较低功率的轻型微波武器，主要作为电子对抗手段和“非杀伤武器”使用；而高能微波武器则是一种威力极强的大规模毁灭性武器。
微波武器是隐形飞机的克星。这主要是由隐形飞机自身的设计特点造成的。
隐形飞机为了达到隐形目的，需要尽量减少翼面，有的连水平尾翼和垂直尾翼都取消了，这样就必须采用电传操纵系统、推力矢量系统等先进技术，才能解决飞机的纵向和横向安定性、操纵性等问题，因而比其它飞机对机载电子设备的依赖程度更高。另外，为了改善全机的防探测效果，它们的结构和外表通常都要采用吸波材料和涂料，以便大量吸收雷达波能，不使之反射回去，这是隐形飞机能够“隐身”的原因之一。但是，事物终究一分为二，有所长则必有所短，由于目前大部分军用雷达工作在微波波段，隐形飞机能大量吸收雷达波也就会大量吸收微波，这就铸成其自身的致命弱点，自招“杀身之祸”。当隐形飞机被微波武器发出的高能电磁波照射到时，机体会由于过
量吸收微波能量而产生高温，轻则因瞬间加热而失去控制，重则整架飞机都会被烧毁、熔化。
另外，微波武器不是采用“点”的攻击方式，而是强调“面”的攻击效果，隐形飞机无论如何“隐形”，只要在一个区域内被罩住，都难逃“天罗地网”。
目前，国外微波武器已发展到实用阶段，如俄罗斯的电磁脉冲弹和英国的微波炸弹均能将大功率、不可见的电磁辐射短脉冲发送到较远距离上，用来破坏敌方的坦克、导弹、飞机以及通信和电子设备等。军事专家们预测，随着新技术、新材料的不断发展，电磁武器在军事领域的应用前景会越来越广泛。
即使以导弹等精确制导武器为代表的火力杀伤也并未真正摆脱人力密集型作战
模式，完成一次火力发射不但需要目标侦测、锁定等系列复杂过程，而且易受射界影响及遭对方电子对抗，命中率锐减；坦克、火炮、战机、舰艇等火力平台不但需要大量人员操作，而且须随时补充燃料弹药，后勤补给庞大复杂，输送线路及枢纽易遭突击。而微波武器则真正实现了杀伤手段的智能效益型。
研究表明微波功率密度达到3—13毫瓦／平方厘米时，会产生非热效应，人员将因头痛恶心、思维混乱、行为失控而丧失战斗力；功率密度达20—80瓦／平方厘米时，会产生热效应；如果战时利用卫星、飞船等太空平台向目标区集中辐射微波，可使该区大气发生剧烈理化反应，以3000—4000℃高温杀死装甲、掩体内人员，达到中子弹效果。当功率密度达10—100瓦／平方厘米时，可毁坏武器装备的任何电子元件，不但能使对方雷达迷盲，通信中断、C4I瘫痪，指挥失灵，而且能无声中使其飞机、导弹、舰艇和军车引擎点火系统受损，摧毁其战斗力，根本不必传统火力杀伤“对对碰”式的逐个攻击。这种特性使微波武器能有效克制隐形战机、隐形舰艇、反辐射导弹、超音速反舰导弹、战场机器人、数字化士兵系统、预警机及国家和战区导弹防御系统等高新技术装备。
目前，美俄等军事强国正竞相研制各自的微波武器系统。在空袭伊拉克行动中，美军就曾试用装有微波辐射弹头的巡航导弹打击伊军防空系统。
一、HPMW的作用效能
1、干扰、破坏各种武器系统中的电子设备，使其丧失作战效能
高功率微波武器可采用与电子干扰系统相同的工作方式，对敌方通信和雷达系统等电子设备进行干扰，产生足以暂时扰乱或致盲敌方计算机网络系统的微波功率，起到超级干扰机的作用。当使用能量密度为0.01－1μW/cm2的微波波束照射目标时，就会使在相应频段上的雷达、通信设备和导航系统无法正常工作，当能量密度达到0.01-1W/cm2时，可导致探测系统、指挥、控制、通信和情报(C3I)系统以及武器系统设备中的电子元器件及小型计算机系统的芯片失效或烧毁。当使用能量密度为10-100W/cm2的强微波波束照射目标时，其辐射形成的电磁场可以在金属的表面产生感应电流，通过天线、导线、电缆和各种开口或缝隙耦合到卫星、导弹、飞机、舰艇、坦克等武器系统的电子设备电路当中。破坏各种敏感元件，如传感器和电子元器件，使电路功能紊乱、产生误码、中断数据或中断信息传输，抹掉计算机存储的信息。如果感应电流很大，则装备外壳开口与缝隙处可以被电离，从而变成良导体，烧毁电路中的元器件，使电子装备和武器系统失效，整个通信网络失控。当能量密度达到103104W/cm2时，会在很短的时间内使目标受高热而破坏，甚至
能够提前引爆导弹中的战斗部或炸药。
2、高功率微波武器对精确制导武器的杀伤作用
当使用能量密度为1－10kW/cm2，的强微波波束照射目标时，能在瞬间摧毁目标，引爆导弹、炸弹和核弹等武器。下
面介绍高功率微波武器对几种精确制导武器的杀伤作用：
(1)巡航导弹
巡航导弹通常在500－1000km以外发射，根据预定航线采用惯性制导、GPS定位制导、地形匹配以及最后的景象匹配制导，以精确的命中率摧毁预定目标。高功率微波武器能够在200－500km处干扰和破坏其GPS定位和地形匹配对航线的修正，使之不能按预定的航线飞行：在50M00km内使其导航系统的电子线路失效，在4－lOkm内使引信失效或自行引爆。但高功率微波武器需与组网的雷达、红外侦察配合使用，方可达到良好的摧毁效果。
(2)反辐射导弹
反辐射导弹根据截获的辐射源信号，自行引导直至命中辐射源。而高功率微波武器功率非常强，任何反辐射导弹一旦截获其信号即自行飞向该武器，不等它飞近，在距离高功率微波武器1－2km处就会自行引爆。
(3)反舰导弹
利用舰载高功率微波武器，在反舰导弹末制导主动寻的雷达开机时，即可发射微波，在10－15km处使雷达完全丧失功能，在4－5km处使其导引头的电子元器件全部受损，在1－2km处使其战斗部自行引爆。因此，高功率微波武器比炮弹的作用距离远、威力大、反应时间长，只要波束对准导弹的来袭方向，即可在一定距离上将其摧毁。
(4)激光、红外制导炸弹
高功率微波武器在距飞机100－500km范围内，可干扰破坏飞机上的雷达，使飞机无法飞向被保卫的目标，在5－10km 处可使光电导引头致盲、失效，在1－2km,处引爆其炸药。
3、制成高功率微波弹
高功率微波武器可以制成高功率微波弹，较小的可由巡航导弹、炸弹携带：较大的可制成炸弹形式，用装备有导航攻击系统、能够投放GPS制导武器的战术飞机投放。
由导弹、炸弹运载的高功率微波弹通过在导弹或炸弹战斗部上加装电磁脉冲发生器和辐射天线的方式构成，利用炸药爆炸压缩磁通量的方法产生高功率的电滋脉冲。在海湾战争中，美海军普用“战斧”巡航导弹运载实验型高功率微波弹。
最近开发成功的装于常规炸弹和滑翔炸弹上的GPS卫星导航制导组件，为投放这种武器提供了非常高的精度。美国空军将配备GPS制导的GBU－29/30联合直接攻击弹药(JD AM)和AGM－154联合防区外武器(JSOW)滑翔炸弹，可用于高功率微波弹投放。其他国家也正在开发研究这种技术。
在新世纪，高功率微波弹将成为西方国家作战使用的标准武器，每一种能够投放标准制导武器的飞机也将成为投放高功率微波弹的载机。
4、用作无人作战飞机的攻击武器
美军的无人机(UAV)有捕食者、全球鹰、猎狗、黑星等，这些无人机由于在最近的阿富汗战争与伊拉克战争中大放异彩
而让人耳熟能详。虽然这些无人机的任务互不相同，但是每一种都具有侦察和监视能力，如果在这些无人机上搭载HPMW，那么它们将变成无人战斗机(CUAV)。目前美-国正在开发一种可重复使用的高功率微波武器，用于装备波音公司的x－45 Block30无人作战飞机，攻击那些电子系统易受攻击的目标。它的摧毁机制远比激光快得多，只要几秒钟就能摧毁目标。这种小型无人机可从较大的无人机或载人飞机上空投，能产生宽带射频。其强大的射频脉冲足以使许多电子器件瘫痪而停止工作。这种微波射频武器可做得非常小，只有几英尺长(1英尺：0.3m)，重几百磅(1磅=0.454kg)，能够安装在翼
展约0.6m的小型无人战斗机上，将巨大的电磁能量投放到离敌人天线几百英尺的位置。这种微波武器的作用范围要比
一枚普通炸弹大100倍，但又不会伤及实体结构或人员。装备这种微波武器的UCAV的最大能力是每次任务发射100000个高能微波脉冲，平均对每个目标发射约1000个脉冲，可攻击约100个目标。同时，这种微波武器系统还可用来保护无人机免遭敌人导弹的攻击。作为防御系统，这种微波武器可以抵挡红外和雷达制导导弹的攻击，装上相控阵天线后可以重新快速捕获目标。
5、杀伤人员
这一杀伤机理分为“非热效应”和“热效应”。非热效应指当微波照射强度低时，使导弹和雷达的操纵人员、飞机驾驶员以及炮手、坦克手等的生理功能紊乱(如烦躁、头痛、记忆力减退、神经错乱以及心脏功能衰竭等)。热效应指在高频率微波照射下，人的皮肤灼热，眼白内障，皮肤内部组织严重烧伤和致死等。当微波功率密度达到13mW／cm2时，武器操纵人员的工作状态会发生变化，使武器系统操作失灵：微波功率密度为0.5W/cm2、单个脉冲释放的能量达到20J/cm2时，会造成人体皮肤轻度烧伤：功率密度为20W/cm2时照射2s，可造三度烧伤：功率密度为80W/cm2时，仅ls就可使人丧命。另外，只要目标的缝隙大于微波的波长，微波就可以经过这些缝隙进人目标的内部，还可通过玻璃或纤维等不良导体进入驾驶舱内，杀伤里面的人员。
二、高功率微波武器的作战特点
HPMW具有如下作战特点：
——HPMW射束以每秒3>105km/s的光速抵达目标，因此，几乎是瞬时抵达大距离目标，从而使跟踪与拦截问题大大简化，同时目标避开损伤的能力也大幅度下降。
——射束不受重力影响。由于射束没有质量，因此摆脱了动力学与空气动力学的限制，无需常规弹药确定弹道轨迹所需的复杂计算。
——HPMW的效应可以进行调整，以便取得致命、非致命、干扰或损伤等不同的效应，
——HPMW与常规弹药相比拦截目标的成本相当低。在进行导弹防御时，每枚火箭拦截器消耗数百万美元，而用HPMW 每发只消耗几千美元就能取得相当的杀伤概率。
——HPMW具有长时间重复交战能力。
——HPMW既可作为攻击武器，又可作为防御武器，同时也可以作为传感器(具有雷达跟踪潜能)。
——HPMW是一种区域武器，可同时攻击多个目标。
三、高功率微波武器在各国的研究现状
1、美国
美国作为超级军事大国，在高功率微波的研究方面投资最多，每年仅花费在脉冲源上的投资就达数亿美元。1999年定向能管理局与国际电话电报公司签订了一项1400万美元的合同，进行高功率微波源、超宽带天线、先进概念和材料物理等方面的研究。现在美国空军研究实验室正在进行一项称为“定向能战术机载作战”的研究，其中最有作战效力的就是高功率微波无人飞行器。在美国空军协会的2002年大会上，洛克希德，马丁公司称，高功率武器与无人机或巡航导弹综合作战的技术已经可行。它把高功率微波武器装在无人飞行器上，主要对付防空导弹、雷达、车辆，烧坏敌方武器关键装置的电子部件。这种无人机可飞到敌占区内进行更为精确的打击，可减少长距离所需的高功率微波发射能量和执行危险任务人员的伤亡。美国空军准备在2012年将此类高功率微波武器放到无人作战飞机上。
《美国空军2025年战略规划》在未来武器构想中提出发展空基高功率微波武器，要求这种武器对地面、空中和空间目标具有不同的杀伤力，它用一组低轨道(500－916km)卫星把超宽带微波投射到地面、空中和空间目标上，在几十到几百米的范围内产生高频电磁脉冲，摧毁或干扰目标区内的电子设备，而且具有一定的气象修正能力。
美国各军种对微波武器都有特殊的要求：陆军提出战术微波武器要能装在大型履带战车上，而且要把定向性极高的天线装在直立的桅杆上，以利于最佳瞄准：空军要求微波武器体积小，并采用专用天线：海军的舰载微波武器要求具有高功率、大天线和远作用距离。可以看出，海军对微波武器在重量、空间和功率等方面提出的限制条件较小。因此，海军的微波武器极有可能在未来20年内首先投入作战使用。
美国现有的技术较为成熟的高功率微波武器主要有下面几种：
(1)微波弹
美国在海湾战争中首次使用了实验性高功率微波弹头。装上这种弹头的海军战斧巡航导弹导致伊拉克部分防空网失效。
美国能源部、空军、陆军都有微波弹药的发展计划。美国空军前菲利浦斯实验室曾研制过多种高功率微波武器的实验性装置，最成熟的是压制敌防空系统的微波武器。它用飞机在目标上空投放微波弹，爆炸产生窄带微波脉冲，烧毁雷达接收机或防空系统内部灵敏部件。据报道，美国国防部现在至少有一种新型的非致命性高功率微波武器随时可以参战。
(2)非致命性定向能武器
非致命性定向能武器是一种针对人员的高功率微波武器，由美国空军研究实验室及国防部联合非致命武器管理局共同开发，10年的投资为4000万美元。其原理是用一个发射机向一个固定目标发射一束窄能量波，以光速抵达目标并穿透人体肌肤约0.397mm，几秒钟内就使人感到一种强烈的灼热和疼痛感，从而使人放弃原有的意图。目前，已经对不少动物和人进行了数千次试验，研制工作高度保密。这种武器组装在高机动多用途轮式车辆上，今后也可安装在飞机、舰船或其他平台上。有消息说美国在阿富汗曾使用过使人晕倒但不致伤亡的微波枪。
(3)电磁脉冲武器
另一类高能武器——电磁脉冲(EMP)炸弹也进入了战场使用阶段。电磁脉冲炸弹使用常规炸药产生电磁脉冲，能摧毁大范围内的电子设备。据说洛斯>阿拉莫斯实验室自20世纪90年代开始就一直在埃格林空军基地秘密进行电磁脉冲炸弹试验。1993年美国利用巡航导弹首次进行了非核电磁脉冲弹试验，1996年菲利浦斯实验室研制了两种用于指挥和控制战/信息战的超宽带电磁脉冲炸弹。
2、俄罗斯
长期以来前苏联，俄罗斯的多种高功率微波技术研究处于世界领先地位。前苏联，俄罗斯在20世纪50年代就开始研究电磁脉冲的效应和军事应用，70年代以来高功率微波源已获得迅速发展，小型便携式高功率微波源可产生0.1GW的峰值功率，脉冲重复频率为100H z。1979年苏联在捷苏边境的科希城堡进行了动物试验。试验表明，HPM武器可使lkm 内的山羊瞬间死亡，2km外的山羊顷刻丧失活动能力，瘫痪倒地。利用现有技术研制出的陆基防空高功率微波发射系统样机，由微波脉冲功率源、高功率微波源和配套的对空监视雷达与指挥控制系统构成，分载于三辆越野卡车上，总重量为13t，可用于保护重要的军事设施和指挥中心。1992年俄罗斯研制的N A－GIRA雷达，其发射功率300MW，工作频率10GHz，脉宽5ns，重复频率150Hz，能跟踪150km 以外高度低于50m的直升飞机。1993年12月，俄罗斯专家称正在进行一种新的杀伤研究，即利用两束HPM在空间聚焦形成一个低温等离子区(直径为一二十米)，将其置于飞机或导弹的前面，使飞机或导弹进入这个区域内坠毁。由于低温等离子区的压力低于周围的大气压力，当导弹的一半进入低温等离子区时，这个压力差会使得导弹旋转，从而导致导弹坠毁。俄罗斯在微波弹小型化技术方面有许多独到之处。俄罗斯早在10年前就拥有微波弹，瑞典和澳大利亚军方都曾买过可发射10GW脉冲的俄制电子炸弹。据报道，俄罗斯在前几年已为SS－18洲际导弹装备了电磁脉冲弹药。在2001年利马海事和宇航展览会上，俄罗斯展出了两种射频武器：Ranets－E和Rosa－E。前者为射频火炮，是一个射频可变的防御系统，输出功率超过500M W，工作在厘米波段，产生10－20ns的尖脉冲，能在60度扇形里使10km范围内的高精度制导武器失效：后者也工作在厘米波段，重600－1500kg，可安装在飞机上，用于降低敌方雷达系统性能，射程达到500km。
总的来说，俄罗斯在高功率微波方面的主要技术成就有：①在等离子体加热用的回旋管方面达到了高峰值功率：②研制了驱动高峰值功率和高平均功率源的小型重复脉冲功率源；③开发了用于回旋管的高效耦合器和吉瓦级结构的输出耦合器。
3、英国
20世纪80年代以来英国大力发展HPM技术。英国在HPM源脉冲缩短问题和爆炸驱动方面的成果曾受到各国HPM界的关注和赞赏。
1990年英国国防部门利用爆炸磁压缩发生器与特种行波管制造过IG W的微波弹。他们还购买了俄罗斯的N AGIRA雷达，探测海洋杂乱回波中的运动目标，测量设备前端保护器件抵御微波的有效性。一所坐落于英国西南部的秘密设施曾研制多种HPM武器。目前，美国有使用英国在该设施新研制的强力微波炸弹的计划。这种炸弹现正在测试阶段，据报道其释放的电磁波威力相当于核爆，十亿分之一秒内射m数十亿瓦威力的电波。英国还研制并成功试验了一种定向能武器载荷，用于无人机或防区外飞行的巡航导弹，其中有些试验工作是在美国进行的，这种载荷的大小巾瑞安航空公司的
BQM-145A中程无人机设定，现有5架BQM－145AE转交给美国空军，在埃格林基地进行试验。
四、高功率微波武器的发展趋势
当前，HPMW存在以下技术难题：
>源方面：如何取得高重频，如何取得更高效率，
>效应与建模方面：如何优化杀伤力，如何模拟功能杀伤，如何模拟失控/破坏。
>应用方面：高功率微波技术如何转移，如何取得更大的杀伤范围。
美国空军实验室和定向能管理局给出了高功率微波的未来发展趋势，如图所示。其中A表示大力发展机载电子攻击无人机、生存能力强的无人机来在近距离上电子杀伤商业准军用要害：B表示大力发展制导炸弹的弹药电子攻击，其特点是生存能力强、有人驾驶、在防区外发射，攻击军用设备的要害：C表示的是弹药电子攻击散布的电子系统，其特点是广域生存力强，防区外发射；D表示的是在防区外发射电子攻击广域武器，其特点是完全广域、高速飞行、攻击多目标。从该图中我们可以得到未来
高功率微波的几个发展方向：
>广域、多目标杀伤、小后勤供给的高功率微波武器
>附带损伤小、全天候、隐蔽、低成本武器
>改进传感器，用于目标和地理位置的识别，具备突防能力和自动图像传输能力
>保护基础设施免遭高功率微波威胁
HPMW具有充当空间武器化重要兵器的潜力，也是空间控制和反控制的重要武器系统之一，加强对HPMW的研究、开发和防护具有重要意义。
高功率微波武器技术综述
高功率微波武器技术综述 高功率微波武器是利用非核方式在极短时间内产生非常高的微波功率以极窄的定向波束直接射向目标雷达等微波电子设备，摧毁敌方雷达等微波电子设备和杀伤敌方人员的一种定向能武器。高功率微波源一般采用虚阴极振荡器，能产生吉瓦以上的高功率微波，微波源产生的微波经天线发射出去。 一、驱动源技术 （一）脉冲形成线 脉冲形成线（PFL）是传输线的一种，主要用来将高电压静电储能转换为一定脉宽、一定幅值的高电压脉冲，与普通的传输线最大的区别在于其可以产生高电压脉冲。PFL是脉冲功率装置的重要组成部分，它的发展与应用，与脉冲功率技术联系紧密。早期的脉冲功率装置，由于受电感、电容的限制，输出脉冲的脉宽较长，上升时间也较长，功率较低，如果直接连接负载，不但得不到高功率，而且负载往往也不能正常工作。因此，人们将传输线引入脉冲功率装置，得到了脉宽为十纳秒到百纳秒量级，上升时间为一纳秒到十纳秒量级的脉冲高电压。匹配阻抗和输出脉宽是脉冲形成线的两个重要技术参数，设计脉冲形成线的难点是保证其在额定电压内不被击穿。随着人们对脉冲功率技术研究的不断深入，PFL在民用和军事领域的应用价值也变得越来越重要。
目前，最常用的PFL是同轴PFL和螺旋PFL。同轴PFL 又分为两种：单同轴PFL和双同轴PFL。一般来说，单同轴PFL的同轴结构由两个互相绝缘的同轴直导体筒构成，其中外筒接地，内筒与充电电源相接；而双同轴PFL的同轴结构由三个相互绝缘的同轴直导体筒构成，其中外筒接地，内筒通过一定电感与外筒相接，中筒与充电电源相接。双同轴PFL 也被称为Blumlein线。 如果将单同轴PFL的内筒或者Blumlein线的中筒（有时还包括Blumlein线的内筒），换成螺旋线或螺旋带绕制而成的螺旋线筒，其他部分仍旧使用直导体筒，同轴PFL就变成了螺旋PFL。与普通的同轴PFL相比，螺旋PFL拥有较高的特征阻抗，可以产生较长的脉冲，因此，使用了螺旋PFL的脉冲功率装置可以产生更长的脉冲高电压。 （二）Tesla变压器 Tesla变压器是一种工作在双谐振模式下的脉冲变压器。其原理如图所示，首先常规交流变压器T1将输入的市电升压对储能电容器C1充电；G为火花开关，当储能电容器C1上的电压达到一定值时，火花开关导通，通过Tesla变压器T2升压对次级电容器C2充电。一般交流变压器T1将电压提升到12-50kV，Tesla变压器T2能够将电压再次提升到200kV-1MV。Tesla变压器是由两个隔离的相互感应的相关振荡回路组成的系统，与一般脉冲变压器不同的是，该系统的
高功率微波定向能武器
微波武器 概述 高功率微波武器（high-power microwave weapon）又称为射频武器，是利用高功率微波束毁坏敌方的电子设备和杀伤作战人员的一种定向能武器。该武器的辐射频率通常在1～30吉赫范围内，输出脉冲功率在吉瓦级。（“吉”是数量级名称，10（U9）称为吉）高功率微波武器属“软杀伤”武器，可从远距离把电子器件“烧”坏，使整个武器失效，也能使人精神错乱、行为失常、眼睛失明、心肺功能衰竭甚至死亡。高功率微波武器的核心是微波振荡器，提高振荡器的输出功率是其中的一项关键技术。 1. 背景 微波武器高功率微波武器的研发，源于20世纪60年代的东西方技术竞赛。1962年7月，美国进行了当时最高当量，代号为“海星一号”的高空核试验。当天夜里11点零9秒(夏威夷时间)，一枚140万吨当量的热核弹头在太平洋中部400千米的高空被引爆。爆炸产生的大量高密度带电粒子沿着地球磁场向外迸发。它们的回旋运动产生了一束微波脉冲，导致测量仪器失准。爆炸所产生的极光带在洋面上空闪烁，照亮了整个夜空。在距离爆点1 300多千米外的檀香(Honolulu)，脉冲不仅导致防盗警报器此起彼伏，路灯也纷纷熄灭，最后连供电线路也跳闸瘫痪了。当时冷战双方的军事决策层，发现了这次实验中电磁脉冲的破坏潜能，并展开了一场利用这种潜力制造非核武器的竞赛。随后，美国、苏联、英国等都做了大量的微波武器研制工作。 2.机理 从杀伤机理上看，高功率微波武器具有电效应、病效应和热效应，既能杀伤人畜，又能破坏武器的电子设备，即具有软/硬杀伤能力。 2.1 对电子电气设备的破坏 高功率微波辐射效应从低到高可以大致划分为三级。第一级, 类似于超级干扰系统, 高于当前战场使用的干扰系统功率, 能完全压制敌方通信和雷达系统; 第二级, 功率达到足够破坏敌方电子系统中的微型电路; 第三级, 类似于家用微波炉,功率高到能够加热目标。 高功率微波脉冲对系统及器件的破坏机制主要有以下几种: 1）高压击穿。电磁能接收后转化成高电压或大电流, 由此引起结点、部件或回路间击穿; 2）器件烧毁。包括半导体器件的结烧蚀、连线熔断等; 3) 微波加温。微波可使金属、含水介质加温, 使器件不能正常工作; 4) 电涌冲击。脉冲高电压、大电流进入系统、设备, 电路像电涌一样烧毁器件、电路; 5) 瞬间干扰。当进入的功率较低,导致电路出现干扰, 不能正常工作。 表一电磁脉冲对各种电子器材的影响
微波功率器件及其材料的发展和应用前景
微波功率器件及其材料的发展和应用前景 来源：《材料导报》 内容摘要：介绍了微波功率器的发展和前景，对HBT, MESFET 和HEMT微波功率器件材料的特点和选取，以及器件的特性和设计做了分类说明。着重介绍了SiGe合金.InPSiC、GaN等新型微波功率器件材料。并对目前各种器件的最新进展和我国微波功率器件的研制现状及与国外的差距做了概述与展望。 文剑曾健平晏敏 (湖南大学应用物理系，长沙410082) 0 概述 由Ge、Si、Ⅲ-V化合物半导体等材料制成的，工作在微波波段的二极管、晶体管称为微波器件。微波即波长介于1m~1mm之间的电磁波，相应频率在300MHz~300GHz之间。微波半导体器件在微波系统中能发挥各方面性能，归纳起来为微波功率产生及放大、控制、接收3个方面。对微波功率器件要求有尽可能大的输出功率和输出效率及功率增益。进入20世纪90年代后，由于MOCVD(金属有机化学气相淀积)和MBE(分子束外延)技术的发展，以及化合物材料和异质结工艺的日趋成熟，使三端微波器件取得令人瞩目的成就，使得HBT(异质结双极型晶体管)、MESFET(肖特基势垒场效应晶体管)以及HEMT(高电子迁移率晶体管)结构的各种器件性能逐年提高。与此同时，在此基础上构成的MMIC(单片集成电路)已实用化，并进人商品化阶段，使用频率基本覆盖整个微波波段，不仅能获得大功率高效率而且，噪声系数小。随着微波半导体器件工作频率的进一步提高，功率容量的增大，噪声的降低以及效率和可靠性的提高，特别是集成化的实现，将使微波电子系统发生新的变化。表1列出了几种主要的三端微波器件目前的概况。 表1 微波三端器件概况
高功率射频及微波无源器件中的考虑和限制
高功率射频及微波无源器件中的考虑和限制 RF和微波无源元件承受许多设计约束和性能指标的负担。根据应用的功率要求，对材料和设计性能的要求可以显着提高。例如，在高功率电信和军用雷达/干扰应用中，需要高性能水平以及极高功率水平。许多材料和技术无法承受这些应用所需的功率水平，因此必须使用专门的组件，材料和技术来满足这些极端的应用要求。 高水平的射频和微波功率是不可见的，难以检测，并且能够在小范围内产生令人难以置信的热量。通常，只有在组件发生故障或完全系统故障后才能检测到过功率压力。这种情况在电信和航空/国防应用中经常遇到，因为高功率水平的使用和暴露是满足这些应用性能要求所必需的。 图1对于天气或军用雷达，高功率放大器通常会为雷达天线或天线阵列产生数百至数千瓦的 射频能量。 足够高的RF和微波功率水平会损坏信号路径中的元件，这可能是设计不良，材料老化/疲劳甚至是战略性电子攻击的产物。任何可能遇到高功率射频和微波能量的关键系统都必须仔细设计，并通过为最大潜在功率水平指定的组件进行支持。其他问题，例如RF泄漏，无源互调失真和谐波失真，在高功率水平下会加剧，因为必须更多地考虑组件的质量。 任何具有插入损耗的互连或组件都有可能吸收足够的RF和微波能量以造成损坏。这就是所有射频和微波元件具有最大额定功率的原因。通常，由于RF能量
有几种不同的工作模式，因此将为连续波（CW）或脉冲功率指定额定功率。另外，由于构成RF组件的各种材料可以改变不同功率，温度，电压，电流和年龄的行为，因此通常还指定这些参数。与往常一样，一些制造商对其组件的指定功能更加慷慨，因此建议在实际操作条件下测试特定组件以避免现场故障。这是RF和微波组件特别关注的问题，因为级联故障很常见。 图2可以使用磁环或电场探头分接波导，将TE或TM波导模式转换为TEM同轴传输模式。同轴或波导互连 根据频率，功率水平和物理要求，同轴或波导互连用于高功率RF和微波应用。这两种技术的尺寸随频率而变化，需要更高精度的材料和制造来处理更高的功率水平。通常，作为RF能量通过具有空气电介质的波导的方式的产物，波导倾向于能够处理比可比同轴技术更高的功率水平。另一方面，波导通常是比同轴技术更昂贵，定制安装和窄带解决方案。 这就是说，对于需要更低成本，更高灵活性安装，更高信号路由密度和中等功率水平的应用，同轴技术可能是首选。另外，由于降低了成本和尺寸，因此在波导互连上使用同轴互连的组件选择更多。虽然宽带和通常更直接的安装，在高性能，坚固性和可靠性方面，波导技术往往超过同轴。通常，这些互连技术串联使用，在可能的情况下，最高功率和保真度信号通过波导互连路由。
微波器件原理
1.微波管参量：带宽、功率等的基本概念、分类 带宽：是指微波振荡器或放大器在一定工作条件下，能满足一定技术指标要求的工作频率范围。分类：绝对带宽，相对带宽，增益带宽，功率带宽，效率带宽，瞬时带宽，调谐带宽，冷带宽，热带宽；功率：连续波状态的功率，脉冲状态的功率，平均功率 2.平板间隙中的感应电流，感应电流的产生过程，渡越角，耦合系数等概念，电子与场的能量交换过程。 0020112(1)()E a k a k x q q q x Q S E qk q d Q q S E x qa q Q q S E d E E d x d εεε-=???==-????+=?????=-=????+-=? 其中E 为当平板中没有从阴极飞向阳极的电子带只有外加电压c V 时的电场 (1)()x Qk Q qk Q q d x Qa Q qa Q q d ?=-+=-+-????=+=+??电流是由电荷的变化产生的，因而外电路中的电流：a dQ dQ q dx dQ q i v dt dt d dt dt d ==+=+c d dV dQ i C dt dt ∴==感应电流：ind v i q d =，所以二极管 电极外电路中流过的电流实际上是运动电荷q -在飞行过程中电极上感应电荷的变化引起的，成为感应电流。设注入间隙的密度调制电子流为0m I sin i I t ω=+，0I 为电流的直流分量，m I 为电流的交变分量。选择间隙中间为坐标原点，0t 为电子层通过0x =点的时刻，认为电子以直流速度0v 匀速通过间隙，则电子层到达x 处的时间为00x t t v =+，0dx dt v =，dx 层中的电荷为0dx dq idt i v ==，000ind v v dx dx di dq i i d v d d === 200m 00m 0022I sin sin I sin 2d ind ind d v d i di I t I M t d v ωωωω-∴==+=+?
微波元器件常见单词(参数)中英文对照表
微波元器件常见单词/参数中英文对照表 元器件销售工程师必备手册 工作在微波波段（频率为300～300000兆赫）的器件，称为微波器件。微波器件按其功能可分为微波振荡器（微波源）、功率放大器、混频器、检波器、微波天线、微波传输线等。通过电路设计，可将这些器件组合成各种有特定功能的微波电路，例如，利用这些器件组装成发射机、接收机、天线系统、显示器等，用于雷达、电子战系统和通信系统等电子装备。微波器件按其工作原理和所用材料、工艺不同，又可分为微波电真空器件、微波半导体器件、微波集成电路（固态器件）和微波功率模块。微波电真空器件包括速调管、行波管、磁控管、返波管、回旋管、虚阴极振荡器等，利用电子在真空中运动及与外围电路相互作用产生振荡、放大、混频等各种功能。微波半导体器件包括微波晶体管和微波二极管，具有体积小、重量轻、可靠性好、耗电省等优点，但在高频、大功率情况下，不能完全取代电真空器件。微波集成电路是将具有微波功能的电路用半导体工艺制作在砷化镓或其他半导体材料芯片上，形成功能块，在固态相控阵雷达、电子对抗设备、导弹电子设备、微波通信系统和超高速计算机中，有着广阔的应用前景。 英文 中文 ACCURACY 精度 ACCURACY OVERALL 总体精度 ADAPTER 适配器 ANTENNA MOUNT 天线支架 ATTENUATION 衰减 ATTENUATION STEPS 衰减步进 Attenuators 衰减器 AVERAGE 平均值 AVERAGE POWER 平均功率 BANANA PLUG 香蕉插头 BASE STATIONS 基站 BIAS “TEE” 偏置T形器 BIAS PORT 偏置端口 BINDING POSTS 接线端子 BROADBAND 宽带 BULKHEAD 穿墙 BULLET 插塞式 Chain 链路 COAX ADAPTERS 同轴适配器 Coaxial Cable 同轴电缆 CODE 代码 CONNECTOR 连接器 COUPLED 耦合的 COUPLING 耦合 CW 连续波 CABLE ASSEMBLIES 电缆组件 D SUBMINIATUR E PLUG 超小型 D 插头
微波功率器件进展
微波功率器件进展 由Ge、Si、Ⅲ-V化合物半导体等材料制成的，工作在微波波段的二极管、晶体管称为微波器件。微波即波长介于1m~1mm之间的电磁波，相应频率在300MHz~300GHz之间。微波半导体器件在微波系统中能发挥各方面性能，归纳起来为微波功率产生及放大、控制、接收3个方面。对微波功率器件要求有尽可能大的输出功率和输出效率及功率增益。进入20世纪90年代后，由于MOCVD(金属有机化学气相淀积)和MBE(分子束外延)技术的发展，以及化合物材料和异质结工艺的日趋成熟，使三端微波器件取得令人瞩目的成就，使得HBT(异质结双极型晶体管)、MESFET(肖特基势垒场效应晶体管)以及HEMT(高电子迁移率晶体管)结构的各种器件性能逐年提高。与此同时，在此基础上构成的MMIC(单片集成电路)已实用化，并进人商品化阶段，使用频率基本覆盖整个微波波段，不仅能获得大功率高效率而且，噪声系数小。随着微波半导体器件工作频率的进一步提高，功率容量的增大，噪声的降低以及效率和可靠性的提高，特别是集成化的实现，将使微波电子系统发生新的变化。下面从微波异质结双极晶体管(HBT)，微波功率（MESFET），高电子迁移率晶体管(HEMT)来举例。 1 HBT功率微波器件的特性及设计要点 微波双极型晶体管包括异质结微波双极型晶体管和Si 微波双极型晶体管。Si器件自20世纪60年代进入微波领域后，经过几十年的发展，性能已接近理论极限，并且其理论和制造已非常成熟，这可为后继的第二代、第三代器件借鉴。HBT主要由化合物半导体或合金半导体构成，需要两种禁带宽度不同的材料分别作为发射区和基区，宽带隙材料作发射区，窄带隙材料作基区。当为DHBT(双异质结双极型晶体管)时，集电区与基区材料带隙也不相同。为更加有效地利用异质结晶体管的特性，其结构也不再是普通的平面结构，而是采用双平面结构。 2 MESFET功率微波器件的特性 在上个世纪70年代后期，GaAs单晶及外延技术获得突破，GaAs肖特基势垒栅场效应晶体管(MESFET)得以成功制成。GaAs材料的电子迁移率比Si的高7倍，且漂移速度快，所以GaAs比Si具有更好的高频特性，并具有电路损耗小、噪声低、频带宽、动态范围大、功率大、附加效率高等特点，而且GaAs是直接带隙，禁带宽度大，因而器件的抗电磁辐射能力强，工作温度范围宽，更适合在恶劣的环境下工作。由于GaAs器件具有以上优点，GaAs MESFET已几乎占领了微波应用的各个领域。 20世纪90年代中后期对于SiC材料的研究表明，它的性能指标比GaAs器件还要高一个数量级。SiC具有下列优异的物理特点：高的禁带宽度(4H-SiC，3.2eV)，高的饱和电子漂
详解微波射频器件极限功率损耗与分散
详解微波射频器件极限功率损耗与分散 每个器件都有一个最大的功率极限，不管是有源器件（如放大器），还是无源器件（如电缆或滤波器）。理解功率在这些器件中如何流动有助于在设计电路与系统时处理更高的功率电平。 它能处理多大的功率这是对发射机中的大多数器件不可避免要问的一个问题，而且通常问的是无源器件，比如滤波器、耦合器和天线。但随着微波真空管（如行波管（TWT））和核心有源器件（如硅横向扩散金属氧化物半导体（LDMOS）晶体管和氮化镓（GaN）场效应晶体管（FET））的功率电平的日益增加，当安装在精心设计的放大器电路中时，它们也将受到连接器等器件甚至印刷电路板（PCB）材料的功率处理能力的限制。了解组成大功率器件或系统的不同部件的限制有助于回答这个长久以来的问题。 发射机要求功率在限制范围内。一般来说，这些限制范围由政府机构规定，例如美国联邦通信委员会（FCC）制定的通信标准。但在“不受管制”系统中，比如雷达和电子战（EW）平台中，限制主要来自于系统中的电子器件。每个器件都有一个最大的功率极限，不管是有源器件（如放大器），还是无源器件（如电缆或滤波器）。理解功率在这些器件中如何流动有助于在设计电路与系统时处理更高的功率电平。 当电流流过电路时，部分电能将被转换成热能。处理足够大电流的电路将发热——特别是在电阻高的地方，如分立电阻。对电路或系统设定功率极限的基本思路是利用低工作温度防止任何可能损坏电路或系统中器件或材料的温升，例如印刷电路板中使用的介电材料。电流/热量流经电路时发生中断（例如松散的或虚焊连接器），也可能导致热量的不连续性或热点，进而引起损坏或可靠性问题。温度效应，包括不同材料间热膨胀系数（CTE）的不同，也可能导致高频电路和系统中发生可靠性问题。 热量总是从更高温度的区域流向较低温度的区域，这个原则可以用来将大功率电路产生的热量传离发热源，如晶体管或TWT。当然，从热源开始的散热路径应该包括由能够疏通或耗散热量的材料组成的目的地，比如金属接地层或散热器。不管怎样，任何电路或系统的热管理只有在设计周期一开始就考虑才能最佳地实现。 一般用热导率来比较用于管理射频/微波电路热量的材料性能，这个指标用每米材料每一度（以开尔文为单位）施加的功率（W/mK）来衡量。也许对任何高频电路来说这些材料最重要的一个因素是PCB叠层，这些叠层一般具有较低的热导率。比如低成本高频电路中经常使用的FR4叠层材料，它们的典型热导率只有0.25W/mK。
高功率微波武器
微波武器 概述 微波武器，也称射频武器。一般由微波发生器、天线、定向微波发射装置、控制系统等组成。微波发生器用于发射微波电磁脉冲，天线将微波波束聚成方向性极强、能量极高的窄波束，定向微波发射装置将电子束的能量或爆炸的化学能量转换为微波能量。微波武器通常在远距离上对军事目标和武器的光电设备进行干扰，在近距离上实施杀伤有生力量，引爆各种装药或直接摧毁目标。由于其威力大、速度高、作用距离远，而且看不见、摸不着，往往伤人于无形，与离子束武器、激光武器并称为三大定向能武器，因此，微波武器也被军事专家誉为高技术战场上的“无形杀手”。 1. 研发背景 微波武器高功率微波武器的研发，源于20世纪60年代的东西方技术竞赛。1962年7月，美国进行了当时最高当量，代号为“海星一号”的高空核试验。当天夜里11点零9秒(夏威夷时间)，一枚140万吨当量的热核弹头在太平洋中部400千米的高空被引爆。爆炸产生的大量高密度带电粒子沿着地球磁场向外迸发。它们的回旋运动产生了一束微波脉冲，导致测量仪器失准。爆炸所产生的极光带在洋面上空闪烁，照亮了整个夜空。在距离爆点1 300多千米外的檀香(Honolulu)，脉冲不仅导致防盗警报器此起彼伏，路灯也纷纷熄灭，最后连供电线路也跳闸瘫痪了。当时冷战双方的军事决策层，发现了这次实验中电磁脉冲的破坏潜能，并展开了一场利用这种潜力制造非核武器的竞赛。随后，美国、苏联、英国等都做了大量的微波武器研制工作。 2.作用机理 从杀伤机理上看，高功率微波武器具有电效应、病效应和热效应，既能杀伤人畜，又能破坏武器的电子设备，即具有软/硬杀伤能力。 2.1 对电子电气设备的破坏机理 高功率微波辐射效应从低到高可以大致划分为三级。第一级, 类似于超级干扰系统, 高于当前战场使用的干扰系统功率, 能完全压制敌方通信和雷达系统; 第二级, 功率达到足够破坏敌方电子系统中的微型电路; 第三级, 类似于家用微波炉,功率高到能够加热目标。 高功率微波脉冲对系统及器件的破坏机制主要有以下几种: 1）高压击穿。电磁能接收后转化成高电压或大电流, 由此引起结点、部件或回路间击穿; 2）器件烧毁。包括半导体器件的结烧蚀、连线熔断等; 3) 微波加温。微波可使金属、含水介质加温, 使器件不能正常工作; 4) 电涌冲击。脉冲高电压、大电流进入系统、设备, 电路像电涌一样烧毁器件、电路; 5) 瞬间干扰。当进入的功率较低,导致电路出现干扰, 不能正常工作。
高功率微波武器的现状与趋势
高功率微波武器的现状与趋势 2010-07-09 11:38:33 来源：中国国防科技网 关键字：高功率微波微波武器电磁脉冲精确制导 高功率微波(HPM)是指脉冲峰值功率大于100M W以上的微波。高功率微波武器(HPMW)是与激光武器和粒子武器同时发展的三大定向能武器之一。HPMW经高增益天线定向辐射，将HPM源产生的微波能量聚集在窄波束内，以极高的强度照射目标，杀伤人员，干扰和破坏现代武器系统的电子设备，因此它又称为射频武器。一般认为HPM武器的频率范围主要在1－30GHz之间，输出脉冲功率在1GW以上。从杀伤机理上看，高功率微波武器具有电效应、病效应和热效应，既能杀伤人畜，又能破坏武器的电子设备，即具有软/硬杀伤能力。 高功率微波武器对目标系统的破坏程度取决于其到目标的距离、目标的易损性、产生的功率大小和微波辐射的特性(包括频率、猝发速率和脉冲宽度)等因素。 微波武器 微波是一种能在真空或空气中直线传播，将辐射频率为1000—300000兆赫的电磁波汇聚成一定方向，借高能量攻击损毁作战对象的新型武器。波长很短（1毫米～1米）的高频电磁波，具有传播速度快、穿透力强、抗干扰性好、能被某些物质吸收等特点。微波武器又叫射频武器或电磁脉冲武器，它是利用高能量的电磁波辐射去攻击和毁伤目标的。由于其威力大、速度高、作用距离远，而且看不见、摸不着，往往伤人于无形，因此，被军事专家誉为高技术战场上的“无形杀手”。 微波武器的工作机理，是基于微波与被照射物之间的分子相互作用，将电磁能转变为热能。其特点是不需要传热过程，一下子就可让被照射材料中的很多分子运动起来，使之内外同时受热，产生高温烧毁材料。较低功率的轻型微波武器，主要作为电子对抗手段和“非杀伤武器”使用；而高能微波武器则是一种威力极强的大规模毁灭性武器。 微波武器是隐形飞机的克星。这主要是由隐形飞机自身的设计特点造成的。 隐形飞机为了达到隐形目的，需要尽量减少翼面，有的连水平尾翼和垂直尾翼都取消了，这样就必须采用电传操纵系统、推力矢量系统等先进技术，才能解决飞机的纵向和横向安定性、操纵性等问题，因而比其它飞机对机载电子设备的依赖程度更高。另外，为了改善全机的防探测效果，它们的结构和外表通常都要采用吸波材料和涂料，以便大量吸收雷达波能，不使之反射回去，这是隐形飞机能够“隐身”的原因之一。但是，事物终究一分为二，有所长则必有所短，由于目前大部分军用雷达工作在微波波段，隐形飞机能大量吸收雷达波也就会大量吸收微波，这就铸成其自身的致命弱点，自招“杀身之祸”。当隐形飞机被微波武器发出的高能电磁波照射到时，机体会由于过
PIN二极管的高功率微波响应
第14卷 第2期强激光与粒子束V o l.14,N o.2 2002年3月H IGH POW ER LA SER AND PA R T I CL E B EAM S M ar.,2002 文章编号:100124322(2002)022******* P IN二极管的高功率微波响应Ξ 余 稳1,3 聂建军3, 郭杰荣3, 周传明2, 张义门1 (1.西安电子科技大学微电子研究所,陕西西安710071;2.中国工程物理研究院应用电子学研究所, 四川绵阳621900;3.常德师范学院电子学研究所,湖南常德415000) 摘 要: 利用自行编制的半导体器件模拟程序m PND1D(采用时域有限差分方法,求解器件内部 载流子所满足的非线性、耦合、刚性方程组),对P I N二极管微波限幅器在高功率微波激励下的响应进 行了计算,比较了不同条件下的计算结果,并对二极管微波响应截止频率作了探讨。计算结果表明:随着 激励源幅值的升高,器件截止频率增大;随着脉冲长度减小,器件截止频率降低;随着器件恒定温度值升 高,截止频率下降。 关键词: 二极管限幅器;高功率微波;截止频率 中图分类号:O475;O241.82 文献标识码:A 二极管在高功率微波源激励下的响应特性研究,对开展电磁波对半导体器件的破坏机理研究具有重要意义。P I N限幅器是具有典型意义的器件(如雷达接收端,其最外围部分便是P I N二极管限幅器),因此,我们利用自行研制开发的计算程序m PND1D[1]对此进行了数值计算,并根据计算结果对器件的响应情况进行了分析探讨,该结果对分析器件在不同激励情况下的响应截止频率具有一定的意义,同时也能为分析短脉冲源(如超宽带)对电子系统的作用机理提供参考。计算结果表明:随着激励源幅值的升高,器件截止频率增大;随着脉冲长度减小,器件截止频率降低;随着器件恒定温度值升高,截止频率下降。 1 数值计算 1.1 器件模型及结构参数 采用典型的P I N二极管限幅器(扩散结)模型,器件长度4Λm,截面积10-6c m2,杂质浓度1019c m-3, I区掺杂浓度5×1015c m-3,少子寿命10-6s,其结构与文献[2]中所述相似。计算所用外电路包括二极管旁路电容C(取值2p F)和串联电阻R(取值508)。 1.2 基本算法 半导体器件在外界源激励下的行为,可通过求解由器件内部载流子所满足的由连续性方程、泊松方程、热流方程等8个方程组成的非线性、耦合、刚性方程组获得。采用时域有限差分(FD TD)方法及“混合”算法求解[3]。器件两端采用欧姆接触,且与温度为300K的热阱相连;器件内部初始温度为300K,载流子浓度及电位分布为零偏压时的平衡载流子浓度及电位分布。 2 计算结果及分析 在考虑温度效应(即器件内部温度发生变化)的情况下,对P I N二极管限幅器用振幅为100V,频率在1～300GH z范围内的微波源进行激励,计算结果如图1、图2所示。图1表示在频率分别为1,4GH z 的微波源激励下的电流响应曲线(激励源幅值为负值,表示激励从负半周开始,这样低频时可在第一周期明显看出器件雪崩击穿过程),从图1可看出,随着激励源频率的增加,器件电流达到稳定值所需时间越来越长。但计算发现,当频率增加到某一数值时(此处约20GH z),器件电流幅度值明显下降,且不再有如图1所示的幅值逐渐增大的过程。图2表示器件电流振幅稳定值及达到稳定所需时间随频率的变 Ξ收稿日期:2001205218; 修订日期:2001211202 基金项目:国家863强辐谢重点实验基金项目(99202);湖南省自然科学基金项目(00JJJY2009) 作者简介:余 稳(19662),男,湖南益阳人,博士研究生,副教授。
带状电子束高功率微波源输出系统研究
目录 摘要 (i) ABSTRACT ........................................................................................................ i ii 第一章绪论 .. (1) 1.1 高功率微波 (1) 1.1.1 高功率微波 (1) 1.1.2 高功率微波源 (1) 1.2 高功率微波输出系统 (4) 1.2.1 传统高功率微波源输出系统 (4) 1.2.2 带状电子束高功率微波源输出系统 (8) 1.3 课题的研究内容及结构安排 (9) 第二章带状电子束微波源收集极 (11) 2.1 收集极结构对微波传输的影响 (11) 2.1.1 收集极厚度对微波传输的影响 (12) 2.1.2 收集极轴向长度对微波传输的影响 (15) 2.1.3 收集极倒角对微波传输的影响 (16) 2.1.4 收集极倾斜对微波传输的影响 (16) 2.1.5 收集极y方向偏离对微波传输的影响 (17) 2.2 收集极的初步热分析 (18) 2.3 小结 (21) 第三章模式转换器的设计研究 (22) 3.1 大横纵比TM11-TE10模式转换器的原理型设计 (22) 3.1.1 隔断插板的设计 (23) 3.1.2 相移插板的设计 (24) 3.1.3 功率合成段的设计 (25) 3.1.4 补偿插板的设计 (26) 3.1.5 不同横纵比的影响 (27) 3.1.6 功率容量的估算 (28) 3.2 TM11-TE10模式转换器的紧凑型设计 (28) 3.3 标准TEM-大横纵比TE10模式转换器设计 (29) 3.4 标准TEM-大横纵比TM11模式转换器设计 (35) 3.5 小结 (39)
高功率微波武器概述
高功率微波武器 摘要：高功率微波武器作为一种新概念武器，与传统武器相比有很多自身的特点，随着技术的进步和新军事变革的进一步推进，高功率微波武器的应用势在必行。以下介绍了高功率微波武器的概念、分类、组成，发展过程以及典型的军事应用。 前言： 未来战争将是高度信息化的高技术战争，作战双方的指挥、控制、通信、情报甚至武器系统本身均离不开信息技术的支持，夺取信息优势将成为战争获胜的重要保证。在战场上，信息网络是由地面、空中和空间的各个信息节点和他们之间的链路构成的。高功率微波(HPM)武器由于其自身的特性而将成为战成信息中最为有效的攻击手段之一，而且随着武器系统和平台中电子化程度的进一步提高，其作用会更加明显。 高功率微波武器是未来电子战中对付电子设备和武器系统的新一代电子战武器装备，是电子战武器系统及其技术一次新的革命。它不仅可以与雷达兼容构成一体化系统，实施低功率探测、跟踪目标，对目标进行干扰，还可以迅速提高功率，对目标实施硬杀伤摧毁，或者对目标的电子设备实施破坏，或对人员进行杀伤使之丧失战斗能力。 1.高功率微波武器的概念与原理 高功率微波(HPM)是指峰值功率超过100MW、频率在1 ～300GHz之间的微波。高功率微波武器(HPMW)是将高功率微波源产生的微波, 经高增益天线定向辐射,将微波能量会聚在窄波束内,以极高的强度照射目标, 杀伤人员和干扰、破坏现代武器系统的电子设备。 高功率微波武器的基本原理：初级能源(电能或化学能)经过能量转换装置(强流加速器或爆炸磁压缩换能器等)车拿变为高功率脉冲相对论电子束。在特殊设计的高功率微波器件内，电子束与电磁场相互作用，产生高功率电磁波。这种电磁波经低衰减定向装置变成高功率微波波束发射，到达目标表面后，经过“前门”
同轴式反射三极管高功率微波源
第11卷 第1期强激光与粒子束V o l.11,N o.1 1999年2月H IGH POW ER LA SER AND PA R T I CL E BEAM S Feb.,1999 同轴式反射三极管高功率微波源Ξ 胡红庆 杨中海 (电子科技大学高能电子学研究所,成都610054) 摘 要 运用两维半、全电磁模型的M A G I C程序对同轴式反射三极管中的虚阴极振荡 现象进行了粒子模拟研究。模拟结果表明,同轴式反射三极管的辐射主要由在实2虚阴极之间 来回振荡的反射电子提供,得到的微波瞬时峰值输出功率可达兆瓦级,瞬时峰值效率在1%左 右,提高效率的方法是在腔中央加一个收集极。 关键词 同轴式反射三极管 虚阴极 粒子模拟 中图分类号 TN321.5 随着强流脉冲技术在效应模拟、惯性约束聚变以及其它高能量密度物理方面的发展,产生了一些主要依赖强流相对论束流的器件,如相对论速调管、虚阴极振荡器等。与其它微波源相比,通常被称为vircato r的虚阴极振荡器具有物理概念和结构简单等特点,微波辐射的峰值功率可达G W数量级,且调谐方便。因此这类器件一直是人们研究的热点[1～4]。同时,又由于它的效率极低(一般只有1%)以及宽带等缺点,因而制约着它的进一步发展。近年来,利用谐振腔技术实现与虚阴极之间的锁频、锁相[5],以及Kw an和D avis提出的减少反射电子影响的red2 itron结构等[6],都是为了减小带宽,增加微波输出的效率。 目前国内外研究的重点是一种新型的虚阴极振荡器件同轴式反射三极管(CR TV)[7]。这种类型器件中的虚阴极是由径向收敛的电子束形成的,无需外加引导磁场,可以工作在极高的工作电流上,因此可望得到较高的输出功率及效率。本文对CR TV器件进行了P I C模拟研究,从中得到了一些有意义的结论。 1 物理模型及模拟方法 本文研究了具有负脉冲阴极及接地阳极这种结构的同轴式反射三极管,如图1所示。在模拟中将T E M波从同轴真空传输线的右端注入,设脉冲上升的前沿时间为1n s。当径向场发射二极管中的电场超过2×107V m时,在阴极发射面产生爆炸式发射,径向电子束在二极管加速电场的作用下,通过一阳极薄膜,进入到同轴漂移空间。由于空间电荷效应的影响,在此区域形成一负的势阱,阻止束流的传输。当注入束流大于空间电荷限制电流时,将会在阳极薄膜的附近形成虚阴极。在此条件下,大多数电子被反射回二极管区域,而一些电子则继续向前运动。 在CR TV产生高功率微波输出的物理过程中,电子和场主要在径向相互作用,因而可以忽略当电子在Η方向的运动,因此这可以简化为一个二维问题。为此我们采用一个二维半全电磁模型的粒子模拟编码程序M A G I C,对该问题进行了P I C模拟研究。 M A G I C采用有限实域差分的方法,自洽地联立求解M axw el方程组和L o ren tz运动方程。在模拟计算中考虑了粒子在径向和纵向(r和z)的位置变化,速度在三个方向的变化,即 Ξ国家863激光技术领域及国家自然科学基金资助课题 1998年9月11日收到原稿,1998年12月20日收到修改稿。 胡红庆,男,1968年5月出生,在读博士