國(guó)內(nèi)外高功率微波技術(shù)發(fā)展

• 李芬珍子 2023年2月28日 來(lái)源：中研網(wǎng) 973 61
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一、高功率微波傳輸器件技術(shù)發(fā)展

（一）模式變換器

對(duì)于高頻高功率系統(tǒng)，模式變換器包括波導(dǎo)形式和準(zhǔn)光形式兩種。波導(dǎo)模式變換器屬于管壁閉合型，其輸出方向還可以根據(jù)角度要求來(lái)設(shè)計(jì)，適用于對(duì)低階模式進(jìn)行轉(zhuǎn)換。根據(jù)口徑形狀來(lái)劃分，波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的模式變換器有方口型、圓口型、同軸型、矩-圓型、插片型及其他一些介質(zhì)加載結(jié)構(gòu)的模式變換器。如果以波導(dǎo)模式變換器的軸向輪廓曲線來(lái)劃分，可以分為同半徑彎曲結(jié)構(gòu)、半徑漸變結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)及波紋開(kāi)槽結(jié)構(gòu)。其輪廓函數(shù)既可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定進(jìn)行優(yōu)化得到，也可以通過(guò)樣本點(diǎn)優(yōu)化得到。而對(duì)工作于高階模式的系統(tǒng)，波導(dǎo)模式變換器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，轉(zhuǎn)換效率低下，窄帶寬，波導(dǎo)結(jié)構(gòu)不適宜用于該系統(tǒng)，而須采用準(zhǔn)光模式變換器。目前準(zhǔn)光模變器件主要有弗拉索夫輻射器和丹尼索夫輻射器兩種。本文著重研究的是圓波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的模式變換器，故下述提及的模式變換器指的是圓波導(dǎo)結(jié)構(gòu)類型的模式變換器。

（二）過(guò)渡器

在微波毫米波系統(tǒng)中，往往微波源與微波輸出窗口的連接端口口徑或方向不一致，這個(gè)時(shí)候就需要一個(gè)微波過(guò)渡器件來(lái)實(shí)這些器件端口間的匹配，同時(shí)保證端口輸出模式高純度，且仍為輸入口的微波模式，這種微波過(guò)渡器件稱為過(guò)渡器。當(dāng)前微波毫米波系統(tǒng)中，波導(dǎo)過(guò)渡器是比較常用的一種微波傳輸器件。

對(duì)于過(guò)渡器而言，希望有很高的模式純度，激勵(lì)起的雜模達(dá)到最小，能量反射最少。但如果兩端口間口徑相差較大或彎曲角度較大，模式間將會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的模式耦合，工作模式將發(fā)生畸變或者引入無(wú)法忍受的雜模強(qiáng)度。因而，精心設(shè)計(jì)出尺寸合適、模式純度高的過(guò)渡器就尤為重要。

根據(jù)微波過(guò)渡器的軸型來(lái)分類則主要包括軸向?qū)ΨQ過(guò)渡器和轉(zhuǎn)彎過(guò)渡器。對(duì)于縱向傳輸系統(tǒng)，往往需要用到半徑漸變結(jié)構(gòu)的過(guò)渡器以匹配端口間尺寸。而對(duì)于橫向輸出結(jié)構(gòu)，往往要用到90°彎頭或其他固定角度的過(guò)渡器。這種轉(zhuǎn)彎過(guò)渡器又包括光滑漸變結(jié)構(gòu)和直角突變結(jié)構(gòu)。因此，每一種應(yīng)用類型都有著不同的設(shè)計(jì)思路。

二、高功率微波輻射技術(shù)研究

（一）國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

國(guó)外高功率微波技術(shù)正處在一個(gè)快速發(fā)展并將逐步走向應(yīng)用的重要時(shí)期，美國(guó)等加大投入，用以推動(dòng)高功率微波技術(shù)的發(fā)展。2012年4月，美國(guó)發(fā)展戰(zhàn)略與預(yù)算評(píng)估中心(Center for strategic and budgetary assessments，CSBA)發(fā)表了題為“改變游戲的規(guī)則——定向能武器的發(fā)展前景”的研究報(bào)告，其中一部分內(nèi)容是對(duì)高功率微波技術(shù)進(jìn)行了分析與判斷，給出了今后高功率微波技術(shù)的發(fā)展建議。對(duì)國(guó)外公開(kāi)的技術(shù)資料進(jìn)行綜合分析可以看出：

(1)美國(guó)公布了他們正在研發(fā)空基高功率微波武器的試驗(yàn)情況，由于空基運(yùn)載平臺(tái)對(duì)高功率微波系統(tǒng)的體積、重量有明顯的限制，且微波在大氣中傳輸?shù)墓β拭芏入S距離的平方迅速衰減，致使其有效作戰(zhàn)距離較短。因此美國(guó)計(jì)劃把高功率微波戰(zhàn)斗部裝載于隱身無(wú)人機(jī)或巡航導(dǎo)彈上，用以突防到敵方領(lǐng)域?qū)嵤┑纸簟?/p>

(2)美國(guó)有開(kāi)展地(海)基高功率微波武器的計(jì)劃，俄羅斯也有相應(yīng)的技術(shù)基礎(chǔ)，這種武器可用于防空反導(dǎo)，破壞其制導(dǎo)系統(tǒng)和通信裝置，達(dá)到防御目的。

(3)美國(guó)空軍在未來(lái)武器構(gòu)想中，提出了發(fā)展天基高功率微波武器的計(jì)劃，該計(jì)劃是把高功率微波裝置放在衛(wèi)星上，用以對(duì)抗地面、空中和太空的目標(biāo)，損傷他們的電子系統(tǒng)。

(4)高功率微波武器具有非致命性，美國(guó)等正在開(kāi)發(fā)高功率微波非致命性武器，用以反恐和維穩(wěn)，或提高作戰(zhàn)部隊(duì)的防御能力，執(zhí)行人道主義行動(dòng)和非戰(zhàn)斗人員撤離等任務(wù)。

(5)回顧高功率微波技術(shù)的發(fā)展歷程，人們往往對(duì)它的期望值過(guò)高。美國(guó)學(xué)者認(rèn)為，高功率微波武器并不是完美無(wú)缺的“殺手锏”，更不會(huì)完全取代常規(guī)動(dòng)能武器，它要與其他武器結(jié)合起來(lái)，才能最大限度地發(fā)揮效能，從而實(shí)現(xiàn)全面的打擊及防御能力。

(6)高功率(強(qiáng)調(diào)峰值功率)、長(zhǎng)脈沖(強(qiáng)調(diào)脈沖的能量)、高重頻(強(qiáng)調(diào)平均功率)、高效率、頻率可調(diào)以及器件的固態(tài)化、緊湊化和輕型化是高功率微波技術(shù)發(fā)展永恒的課題，只有解決好這些技術(shù)或問(wèn)題，高功率微波技術(shù)才能更好地與運(yùn)載平臺(tái)結(jié)合并進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用階段。

(7)探索新原理、新技術(shù)，突破單個(gè)高功率微波源的功率容量限制，發(fā)展高功率微波功率合成技術(shù)，研究高功率微波與電子系統(tǒng)相互作用的新機(jī)理，是當(dāng)前這一領(lǐng)域研究的重要內(nèi)容。

（二）典型HPM天線

國(guó)外在高功率微波系統(tǒng)中脈沖輻射天線研究方面起步較早，全世界最早的無(wú)線電鏈路通信是1887年Hertz在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)完成的，其中采用的饋電單元術(shù)無(wú)線電傳播中的偶極子天線，非封閉圓環(huán)屬于無(wú)線電傳播中的環(huán)天線，此后，有不同的學(xué)者相繼對(duì)脈沖輻射天線進(jìn)行了深入研究，此時(shí)關(guān)于天線的概念以及天線的形狀都得到了快速發(fā)展，雙圓錐偶極子結(jié)構(gòu)、菱形板結(jié)構(gòu)以及三角形平面天線結(jié)構(gòu)均是天線結(jié)構(gòu)方面的創(chuàng)新。當(dāng)前的取樣技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及高速脈沖形成技術(shù)都為新型脈沖天線的研究奠定了基礎(chǔ)。其中Vlasov天線可以將TM0，1模式的電磁波轉(zhuǎn)化成脈沖，并且輻射出去，在輻射功率峰值穩(wěn)定工程中不需要模式轉(zhuǎn)化器，因而在高功率微波系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。

我國(guó)在高功率微波技術(shù)方面的研究開(kāi)始的時(shí)間較晚，而且研究進(jìn)展較為緩慢，在研究過(guò)程中出現(xiàn)了一定的接收脈沖信號(hào)裝置、出現(xiàn)了不同類型的脈沖天線，其中就有專門在高功率微波輻射中應(yīng)用的脈沖天線，不過(guò)由于我國(guó)技術(shù)較為落后、研究起步遲，在不同的研究領(lǐng)域與國(guó)際上其它國(guó)家相比，存在著明顯的不足，因此在今后較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)還需要不斷地開(kāi)拓創(chuàng)新。

（三）HPM輻射技術(shù)中存在的問(wèn)題

高功率微波武器主要的攻擊目標(biāo)是雷達(dá)、通信、導(dǎo)航、計(jì)算機(jī)軍用電子設(shè)備、武器控制及制導(dǎo)系統(tǒng)，能夠擊穿電子元件，燒毀敵方電子設(shè)備，永久地?fù)p壞電子系統(tǒng)。由于高功率微波武器幾乎可以對(duì)付所有現(xiàn)代最先進(jìn)的武器，在的政治和軍事形勢(shì)下越來(lái)越顯示出極高的應(yīng)用價(jià)值。高功率微波技術(shù)的高速發(fā)展，使其在功率上已經(jīng)達(dá)到了武器應(yīng)用的水平，在軍事領(lǐng)域的用途也越來(lái)越廣泛。高功率微波武器已經(jīng)成為對(duì)付高技術(shù)兵器的新型武器系統(tǒng)，成為現(xiàn)代電子武器大家族中的佼佼者。據(jù)估計(jì)，軟殺傷、工藝或技術(shù)較為簡(jiǎn)單的高功率微波武器可能很快問(wèn)世，但研制成功使其真正地用于實(shí)戰(zhàn)的高效能高功率微波武器還需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。我國(guó)的科技工作者也應(yīng)該清醒地認(rèn)識(shí)到高功率微波武器的時(shí)代就要到來(lái)，加快高功率微波武器的研究、開(kāi)發(fā)和對(duì)高功率微波武器的防護(hù)。

《2022-2027年國(guó)內(nèi)外高功率微波技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用調(diào)研報(bào)告》由中研普華高功率微波行業(yè)分析專家領(lǐng)銜撰寫，主要分析了高功率微波行業(yè)的市場(chǎng)規(guī)模、發(fā)展現(xiàn)狀與投資前景，同時(shí)對(duì)高功率微波行業(yè)的未來(lái)發(fā)展做出科學(xué)的趨勢(shì)預(yù)測(cè)和專業(yè)的高功率微波行業(yè)數(shù)據(jù)分析，幫助客戶評(píng)估高功率微波行業(yè)投資價(jià)值。

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