高功率微波武器与天线(二)

王仁德，何炳发

(南京电子技术研究所，南京 210039)

6 对抗高功率微波的措施、研究中的安全防护

HPM 和EMP 的脉冲特性各异，电子设备的屏蔽措施难免顾此失彼，因此全面抗脉冲加固的费用是很大的。

屏蔽、屏蔽、再屏蔽，严格屏蔽;吸收、吸收、再吸收，加吸收材料。

在实现高增益的同时，尽量抑制旁瓣，避免对己方人员和设备造成不良的影响。

HPW 可能的防护加固技术:(1)屏蔽或加滤波器，屏蔽的最好方法是编织柔性金属电缆外壳;(2)密封填料;(3)排除LOS 穿透的多层屏蔽;(4)焊接结构;(5)使用光学通信技术，例如光纤系统;(6)最小旁瓣的窄束天线;(7)极力排除接近频带的信号;(8)改进缩小同轴火花隙;(9)普接导电箔;(10)内在的光学连接;(11)重要数据及时备份。

7 研究的仪器、仪表、设备、方法和手段

高功率微波具有功率高、脉冲短和模式复杂等特点，高功率微波的测量技术不同于常规的微波测量。随着高功率微波源的进一步发展，比如同轴相对论返波管及3 GW 相对论返波管的研制，需要提供相应的在线功率测量系统(在线耦合探针测量系统功率容量)，为微波源提供实时监测和功率测量。

限制在线耦合探针测量系统功率容量的主要因素是测量系统的击穿，其击穿将导致耦合出的HPW 脉冲后沿截断、幅值变小等现象发生，从而导致功率测量不准。探针测量系统的击穿和探针测量通路的击穿。

空间辐射场功率密度测量方法与装置。

如果在天线远区辐射场中测得距天线口面R处的功率密度为S，则HPW 炮的等效辐射功率可以依据下式确定

式中，Pt是HPW 炮的产生功率;Gt是发射天线的增益;Pr为接收功率;Ae为接收天线有效面积。实验中，R 可以通过GPS 接收机测定，只要能够测得辐射场的功率密度S，就可以确定HPW 炮的等效辐射功率PtGt。

在国内某实验中，使用了两种辐射场功率密度测量系统。系统一的功率探头采用检波二极管，实验中使用反向二极管检波器，该类型检波器的特点是具有良好的温度稳定性和时间响应特性。系统二采用半导体热载流子体探测器，其特点是承受功率高、动态范围大(接近20 dB)、输出幅值大(可以达到几伏)和抗干扰能力强等。实验中使用两种开口波导作为接收天线，开口波导是低增益天线，其方向图的主瓣宽度达到70°以上，所以在使用过程中，瞄准精度对测量结果影响不大。

测量系统的时间响应主要取决于功率探测器的时间响应。实验中使用的反向二极管检波器的时间响应小于1.2 ns。对半导体探测器的时间响应小于2 ns。

高功率微波武器测试场本身就是一个大系统、多学科的特殊装备的专用测试场，它是不能与常规的微波设备测试场混用的。

8 目前的水平和困难

在对付一些特殊掩体中的设备时，高功率微波弹头比炸药弹头有效得多。当前阻碍高功率微波武器投入战场的主要原因有两个，一是功率和能量不足，射程有限;二是系统效率比较低，紧凑化程度不够。当前微波弹的方案有两种，较早的一种是采用爆炸磁压缩的方式，而较新的一种是利用电容器向一个电弧振荡器放电，3 mm 和8 mm 的微波武器性能指标，见表5。

表5 3 mm 和8 mm 的微波武器性能指标

软杀伤、工艺或技术较为简单的高功率微波武器可能很快问世，但研制成功使其真正地用于实战的高效能高功率微波武器还需要相当长的时间。

9 能量的极限［5，6］

在最大功率传送能力方面椭圆截面波导最好，标准2 ∶1 矩形截面波导稍次。波导壁的场致发射是对波导的功率传送能力的主要限制。高功率微波传输波导要抽真空，真空级别约10－6mmHg。

波导中的峰值功率是

已知频率、波导尺寸和峰值电场E0(与击穿问题有关)，就能计算波导中所能传送的峰值功率大小Ppeak瓦特数，已知Ppeak波导尺寸和频率，就能计算波导中的峰值电场E0(在给定真空度下)。

HPM 电场使高速运动电子与中性空气分子碰撞，由于所谓的雪崩电离，使HPM 传输的路径中产生大量电子，导致空气击穿。大气击穿等离子体强烈衰减或反射脉冲的尾部，这就是“尾蚀”。脉冲的尾蚀大小取决于微波脉冲的电场强度、载频、脉冲宽度和大气压强等。

在脉冲通过的路径上建立可反射微波能量的等离子体屏需要一定的时间，由此可定义逃逸时间的概念(一个脉冲在等离子屏建立起来之前穿过大气)。

高功率微波的传输应保证在空气介质中的峰值电场不超过1 MV/m，在一个大气压的六氟化硫SF6气体中不超过3 MV/m。10 公里高度以下，大气能够承受大于105W/cm2的功率密度。

频率低于1 GHz 时，大气衰减不大。高于10 GHz时，大气衰减变得十分重要，雨衰更大。雾和雪的衰减比雨的衰减小得多。远距离全天侯要求HPM 武器的工作频率应低于22 GHz 或在靠近35 GHz、94 GHz、140 GHz 或220 GHz。

10 高功率微波武器的安全问题

高功率微波武器不仅是战时电子对抗和防空作战的理想武器，也是进行恐怖活动的理想工具。同时，高功率微波武器也可作为杀伤敌方人员的失能和致死性武器的一种选择。平时在武器研制、生产、操作和训练过程中低剂量高功率微波接触和事故性大剂量暴露均可造成人员伤亡。

俄罗斯早年制造的可装入手提箱的电子炸弹可发射10 GW 脉冲，小型紧凑高功率微波武器有被恐怖组织利用的可能性。

11 结 语

综上所述，无论是从防御还是从进攻来说，都必须要了解高功率微波武器，必须要研究高功率微波武器。总之一句话:我们也要搞高功率微波武器。

［1］CLAYBORNE，D TAYLER，et al.高功率微波系统和效应［Z］.中国工程物理研究院科技信息中心出版，1992.

［2］SWEGLE J A，BENFORD J N. High－Power Microwaves at 25 Years:The Current State of Development［C］//BEAMS'98:12th International Conference on High－Power Particle Beams，IEEE，1998:149－152.

［3］RAHMAT－SAMII Y，DUAN D W，GIRI D V，et al.Canonical Examples of Reflector Antennas for High－Power Microwave Applications［J］. IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility，1992，34(3):197－205.

［4］BENFORD JAMES，SWEGLE JOHN. High power microwaves［M］.Artech House，1992.

［5］段耀勇，陈雨生. 高功率微波脉冲大气击穿及其对能量传输的影响［J］.微波学报，2000，16(3):260－266.

［6］GOEBEL D M，SCHUMACHER R W，EISENHART R L.Performance and Pulse Shortening Effects in a 200－kV PASOTRON HPM Source［J］.IEEE Transactions on Plasma Science，1998，26(3):354－365.