王仁德，何炳發(fā)

(南京電子技術(shù)研究所，南京 210039)

6 對抗高功率微波的措施、研究中的安全防護(hù)

HPM 和EMP 的脈沖特性各異，電子設(shè)備的屏蔽措施難免顧此失彼，因此全面抗脈沖加固的費(fèi)用是很大的。

屏蔽、屏蔽、再屏蔽，嚴(yán)格屏蔽;吸收、吸收、再吸收，加吸收材料。

在實(shí)現(xiàn)高增益的同時，盡量抑制旁瓣，避免對己方人員和設(shè)備造成不良的影響。

HPW 可能的防護(hù)加固技術(shù):(1)屏蔽或加濾波器，屏蔽的最好方法是編織柔性金屬電纜外殼;(2)密封填料;(3)排除LOS 穿透的多層屏蔽;(4)焊接結(jié)構(gòu);(5)使用光學(xué)通信技術(shù)，例如光纖系統(tǒng);(6)最小旁瓣的窄束天線;(7)極力排除接近頻帶的信號;(8)改進(jìn)縮小同軸火花隙;(9)普接導(dǎo)電箔;(10)內(nèi)在的光學(xué)連接;(11)重要數(shù)據(jù)及時備份。

7 研究的儀器、儀表、設(shè)備、方法和手段

高功率微波具有功率高、脈沖短和模式復(fù)雜等特點(diǎn)，高功率微波的測量技術(shù)不同于常規(guī)的微波測量。隨著高功率微波源的進(jìn)一步發(fā)展，比如同軸相對論返波管及3 GW 相對論返波管的研制，需要提供相應(yīng)的在線功率測量系統(tǒng)(在線耦合探針測量系統(tǒng)功率容量)，為微波源提供實(shí)時監(jiān)測和功率測量。

限制在線耦合探針測量系統(tǒng)功率容量的主要因素是測量系統(tǒng)的擊穿，其擊穿將導(dǎo)致耦合出的HPW 脈沖后沿截斷、幅值變小等現(xiàn)象發(fā)生，從而導(dǎo)致功率測量不準(zhǔn)。探針測量系統(tǒng)的擊穿和探針測量通路的擊穿。

空間輻射場功率密度測量方法與裝置。

如果在天線遠(yuǎn)區(qū)輻射場中測得距天線口面R處的功率密度為S，則HPW 炮的等效輻射功率可以依據(jù)下式確定

式中，Pt是HPW 炮的產(chǎn)生功率;Gt是發(fā)射天線的增益;Pr為接收功率;Ae為接收天線有效面積。實(shí)驗(yàn)中，R 可以通過GPS 接收機(jī)測定，只要能夠測得輻射場的功率密度S，就可以確定HPW 炮的等效輻射功率PtGt。

在國內(nèi)某實(shí)驗(yàn)中，使用了兩種輻射場功率密度測量系統(tǒng)。系統(tǒng)一的功率探頭采用檢波二極管，實(shí)驗(yàn)中使用反向二極管檢波器，該類型檢波器的特點(diǎn)是具有良好的溫度穩(wěn)定性和時間響應(yīng)特性。系統(tǒng)二采用半導(dǎo)體熱載流子體探測器，其特點(diǎn)是承受功率高、動態(tài)范圍大(接近20 dB)、輸出幅值大(可以達(dá)到幾伏)和抗干擾能力強(qiáng)等。實(shí)驗(yàn)中使用兩種開口波導(dǎo)作為接收天線，開口波導(dǎo)是低增益天線，其方向圖的主瓣寬度達(dá)到70°以上，所以在使用過程中，瞄準(zhǔn)精度對測量結(jié)果影響不大。

測量系統(tǒng)的時間響應(yīng)主要取決于功率探測器的時間響應(yīng)。實(shí)驗(yàn)中使用的反向二極管檢波器的時間響應(yīng)小于1.2 ns。對半導(dǎo)體探測器的時間響應(yīng)小于2 ns。

高功率微波武器測試場本身就是一個大系統(tǒng)、多學(xué)科的特殊裝備的專用測試場，它是不能與常規(guī)的微波設(shè)備測試場混用的。

8 目前的水平和困難

在對付一些特殊掩體中的設(shè)備時，高功率微波彈頭比炸藥彈頭有效得多。當(dāng)前阻礙高功率微波武器投入戰(zhàn)場的主要原因有兩個，一是功率和能量不足，射程有限;二是系統(tǒng)效率比較低，緊湊化程度不夠。當(dāng)前微波彈的方案有兩種，較早的一種是采用爆炸磁壓縮的方式，而較新的一種是利用電容器向一個電弧振蕩器放電，3 mm 和8 mm 的微波武器性能指標(biāo)，見表5。

表5 3 mm 和8 mm 的微波武器性能指標(biāo)

軟殺傷、工藝或技術(shù)較為簡單的高功率微波武器可能很快問世，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)長的時間。

9 能量的極限［5，6］

在最大功率傳送能力方面橢圓截面波導(dǎo)最好，標(biāo)準(zhǔn)2 ∶1 矩形截面波導(dǎo)稍次。波導(dǎo)壁的場致發(fā)射是對波導(dǎo)的功率傳送能力的主要限制。高功率微波傳輸波導(dǎo)要抽真空，真空級別約10－6mmHg。

波導(dǎo)中的峰值功率是

已知頻率、波導(dǎo)尺寸和峰值電場E0(與擊穿問題有關(guān))，就能計算波導(dǎo)中所能傳送的峰值功率大小Ppeak瓦特數(shù)，已知Ppeak波導(dǎo)尺寸和頻率，就能計算波導(dǎo)中的峰值電場E0(在給定真空度下)。

HPM 電場使高速運(yùn)動電子與中性空氣分子碰撞，由于所謂的雪崩電離，使HPM 傳輸?shù)穆窂街挟a(chǎn)生大量電子，導(dǎo)致空氣擊穿。大氣擊穿等離子體強(qiáng)烈衰減或反射脈沖的尾部，這就是“尾蝕”。脈沖的尾蝕大小取決于微波脈沖的電場強(qiáng)度、載頻、脈沖寬度和大氣壓強(qiáng)等。

在脈沖通過的路徑上建立可反射微波能量的等離子體屏需要一定的時間，由此可定義逃逸時間的概念(一個脈沖在等離子屏建立起來之前穿過大氣)。

高功率微波的傳輸應(yīng)保證在空氣介質(zhì)中的峰值電場不超過1 MV/m，在一個大氣壓的六氟化硫SF6氣體中不超過3 MV/m。10 公里高度以下，大氣能夠承受大于105W/cm2的功率密度。

頻率低于1 GHz 時，大氣衰減不大。高于10 GHz時，大氣衰減變得十分重要，雨衰更大。霧和雪的衰減比雨的衰減小得多。遠(yuǎn)距離全天侯要求HPM 武器的工作頻率應(yīng)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問題

高功率微波武器不僅是戰(zhàn)時電子對抗和防空作戰(zhàn)的理想武器，也是進(jìn)行恐怖活動的理想工具。同時，高功率微波武器也可作為殺傷敵方人員的失能和致死性武器的一種選擇。平時在武器研制、生產(chǎn)、操作和訓(xùn)練過程中低劑量高功率微波接觸和事故性大劑量暴露均可造成人員傷亡。

俄羅斯早年制造的可裝入手提箱的電子炸彈可發(fā)射10 GW 脈沖，小型緊湊高功率微波武器有被恐怖組織利用的可能性。

11 結(jié) 語

綜上所述，無論是從防御還是從進(jìn)攻來說，都必須要了解高功率微波武器，必須要研究高功率微波武器?？傊痪湓?我們也要搞高功率微波武器。

［1］CLAYBORNE，D TAYLER，et al.高功率微波系統(tǒng)和效應(yīng)［Z］.中國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，陳雨生. 高功率微波脈沖大氣擊穿及其對能量傳輸?shù)挠绊懀跩］.微波學(xué)報，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.