王永芳，于檳愷，王凌云

(1.中國航天系統(tǒng)科學(xué)與工程研究院，北京 100048；2.北京航天動(dòng)力研究所，北京 100076)

0 引 言

高功率微波武器也稱射頻武器或電磁脈沖武器，是利用高功率電磁波束攻擊敵方電子設(shè)備目標(biāo)和作戰(zhàn)人員的一種定向能武器，其特點(diǎn)是全天候、光速攻擊、精確打擊、面殺傷、豐富的彈藥、低成本，主要用于毀傷電子設(shè)備，瓦解敵方武器的作戰(zhàn)能力，將在空間攻防對(duì)抗和信息對(duì)抗中發(fā)揮重要作用，對(duì)新軍事變革產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響[1]。

為了更全面地了解國內(nèi)外高功率微波武器技術(shù)發(fā)展情況，本文基于德溫特世界專利數(shù)據(jù)庫進(jìn)行專利檢索，共獲取了337項(xiàng)相關(guān)專利，檢索截止日期為2018年10月20日。通過對(duì)高功率微波武器全球?qū)＠治觯芯咳蚣夹g(shù)發(fā)展趨勢(shì)、國家或地區(qū)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，以及全球主要?jiǎng)?chuàng)新主體的專利申請(qǐng)情況，有助于國內(nèi)科研單位了解全球高功率微波武器技術(shù)的發(fā)展動(dòng)態(tài)，洞悉國外技術(shù)發(fā)展重點(diǎn)和發(fā)展方向，從而對(duì)國內(nèi)高功率微波武器技術(shù)發(fā)展提供參考。

1 技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)分析

如圖1所示，全球高功率微波武器專利申請(qǐng)時(shí)段可劃分為兩個(gè)階段，分別為萌芽期(1977年～2003年)、發(fā)展期(2004年～2018年)。近年，在軍事需求與技術(shù)進(jìn)步的共同驅(qū)動(dòng)下，高功率微波武器技術(shù)呈現(xiàn)快速發(fā)展趨勢(shì)。

圖1 高功率微波武器技術(shù)全球?qū)＠暾?qǐng)趨勢(shì)Fig.1 Globe patent application trends of high power microwave weapon

1.1 萌芽期

在萌芽期(1977年～2003年)，高功率微波武器技術(shù)領(lǐng)域的專利申請(qǐng)較少，年平均申請(qǐng)量在4項(xiàng)左右。此階段的專利申請(qǐng)涉及高功率微波源器件，主要來自于美國和俄羅斯(包括前蘇聯(lián))。

在該階段，俄羅斯高功率微波源技術(shù)取得了較大突破，并已經(jīng)研制陸基高功率微波發(fā)射系統(tǒng)樣機(jī)，其相關(guān)專利主要涉及磁控管和加速器的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

該階段初期，美國專利主要來自于美國政府，涉及高功率微波系統(tǒng)總體技術(shù)。美國國防部從20世紀(jì)70年代開始研究微波武器，20世紀(jì)80年代，在美國國防部的高功率微波武器發(fā)展政策推動(dòng)下，美國相關(guān)專利申請(qǐng)量開始上升。其中，美國在1985年制定的“戰(zhàn)略防御倡議”和1987年國防部的“平衡技術(shù)倡議”中，均將高功率微波武器列為重點(diǎn)研究項(xiàng)目[2-3]；20世紀(jì)90年代，美國國防部還在一些綱領(lǐng)性文件中，將微波/電磁脈沖武器列入發(fā)展清單[4]。上述美國發(fā)展政策有力推動(dòng)了高功率微波武器的技術(shù)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了高功率微波源和脈沖源器件的技術(shù)突破，促進(jìn)了專利申請(qǐng)量的上升。

1.2 發(fā)展期

在發(fā)展期(2004年～2018年)，高功率微波武器技術(shù)領(lǐng)域的專利申請(qǐng)量呈現(xiàn)波動(dòng)式增長(zhǎng)趨勢(shì)，年均申請(qǐng)量達(dá)到19項(xiàng)，該階段的專利申請(qǐng)主要來自于美國、中國、德國和俄羅斯。

在21世紀(jì)初期，美國高功率微波武器研制開始從器件技術(shù)攻關(guān)向系統(tǒng)演示驗(yàn)證階段過渡，研究部門從政府研究部門和大學(xué)轉(zhuǎn)向以軍方為主體。其中，美國空軍在2004年開始與通用公司合作，研制機(jī)載主動(dòng)拒止系統(tǒng)(ADS)，并制定了高功率微波武器發(fā)展規(guī)劃[4]，于2008年啟動(dòng)CHAMP項(xiàng)目[5]；從2010年開始對(duì)老式戰(zhàn)機(jī)進(jìn)行改造，對(duì)其加載電磁脈沖源，使其可以作為微波武器使用[6]；美國海軍在此階段的試驗(yàn)驗(yàn)證項(xiàng)目包括固定式主動(dòng)拒止系統(tǒng)和射頻車輛制動(dòng)器項(xiàng)目[7]；另外，美國在2006年完成了天基高功率微波武器系統(tǒng)的建模和仿真試驗(yàn)[8]。這一系列的美軍高功率微波武器研制項(xiàng)目的推進(jìn)，都促使微波武器技術(shù)領(lǐng)域的專利申請(qǐng)量上升。

中國從2006年開始出現(xiàn)相關(guān)專利申請(qǐng)，并在2012年以后呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)趨勢(shì)。中國在該階段內(nèi)的高功率微波武器技術(shù)主要以器件技術(shù)攻關(guān)為主，涉及的創(chuàng)新主體主要為高校和研究院所，具體包括中國工程物理研究院、國防科技大學(xué)、西安交通大學(xué)和電子科技大學(xué)等。

德國該階段的專利申請(qǐng)集中在高功率微波源領(lǐng)域，由德國DIEHL防務(wù)公司和德國萊茵金屬公司提出，主要涉及無人機(jī)高功率微波武器應(yīng)用。

俄羅斯在該階段內(nèi)的專利申請(qǐng)量出現(xiàn)下降，但從俄羅斯公開展示的微波武器Ranets-E和Rosa-E來看，俄羅斯依然十分重視微波武器的研制，且性能指標(biāo)較高，可用于對(duì)抗敵方精確制導(dǎo)武器和雷達(dá)系統(tǒng)。該階段俄羅斯專利申請(qǐng)量下降有可能是受技術(shù)保密限制的影響。

另外，2016年～2018年國內(nèi)外的專利申請(qǐng)量下降，主要是受專利公開時(shí)間延遲的影響。其中，發(fā)明專利申請(qǐng)自申請(qǐng)日起18個(gè)月公布，而PCT專利申請(qǐng)可能自申請(qǐng)日起30個(gè)月才進(jìn)入國家階段，其對(duì)應(yīng)的國家公布時(shí)間就更晚。

2 技術(shù)優(yōu)勢(shì)國家分析

圖2是對(duì)各國家或地區(qū)的專利技術(shù)產(chǎn)出量進(jìn)行的統(tǒng)計(jì)，以了解各國家或地區(qū)的技術(shù)創(chuàng)新實(shí)力。從分析結(jié)果來看，高功率微波武器技術(shù)領(lǐng)域的專利申請(qǐng)主要來源于中國、美國、歐洲和俄羅斯。

圖2 全球區(qū)域?qū)＠植挤治鯢ig.2 Patents distribution of global regions

2.1 中 國

中國的專利申請(qǐng)量排名第一，占總申請(qǐng)量的37%，共有124項(xiàng)。近年來，中國微波武器領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)量呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)趨勢(shì)。這一方面說明，國內(nèi)技術(shù)研發(fā)單位在高功率微波技術(shù)方面實(shí)現(xiàn)了較大技術(shù)突破；另一方面，國內(nèi)知識(shí)產(chǎn)權(quán)制度日益完善，也促使技術(shù)研發(fā)單位對(duì)技術(shù)創(chuàng)新的專利保護(hù)意識(shí)逐漸增強(qiáng)。

中國的專利申請(qǐng)主要以高功率脈沖功率源和高功率微波源技術(shù)為主，分別占中國高功率微波武器專利申請(qǐng)總量的30%和55%。從技術(shù)發(fā)展調(diào)研情況來看，近年來，中國工程物理研究院和電子科技大學(xué)作為主要的技術(shù)研發(fā)單位，在高功率脈沖功率源和高功率微波源方面取得了實(shí)質(zhì)性突破，提升了國內(nèi)高功率微波技術(shù)的研制水平。

2.2 美 國

美國的專利申請(qǐng)量排名第二，占總申請(qǐng)量的25%，共有84項(xiàng)專利申請(qǐng)，且在俄羅斯、德國、日本等國家分布了近百件同族專利。

在高功率微波武器關(guān)鍵技術(shù)研究領(lǐng)域，高功率脈沖功率源和高功率微波源技術(shù)一直是美國陸、海、空各軍種微波武器項(xiàng)目的重點(diǎn)研究方向，這兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域的專利申請(qǐng)占美國專利申請(qǐng)總量的31%和43%。另外，在高功率微波傳輸與發(fā)射技術(shù)方面，美國也在大力推進(jìn)高增益和高功率容量天線技術(shù)研制。

目前，美國的高功率微波武器技術(shù)處于世界領(lǐng)先水平。美國地基、海基和空基的高功率微波武器進(jìn)行了相應(yīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，具備武器裝備條件；在天基高功率微波武器方面，美國正處于技術(shù)試驗(yàn)驗(yàn)證階段。

2.3 歐 洲

近幾年，歐洲的專利申請(qǐng)量上升速度較快，申請(qǐng)總量?jī)H次于中國和美國，共有59項(xiàng)專利。

歐洲高功率微波武器的技術(shù)創(chuàng)新主要來自于德國和英國的軍事防務(wù)公司，包括德國DIEHL防務(wù)公司、英國BAE公司，這兩家公司均是世界領(lǐng)先的軍工企業(yè)。其中，德國DIEHL防務(wù)公司從2004年到2017年申請(qǐng)了18項(xiàng)高功率微波武器技術(shù)專利，并在全球分布了114件同族專利，這些專利主要涉及防暴拒止微波武器和反無人機(jī)微波武器研制；英國BAE公司從2007到2017年共公開了19項(xiàng)專利，并在全球分布了53件同族專利，這些專利技術(shù)主要用于增強(qiáng)軍用飛機(jī)的電磁攻擊能力。

從技術(shù)成熟情況來看，歐洲的防暴拒止微波武器已有成熟產(chǎn)品供應(yīng)市場(chǎng)[9-10]。其中，德國DIEHL防務(wù)公司開發(fā)的四個(gè)系列的防暴拒止微波武器產(chǎn)品，已出口至十幾個(gè)國家。另外，歐洲軍用微波武器技術(shù)也日趨成熟，德國DIEHL防務(wù)公司開發(fā)的反無人機(jī)高功率微波武器已經(jīng)過試驗(yàn)論證，可用于軍事要地防護(hù)；英國BAE公司的高功率微波攻擊產(chǎn)品用于增強(qiáng)對(duì)美國軍用飛機(jī)的微波攻擊能力。

2.4 俄羅斯

在高功率微波武器技術(shù)領(lǐng)域，檢索獲取了43項(xiàng)俄羅斯專利。俄羅斯的技術(shù)創(chuàng)新主要集中在高功率微波源技術(shù)領(lǐng)域，尤其是高功率微波源器件，其高功率微波源技術(shù)領(lǐng)域的專利申請(qǐng)占俄羅斯微波武器專利申請(qǐng)總量的81%。

3 專利技術(shù)構(gòu)成分析

如圖3所示，高功率微波武器技術(shù)領(lǐng)域的專利申請(qǐng)主要涉及高功率微波源、高功率脈沖功率源、高功率微波傳輸與發(fā)射技術(shù)，以及微波武器總體技術(shù)。其中，高功率微波源和高功率脈沖功率源的技術(shù)儲(chǔ)備最多，而高功率微波傳輸與發(fā)射技術(shù)則是未來技術(shù)突破方向。

圖3 全球?qū)＠夹g(shù)構(gòu)成分析Fig.3 Technology distribution of global patents

3.1 高功率微波源

在高功率微波源技術(shù)方面，有195項(xiàng)相關(guān)專利申請(qǐng)，主要涉及高功率微波源器件、陰極材料、高功率微波合成技術(shù)和微波發(fā)生器總體技術(shù)。

其中，高功率微波源器件的專利申請(qǐng)量最多，共有124項(xiàng)，涉及相對(duì)論回旋管、相對(duì)論磁控管、相對(duì)論回波管、相對(duì)論速調(diào)管、磁絕緣振蕩器和虛陰極振蕩器等。全球的高功率微波源器件專利主要來自于中國和俄羅斯。中國在高功率微波源器件方面的專利申請(qǐng)主要來自于中國工程物理研究院、國防科技大學(xué)和電子科技大學(xué)，這三個(gè)創(chuàng)新主體的專利申請(qǐng)涉及虛陰極振蕩器和各種相對(duì)論微波器件。俄羅斯的高功率微波源器件專利申請(qǐng)則以虛陰極振蕩器和磁控管為主。

另外，用于微波發(fā)生器產(chǎn)生電子的陰極，也是高功率微波源的關(guān)鍵技術(shù)之一，有22項(xiàng)相關(guān)專利，主要來自于美國空軍和美國海軍。這些專利涉及陰極材料的制備，以及陰極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，用于提高微波發(fā)生器的性能。

3.2 高功率脈沖功率源

高功率脈沖功率源的專利申請(qǐng)量排名第二，有87項(xiàng)，主要涉及脈沖功率源總體技術(shù)和高功率脈沖開關(guān)。

脈沖功率源總體技術(shù)的專利主要涉及脈沖形成網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)、脈沖發(fā)生器結(jié)構(gòu)和電路改進(jìn)，用于提高脈沖功率源的脈寬范圍、重復(fù)頻率、脈沖波形可調(diào)性、結(jié)構(gòu)緊湊性等性能。例如，專利US8018096B1利用電感性脈沖形成網(wǎng)絡(luò)替換傳統(tǒng)的電容脈沖形成網(wǎng)絡(luò)，從而有效減小脈沖功率系統(tǒng)的質(zhì)量和體積；專利US7989987B2采用光激發(fā)Marx型調(diào)節(jié)器，用于輸出高重頻、脈寬及波形可調(diào)的高壓脈沖；專利US7830040B2采用多級(jí)傳輸線取代電容器作為儲(chǔ)能元件，提高了脈沖發(fā)生器的重復(fù)頻率、可靠性和結(jié)構(gòu)緊湊型，可滿足空基和天基高功率微波武器系統(tǒng)的小型化應(yīng)用環(huán)境要求。

高功率脈沖開關(guān)專利涉及氣體開關(guān)、固體開關(guān)、火花隙開關(guān)和光導(dǎo)半導(dǎo)體開關(guān)。這些專利技術(shù)主要用于實(shí)現(xiàn)脈沖壓縮和提高脈沖重復(fù)頻率，以滿足高功率脈沖功率源的能量快速壓縮和釋放的需求。例如，專利CN105161979B提供了一種多級(jí)場(chǎng)畸變氣體火花開關(guān)，可以在無吹氣條件下高重復(fù)頻率工作于兆伏級(jí)以上電壓；專利CN104681646提供了一種碳化硅嵌入式電極平面型光導(dǎo)開關(guān)，可以有效提高光導(dǎo)開關(guān)的耐壓能力，減小器件尺寸。

3.3 高功率微波傳輸與發(fā)射技術(shù)

高功率微波傳輸與發(fā)射技術(shù)是高功率微波武器的重要基礎(chǔ)技術(shù)之一，但本項(xiàng)目?jī)H檢索到34項(xiàng)相關(guān)專利申請(qǐng)。這主要是由于微波武器的傳輸與發(fā)射系統(tǒng)基本上均由常規(guī)雷達(dá)系統(tǒng)天線經(jīng)某種改進(jìn)而成，微波武器的功率水平處于常規(guī)天線及傳輸線的功率容量的上限。但是，隨著高功率微波武器實(shí)用化的推進(jìn)，發(fā)射功率需要大幅提高，則傳輸與發(fā)射系統(tǒng)將會(huì)成為高功率微波武器實(shí)用化的瓶頸。在后續(xù)的研制過程中，應(yīng)該將高功率微波傳輸與發(fā)射作為主要的技術(shù)突破方向。

3.4 高功率微波武器總體技術(shù)

高功率微波武器總體技術(shù)專利主要涉及用于定向能打擊或非致命拒止的高功率微波武器系統(tǒng)，相關(guān)的創(chuàng)新主體包括美國能源部、德國DIEHL集團(tuán)、雷神公司等。在1990年，美國能源部提出了最早的微波武器總體技術(shù)專利；1999年，德國DIEHL集團(tuán)的專利GB2449220A，涉及一種非致命的電磁武器系統(tǒng)；2004年，雷神公司的專利US7126530B2涉及一種非相干高功率定向能系統(tǒng)及方法。

4 技術(shù)創(chuàng)新主體分析

如圖4所示，高功率微波武器技術(shù)創(chuàng)新主要來自于美國、歐洲和中國。其中，在專利申請(qǐng)量排名前十的創(chuàng)新主體中，美國有3個(gè)，分別為美國軍隊(duì)、美國能源部和雷神公司；中國有4個(gè)，分別為中國工程物理研究院、國防科技大學(xué)、電子科技大學(xué)和西北核技術(shù)研究所；英國的創(chuàng)新主體為BAE公司，德國的創(chuàng)新主體為德國DIEHL防務(wù)公司，法國的創(chuàng)新主體為泰利斯集團(tuán)。中國工程物理研究院的專利申請(qǐng)量排名第一，共有54項(xiàng)專利申請(qǐng)。作為中國的主要?jiǎng)?chuàng)新主體，中國工程物理研究院從20世紀(jì)90年代就開始了高功率微波產(chǎn)生及輻射關(guān)鍵技術(shù)研究，并在高功率脈沖功率源、微波源和微波輻射等技術(shù)領(lǐng)域取得了一系列的研究成果[11]。其中，在微波源技術(shù)領(lǐng)域，中國工程物理研究院大力推進(jìn)超寬帶和超短脈沖技術(shù)，在2011年公開報(bào)道了自主研制的超寬譜高功率微波輻射系統(tǒng)，該系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)與2003年美國空軍研制的超寬譜高功率微波輻射系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)接近。另外，中國工程物理研究院在近幾年采用了一系列改進(jìn)技術(shù)用于設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高的Marx發(fā)生器，于2014年研制成功了一種主要用于脈沖功率源前級(jí)觸發(fā)用的Marx發(fā)生器，該Marx發(fā)生器工作范圍寬、穩(wěn)定可靠，很好地滿足了高功率脈沖觸發(fā)系統(tǒng)的要求。

用來挑選鋯石的樣品11D11-1采自金門水庫旁巖體內(nèi)接觸帶人工露頭(采樣點(diǎn)坐標(biāo)：E 113°35′02″，N 24°16′36″)，巖性為花崗閃長(zhǎng)巖。

圖4 全球微波武器專利的主要申請(qǐng)人排名Fig.4 Ranking of global patent applicants

美國軍隊(duì)的專利申請(qǐng)量排名第二，共有25項(xiàng)專利申請(qǐng)，包括美國海軍8項(xiàng)、美國空軍8項(xiàng)和美國陸軍7項(xiàng)。20世紀(jì)90年代以后，美國高功率微波武器研究部門從政府研究部門和大學(xué)轉(zhuǎn)向以軍方為主體，美國陸軍、海軍、空軍都通過各自的研究計(jì)劃開展相應(yīng)的高功率微波武器技術(shù)研究[12]。其中，美國海軍在2004年申請(qǐng)的專利US8018096B1，以及美國空軍在2005年申請(qǐng)的專利US7245082B1和US7696696B2，在高功率脈沖功率源和高功率微波源研制中具有較大的應(yīng)用價(jià)值。

BAE公司的專利申請(qǐng)量排名第三，共有19項(xiàng)專利申請(qǐng)。該公司在2010年參與了美國空軍老式戰(zhàn)機(jī)改造項(xiàng)目，其中重要的改造內(nèi)容就是為戰(zhàn)機(jī)加載電磁脈沖源，使其可以作為高功率微波武器使用。BAE公司在該項(xiàng)目的高功率微波武器系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，在美國優(yōu)先申請(qǐng)了一部分高功率脈沖功率源和高功率微波源相關(guān)專利，如專利US8232682B2和US20110084606A1等。

德國DIEHL防務(wù)公司的專利申請(qǐng)量排名第四，共有18項(xiàng)專利申請(qǐng)。其中，德國DIEHL防務(wù)公司的微波武器主要應(yīng)用于防暴拒止領(lǐng)域，目前已開發(fā)了四個(gè)系列的防暴拒止微波武器產(chǎn)品，并已出口至十幾個(gè)國家。

國防科技大學(xué)的專利申請(qǐng)量排名第五，在2011年～2016年共申請(qǐng)16項(xiàng)專利，近年其在高能微波源和高能微波傳輸與發(fā)射技術(shù)領(lǐng)域取得一些技術(shù)成果。其中，在高能微波技術(shù)領(lǐng)域，國防科技大學(xué)設(shè)計(jì)了一種高功率徑向線相對(duì)論速調(diào)管放大器，克服了相對(duì)論速管調(diào)放大器在高頻段應(yīng)用的瓶頸問題；另外，國防科技大學(xué)設(shè)計(jì)的一種長(zhǎng)脈沖切倫科夫振蕩器，有效增加了輸出脈寬且提高了微波源效率；在高能微波傳輸與發(fā)射技術(shù)領(lǐng)域，國防科技大學(xué)在縫隙陣列天線設(shè)計(jì)方面取得較大技術(shù)突破，有力促進(jìn)了國內(nèi)高功率微波發(fā)射天線結(jié)構(gòu)緊湊和功率容量等性能的提高[13]。

俄羅斯核能研究中心和美國能源部的專利申請(qǐng)量并列排名第六，各有11項(xiàng)專利申請(qǐng);法國泰利斯集團(tuán)(Thales Group)是世界最大的軍用電子產(chǎn)品生產(chǎn)廠商，也是歐洲第三大國防合同商，主營電子和防務(wù)系統(tǒng)產(chǎn)品，其在高功率微波武器技術(shù)領(lǐng)域申請(qǐng)了9項(xiàng)專利；中國的電子科技大學(xué)有8項(xiàng)相關(guān)專利，主要涉及高功率微波源。

中國的西北核技術(shù)研究所專利申請(qǐng)量與美國雷神公司并列處于第十位，分別有7項(xiàng)相關(guān)專利申請(qǐng)。其中，西北核技術(shù)研究所作為國內(nèi)最早開始高功率微波技術(shù)研究的院所之一，具有很強(qiáng)的研究實(shí)力和技術(shù)儲(chǔ)備。西北核技術(shù)研究所近些年在超寬帶、超短脈沖技術(shù)，以及高功率微波驅(qū)動(dòng)技術(shù)發(fā)面取得一些研究成果[14]，如：2001年研制成功了一種緊湊型Tesla超寬譜高功率微波源，2013年研制成功了一種小型超寬譜高功率微波輻射系統(tǒng)，2016年研制成功了一種百千伏緊湊型Marx發(fā)生器，相關(guān)專利包括CN105161979B 、CN103367852B 和CN103066368B等。

5 國外技術(shù)改進(jìn)方向分析

以下基于美國和歐洲重點(diǎn)專利的分析結(jié)果，對(duì)國外發(fā)展高功率微波武器的技術(shù)改進(jìn)方向進(jìn)行梳理。

(1)通過脈沖形成網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)、脈沖發(fā)生器結(jié)構(gòu)和電路改進(jìn)，提高脈沖功率源的脈寬范圍、重復(fù)頻率、脈沖波形可調(diào)性、結(jié)構(gòu)緊湊性等性能。

美國海軍專利US8018096B1公開了一種適用于高電流、高功率裝置的電感型的脈沖形成網(wǎng)絡(luò)，其利用電感儲(chǔ)能代替了傳統(tǒng)的脈沖形成網(wǎng)絡(luò)中的高壓電容儲(chǔ)能，解決了高功率裝置中電容性脈沖形成網(wǎng)絡(luò)體積、質(zhì)量龐大的缺點(diǎn)，有助于實(shí)現(xiàn)裝置小型化設(shè)計(jì)；專利US20070159760A1通過對(duì)脈沖功率源不同模塊的靈活設(shè)計(jì)滿足裝置脈沖寬度、輸出電流、輸出電壓等參數(shù)的寬范圍輸出；專利US7989987B2提供了一種Marx型調(diào)制器，采用多組脈沖形成網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)使用改善脈沖波形，提高了系統(tǒng)電流輸出和能量轉(zhuǎn)移能力，拓寬了負(fù)載適用范圍；專利US7795758B2涉及一種體積更小、電路更簡(jiǎn)化的高功率微波產(chǎn)生與發(fā)射裝置和方法，通過對(duì)Marx脈沖高壓產(chǎn)生器的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行緊湊型設(shè)計(jì)，使Marx發(fā)生器本身具備高功率微波發(fā)生器和匹配發(fā)射天線的功能，不需要單獨(dú)設(shè)計(jì)微波發(fā)生器和天線即可實(shí)現(xiàn)高功率微波的產(chǎn)生與發(fā)射，可將高功率微波裝置的體積縮小至2/3；專利US7474017B提供了一種Marx型高壓發(fā)生器，通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和開關(guān)設(shè)計(jì)，在保證儲(chǔ)能不降的前提下降低了高壓源的內(nèi)阻，提升了帶載能力，同時(shí)在實(shí)現(xiàn)數(shù)十千瓦平均功率輸出情況下能夠高重復(fù)頻率工作；專利US7830040B2提出的螺旋傳輸線高壓脈沖發(fā)生器，僅通過多級(jí)螺旋傳輸線的并聯(lián)充電、串聯(lián)放電實(shí)現(xiàn)了高電壓方波脈沖的輸出，且通過優(yōu)化螺旋傳輸線的制作工藝和安裝結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)裝置的小型輕量化。

(2)對(duì)半導(dǎo)體開關(guān)和氣體開關(guān)進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，提高開關(guān)重復(fù)頻率、降低開關(guān)抖動(dòng)時(shí)間，并可通過開關(guān)實(shí)現(xiàn)脈沖寬度、波形和輸出電壓調(diào)整。

專利US7989987B2的光激發(fā)Marx型調(diào)制器采用光導(dǎo)型可控半導(dǎo)體開關(guān)提高了開關(guān)使用壽命和重復(fù)頻率，并通過控制開關(guān)的開通時(shí)間調(diào)節(jié)輸出的脈沖寬度和波形；專利US7605632B2的高功率雙極脈沖發(fā)生器采用線性模式的無源半導(dǎo)體光導(dǎo)開關(guān)取代雪崩模式半導(dǎo)體光導(dǎo)開關(guān)，使開關(guān)的抖動(dòng)降至皮秒級(jí)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)脈沖形狀的精確控制以及高可重復(fù)性；專利US7474017B為提高開關(guān)的重復(fù)頻率，采用氣體管理裝置將開關(guān)內(nèi)離子態(tài)氣體迅速移除，解決開關(guān)恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)的缺點(diǎn)；專利CN105161979B提供了一種多級(jí)場(chǎng)畸變氣體火花開關(guān)，可以在無吹氣條件下高重復(fù)頻率工作于兆伏級(jí)以上電壓。

(3)通過陰極結(jié)構(gòu)、發(fā)生器電路、內(nèi)置電極結(jié)構(gòu)等方面的改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)寬頻帶、高功率、一體化高功率微波源設(shè)計(jì)。

法國泰利斯集團(tuán)的專利US20040245932A1提供了一種虛陰極微波發(fā)生器，其采用多注反饋型虛陰極，多個(gè)陰極能夠發(fā)射足夠多的電子，與傳統(tǒng)虛陰極裝置相比，可以實(shí)現(xiàn)高效率和高頻率穩(wěn)定性，輸出脈沖寬度與電壓脈沖寬度更加接近且便于調(diào)整，進(jìn)一步提高了微波發(fā)生器的實(shí)用性；德國DIEHL防務(wù)公司的專利US7233084B2提供了一種微波發(fā)生器，其采用微波發(fā)生器陣列實(shí)現(xiàn)高能微波輸出，通過調(diào)節(jié)分布式電容的參數(shù)實(shí)現(xiàn)不同頻段高功率微波的產(chǎn)生；德國DIEHL防務(wù)公司的專利US7439677B2提供了一種高功率超寬譜微波發(fā)生器，通過在內(nèi)置電極的頂端連接一個(gè)錐形金屬結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)高能微波輻射，且該微波發(fā)生器采用一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，有利于微波發(fā)生器小型化；德國DIEHL防務(wù)公司的專利US8358176B2涉及一種寬頻帶高功率微波源，其采用多點(diǎn)的放電縫隙結(jié)構(gòu)，并在內(nèi)部電極的頂端增加一個(gè)圓錐狀的金屬結(jié)構(gòu)，可用于產(chǎn)生并輻射高功率微波；法國原子能和替代能源委員會(huì)(CEA)的專利US9496114B2提供了一種采用虛陰極和開放式反射器的微波發(fā)生裝置，為同軸虛陰極振蕩器設(shè)計(jì)了多級(jí)開放式反射器，并通過優(yōu)化反射器個(gè)數(shù)、半徑以及間距等參數(shù)，使微波輸出效率隨發(fā)射器個(gè)數(shù)的增多而增大。

(4)對(duì)相對(duì)論磁控管和虛陰極振蕩器進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)，提高微波發(fā)生器的輸出功率和功率轉(zhuǎn)化效率。

美國空軍的專利US7245082B1提供了一種用于相對(duì)論磁控管的pi模優(yōu)選陰極結(jié)構(gòu)，通過陰極結(jié)構(gòu)改進(jìn)，提升磁控管輸出功率和能量轉(zhuǎn)換效率；美國空軍的專利US7696696B2提供了一種采用透明陰極的相對(duì)論磁控管，采用固定在同一半徑圓周上的數(shù)條平行細(xì)棒代替?zhèn)鹘y(tǒng)的圓筒陰極，可以實(shí)現(xiàn)更高的輸出功率和轉(zhuǎn)換效率；英國BAE公司的專利US20110084606A1提出了一種同軸虛陰極振蕩器的設(shè)計(jì)方法，其外圍、陰極和陽極均采用同軸圓柱筒結(jié)構(gòu)，提高了微波輸出功率和效率，可用于產(chǎn)生百納秒脈寬高功率微波。

(5)采用氣囊式天線或可重構(gòu)天線，實(shí)現(xiàn)高功率容量微波發(fā)射天線的小型化設(shè)計(jì)。

德國萊茵金屬公司和德國DIEHL防務(wù)公司申請(qǐng)的多個(gè)專利涉及高功率微波發(fā)射天線小型化設(shè)計(jì)，具體技術(shù)方案類型包括：一是通過采用充氣氣囊方式實(shí)現(xiàn)小型化和輕質(zhì)化設(shè)計(jì)，并在氣囊展開后實(shí)現(xiàn)大增益和高功率容量微波發(fā)射，如德國萊茵金屬公司的專利US6819298B2；二是采用可重構(gòu)天線密布縫隙波導(dǎo)天線實(shí)現(xiàn)高容量、小型化微波發(fā)射天線設(shè)計(jì)，具體利用波導(dǎo)縫隙天線單位長(zhǎng)度內(nèi)縫隙數(shù)目多、每個(gè)縫隙分配耦合功率相對(duì)較低的特點(diǎn)，達(dá)到高功率容量設(shè)計(jì)，同時(shí)利用其縫隙開于寬邊、波導(dǎo)窄邊可以相對(duì)較小的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)天線小型化設(shè)計(jì)，例如德國DIEHL防務(wù)公司的專利US8982010B2。

6 結(jié) 論

從全球?qū)＠治銮闆r來看，國內(nèi)外在高功率微波武器的各關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了較多技術(shù)突破，大力推動(dòng)了高功率微波武器的實(shí)用化進(jìn)程。另外，美國和歐洲在高功率微波源、高功率微波脈沖功率源和高功率微波發(fā)射技術(shù)方面擁有一系列的重要專利，具有較高的啟示與借鑒價(jià)值，應(yīng)充分發(fā)揮這些專利對(duì)國內(nèi)技術(shù)攻關(guān)的支撐作用。