國內外高功率微波技術發展

• 李芬珍子 2023年2月28日 來源：中研網 973 61
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一、高功率微波傳輸器件技術發展

（一）模式變換器

對于高頻高功率系統，模式變換器包括波導形式和準光形式兩種。波導模式變換器屬于管壁閉合型，其輸出方向還可以根據角度要求來設計，適用于對低階模式進行轉換。根據口徑形狀來劃分，波導結構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加載結構的模式變換器。如果以波導模式變換器的軸向輪廓曲線來劃分，可以分為同半徑彎曲結構、半徑漸變結構、轉角結構及波紋開槽結構。其輪廓函數既可以根據經驗設定進行優化得到，也可以通過樣本點優化得到。而對工作于高階模式的系統，波導模式變換器結構復雜，轉換效率低下，窄帶寬，波導結構不適宜用于該系統，而須采用準光模式變換器。目前準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結構的模式變換器，故下述提及的模式變換器指的是圓波導結構類型的模式變換器。

（二）過渡器

在微波毫米波系統中，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，這個時候就需要一個微波過渡器件來實這些器件端口間的匹配，同時保證端口輸出模式高純度，且仍為輸入口的微波模式，這種微波過渡器件稱為過渡器。當前微波毫米波系統中，波導過渡器是比較常用的一種微波傳輸器件。

對于過渡器而言，希望有很高的模式純度，激勵起的雜模達到最小，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，模式間將會產生較強的模式耦合，工作模式將發生畸變或者引入無法忍受的雜模強度。因而，精心設計出尺寸合適、模式純度高的過渡器就尤為重要。

根據微波過渡器的軸型來分類則主要包括軸向對稱過渡器和轉彎過渡器。對于縱向傳輸系統，往往需要用到半徑漸變結構的過渡器以匹配端口間尺寸。而對于橫向輸出結構，往往要用到90°彎頭或其他固定角度的過渡器。這種轉彎過渡器又包括光滑漸變結構和直角突變結構。因此，每一種應用類型都有著不同的設計思路。

二、高功率微波輻射技術研究

（一）國內外研究現狀

國外高功率微波技術正處在一個快速發展并將逐步走向應用的重要時期，美國等加大投入，用以推動高功率微波技術的發展。2012年4月，美國發展戰略與預算評估中心(Center for strategic and budgetary assessments，CSBA)發表了題為“改變游戲的規則——定向能武器的發展前景”的研究報告，其中一部分內容是對高功率微波技術進行了分析與判斷，給出了今后高功率微波技術的發展建議。對國外公開的技術資料進行綜合分析可以看出：

(1)美國公布了他們正在研發空基高功率微波武器的試驗情況，由于空基運載平臺對高功率微波系統的體積、重量有明顯的限制，且微波在大氣中傳輸的功率密度隨距離的平方迅速衰減，致使其有效作戰距離較短。因此美國計劃把高功率微波戰斗部裝載于隱身無人機或巡航導彈上，用以突防到敵方領域實施抵近攻擊。

(2)美國有開展地(海)基高功率微波武器的計劃，俄羅斯也有相應的技術基礎，這種武器可用于防空反導，破壞其制導系統和通信裝置，達到防御目的。

(3)美國空軍在未來武器構想中，提出了發展天基高功率微波武器的計劃，該計劃是把高功率微波裝置放在衛星上，用以對抗地面、空中和太空的目標，損傷他們的電子系統。

(4)高功率微波武器具有非致命性，美國等正在開發高功率微波非致命性武器，用以反恐和維穩，或提高作戰部隊的防御能力，執行人道主義行動和非戰斗人員撤離等任務。

(5)回顧高功率微波技術的發展歷程，人們往往對它的期望值過高。美國學者認為，高功率微波武器并不是完美無缺的“殺手锏”，更不會完全取代常規動能武器，它要與其他武器結合起來，才能最大限度地發揮效能，從而實現全面的打擊及防御能力。

(6)高功率(強調峰值功率)、長脈沖(強調脈沖的能量)、高重頻(強調平均功率)、高效率、頻率可調以及器件的固態化、緊湊化和輕型化是高功率微波技術發展永恒的課題，只有解決好這些技術或問題，高功率微波技術才能更好地與運載平臺結合并進入實際應用階段。

(7)探索新原理、新技術，突破單個高功率微波源的功率容量限制，發展高功率微波功率合成技術，研究高功率微波與電子系統相互作用的新機理，是當前這一領域研究的重要內容。

（二）典型HPM天線

國外在高功率微波系統中脈沖輻射天線研究方面起步較早，全世界最早的無線電鏈路通信是1887年Hertz在實驗室內完成的，其中采用的饋電單元術無線電傳播中的偶極子天線，非封閉圓環屬于無線電傳播中的環天線，此后，有不同的學者相繼對脈沖輻射天線進行了深入研究，此時關于天線的概念以及天線的形狀都得到了快速發展，雙圓錐偶極子結構、菱形板結構以及三角形平面天線結構均是天線結構方面的創新。當前的取樣技術、計算機技術以及高速脈沖形成技術都為新型脈沖天線的研究奠定了基礎。其中Vlasov天線可以將TM0，1模式的電磁波轉化成脈沖，并且輻射出去，在輻射功率峰值穩定工程中不需要模式轉化器，因而在高功率微波系統中得到了廣泛應用。

我國在高功率微波技術方面的研究開始的時間較晚，而且研究進展較為緩慢，在研究過程中出現了一定的接收脈沖信號裝置、出現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用的脈沖天線，不過由于我國技術較為落后、研究起步遲，在不同的研究領域與國際上其它國家相比，存在著明顯的不足，因此在今后較長時間內還需要不斷地開拓創新。

（三）HPM輻射技術中存在的問題

高功率微波武器主要的攻擊目標是雷達、通信、導航、計算機軍用電子設備、武器控制及制導系統，能夠擊穿電子元件，燒毀敵方電子設備，永久地損壞電子系統。由于高功率微波武器幾乎可以對付所有現代最先進的武器，在的政治和軍事形勢下越來越顯示出極高的應用價值。高功率微波技術的高速發展，使其在功率上已經達到了武器應用的水平，在軍事領域的用途也越來越廣泛。高功率微波武器已經成為對付高技術兵器的新型武器系統，成為現代電子武器大家族中的佼佼者。據估計，軟殺傷、工藝或技術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戰的高效能高功率微波武器還需要相當長的時間。我國的科技工作者也應該清醒地認識到高功率微波武器的時代就要到來，加快高功率微波武器的研究、開發和對高功率微波武器的防護。

《2022-2027年國內外高功率微波技術發展及應用調研報告》由中研普華高功率微波行業分析專家領銜撰寫，主要分析了高功率微波行業的市場規模、發展現狀與投資前景，同時對高功率微波行業的未來發展做出科學的趨勢預測和專業的高功率微波行業數據分析，幫助客戶評估高功率微波行業投資價值。

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