高功率超宽带电磁脉冲技术

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1、文章编号：!""#$%!&（&&""&）"’$""("$"#高功率超宽带电磁脉冲技术!黄裕年任国光（北京应用物理与计算数学研究所，北京!"""))）摘要：高功率超宽带电磁脉冲源对许多应用，如冲击脉冲雷达、探测地雷、微波武器等是十分重要的。本文评述在快速高压开关和超宽带天线发展中的最新进展，讨论了未来这类超宽带源研究的技术挑战和发展前景。关键词：高功率微波，超宽带源，开关，冲击脉冲辐射天线!"#$%&’()*+,)-./"0(1-203+(4,)&5-#2(,"4%6+7(8(4$2&+ !*:;<=62"-2，>3;<6-2#（!"#$#%&’%(

2、)#)*)"+,-../#"0123(#4(5%06+7.*)5)#+%5/85)2"75)#4(，!"#$#%&!"""))）:17,)-4,：*+,-./01234526$0+71869（7:;<）141=52/>6,915+=.34?1?/32=1?621+>./25695@/26A62+15B/@./5195+646..4+=6$5+/9??3=-6?+>.34?126762，>+917151=5+/9，>+=2/06A1016./9CD-+?.6.1221A+10?21=195.2/,21??+9@6?5，-+,-A/456,1?0+5=-1?69

3、7:;<695199671A14/.>1956977+?=3??1?5-151=-9+=64=-64419,1?69771A14/.+9,.2/?.1=55/@325-1221?162=-/9:;.34?1267+65+/9695199（6HIJ）@引言高功率微波源一般分为窄带源和超宽带源两种类型。超宽带微波源是指能产生峰值功率大于!""F;、上升前沿为亚纳秒或皮秒量级、相对带宽超过&#K的电磁脉冲装置。其频谱可以从几十F*L伸展到几M*L乃至几十M*L，故而也称为超宽带电磁脉

4、冲源或超宽带脉冲源。虽然这是一门新发展的技术，但目前这种超宽带（:;<）辐射装置的许多潜在应用越来越受到人们的关注，如高功率微波武器、窄脉冲雷达、电子对抗、通信和地下传感等。)"年代第一个宽带脉冲源是以NO!#((氢气闸流管为基础的

5、和超宽带天线是这类装置的关键技术。美国桑地亚实验室、空军研究实验室及俄罗斯科学院等研究部门一直致力于这方面的工作。("年代以来，快速开关、材料击穿和电磁辐射技术方面涌现出许多研究成果，使:;<辐射装置的输出功率、频率响应和重复运行能力有很大提高〔!，&〕。总的看来，目前这项技术主要沿着两个方向发展：一是用气体开关产生电压非常高（!""PQS!FQ）的短脉冲装置；二是用适中电压（!PQS!""PQ）的低抖动固体开关，靠多个开关阵列来获得高功率。最近在触发气体开关、固体开关激波线和小型新概念天线方面取得的进展，以及在极高压、短脉冲环境中对铁氧体、电介质等方面有了

6、更深的认识，给研制更高功率的:;<辐射系统带来了新的希望。本文简述近年来高功率超宽带电磁脉冲辐射技术的主要进展，并讨论了它们的发展方向和面临的技术挑战。A气体开关超宽带脉冲源任何功率调节系统和超快转换系统都需要快速开关，但要制作一个小型重复运行的高功率超快开关并万方数据!收稿日期：&""&$"’$"#；定稿日期：&""&$"T$&%(!不是一件容易的事。设计一个气体开关，主要考虑的问题是选择开关的工作气体和开关结构。由于氢气在快恢复时间方面优于其它原子气体，因而大部分充气开关都倾向于用它。美国海军水上作战中心曾指出，采用流动的高压氢气，开关的脉冲重复频率最高

7、可达!"#$%〔&〕，但采用高压高流速的气体对小型密实的开关结构不利。开关快速转换由电极间隙中的电场决定，因而为超快导通，火花隙必须要过压充电。另外为使输出脉冲有更陡的前沿，要尽量减少开关间隙电感；然而减小间隙又会增加火花隙电容，引起一些负面效应，所以具体设计只能是各种利弊的权衡。!’"#系列超宽带源美国空军研究实验室于!(("年开始研制$（$)*+,*-./0）系列123脉冲源，现已从$!发展到$4。!((!年完成第一个123源$!，输出功率虽然只有56"72，但它成功地证实了高压（!5""89)）氢气开关123源的概念。!((:年完成$:，比$!有很大改

8、进，输出脉冲上升时间:6"89，脉宽!’;*9，输出