高功率微波及源器件

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1、高功率微波及其发展应用简介DevelopmentandApplingofHighPowerMicrowave(HPM)HPM的发展与应用HPM源器件分类及其基本理论基础世界工作简单评介定向能武器（DEW）未来目标和发展电磁波谱及主要产生方式1高功率微波(highpowermicrowave-HPM)峰值功率超过100MW频率范围在0.3－300GHz之间波长跨越厘米波和毫米波的脉冲电磁辐射高功率微波源分高平均功率源（宽带源）高峰值功率源（窄带源）性能指标：品质因子Pavf2(Pav为平均功率，f为频率)在热核聚变、等离子

2、体加热、先进的高能粒子加速器和对撞机、高效通信和RF武器等需求的强大驱动力下，微波器件的品质因子Pavf2以每十年增长一个数量级的速度增长，从实际需求看，当今和未来HPM技术正向着高功率、高效率、宽频带的目标发展HPM的发展原动力主要来自于军事需求1937年第一个腔型器件－速调管(klystron)诞生，随之而来的是第二次世界大战期间的的科技大爆炸，战争的需求导致了磁控管(magnetron)、行波管(travelingwavetube，简称TWT)返波振荡器(backwardwaveoscillator，简称BWO)的发明。本世

3、纪60年代由于核武器效应模拟和高能物理理论和技术的发展，促进了脉冲功率(pulsedpower)技术的引入，能量接近于电子静止能量(510kev)的强流(I>MA)相对论电子束和电压为数兆伏或更高的高压脉冲的产生已成为现实，这使得高功率微波的范围得到了扩大。一方面，传统的微波器件在结构上得以改进，其行为特性有很大的改善；另一方面，涌现出了许多像相对论速调管(relativisticklystron)、虚阴极振荡器(vircator)等一大批依赖强电流的高压运行器件，同时也随之出现了一些专门以相对论效应为基础的器件，如我们所熟悉的回

4、旋管(grotron)、切仑可夫器件(Cherenkov)、自由电子激光(FreeElectronLaser，简称FEL)等发展重点提高功率和能量并达到更宽的频段要解决的基本问题器件的效率和平均功率目前效率某些条件下功率效率40～50﹪，实际大多数情况功率效率只有10﹪未来希望平均功率达到100kW水平2HPM的应用高功率微波(HPM)的发展与它的应用和需求是一种强烈的伴生关系，军事需求仍然是目前高功率微波(HPM)理论和技术发展的主要驱动力微波武器定向能武器（DEW）HPM武器的优点：（1）不存在严重的传输问题（2）全天候随着

5、微波技术与器件的发展，现代武器及军用设备都包含越来越多的电子元器件，它们很容易遭到高能量脉冲功率的伤害；随着微电子技术的发展，一个芯片上集成的元器件超过3亿个，使其受损阈值大大降低激光武器微波或射频武器荷电粒子束武器由于HPM具有比普通微波功率大、能量强、频率高的特点，所以它在通信、雷达和其它民用领域的应用也非常广阔。通信在信息量方面，信息容量与频带宽度和中心频率成正比，信息量越大越复杂，就需要越宽的频带和越高的频率。HPM通信可以载负更多的信息量，满足当今社会信息容量极度膨胀、信息速度迅速增长的需要。微波通信：快速实现无线宽带

6、接入功能、建设局域微波通讯网提供多种网络服务覆盖范围广、通信距离远HPM通信：传送话音、数据、视频和图象等各种信号，且具有很强的通用性高效传输、高信息量、高保密性雷达高功率可以提高雷达的作用距离，高重复速率可以改善雷达的分辨率高高灵敏性、超距离雷达正在航天遥感和卫星导航以及空对地探测等领域发挥重大作用，可以预言，高功率微波必将把雷达代入一个更高的技术水平和崭新的发展领域。合成孔径雷达：是一种在距离向采用脉冲压缩，方位向采用合成孔径原理的高分辨雷达。基本原理：相当于一个二维脉冲压缩滤波器它将雷达从用于“探测”目标提高到用于目标“成像

7、”，应用领域也从军事侦察扩大到经济、资源和高科技信息等方面。对信号的特殊处理方式也使SAR具有很强的抗干扰性和相对较低的被侦察截获概率，从而使得对SAR系统干扰技术的研究随之成为现代军事信息对抗研究中一个非常迫切的重要课题。距离维脉压滤波器方向维脉压滤波器地域回波图象无线输电微波源或激光器、发射与接受天线、微波或激光整流器组成。其中最关键的器件是将微波（或激光）能量转变为直流电的整流器主要应用领域：加电给低轨道军用卫星、给一些难于架线或危险的地区供应电能、保证天基定性向能武器系统的电力、传送卫星太阳能电站的电能、在月球和地球之间架

8、起能量之桥等1电源2电磁波发生器3发射天线4接受天线、5高频电磁波整流器6变电设备7有线电网其它方面高能RF加速器磁约束等离子体受控热核聚变材料加工激光泵浦环保工程等方面都有广泛的应用前景HPM的发展与应用HPM源器件分类及其基本理论基础世界