美欧高功率微波技术研究现状及发展趋势

当前,随着无人机集群等新型作战武器的逐步实战化,作为其反制手段的高功率微波等定向能武器受到了高度关注。美欧各军事大国均大力推进高功率微波技术研究及武器装备研发,部分高功率微波武器装备已经完成了概念演示验证,正逐步形成实战化装备。从高功率微波武器关键技术研究和武器装备发展2个方面,对高功率微波领域研究现状进行了梳理,重点介绍了脉冲功率驱动源技术、高功率微波产生技术和高功率微波辐射技术方向的研究进展,总结了典型高功率微波武器装备的性能特点,并分析了其发展趋势。     

等离子体电极普克尔盒的并联驱动

高功率大型惯性约束聚变(ICF)激光驱动器大多采用等离子体电极普克尔盒(PEPC)抑制多程放大器的自激振荡和隔离反激光。采用并联驱动技术有利于实现等离子体电极普克尔盒电光开关小型化和降低成本，并可提高激光系统可靠性和稳定性。等离子体电极普克尔盒的并联驱动包括等离子体电极的并联驱动和普克尔盒充电的并联驱动。分析了等离子体电极电光开关并联驱动的途径和问题，通过采用电阻隔离和二极管退耦措施实现了预电离并联驱动，进而实现了等离子体电极的同步驱动；通过调节开关脉冲发生器输出波形及传输电缆长度，可实现普克尔盒充电的并联驱动，并给出了实验结果。     

类 ? 型同频率高功率微波功率合成器的设计

利用基于波导结构的功率合成器来合成高功率微波,是提高窄带高功率微波源输出能力的一个有效方式。本文 设计了一种特殊的类? 型高功率微波合成器,该合成器可以用来合成X 波段同一个频率下的两束高功率微波。文中给出 了该合成器的设计方法及仿真结果,并且将该合成器结构与新型同轴双电子束高功率微波源[1]结合进行了粒子模拟,结果 表明,当加载的二极管电压为674kV,导引磁场为0.8T,内电子束电流为6.6kA,外电子束电流为14.3kA 时,该同轴双 电子束高功率微波源输出的两路微波经功率合成器合成以后输出了频率为9.74GHz,功率高达3.5GW 的微波。     

一种改进型的高功率限幅器

通过对pin限幅器的工作原理进行理论分析,引入了微波功率限幅器功率容量的计算方法,并以此为基础进行了微波功率限幅器设计。这里讨论了一种实用的高功率限幅器,它采用多个限幅二极管并联的方式,有效提高了限幅器的抗烧毁特性,从而提高限幅器的高功率通过能力;并且通过外加耦合器对限幅二极管施加正偏压的电路方式,有效提高了限幅器的最高承受功率。通过一个L波段脉冲500 W的高功率限幅器的实际设计和制作,对上述限幅器原理和方法进行了验证,取得了良好的结果。     

基于超高峰值功率发射机技术的微波源研究

为满足更大功率的微波源系统需求,提出了基于超高峰值功率发射机技术的微波源方案。建立了一个200MW 级高功率微波源验证系统,突破了65MW 级高功率速调管发射机小型化设计、200MW 级功率压缩、超大功率相控阵天线和超高峰值功率发射机监控与抗干扰等关键技术,为高功率微波源技术的研究提供了一种新的途径。介绍了微波源的应用现状和特点,阐述了微波源系统的组成、关键技术和具体的解决方案。详细介绍了超大功率发射机改进型调制器的设计,给出了脉冲变压器的仿真波形和电缆的高压电磁特性仿真图。最后对三种微波源方案进行了比较,给出了微波源系统工程化运用的改进建议。     

高功率微波脉冲压缩的能量倍增器

为了实现高功率微波初级波源的小型化,获得更高功率的输出微波脉冲,研制了用于高功率微波脉冲压缩的能量倍增器。利用了快速反转开关,实现了功率的瞬时放大。实验结果表明在输入微波功率达到5．3MW时,输出脉冲功率可以达到35MW,输出峰值功率增益达到7dB。在此基础上对PM—AM技术进行了研究,并通过该技术获得了平顶的输出微波脉冲,以满足不同实验对初级波源的需求。     

美研制高功率微波武器

最近，美国柯特兰空军基地的菲利浦实验所与休斯导弹系统公司签订合同，研制m来压制敌防空系统的高功率微波武器。该合同要求该公司进行设计研究，以确定设计目标，然后利用政府开发的射频源技术去设计、制造用于先进技术实验的试验性硬件。高功率微波武器旨在＊人功率、窄带宽射频源瞄准敌综合防空系统，烧毁它们的敏感性电子元器件。据称，读武器将使jIJ爆炸驱动的脉冲功率技术来产上所需要的大功率。据认为，该武器。11远距离使）IJ，且只要知道目标特性的有限信息就可完成它的使命。其它优点包括：对敌方射频威胁系统可造成永久性电子…     

SiC器件在大功率LD驱动源模块中的应用

介绍了SiC功率器件的应用优势并将其应用到了大功率LD驱动源模块中;对SiC MOSFET的开关参数及特性进行了分析,并设计了一种简单实用的SiC隔离驱动。本文应用SiC器件设计了一款120V/120A全SiC LD驱动源模块,功率模块主电路拓扑采用四路交错并联Buck电路,电路中的开关管和二极管全部使用SiC功率器件,功率模块最高效率达到98%。     

L 波段高功率微波对计算机的损伤效应试验研究

高功率微波能对计算机等电子信息设备产生不同程度的损伤。利用高功率微波模拟试验系统,研究了L 波段高功率微波对计算机主机和显示器的损伤效应,通过改变微波源和计算机设置,得到了损伤规律,分析了损伤机理,确定了受试样本的损伤阈值,并通过三参数威布尔函数法拓展得到了计算机类设备的损伤阈值范围。研究结果为计算机等电子信息设备对高功率微波的防护技术研究和防护标准规范制定提供了数据支撑和参考依据。     

高功率微波的需求及发展

概述了高功率微波的主要应用领域和需求,简要介绍了在需求的推动下国际高功率微波源研究的新变化及发展现状,阐明了高功率微波的发展趋势及面临的问题.对未来高功率微波的发展进行了展望.     

高能微波电磁脉冲武器

介绍了高功率微波武器的特点，简要说明了高能微波电磁脉冲的形成过程。叙述了在现代战争中应用的领域，并谈及我国发展该武器的紧迫性。     

高功率微波大气传输电参数优选研究

大气击穿将产生很大的不利影响,高功率微波大气传输过程中应避免发生大气击穿。分析了高功率微波大气击穿的微观机理,研究了高功率微波在自生等离子体中传输时的反射和透射特性,并进行了数值模拟,从而初步探讨了HPM发射参数的优选问题。计算结果表明:在一定环境下,当HPM的频率和场强一定时,HPM发射参数存在一个合适的脉冲宽度;当HPM的频率和脉冲宽度一定时,HPM发射参数存在一个合适的场强。     

980nm大功率垂直腔底发射激光器

报道980nm大功率底发射垂直腔面发射激光器的结构、研制及器件的阈值电流、输出功率和光谱特性．在室温(24℃)下，5A连续电流工作时，出光孔径400μm的器件激射波长为984．1nm，输出功率达到1．42W，是目前所能见到报道中最高的．研究了出光孔径600μm的器件在连续工作时，激射波长、光谱半高宽随注入电流的变化以及在重复频率100Hz，脉冲宽度50—1000μs条件下的输出功率、效率与注入电流的关系．     

低重复频率脉冲掺镱光纤放大器

为了研究低重复频率两级脉冲掺Yb3+光纤放大器,采用脉冲信号驱动的半导体激光器作为种子光源,产生重频100Hz、半峰全宽100ns、能量30nJ的矩形光脉冲。第1级放大采用单模掺Yb3+光纤放大器,双程放大方案有效地抑制了放大自发辐射,放大后的脉冲能量达到了8.2μJ。第2级放大采用纤芯直径15μm的双包层掺Yb3+光纤放大器,大功率多模半导体激光器连续抽运。结果在抽运功率为7.3W时,放大输出脉冲能量达到了242μJ,放大输出半峰全宽压缩为29ns。输出的光束质量较好,为准单模输出。结果表明,该光纤放大器输出脉冲能量高,具有全光纤化、结构简单的特点。     

High-Power Microwave Generation With Photoconductors

This paper describes an unconventional method for the generation of high-power microwave (HPM) with orders of magnitude higher in power and energy than competing concepts. The method brings together several synergistic concepts. First, microwaves are synthesized cycle by cycle (digital synthesis) by the discharge of charged transmission lines. The method presented here generates a bipolar pulse with substantial impedance transformation. Second, photonic on switching via photoconductors is used to provide coherent timing. Third, the generation of HPM at extremely low impedance takes advantage of a fortuitous match between the peak Poynting power associated with thin films and high current density related to very high carrier concentration in photoconductors. Finally, unique HPM circuitry, termed a Switch Bypass Source circuit, is presented that affords multiple cycle generation and high pulse energy which avoids cascading switch losses. The combination of these techniques transforms HPM technology from the present level of gigawatts and hundreds of joules per pulse to levels that are orders of magnitude higher.      

大功率半导体激光器的高精度脉冲电源设计

为了满足大功率半导体激光器脉冲应用的实际需求, 针对单脉冲内电流平顶下降问题和重复性情况下电流稳定性降低的问题, 设计了一种多参数宽范围可调的高精度高稳定脉冲驱动电源。该电源以大功率场效应晶体管为核心, 通过现场可编程门阵列产生的高精度时序波形来完成单脉冲内的上升沿调控和栅极控制电压补偿, 通过微控制器结合电流采样的闭环控制方案实现重频运行下的电流高稳定输出。结果表明, 在输出电流100 A、脉冲宽度400 μs、重复频率1 kHz的最大功率输出驱动二极管负载时, 驱动电流上升沿过冲幅度小于0.5%、单脉冲内电流衰减小于0.2%、重复率脉冲不稳定度小于0.1%;在同样输出条件下驱动半导体激光器, 其在单脉冲内光功率过冲小于2%, 重复光脉冲不稳定度小于0.2%。该研究有助于提高脉冲电源脉冲电流稳定性, 对现有脉冲电源结构的改进具有一定的参考意义。     

一种新型的混合型双频高功率微波器件

为提高高功率微波(HPM)器件的输出功率和转换效率,通过对磁绝缘线振荡器(MILO)和分离腔振荡器(SCO)的特性分析,提出利用MILO磁绝缘电流驱动的SCO替代收集极,构成一个具有更高输出性能的双频混合型HPM器件。通过全电磁粒子模拟软件的模拟,结果表明：L波段MILO-SCO混合型HPM器件可在1.54 GHz和0.74 GHz双频下工作,转换效率超过20%,对探索提高HPM器件工作性能提供了参考。     

An on-chip back-bias generator for MOS dynamic memory

An on-chip back-bias generator for 64K dynamic MOS RAM has been developed.The use of this generator achieves the goal of a single 5 V power supply part while preserving the advantages of substrate bias in n-channel MOS technology. These advantages include the elimination of substrate injection current from localized forward biasing of diodes, improved speed and power characteristics, and a larger differential data signal on the bit sense lines. The generator circuit avoids several pit-falls on on-chip V/SUB BB/ generation. The circuit pumps to a known regulated voltage. This avoids substrate drift with changes in substrate current resulting from changes in cycle time. This drift will change device characteristics and degrade storage levels. A unique two-level reference scheme avoids changes in substrate bias voltage that otherwise result from the shift in V/SUB BB/ between precharged and active memory states when memory duty cycle changes. The standby power used by the generator is only 0.74 mW.     

高功率微波场中In-BiCaVIG晶体的磁光记录特性

报道了铟铋钙钒铁石榴石 (In BiCaVIG)晶体在高功率微波场中的新颖磁光记录特性。In BiCaVIG晶体受峰值功率约 10 0MW ,频率约 10GHz ,脉宽约 5 0ns的高功率微波脉冲作用后 ,晶体的磁旋光角发生了变化。其变化的大小与晶体通光方向上的磁场峰值大小有关 ;旋光角变化的方向与晶体的初始磁旋光状态有关。这种记录着高功率微波峰值磁场的旋光状态的变化可以保持几天或更长时间 ,能够用静磁场消除。     

高功率脉冲对PIN 限幅器的毁伤效应研究

本文针对PIN限幅器在高功率脉冲下的毁伤效应，对PIN限幅器归一化吸收、负载和反射功率与阻抗关系进行了 理论分析，并对高功率脉冲注入下PIN 限幅器的瞬态响应进行了仿真分析，结果表明当输入脉冲上升沿小于5ns，输入功 率大于200mW时，限幅器出现明显的尖峰泄漏现象，并且限幅能力趋于饱和，试验结果也验证了仿真分析结果的有效性。