第5章-高功率微波源.ppt

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，如我们所熟悉的回旋管(grotron)、切仑可夫器件(Cherenkov)、自由电子激光(FreeElectronLaser，简称FEL)等目前水平及问题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﹪能量效率一般都很低，平均功率水平10kw，要提高平均功率。可通过提高峰值功率与占空比来达到。尽管微波源的发展很快，但实用化问题的研制才刚刚开始不久，它的性能指标还有待提高。如可靠性与寿命，带宽，线性，相位与辐值及噪声等复杂问题，体积重量问题还需进一步开展研究工作。本章下面的章节将介绍各种高功率微波源，对它们工作原理与发展现状进行简略的介绍▲????增加HPM的脉冲功率至10GW（现是几个GW）▲????增加脉冲长度到10μs▲????增加脉冲能量到100kJ，解决脉冲缩短问题▲????研制可调HPM源—回旋装置、等离子体填充源HPM炸弹：是通过把微波束转化为电磁能，毁伤对方电子设施和人员的一种新型定向能武器，它对电子系统和人体均可造成伤害基本工作原理：HPM经过天线聚集成的很窄、很强的束电磁波射向对方，依靠这束电磁波产生的高温、电离、辐射等综合效应，在目标内部的电子线路中产生很高的电流电压，击穿或烧毁其中敏感元器件，毁损电脑中的存储数据，从而使对方武器指挥系统陷于瘫痪，丧失战斗力；或对人体肌体和机能造成损伤两种器件的慢波系统如图5.19所示。第一段慢波系统是预群聚段，由强流脉冲加速器产生的强相对论电子注从左端注入第一段慢波系统，注一波互作用产生预群聚。群聚过程在漂移空间继续进行‘第二段慢波系统为输出段’电子注在其中发生注-波互作用，将能量交给高频场产生高功率电磁波辐射。两节慢波系统之间的漂移段对高频辐射并不截止，漂移段在两节慢波系统之间引起的电磁反馈有助于稳定器件的输出模式。因为系统横向尺寸很大，处予高过图(b)与图(C)，微波是从圆柱器件的轴向输出，常称为轴向提取。圈(d)，电子流通过矩形波导的宽边注入而形成虚阴极，微波功率是横向输出，也称横向或侧向提取。图(c)所示结构的器件又称Reditron，它的特点是加了轴向磁场来引导电子束，而且阳极是厚阳极，留出窄空心孔以引出电子并阻止反射电子返回阴、阳极间的二极管区。自由电子激光按电子注的特点可分为Compton型与Raman型两大类。Compton型自由电子激光是利用高能量、较低浓度的电子注对光波（包括微波）的散射产生的，这类自由电子激光忽略了电子注的集体效应oRaman型自由电子激光是利用高浓度、低能量的电子注对光波的散射产生的，这类自由电子激光要考虑窄间电荷的影响。常采用Marx发生器的原理电路如图5.25中所示，它的基本工作原理是利用高压直流电源通过适当的电阻网络对大量由气体火花隙开关隔开的脉冲电容器并联充电，直流充电机对电容器充电U。或-U。时，通过指令触发，使这些火花隙开关快速顺序击穿，从而导致电容器迅速串联起瘵赣耨螺值很高的电压脉冲。其初始电压为发生器各级充电电压的总和nU。，其中，n为Marx发生器的级数。5.5.4爆磁压缩驱动的脉冲功率系统目前正在积极研究的最小、最轻的脉冲功率系统是用爆炸产生脉冲功率这种技术利用炸药存储的极高能量密度(大于8kj/cm2，小于l0kj/g)，它的储能能比现在的电容器大几个数量级，即使使用相对比较低效的磁通压缩技术（转换效率小于1%）将爆炸能转换为电能，也能在微秒量级时间内输出兆焦量级的能量，可以在一小波包络内产生数百GW的脉冲功率。此系统的关键技术是爆炸激励通量压缩产生器(FCG)和炸驱动磁流体动力学：(MHD)发电机技术。FCG是在相当小的管壳内，在数十微秒至数百微秒内产生几千万焦电能的装置，具有的峰值功率为几TW(lTW=1012W)至几十TW。它可以直接作为高功率微波源单次发射的脉冲电源。FCG有多种结构，最通用的结构是如图5.30所示的爆炸激发的同轴通量压缩产生器。在FCG中，圆筒状的铜管形成一个电枢，其中片j机械加Ij的高速高能炸药充填，FCG的定子是铜丝做的螺旋线圈。在开始爆炸之前，FC(;中的初始磁场由启动电流产生，启动电流由高压电容器箱(马克斯箱)或磁流体动力学设备供给。当启劫电流达到峰值时，炸药开始爆炸。爆炸是用炸药透镜平面波产生器完成的，它在炸药中产生一个均匀平面波爆炸的波头，这个波头在电枢中通过炸药传播，并将波头变成圆锥形电枢扩展刭定子的整个