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反無人機研究領(lǐng)域：高功率微波 (HPM)技術(shù)

微波應(yīng)用方向

磁控管、速調(diào)管、多腔磁控管、微波元器件、高功率微波管、微波電路和微波測量、微波接力通信、衛(wèi)星通信。

Phaser? 高功率微波系統(tǒng)

雷神公司Phaser? 高功率微波系統(tǒng)使用定向能量以光速擊落無人機(單個或成群)。操作員將一束寬闊的電弧能量束聚焦在無人機上，無人機會發(fā)出短暫的高功率電磁能量爆發(fā)，摧毀他們的電子設(shè)備并同時將它們從天上掉下來。

1.高功率微波以光速傳播——每秒 3 億米

2.高功率以產(chǎn)生足夠的能量以電子方式破壞目標

3.以錐形光束發(fā)射無線電頻率

4.發(fā)射成本低

5.僅受電力供應(yīng)的限制

正在探索如何將高功率微波技術(shù)集成到飛機、巡航導(dǎo)彈、水面艦艇和地面車輛中，與高能激光配合使用，微波將為軍事指揮官提供強大的定向能量。

正如高功率微波使用集中的無線電能量一樣，激光將光粒子束投射到目標上。但是，當激光燒入他們的目標時，高功率微波會攻擊他們的電子設(shè)備。

高功率微波 (HPM)技術(shù)

HPM 是屬于高功率電磁 (HPEM) 類的一個相對較新的研究領(lǐng)域，其中包括雷電電磁脈沖 (LEMP) 和核電磁脈沖 (NEMP)。

HPM 源輻射的功率范圍從幾KW到幾十GW(脈沖)，頻率范圍從幾十MHz到幾GHz (圖1)。

真空管(磁控管或回旋管)是經(jīng)典的 HPM 技術(shù)。

VIRCATOR 是一種用于實現(xiàn)上述設(shè)備的創(chuàng)新技術(shù)，可實現(xiàn)更大的功率和顯著減小的尺寸。

圖 1：典型 HPEM 在頻譜密度和頻率方面的比較

主要元件是一個帶有虛擬陰極的振蕩器，它使用真空管技術(shù)制造，具有固有的振蕩器操作(VIRCATOR：VIRCATOR：VIRTual CAthode oscillaTOR)。

該元件可以在沒有靜磁感應(yīng)場的情況下使用，就像同軸 VIRCATOR 的情況一樣。這在易用性和尺寸方面具有顯著優(yōu)勢。HPM 源由高壓脈沖發(fā)生器(例如 MARX GENERATOR)、真空管、波導(dǎo)和最終天線組成，電磁能量將從該天線以直接方式輻射。HPM 的基本思想是通過在陰極和由電子滲透柵極組成的陽極之間施加大約 300KV-500KV 的電壓來加速由陰極爆炸性發(fā)射的電子束的密集流動。許多電子穿過陽極并在陽極后面形成一個空間電荷區(qū)，稱為“虛擬陰極”。在某些條件下，這個空間電荷區(qū)域可以在一定范圍內(nèi)的微波頻率中振蕩。

由于其結(jié)構(gòu)簡單，該解決方案對于所提出的應(yīng)用非常有吸引力。

Vircator 是一種還可以提供 GW 脈沖功率的設(shè)備，頻率低于10GHz。然而，效率相當?shù)停壳白詈玫耐SVircators達到10%。

圖 2：VIRCATOR 示例

由于施加到陽極的數(shù)百 KV 電位的吸引，電子離開陰極。在陽極周圍，它們達到這樣的速度，即由于慣性，它們超過了制成為網(wǎng)格形狀的陽極，并在陽極空間內(nèi)由它們自己形成的空間電荷區(qū)域內(nèi)保持約束一段時間。

這種受到高電位影響的電子云會產(chǎn)生等離子體，該等離子體以(等離子體的)脈動振蕩，由下式給出：

隨著虛擬陰極中電子密度的增加，離開陽極的電子運動受到阻礙，產(chǎn)生的電荷被迫保持靠近陽極。這種會使虛擬陰極富集的電荷缺乏導(dǎo)致后者變得貧乏，以至于從陽極出來的新電荷能夠再次通過該勢壘，從而產(chǎn)生電流脈沖以再次使虛擬陰極富集. 只要將電位施加到 Vircator 的 KA 端子，此循環(huán)就會重復(fù)。這些電子脈沖刺激連接到輸出波導(dǎo)的空腔，并產(chǎn)生頻率為 ω r的射頻信號從波導(dǎo)輸出。輸出模式不是純的而是由一個TM 01和TE 11組成。

發(fā)展

VIRCATOR 技術(shù)是才出現(xiàn)不久，迄今為止已經(jīng)制造了一些演示器，但市場上還沒有產(chǎn)品。取而代之的是采用經(jīng)典磁控管或回旋管技術(shù)的產(chǎn)品，如下所示：德國公司展示了幾種用于 C-IED 和反無人機應(yīng)用的 HPM 產(chǎn)品。使用的技術(shù)是功率真空管技術(shù)，用于抑制距離源頭 50m 到幾百米的電子設(shè)備。