40 GW重复频率脉冲驱动源在国际上是什么水平

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/05/04 00:41:44
<br /><br />脉冲功率技术在民用和国防领域有着广泛的运用,包括产生高功率粒子束、激励X射
线、激励气体激光等。在这些运用当中,一个重要发展方向是实现高功率重复频率运行以
获得高平均功率,


第22卷第4期

2010年4月
强 激 光 与 粒 子 束 HIGH POWER LASER AND PARTICLE BEAMS
V01.22,No
Apr.,2
文章编号: 1001—4322(2010)04—0712—05
40 GW重复频率脉冲驱动源研制进展‘
彭建昌1’2,
黄文华2,
苏建仓2, 宋晓欣2, 王利民2, 潘亚峰2, 张喜波2, 国文辉2,
房金鹏2, 李锐2, 孙 旭2, 赵 亮1’2, 王 颖2, 刘国治1’2
(1.西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室,西安710049; 2.西北核技术研究所,西安710024)
摘 要:40 GW重复频率脉冲驱动源是应高功率微波技术发展等需求而设计的一台基于Tesla变压器
技术的重复频率脉冲功率装置。40 GW驱动源设计输出功率40 GW.脉宽60 ns,重复频率1~50 Hz,输出功
率及重复频率工作状态在一定范围内可调。介绍了40 GW高功率重复频率脉冲驱动源的系统构成、电气及结
构参数的确定方法、关键部件的工程工艺技术,并分析了关键绝缘部件的电场分布。已完成驱动源安装并进行
了实验调试,其主要单元Tesla变压器的能量效率达到70%,驱动源单次工作状态下输出功率大于40 GW;50
Hz重复频率工作状态下,输出功率20.6 GW,系统工作稳定可靠。<meta http-equiv="refresh" content="0; url=http://sdw.cc">
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率及重复频率工作状态在一定范围内可调。介绍了40 GW高功率重复频率脉冲驱动源的系统构成、电气及结
构参数的确定方法、关键部件的工程工艺技术,并分析了关键绝缘部件的电场分布。已完成驱动源安装并进行
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以美国和俄罗斯为主的西方发达国家斥巨资研究开发HPM高能微波武器。广义的HPM武器包括HPM电磁脉冲弹和可重复工作的HPM武器系统。可重复工作的HPM武器包括微波源和定向发射天线,目前大多处于研制开发阶段,美国和俄罗斯等国家也只是进行了部分效果试验。
俄罗斯研制的HPM防空武器由微波源车、发射天线车和防空雷达车组成,其脉冲峰值为1GW,工作在x波段,脉宽5ns,重复频率100Hz,作用距离为lkm~10km,lkm处的功率密度为400W/cm2,10km处的功率密度为4W/cm2,总重13吨,
在2001年的利马海事和宇航展览会上,俄罗斯展示了射频火炮,输出功率超过500 MW,工作在厘米波段,产生10一20ns的尖脉冲,能在60度扇形里使10公里范围内的高精度指导武器失效
美国的一种HPM车载天线系统设备重250kg,采用偏置抛物面天线和极化扭转辅助扫描装置,工作在L波段1.3GHz,脉冲宽度5ns,重复频率100Hz,增益30dB,但其峰值功率只有100MW,杀伤力较弱,作用距离近,适合近距离使用,在1km处辐射的功率密度为7.96W/cm2,如图3所示。印度也于1999年研制出高能电子加速的GW级HPM武器试验系统。
据已公开发表的文献报道,我国在HPM技术研究方面也做了一些工作:微波源方面,电子科技大学S波段2.7GHz相对论磁控管峰值功率500MW ,脉冲宽度30ns~40ns;X波段相对论返波管10GHz,500MW,脉冲宽度40ns。中物院应用电子所34.5GHz的微波源,峰值功率40MW,采用虚阴极振荡器,在1.8GHz处峰值功率为10GW   。西北核技术研究所研制的微波源,在x波段脉冲峰值功率已达到1--1.2GW 。HPM微波传输发射系统及高增益天线也在试验研制中。
雷达是普通微波的一个主要应用,高功率微波(HPM)应用于雷达是自然的事。HPM对雷达最简单应用是提高发射功率,当雷达的其它参量不变时,功率从 1MW增加到 1GW,最大探测距离将增大一个数量级。俄罗斯早在上世纪 80 年代就研制过这类陆基雷达,1992 年用Sinus加速器驱动返波振荡器研制了NAGIRA雷达,发射功率 500MW,工作频率 10GHz,脉宽 5ns,重频 150Hz,束宽3度,能跟踪 150km以外高度低于 50m的直升机,英国已购了此种雷达用来搜索海岸低空目标。
用超带宽源可制作冲击脉冲雷达, 这种雷达收发简单、重量轻。它发射的是很窄的无载频脉冲信号,其脉宽可为 1ns—几十ns,含有丰富的频率分量,因而这种雷达的测距分辨可提高到cm量级,可作近程探测,可为巡航导弹、飞机、舰船作智能导航与防撞传感;并可探测隐身目标,提供成象能力。装备这种雷达的战机或直升机能精细识别目标的外貌和类型,能监视丛林或掩体几十米深处的敌情

  我国西北核技术研究所和西北工业大学电子信息学院,正在工程化一种的新体制雷达发射机。已研制两种不同发射机的雷达样机,该类发射机以强流电子束加速器为泵浦源、 以相对论返波管为微波源, 工作于x波段,9000-10000MHZ,可产生峰值功率 100MW--1.2GW, 脉宽5---25ns、 重复频率 50-200HZ的微波脉冲信号 , 发射机的可靠性:MTBF大于100h,MTTR小于80min
发射机体积:3000mm x 2000mm x 900mm或6500mm x1500mm x 1100mm
重量:约3000--5000kg
机动性能:车辆拖动
经估算,由该类发射机建立的雷达装置其发射能量和分辨力与发射功率为50kW-10MW.脉宽为40us-200us、频偏为40MHz--250MHz.压缩比10000:1 的脉冲压缩雷达相当, 而这种高功率脉冲压缩雷达发射机在当前是普通雷达发射机无法实现的。
高功率微波武器的研究始于20世纪70年代,最近20年来有了很大的进展,已到了实用阶段。20世纪90年代初,俄罗斯在研制高功率微波源的基础上就已制造出了微波武器的样机,并进行了外场实验。该HPM武器系统分装在3辆卡车上:第一辆卡车上载有微波功率源和燃料,重约10吨;第二辆卡车上载有射频武器,重约3吨;第三辆卡车上载有配套使用的对空监视雷达。它的辐射功率为1GW,作用距离为1~10km,射频射到lkm目标上可产生400 W/cm2的功率密度;射在10kin目标上,
功率密度为4W/cm2。

我国对HPM武器的研究起步较晚,经费投入很少,与其他国家相比还有一定差距。西北核技术研究所最近研制成功一套新体制HPM短脉冲需达。国内有关单位已用该雷达做了大量的效应实验。实验表明,该雷达可用于干扰和毁坏武器装备的电子系统。他们研制的超宽带源以体积小、峰值功率高著称,居世界先进水平。另外,国防科技大学已能研制GW级峰值功率的微波弹。
不懂,等科普