高功率微波通常是指峰值功率大于100兆瓦,频率在1~300吉赫的电磁波。
高功率微波领域是20世纪70年代随着脉冲功率技术、相对论电子学、等离子体物理的发展而发展起来的。在较短的时间内,高功率微波技术已经取得了极大的进展。由于高功率微波与常规微波在功率上的巨大差别,高功率微波技术的应用也具有许多独特的特性。
随着高功率微波技术的不断发展,高功率微波在军事上和民用方面得到了广泛的应用,同时对高功率微波的防护技术也逐渐开始了研究。
一些发达国家对高功率微波防护的研究起步较早。美国、苏联早在20世纪80年代就开始研究武器系统受电磁危害的问题,从早期的射频对军械的危害研究逐渐扩展为武器装备电磁环境效应研究,在概念和研究范围上不断更新和扩展。1986年,美军完成了电子元器件易损性与加固测试计划,进入20世纪90年代后,美军已经把各种电磁危害源的作用归纳为武器系统在现代战争中遇到的电磁环境效应问题,并于1993年完成了“强电磁干扰和高功率微波辐射下集成电路防护方法”的研究,电磁脉冲的防护能力建设已列入其军标和国标中。俄罗斯也在1993年完成了电磁脉冲对微电子电路的效应实验和防护技术研究,他们的武器系统一般都有抗电磁脉冲的技术指标。中国对高功率微波防护技术的研究起步较晚。
高功率微波防护主要分为一般防护方法和高功率微波加固方法两类。一般防护方法主要包括屏蔽、滤波和时间回避法。高功率微波加固方法主要包括控制耦合和降低敏感度法。
高功率微波防护分类图
从空域上防护高功率微波。空域防护是控制微波辐射最有效和最基本的方法,即采取完善和合理的屏蔽将辐射干扰电磁场在空间上与接收器隔离开,使微波在到达接收器时强度降至最低限度,从而达到控制干扰的目的。屏蔽是从空域上防护的手段,它包括将内部辐射电磁能量封闭在金属体内,不让它泄露出去,或将辐射强度大大削弱,也包括将电子设备及系统屏蔽起来,使屏蔽体外面的电磁场不能进入屏蔽体内,因而不会对接收器或接收系统造成影响,或使影响大大降低。因此,屏蔽是对电磁辐射干扰源和接收器系统之间采取空域防护的电磁干扰控制措施,使辐射电磁场和接收器隔离开来。
从频域上防护高功率微波。微波都具有一定的频谱,即由一定的频谱分量组成。因此,可以通过频域控制的方法来抑制微波辐射的影响,即利用系统的频率特性将需要的频率成分信号、电源的工频交流频率加以接收,而将干扰的频率成分加以剔除。这就是利用要接收的信号和微波所占有的频域不同,对频域进行防护控制。滤波是从频域上防护的一种常用手段,滤波由滤波器来完成。
从时域上防护高功率微波。时间回避法是从时域上防护的方法。在无法采用上述防护措施的地方,如空中导弹、卫星或飞机,则要采用时间回避法。即利用灵敏度极高的传感器在高强度电磁场到来之前关机,将电源切断,或将信息转移到非挥发性储存器中,待电磁干扰过后再使设备重新接通电源,开机恢复工作,以免信息受到严重干扰或导致损坏。
高功率微波加固是指在电子设备中,通过计算、仿真和实验,在需要的频率范围内发现电子系统中的薄弱环节,针对薄弱环节采取措施,使系统免于损伤的工作过程。一般的加固方法可分为2种:①控制耦合。通过控制天线和后门进入点,或者通过系统设计,采用诸如吸收体、限幅器、滤波器和屏蔽等措施反射或衰减入射的高功率微波能量。②降低敏感度。设计足够坚固的子系统和组件,在遭遇高功率微波环境后仍能正常工作。