簡明高功率微波技術（簡體書）

高功率微波（HPM）技術與強激光技術、粒子束技術並稱為三大定向能技術，其在軍事上有著特殊的用途，是當今國際上研究的熱點技術領域之一。本書圍繞高功率微波技術的主要研究內容，分為六部分進行論述。部分為第1 章，介紹了高功率微波的基本定義及研究範疇；第二部分由第2 章和第3 章組成，介紹了高功率微波產生技術；第三部分為第4 章，重點介紹了高功率微波脈衝壓縮技術；第四部分由第5~8 章組成，重點介紹了高功率微波效應；第五部分為第9 章，主要介紹了高功率微波武器的系統組成及可能應用；第六部分為第10 章，簡要介紹了高功率微波告警及防護技術。本書作者系統總結了當前HPM 技術領域相關研究進展及成果，對未來技術發展提出了建設性看法。本書是一部介於科普與專業技術之間的綜合性HPM 技術專著，可作為HPM 技術領域相關技術研究人員和工程技術人員的參考書，也可為相關定向能武器總體論證人員提供必要的專業技術參考。

方進勇，博士（後），中國空間技術研究院西安分院研究員、博士生導師，西安交通大學兼職教授，國家某重大專項（載荷系統）首席專家，長期從事空間安全、空間環境和高功率微波技術等領域的研究工作。主持完成“863”項目、“973”項目、航天科技集團公司重點預研項目等10余項。先後獲國家科技進步二等獎1項，部級科技進步一等獎1項、二等獎6項和三等獎4項。發表學術論文50余篇，出版《集成電路HPM效應手冊》《空間粒子束技術應用概論》《空間人工環境概論》等專著，獲國家發明專利50余項。

1.這是一本介於科普與專業技術之間的書籍，理論性偏淺、更加強調工程實踐，可兼顧專業技術人員和初學者的多重需要；2.書中既介紹了高功率微波的科學技術概念，又涵蓋了當前國內外的實際應用，並兼顧了今後的技術發展；3.作者具有堅實的理論基礎和豐富的工程經驗；4.書中涉及多種技術的應用，覆蓋國防、航天、生物等多個領域，並提出了一些獨到見解。

高功率微波技術、強激光技術和粒子束技術並稱為三大定向能技術，是一個龐大而複雜的高新技術領域。本人雖然從事該技術領域研究近30 年，但從來沒有奢望要編寫一部有關高功率微波技術方面的著作。因為在這個領域大家云集，就我個人的學術能力而言，與這些大家相比相去甚遠，竊以為雖然有很多心得體會需要總結，但還是不要班門弄斧為好。可2020 年的場春雪觸動了我脆弱的神經，因為又一位關心我、愛護我、教育我的長輩伴隨著潔白的雪花離開了，他就是我國著名核物理學家陳雨生將軍，是他把我推薦給他的朋友範如玉研究員，由範如玉研究員和劉國治院士共同把我引入高功率微波這一技術領域，雖然我碩士研究生導師不能署上陳將軍的名字，但在我心中他就是我的老師，而他也始終認為我就是他的學生，無論是在後來的學習還是工作中，他都給予了我無微不至的指導與幫助。陳將軍的離世使我想起了我博士研究生的導師喬登江院士，這又是一位平易近人的學術大師，他的音容笑貌這些年來時刻縈繞在我的心頭。我知道兩位長者對我期許甚多，他們多次鼓勵我將自己的研究成果甚至學習心得發表交流，認為學術水平有高下之分，但學術成果都是客觀的結果，應當在條件允許的情況下盡量與大家分享，哪怕是失敗的教訓也是極有意義的。在陳將軍及喬院士的鼓勵下，我的博士論文主要研究成果《集成電路高功率微波效應手冊》以專刊的形式得以發表，但由於當時定為秘密級，所以能夠共享的研究人員有限。十余年過去了，這份手冊早已解密，可限於印刷數量較少且按照當時保密要求大多已經銷毀，至今仍然很難在公開渠道獲得相關數據，這也成為我心中多年的遺憾。因此，本打算在工作之余對該手冊進行重新整理並補充部分研究成果，以更加完備的狀態呈現給大家以供參考，但兩位長者的相繼離世深深地觸動了我，我決定挑戰自己的極限，編寫整理一部有關高功率微波技術的專著以紀念兩位長者，回饋他們多年對我的教導與關愛。

《簡明高功率微波技術》的具體定位是一部介於科普與專業技術之間的書籍。當前出版的有關高功率微波總體技術的專著總共有兩部：一部是我的老師劉國治院士組織翻譯的美國學者Robert J. Barker 及Edl Schamiloglu 編著的《高功率微波源與技術》，另一部是我的老師江偉華研究員翻譯的美國學者James Benford、John A. Swegle 及Edl Schamiloglu 編著的《高功率微波》。其他著作的內容均為高功率微波專項技術，如中國工程物理研究院周傳明研究員編寫的《高功率微波源》及軍事科學院常超研究員編寫的《高功率微波系統中的擊穿物理》等。這些著作普遍理論性偏強，適合於從事相關技術研究的專業人員作為參考，但對於非該專業領域的學者及欲入門開展高功率微波技術相關研究的學生則顯得過於深奧。當前，在諸多大的技術論證領域，可能涉及多個專業技術方向，非專業人士了解高功率微波技術原理及發展現狀的需求越來越多，因此編寫一部理論性偏淺且更加強調工程實踐的有關高功率微波技術的類科普書籍是極有必要的。本人從事高功率微波技術研究工作20 多年來，先後在高功率微波脈衝壓縮、高功率微波效應及高功率微波傳輸與發射等技術方向開展過研究工作，對高功率微波技術有較為全面的了解，因此決心對該技術領域進行系統的梳理與學習，將學習心得以專著的形式提供給各位讀者，以期能夠在相關論證及研究中提供高功率微波技術領域的專業技術支撐。因此，與其說這是一部有關高功率微波技術的專著，不如稱之為一本專業人士的高功率微波技術學習筆記更為恰當。

本書共分10 章：第1 章為概述，簡略地介紹了高功率微波基本定義及研究範疇；第2章和第3 章主要介紹了高功率微波產生技術；第4 章是一個單獨章節，重點介紹了一種非常規高功率微波產生方法，即高功率微波脈衝壓縮技術；第5～8 章重點介紹了高功率微波效應；第9 章主要介紹了高功率微波武器的系統組成及可能應用；第10 章是一個單獨章節，簡要介紹了高功率微波告警及防護技術。

全書由方進勇編寫並統稿，彭凱參與了第2 章部分內容的編寫，鐵維昊參與了第3 章和第9 章部分內容的編寫，吳江牛參與了第4 章部分內容的編寫，薛沛雯參與了第6～8 章部分內容的編寫，李奇威參與了第10 章部分內容的編寫，秦子浩參與了第1 章部分內容的編寫並對全文進行了校對。在此，特別致敬我的老師劉國治院士，是他引領中國高功率微波技術領域取得重大進展；致敬我所熟知的高功率微波技術領域開拓者—西北核技術研究院黃文華研究員、寧輝研究員、樊亞軍研究員，中國工程物理研究院周傳明研究員，西南交通大學劉慶想教授，電子科技大學蒙林教授，國防科技大學張建德教授和舒挺教授等，他們都是我在學術研究中的良師益友，向他們表示衷心的感謝。特別感謝我的好友彭建昌博士及張冠軍教授對本書全文的仔細審閱和寶貴建議。本書的編寫還得到了空間微波技術國家重點實驗室基金的資助，在此一並表示感謝。

本書在編寫過程中參考和引用了大量國內外文獻，本書的完成離不開這些文獻作者的開創性工作，在此表示深深的謝意。他們的許多表述都幾近經典，編著者如果刻意避免抄襲之嫌而有意改變其表述純屬畫蛇添足，因此在參考與引用過程中部分論述幾乎原文呈現以體現本書筆者對原作者的尊重。科研工作者發表論文的初衷就是利於自己的科研成果能夠為其他研究人員提供參考及借鑒，本書對相關參考與引用已經竭盡全力進行了詳細標注，絕無任何侵犯諸位同仁知識產權的惡意，如有疏漏或標注不當，敬請提出異議並及時與我取得聯繫，我將虛心接受並在未來的版本中予以修正，同時也向您表示深深的歉意。

雖然竭盡全力，但囿於理解水平及能力，書中難免有不妥之處，敬請廣大讀者不吝批評指正。



編著者

2021 年12 月

第1章 概述 001

1.1 高功率微波基本定義及研究範疇 001

1.2 高功率微波產生技術 002

1.2.1 窄帶高功率微波產生技術 002

1.2.2 超高功率超寬帶高功率微波產生技術 003

1.2.3 超高重復頻率超寬帶高功率微波產生技術 004

1.2.4 高功率微波脈衝壓縮技術 004

1.3 高功率微波效應 005

1.3.1 電子器件高功率微波效應 005

1.3.2 電子系統高功率微波效應 007

1.3.3 生物高功率微波效應 009

1.4 高功率微波武器及應用 009

1.5 高功率微波防護技術 010

1.6 小結 011

參考文獻 011



第2章 窄帶高功率微波產生技術 013

2.1 窄帶高功率微波源系統組成 013

2.2 高功率微波脈衝功率驅動源 015

2.2.1 高功率微波脈衝功率驅動源發展概況 015

2.2.2 Marx 型高功率微波脈衝功率驅動源 025

2.2.3 Tesla 型高功率微波脈衝驅動源 033

2.2.4 SOS 型高功率微波驅動源 048

2.2.5 其他類型高功率微波驅動源 054

2.3 窄帶高功率微波器件 059

2.3.1 窄帶高功率微波器件發展概況 059

2.3.2 典型窄帶高功率微波器件設計要點 084

2.4 小結 108

參考文獻 109



第3章 超寬帶高功率微波產生技術 115

3.1 超高功率超寬帶高功率微波產生技術 115

3.1.1 超高功率超寬帶高功率微波源發展概況 115

3.1.2 基本原理與關鍵技術 123

3.1.3 超寬帶高功率源設計示例 143

3.2 超高重復頻率超寬帶高功率微波產生技術 147

3.2.1 固態高重頻高功率脈衝源發展概況 147

3.2.2 固態高重頻超寬帶高功率微波源設計示例 151

3.3 小結 158

參考文獻 159



第4章 高功率微波脈衝壓縮技術 161

4.1 高功率微波脈衝壓縮技術基本原理及發展概況 161

4.1.1 脈衝壓縮技術基本原理 162

4.1.2 發展概況 166

4.2 開關儲能切換型高功率微波脈衝壓縮技術 169

4.2.1 諧振腔技術 170

4.2.2 輸入輸出耦合技術 181

4.2.3 開關技術 185

4.2.4 SES 型脈衝壓縮系統設計示例 199

4.2.5 SES 型脈衝壓縮相關技術探索 204

4.3 路徑編碼脈衝壓縮技術 214

4.3.1 路徑編碼脈衝壓縮技術基本原理及其實現方法 214

4.3.2 路徑編碼脈衝壓縮獲取具有中心載頻超高重頻超寬帶高功率微波 220

4.3.3 採用路徑編碼脈衝壓縮技術獲取GW 級高功率微波 225

4.4 小結 228

參考文獻 228



第5章 高功率微波效應總論 231

5.1 高功率微波效應分類 231

5.2 高功率微波效應通用研究方法 232

5.3 高功率微波對目標作用方式 234

5.4 高功率微波對目標損傷效應機理概述 235

5.4.1 高功率微波對電子器件損傷效應機理 235

5.4.2 高功率微波對電子系統損傷機理 238

5.5 高功率微波效應模擬及預測評估 243

5.6 小結 244

參考文獻 245



第6章 電子器件高功率微波效應 246

6.1 分立器件高功率微波效應 246

6.2 集成電路器件高功率微波效應 247

6.2.1 集成電路高功率微波效應實驗方法及實驗裝置 248

6.2.2 集成電路高功率微波效應實驗結果 250

6.2.3 集成電路高功率微波效應實驗結果分析 252

6.2.4 集成電路微波易損性簡化評估模型 263

6.2.5 集成電路高功率微波效應小結 266

6.3 微波類器件高功率微波效應 267

6.3.1 限幅器高功率微波效應 267

6.3.2 濾波器高功率微波效應 282

6.3.3 放大器高功率微波效應 284

6.3.4 混頻器高功率微波效應 301

6.4 小結 306

參考文獻 306



第7章 電子系統高功率微波效應 308

7.1 電子系統高功率微波效應實驗方法與實驗裝置概述 308

7.2 計算機高功率微波效應 310

7.3 雷達高功率微波效應 321

7.3.1 雷達接收機常用器件高功率微波效應規律概述 322

7.3.2 雷達接收機整機高功率微波效應 327

7.4 電子偵察接收機高功率微波效應 330

7.5 衛星通信系統高功率微波效應 333

7.5.1 通信衛星接收機高功率微波效應 334

7.5.2 通信衛星轉發器高功率微波效應 338

7.5.3 衛星通信系統其他相關效應研究成果 338

7.6 衛星導航接收機高功率微波效應 339

7.6.1 衛星導航概述 339

7.6.2 衛星導航接收機結構組成 340

7.6.3 導航接收機效應研究 342

7.7 反輻射導彈高功率微波效應 343

7.8 無線電引信高功率微波效應 346

7.8.1 引信及引信效應方法簡介 346

7.8.2 電磁感應近炸引信高功率微波效應 347

7.8.3 多普勒無線電近炸引信高功率微波效應 349

7.8.4 電容近炸引信高功率微波效應 352

7.8.5 引信高功率微波效應小結 355

7.9 無人機高功率微波效應 355

7.10 小結 358

參考文獻 358



第8章 生物高功率微波效應 360

8.1 生物高功率微波效應概述 360

8.2 神經系統高功率微波效應 361

8.3 視覺系統高功率微波效應 365

8.4 生殖系統高功率微波效應 369

8.5 免疫系統高功率微波效應 372

8.6 心臟高功率微波效應 373

8.7 肝臟及脾臟高功率微波效應 377

8.8 小結 379

參考文獻 380



第9章 高功率微波武器系統 382

9.1 高功率微波武器應用概述 382

9.2 窄帶高功率微波武器系統及其關鍵技術 387

9.2.1 窄帶高功率微波武器系統組成 387

9.2.2 窄帶高功率微波武器關鍵技術 389

9.3 超寬帶高功率微波武器系統及其關鍵技術 402

9.4 小結 403

參考文獻 404



第10章 高功率微波防護技術 406

10.1 防護需求 406

10.2 傳統防護技術 407

10.2.1 前門防護技術 408

10.2.2 後門防護技術 421

10.3 高功率微波告警技術 428

10.4 高功率微波防護技術發展趨勢 430

10.5 小結 431

參考文獻 431