聚能定向电磁脉冲天线设计+文献综述(3)
表1.1 电磁脉冲功率密度与作战效能的关系
功率密度 作战效能
0.01~1μw/cm2 干扰相应频段的通信，影响导航设备正常工作；
0.01~1w/cm2 可使探测系统和武器系统中的电子部件发生失效甚至烧毁；
10~100w/cm2 在金属表面感应出电流，并通过天线、导线和各种开口或夹缝耦合到载体内部，对其电子部件产生毁伤；
103~104/cm2 会在短时间内使目标受高热而毁损，甚至可提前引爆炸药等；
根据产生方式不同，电磁脉冲武器可以分为三类:基于虚阴极振荡器等高功率微波发生组件的高功率微波(HPM) 武器，其峰值功率可超过100 MW；利用炸药及相关装置作用的超宽带(UWB) 电磁脉冲武器，频率高达108~1012 Hz的；利用低当量核弹引爆作用的核爆电磁脉冲(HEMP) 武器[1]。
表1.2 不同类型电磁脉冲武器的特点
分类 HPM UWB HEMP
上升沿上升时间 10~20ns <1ns 0~5ns
输出能量 100J~200kJ 5J~500J 106GJ
覆盖频率 500MHz~10GHz 100MHz~50GHz 0~200MHz
辐照面积 <1km2 <10km2 5×106 km2
作用距离 几十千米 几百米 几百千米
瞬时功率密度越高，产生的毁伤效果越大。核爆炸或电磁脉冲弹爆炸时所引发的高功率瞬态电磁波，具有以光速定向传播、频谱宽和衰减慢的特性，在极短的时间内便可达到最大场强，瞬间将巨大的能量释放出来，这将远远超过一般电子设备的抗电磁能力，具有极强的电磁耦合破坏效果，因而高功率电磁脉冲武器的研制更加受到重视，各种高功率电磁脉冲发生装置也应运而生，可以将不同形式的能量转化为电磁能。常见的电磁脉冲发生装置有爆炸泵磁通压缩产生器（可利用级联方式不断增幅），推进剂驱动磁流体动力产生器和虚阴极振荡器（可直接辐射电磁能量）等。
相应地，高功率电磁脉冲的辐射技术也成为了热门研究课题，因为与一般电磁信号相比，高功率电磁脉冲的频率范围宽得多，要想有效地辐射出电磁能量，需要天线具有更宽的频带，且能承受高功率条件；另外，高功率电磁脉冲辐射天线应进行专门的馈电设计，以尽大限度地提高增益。
近来，考虑到近期防御与反恐的需求，大型的电磁脉冲武器研制意义已经不大，因此各国也不再一追求功率高但庞大而复杂的装置，而着重发展一些小型实用装置，从脉冲发生携带装置到辐射天线等，体积都在不断减小[3-5]；此外，常规的电磁脉冲武器由于产生的是全向辐射，无法将能量有效利用起来，因而定向性好、能量利用率高的电磁脉冲武器也成为了热门课题。相关技术的发展为小型定向电磁脉冲武器的研制提供了可能，如瑞典博福斯公司推出的一款新概念小型超宽带（UWB）电磁脉冲子弹药，采用炸药爆炸泵磁通压缩产生器作为电磁脉冲源，伞形抛物面天线作为聚能定向装置，兼有降落伞减速稳定的功能，能够有效地对地面车辆、电子设施等进行电磁耦合毁伤，具有很高的效费比。
据了解，国内尚无定向聚能电磁脉冲子弹药相关概念推出。本课题以某型空投子弹药结构特征尺寸为约束，以超宽带（UWB）电磁脉冲辐射增益为目标，旨在研究一种结合降落伞姿态调整功能和抛物面天线定向辐射功能的新型伞形天线的多学科优化设计问题，综合分析和考虑伞形天线的动力学特性和辐射特性，从而确定出合适的伞形天线及其匹配馈源的最优结构参数，并分析该结构条件下的增益与脉冲源频率的关系和毁伤效能特性等，为空投式小型超宽带(UWB) 电磁脉冲武器或其他波武器，以及一些民用设备的研制提供参考。
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