等离子体对高功率微波的防护(3)

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核聚变与等离子体物理 第28卷

防护结构为“介质层-等离子体层”型。计算结果如图3所示，图3中纵坐标是透过防护结构后的电磁波剩余功率与初始入射功率的比值，横坐标对应不同频率的入射电磁波。对比图2和图3，我们可以明显地看到：采用多层等离子体结构后，防护效果有了很大的改善。

对于传感器电子设备和飞机、导弹等，我们设计的防护装置对于频率范围在31～80GHz的高功率微波武器的最小防护距离约在5km左右。

表1 高能微波经过防护装置后可能的最大

剩余功率密度和最小剩余功率密度

距离/km

功率密度/W·cm 2

最小剩余功率 密度/W·cm 2

最大剩余功率 密度/W·cm 2

0.1 56000 1 560 5 22

184 1.8

1500 15.1

0.0726 0.59

表中最大、最小剩余功率是对单频微波的估算

表2 干扰和毁坏军用设备所需的功率密度

设备和武器类型

作用方式 从天线进入 吸收微波能量 感应微波电流淹没原有信号 短时间烧毁 或引爆

效应

功率密度/W·cm 2

微波雷达、 通信系统 传感器电子设备传感器电子设备

干扰 10 8～10 6 干扰 0.01～0.1 停止工作 加热破坏

10～100 103～104

图2 不同频率电磁波经过防护结构后的剩余功率

飞机、导弹

图4 等离子体对微波衰减实验装置图

4 实验

图3 电磁波经过改变层数后的防护结构的剩余功率

3.4 结构防护效果的评价

在功率为10GW、100ns脉冲宽度、100m2(效率50%)的微波武器攻击下，估算了图1防护装置的防护效果。表1给出了频率范围在31～80GHz的高功率微波武器发出的微波脉冲经过防护装置

(与入射微波的频率有关)。

表2给出了干扰和毁坏军用设备所需的微波的功率密度[1]。对比表1和表2的估算结果，可以看到：

我们用图4所示的装置，进行了验证性的实验，

微波信号发生器提供峰值功率为20mW的X波段(8.6GHz～9.6GHz)微波。图4中的等离子体在两种不同直径的柱形容器中采用交流放电得到，其中25mm直径的等离子体自由电子密度约为1018～1017m 3，50mm直径的等离子体自由电子密度约为1017～1016m 3。

实验所得结果列于表3中。根据表3，我们可以得出：增加等离子体厚度，不如增加等离子体层数的衰减效果明显。因为用柱形容器增加了等离子体层数，也增加了容器壁的层数，微波在传播途中由于介质折射率突变，反射次数增加，从而衰减增大。