高功率微波窗口擊穿及饋源技術(shù).pdf

1、饋源的功率容量已經(jīng)成為HPM(HPM)技術(shù)發(fā)展的-一個重要的限制,開展提高饋源功率容量的技術(shù)研究,對于HPM實用化具有很強的現(xiàn)實意義。饋源的功率容量在很大程度上取決于饋源的結(jié)構(gòu)形式和介質(zhì)窗口材料的擊穿特性,本文重點以幾種常用的窗口材料為實驗材料,通過理論分析和實驗驗證相結(jié)合的方法,研究介質(zhì)窗擊穿特性,考察介質(zhì)窗表面特性及其對介質(zhì)擊穿過程的影響,探討HPM模式轉(zhuǎn)換器、旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)及饋源的設(shè)計技術(shù)。主要工作包括:
　　 采用X射線光電子

2、能譜(XPS)、光學(xué)顯微鏡觀察、紅外光譜等幾種技術(shù)手段對介質(zhì)材料表面組分進行了分析,發(fā)現(xiàn)介質(zhì)表面態(tài)中元素組分和材料肌體內(nèi)部的元素組分比例以及原子構(gòu)造均有著較大的差異:表面態(tài)中除了材料本身的組分以外,還存在O、N、K等元素,認(rèn)為這些元素的存在,是介質(zhì)表面擊穿閥值明顯下降的原因之一。
　　 對微波場下介質(zhì)窗口的擊穿現(xiàn)象進行了理論探索和實驗研究,闡述了微波作用下介質(zhì)發(fā)生擊穿的一般物理過程,討論了一次電子產(chǎn)生、二次電子倍增過程及其影響因

3、素；研究了介質(zhì)窗加工處理工藝對窗口表面態(tài)、介電特性的影響,認(rèn)為長時間(24小時)的烘烤對介質(zhì)損耗和體電阻均有較大影響,測量了擊穿過程中介質(zhì)表面的帶電現(xiàn)象,分析了介質(zhì)表面電子陷阱密度分布對介質(zhì)表面電荷沉積的影響；通過觀察擊穿前后試件的表面,發(fā)現(xiàn)在擊穿的初期,雜質(zhì)參與了擊穿的早期過程,是擊穿的薄弱點,介質(zhì)表面光潔度越高其抗擊穿電壓值越大,平行于電場的劃痕明顯地降低了擊穿閾值并加劇了介質(zhì)表面的擊穿。
　　 研制了用于觀察微波場下介質(zhì)表

4、面電致發(fā)光現(xiàn)象的日盲型紫外探測儀和X射線探測設(shè)備,建立了利用光電診斷手段實驗研究介質(zhì)窗口擊穿的方法,開展了百千瓦級波導(dǎo)口介質(zhì)擊穿實驗,獲得了介質(zhì)窗的擊穿判據(jù),對擊穿點移動現(xiàn)象進行了光學(xué)診斷并進行了理論解釋,認(rèn)為擊穿產(chǎn)生的等離子體是引起窗口透射波過早截止的原因；用功函數(shù)的概念解釋了波導(dǎo)口介質(zhì)窗“三相點”的起電現(xiàn)象。
　　 建立了用于研究高功率(GW級)、窄脈沖(納秒級)微波作用下介質(zhì)擊穿現(xiàn)象的實驗裝置,開展了介質(zhì)擊穿實驗,獲得了幾

5、種介質(zhì)窗材料的擊穿閾值；得到了介質(zhì)內(nèi)部的樹枝狀擊穿通道圖像并對其成因進行了分析。測量了HPM源及介質(zhì)窗放電過程中的紫外線和X射線,并基于能帶理論提出了HPM作用下介質(zhì)窗口擊穿時一次電子的產(chǎn)生機制；認(rèn)為HPM作用下介質(zhì)窗的起電現(xiàn)象主要是源于HPM源產(chǎn)生的X射線對介質(zhì)窗的轟擊以及發(fā)生在介質(zhì)窗表面的局部微放電； HPM源產(chǎn)生的X射線和紫外線是介質(zhì)窗表面吸附氣體解吸和離化的主要原因之一。通過對介質(zhì)窗擊穿后的表面形態(tài)微觀分析,提出了HPM介質(zhì)窗損

6、壞的兩種形式:一種是由于微放電形成的火花閃爍(Sparking)引起的介質(zhì)窗表面“烤焦”,另一種是由于擊穿引起的介質(zhì)窗損壞。
　　 設(shè)計制作了用于某武器實驗樣機的E面/H面輻射方向圖等化的饋源,并對該饋源的介質(zhì)窗口壽命進行了高功率考核,結(jié)果表明在注入功率大于1GW、脈沖寬度20ns時,饋源窗口的壽命大于6×104個脈沖。提出并研制了三鏡波束波導(dǎo)饋電的雙反射面天線、TM01圓波導(dǎo)彎頭和組合式旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié),實驗結(jié)果表明功率容量大于1GW