高功率微波窗口擊穿及饋源技術.pdf

1、饋源的功率容量已經成為HPM(HPM)技術發(fā)展的-一個重要的限制,開展提高饋源功率容量的技術研究,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構形式和介質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合的方法,研究介質窗擊穿特性,考察介質窗表面特性及其對介質擊穿過程的影響,探討HPM模式轉換器、旋轉關節(jié)及饋源的設計技術。主要工作包括:
　　 采用X射線光電子

2、能譜(XPS)、光學顯微鏡觀察、紅外光譜等幾種技術手段對介質材料表面組分進行了分析,發(fā)現(xiàn)介質表面態(tài)中元素組分和材料肌體內部的元素組分比例以及原子構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,認為這些元素的存在,是介質表面擊穿閥值明顯下降的原因之一。
　　 對微波場下介質窗口的擊穿現(xiàn)象進行了理論探索和實驗研究,闡述了微波作用下介質發(fā)生擊穿的一般物理過程,討論了一次電子產生、二次電子倍增過程及其影響因

3、素；研究了介質窗加工處理工藝對窗口表面態(tài)、介電特性的影響,認為長時間(24小時)的烘烤對介質損耗和體電阻均有較大影響,測量了擊穿過程中介質表面的帶電現(xiàn)象,分析了介質表面電子陷阱密度分布對介質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,雜質參與了擊穿的早期過程,是擊穿的薄弱點,介質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表面的擊穿。
　　 研制了用于觀察微波場下介質表

4、面電致發(fā)光現(xiàn)象的日盲型紫外探測儀和X射線探測設備,建立了利用光電診斷手段實驗研究介質窗口擊穿的方法,開展了百千瓦級波導口介質擊穿實驗,獲得了介質窗的擊穿判據,對擊穿點移動現(xiàn)象進行了光學診斷并進行了理論解釋,認為擊穿產生的等離子體是引起窗口透射波過早截止的原因；用功函數的概念解釋了波導口介質窗“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)微波作用下介質擊穿現(xiàn)象的實驗裝置,開展了介質擊穿實驗,獲得了幾

5、種介質窗材料的擊穿閾值；得到了介質內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作用下介質窗口擊穿時一次電子的產生機制；認為HPM作用下介質窗的起電現(xiàn)象主要是源于HPM源產生的X射線對介質窗的轟擊以及發(fā)生在介質窗表面的局部微放電； HPM源產生的X射線和紫外線是介質窗表面吸附氣體解吸和離化的主要原因之一。通過對介質窗擊穿后的表面形態(tài)微觀分析,提出了HPM介質窗損

6、壞的兩種形式:一種是由于微放電形成的火花閃爍(Sparking)引起的介質窗表面“烤焦”,另一種是由于擊穿引起的介質窗損壞。
　　 設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,并對該饋源的介質窗口壽命進行了高功率考核,結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饋電的雙反射面天線、TM01圓波導彎頭和組合式旋轉關節(jié),實驗結果表明功率容量大于1GW