高功率微波脈沖對(duì)微帶電路的影響

0 引 言
所謂“高功率微波脈沖”是指微波的脈沖峰值率大于100 MW以上，頻率在0．5～300 GHz之間的電磁脈沖。高功率微波(High Power Microwave，HPM)是隨著脈沖功率技術(shù)的實(shí)用化而迅速發(fā)展起來(lái)的，而通信和電子戰(zhàn)的應(yīng)用需求以及近代微波理論的迅速發(fā)展也對(duì)它起到了推動(dòng)作用。高功率微波主要應(yīng)用在電子戰(zhàn)中。眾所周知，傳統(tǒng)的電子戰(zhàn)是利用電子干擾和電子欺騙來(lái)阻止或削弱敵人對(duì)電磁頻譜的有效使用，而在新定義的電子戰(zhàn)概念中，還包括使用定向能等摧毀性武器，即從以電磁信息為基礎(chǔ)的“軟殺傷”階段到以電磁能量為基礎(chǔ)的“硬殺傷”階段，電子戰(zhàn)的作戰(zhàn)目標(biāo)已不限于攻擊敵方用于發(fā)射和接收輻射電磁波的電子裝備和系統(tǒng)，而是通過(guò)直接攻擊敵方人員、設(shè)施和裝備，達(dá)到削弱、瓦解和摧毀敵方總體戰(zhàn)斗力的目的。高功率微波武器是三大定向能武器之一，它與其他定向能武器相比有其獨(dú)有的優(yōu)點(diǎn)，不僅可以與雷達(dá)兼容構(gòu)成一體化系統(tǒng)，實(shí)施低功率探測(cè)，跟蹤目標(biāo)，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行干擾，還可以迅速提高功率，對(duì)目標(biāo)實(shí)施硬殺傷摧毀，或者對(duì)敵目標(biāo)的電子設(shè)備實(shí)施破壞，具有軟硬殺傷兼?zhèn)涞奶攸c(diǎn)，因此高功率微波武器在目前和未來(lái)電子戰(zhàn)應(yīng)用中是對(duì)付電子設(shè)備和武器系統(tǒng)的新一代電子戰(zhàn)武器裝備，它的出現(xiàn)是電子戰(zhàn)技術(shù)發(fā)展的一次質(zhì)的飛躍。根據(jù)高功率微波的應(yīng)用特點(diǎn)，研究高功率微波脈沖對(duì)電子設(shè)備的影響具有重要意義。

1 高功率微波對(duì)集總元件的影響研究
集總元件是電子系統(tǒng)的基石，了解集總元件(尤其是半導(dǎo)體器件)的毀傷機(jī)理，進(jìn)而研究高功率微波照射對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的作用機(jī)理，是一個(gè)切合實(shí)際的思路，所以研究集總元件的毀傷機(jī)理是十分必要的。以下將通過(guò)實(shí)例說(shuō)明高功率脈沖對(duì)各集總元件的影響。如圖1所示，微帶線導(dǎo)帶寬0．75 mm，介質(zhì)層高1 mm，介質(zhì)介電常數(shù)εr=13．0，導(dǎo)電率σ=0。整個(gè)計(jì)算空間區(qū)域?yàn)?6Ax×56△y×34△Az，平面波區(qū)域大小為70△z×40△y×18△z，各方向空間步長(zhǎng)為：△x=0．25 mm，△y=△z=0．125 mm，時(shí)間步長(zhǎng)△t=0．2 ps，采用二階Mur吸收邊界條件。微帶線一端接激勵(lì)源(電阻電壓集總源)，另一端接負(fù)載。電壓Us是幅度為1的高斯脈沖，脈沖寬度為1 000△t。圖2為平面波照射微帶電路圖，圖中縱坐標(biāo)為電場(chǎng)分量，單位為V／m；兩橫坐標(biāo)分別為仿真空間所占的尺寸格數(shù)。

1．1 HPM對(duì)電阻的影響
圖3顯示的是不同電場(chǎng)強(qiáng)度大小的高斯脈沖照射電阻時(shí)，電阻兩端電壓隨時(shí)間步變化圖。由圖可見(jiàn)，照射波電場(chǎng)強(qiáng)度越大，在電阻上引起的電壓變化幅度越大。