一种灵巧波形高功率微波产生系统

1.本发明涉及高功率微波技术领域，特别是涉及一种灵巧波形高功率微波产生系统。


背景技术：

2.高功率微波通常指中心频率为300mhz～300ghz，峰值功率超过100mw的强电磁脉冲辐射。高功率微波武器具有光速攻击、软杀伤、面杀伤、附带损伤小等特性，能够在空间攻防对抗、信息对抗和反精确打击等重要军事领域具有极大应用潜力。高功率微波能量通常以前门耦合和后门耦合两种形式作用于目标。前门耦合是指经目标上的天线、传输线等媒质线性耦合，以破坏前端电子设备。后门耦合是指经目标上的缝隙或孔洞耦合，以破环电子信息系统内部电路和微电子器件。相较而言，后门耦合方式难以防护且破坏性大，成为高功率微波武器主要的攻击方向。
3.灵巧波形是指频率、幅值、波形等参数可灵活调谐变换的时域波形。灵巧波形高功率微波武器能够根据后门耦合应用需求优化时域波形参数，将微波能量最大限度耦合进目标设备，有效降低电子信息系统元件的电磁敏感阈值，进而显著提升后门耦合的攻击效能。2021年3月，美国国防部高级研究计划局发布的波形捷变射频定向能电子战项目，旨在利用灵巧波形将后门攻击的范围扩大到当今技术水平的10倍，该项目主要涉及高功率微波行波管放大器、电磁相应的快速评估和数值生成以及捷变波形开发三个技术领域，但具体实现灵巧波形的方式未有报道。
4.目前，传统产生高功率微波的方式为电子真空器件，利用脉冲驱动源将普通电压转化为具有百kv电压、百ns脉宽的高电压，这一高电压加载在电子真空器件上后，电子真空器件中的阴极产生电子束，利用电子束与电子真空器件中的微波产生电磁结构进行相互作用，从而产生高功率微波。微波产生电磁结构的尺寸决定了微波的频率，脉冲驱动源的波形也决定输出微波的波形，因此难以实现灵巧波形。
5.因此，如何实现灵巧波形高功率微波的产生，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种灵巧波形高功率微波产生系统，可以实现灵巧波形高功率微波的产生。其具体方案如下：
7.一种灵巧波形高功率微波产生系统，包括：脉冲驱动源，分别与所述脉冲驱动源连接的光导半导体开关和灵巧波形高能脉冲簇光纤激光器，以及与所述光导半导体开关连接的输出负载；所述灵巧波形高能脉冲簇光纤激光器与所述光导半导体开关连接；其中，
8.所述脉冲驱动源，用于将触发信号输入至所述灵巧波形高能脉冲簇光纤激光器；
9.所述灵巧波形高能脉冲簇光纤激光器，用于发射灵巧波形高能激光至所述光导半导体开关；
10.所述光导半导体开关，用于在接收到所述灵巧波形高能激光后处于导通状态；
11.所述脉冲驱动源，还用于将电压加载至导通的所述光导半导体开关上，以产生灵巧波形高功率微波；
12.所述输出负载，用于输出所述灵巧波形高功率微波。
13.优选地，在本发明实施例提供的上述灵巧波形高功率微波产生系统中，所述光导半导体开关，具体用于吸收从所述灵巧波形高能脉冲簇光纤激光器入射的光子，将价带或深能级中的电子激发到导带，产生自由电子或电子-空穴对，形成自由载流子，以处于导通状态。
14.优选地，在本发明实施例提供的上述灵巧波形高功率微波产生系统中，所述灵巧波形高能脉冲簇光纤激光器包括用于采用自适应扰动适量算法更新调制信号，以使所述灵巧波形高能激光的输出波形趋向目标波形的处理模块；所述自适应扰动矢量算法为采用点对点自适应修正机制进行迭代优化，直至输出达到预期方差。
15.优选地，在本发明实施例提供的上述灵巧波形高功率微波产生系统中，所述灵巧波形高能脉冲簇光纤激光器还包括用于根据所述调制信号对初始脉冲激光信号进行时域波形强度调制和峰值功率放大处理，输出所述灵巧波形高能激光的调制模块。
16.优选地，在本发明实施例提供的上述灵巧波形高功率微波产生系统中，所述灵巧波形高能脉冲簇光纤激光器还包括用于产生所述初始脉冲激光信号的产生模块。
17.优选地，在本发明实施例提供的上述灵巧波形高功率微波产生系统中，所述脉冲驱动源，具体用于将电压通过电银浆传输加载至导通的所述光导半导体开关上。
18.优选地，在本发明实施例提供的上述灵巧波形高功率微波产生系统中，所述脉冲驱动源为电容存储型脉冲产生器、电感存储型脉冲产生器、脉冲形成线型脉冲产生器、blumlein结构脉冲产生器中的任意一种。
19.优选地，在本发明实施例提供的上述灵巧波形高功率微波产生系统中，所述脉冲驱动源加载至导通的所述光导半导体开关上的电压范围为3kv至10kv。
20.优选地，在本发明实施例提供的上述灵巧波形高功率微波产生系统中，所述光导半导体开关的材料为砷化镓或碳化硅，厚度在mm量级。
21.优选地，在本发明实施例提供的上述灵巧波形高功率微波产生系统中，所述输出负载采用宽带天线或推挽链路。
22.从上述技术方案可以看出，本发明所提供的一种灵巧波形高功率微波产生系统，包括：脉冲驱动源，分别与脉冲驱动源连接的光导半导体开关和灵巧波形高能脉冲簇光纤激光器，以及与光导半导体开关连接的输出负载；灵巧波形高能脉冲簇光纤激光器与光导半导体开关连接；其中，脉冲驱动源，用于将触发信号输入至灵巧波形高能脉冲簇光纤激光器；灵巧波形高能脉冲簇光纤激光器，用于发射灵巧波形高能激光至光导半导体开关；光导半导体开关，用于在接收到灵巧波形高能激光后处于导通状态；脉冲驱动源，还用于将电压加载至导通的光导半导体开关上，以产生灵巧波形高功率微波；输出负载，用于输出灵巧波形高功率微波。
23.本发明提供的上述灵巧波形高功率微波产生系统，脉冲驱动源给灵巧波形高能脉冲簇光纤激光器施加触发信号，灵巧波形高能脉冲簇光纤激光器发射灵巧波形高能激光，从而使光导半导体开关导通，脉冲驱动源的电压加载在导通的光导半导体开关上，产生灵
巧波形高功率微波，由输出负载辐射出去，这样采用灵巧波形高能脉冲簇光纤激光器作为光导器件激励源，从而实现灵巧波形高功率微波的产生，有望提高高功率微波武器的打击效果。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
25.图1为本发明实施例提供的灵巧波形高功率微波产生系统的结构示意图；
26.图2为本发明实施例提供的灵巧波形高能脉冲簇光纤激光器发射的激光波形示意图；
27.图3为本发明实施例提供的仿真得到的灵巧波形高功率微波波形示意图。
具体实施方式
28.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.本发明提供一种灵巧波形高功率微波产生系统，如图1所示，包括：脉冲驱动源1，分别与脉冲驱动源1连接的光导半导体开关2和灵巧波形高能脉冲簇光纤激光器3，以及与光导半导体开关2连接的输出负载；灵巧波形高能脉冲簇光纤激光器3与光导半导体开关2连接；其中，
30.脉冲驱动源1，用于将触发信号输入至灵巧波形高能脉冲簇光纤激光器3；
31.灵巧波形高能脉冲簇光纤激光器3，用于发射灵巧波形高能激光至光导半导体开关2；
32.光导半导体开关2，用于在接收到灵巧波形高能激光后处于导通状态；
33.脉冲驱动源1，还用于将电压加载至导通的光导半导体开关2上，以产生灵巧波形高功率微波；
34.输出负载4，用于输出灵巧波形高功率微波。
35.在本发明实施例提供的上述灵巧波形高功率微波产生系统中，脉冲驱动源1充电完成后，给灵巧波形高能脉冲簇光纤激光器3施加触发信号，灵巧波形高能脉冲簇光纤激光器3发射灵巧波形高能激光，从而使光导半导体开关2导通，脉冲驱动源1的电压加载在导通的光导半导体开关2上，产生灵巧波形高功率微波，由输出负载4辐射出去，这样可以实现灵巧波形高功率微波的产生，有望提高高功率微波武器的打击效果。
36.需要说明的是，在本发明中，基于微波光子学原理，灵巧波形高功率微波通过灵巧波形高能脉冲簇光纤激光器3激发光导半导体开关2来实现。灵巧波形高能脉冲簇光纤激光器3用作光导器件激励源，是产生灵巧波形高功率微波的核心环节，具体通过控制灵巧波形高能脉冲簇光纤激光3的重频和波形可以得到灵巧波形高功率微波输出，其时域表现为由
频率、幅值、波形等参数可灵活调谐的特定数量高频子脉冲所构成的低重频主脉冲包络。光导半导体开关2采用宽带隙光导半导体材料，能够在线性响应区将入射的灵巧波形高能脉冲簇光纤激光器3激励信号快速转换为同波形、同频率的振荡电流信号，再经辐射组件可产生同波形、同频率的灵巧波形高功率微波输出。
37.进一步地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述灵巧波形高功率微波产生系统中，光导半导体开关2是一种光电导开关，具体可以用于吸收从灵巧波形高能脉冲簇光纤激光器3入射的光子，将价带或深能级中的电子激发到导带，产生自由电子或电子-空穴对，形成自由载流子，此时光导半导体开关2的电阻率迅速下降，光导半导体开关2处于导通状态。
38.在具体实施时，在本发明实施例提供的上述灵巧波形高功率微波产生系统中，灵巧波形高能脉冲簇光纤激光器3可以包括用于采用自适应扰动适量算法更新调制信号，以使灵巧波形高能激光的输出波形趋向目标波形的处理模块；自适应扰动矢量算法为采用点对点自适应修正机制进行迭代优化，直至输出达到预期方差。
39.进一步地，灵巧波形高能脉冲簇光纤激光器3还可以包括用于产生初始脉冲激光信号的产生模块，以及用于根据调制信号对初始脉冲激光信号进行时域波形强度调制和峰值功率放大处理，输出灵巧波形高能激光的调制模块。其中，调制模块包括强度调制单元、功率放大单元和信号检测单元，强度调制单元用于根据调制信号对初始脉冲激光信号进行时域波形强度调制，输出灵巧波形脉冲簇光纤激光种子；功率放大单元用于将灵巧波形脉冲簇光纤激光种子的脉冲输出峰值功率进行提升，输出灵巧波形高能激光；信号检测单元用于实时获取灵巧波形高能激光的输出功率和波形数据。
40.需要说明的是，强度调制单元、功率放大单元、信号检测单元和处理模块构成了完整的闭环反馈。基于闭环反馈方案的自适应扰动矢量算法的灵巧波形高能脉冲簇光纤激光器具有高效率、高精度的优点。在产生灵巧波形高功率微波应用中，可根据实战需要快速转换灵巧波形参数。
41.在具体实施时，在本发明实施例提供的上述灵巧波形高功率微波产生系统中，脉冲驱动源1，具体可以用于将电压通过电银浆传输加载至导通的光导半导体开关2上。可通过设置脉冲驱动源1的充电参数使电压输出为3kv至10kv。也就是说，脉冲驱动源1加载至导通的光导半导体开关2上的电压范围为3kv至10kv。
42.在具体实施时，在本发明实施例提供的上述灵巧波形高功率微波产生系统中，脉冲驱动源1可以为电容存储型脉冲产生器、电感存储型脉冲产生器、脉冲形成线型脉冲产生器、blumlein结构脉冲产生器中的任意一种。
43.在具体实施时，在本发明实施例提供的上述灵巧波形高功率微波产生系统中，光导半导体开关2的材料为砷化镓或碳化硅等材料，厚度在mm量级，如1.5mm至5mm范围。
44.在具体实施时，在本发明实施例提供的上述灵巧波形高功率微波产生系统中，输出负载4采用宽带天线或推挽链路。当光导半导体开关2导通且脉冲驱动源1为光导半导体开关2加载电压后，输出负载4从光导半导体开关2接收灵巧波形高功率微波并辐射出去。图2为灵巧波形高能脉冲簇光纤激光3的激光波形，图3为仿真得到的灵巧波形高功率微波波形。
45.需要指出的是，传统用来产生高功率微波的电子真空器件受脉冲驱动源和微波产
生电磁结构的限制，波形和频率难以调节，很难实现捷变波形、捷变频率、捷变重频微波输出，而本发明中基于光电导开关和灵巧波形高能脉冲簇光纤激光器的高功率微波产生系统有望实现捷变波形、捷变频率、捷变重频的灵巧波形微波输出。
46.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。
47.专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本技术的范围。
48.综上，本发明实施例提供的一种灵巧波形高功率微波产生系统，包括：脉冲驱动源，分别与脉冲驱动源连接的光导半导体开关和灵巧波形高能脉冲簇光纤激光器，以及与光导半导体开关连接的输出负载；灵巧波形高能脉冲簇光纤激光器与光导半导体开关连接；其中，脉冲驱动源，用于将触发信号输入至灵巧波形高能脉冲簇光纤激光器；灵巧波形高能脉冲簇光纤激光器，用于发射灵巧波形高能激光至光导半导体开关；光导半导体开关，用于在接收到灵巧波形高能激光后处于导通状态；脉冲驱动源，还用于将电压加载至导通的光导半导体开关上，以产生灵巧波形高功率微波；输出负载，用于输出灵巧波形高功率微波。这样采用灵巧波形高能脉冲簇光纤激光器作为光导器件激励源，从而实现灵巧波形高功率微波的产生，有望提高高功率微波武器的打击效果。
49.最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
50.以上对本发明所提供的灵巧波形高功率微波产生系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。