高功率微波(HPM)正得到越来越广泛的应用。世界其他各国尤其是欧美发达国家高度重视对HPM相关领域研究。HPM是脉冲功率技术与微波电子学技术以及等离子体物理相结合的产物。HPM的界限比较模糊，通常来说，HPM是指瞬时峰值功率大于100MW，频率在1GHz-300GHz之间，也就是辐射波长在厘米到毫米范围的相干电磁波，但这个定义并不是非常严格。HPM具有频率高、功率大的特点，可以通过“前门”和“后门”耦合等方式进入系统，对电子系统的干扰和损害极大，研究电子系统在HPM下效应机理对其在HPM环境下提高生存能力以及增强防护能力具有重要意义。

       雷达接收机是电磁脉冲武器进攻的最薄弱环节，虽然雷达接收机前端都有保护电路，但是该保护电路旨在防止雷达发射机泄漏的大功率射频信号对接收机的损伤。从天线进入的HPM能量经环行器后大部分进入放电管，当进入放电管的HPM信号强度超过其承受能力时，放电管损坏，保护电路失效，接收机损坏。同时，通过接收机和“后门耦合”进入雷达系统内部的HPM能量会使系统内的电子元器件暂时失效或完全损坏，使计算机中存储的信息被清除，开关跳闸和触发器翻转，集成电路暂时或永久性的损伤，天线馈线短路等，使敌方整个计算机网络、通信指挥系统、情报自动化设备遭到永久性的硬杀伤或暂时失效，从而使敌方整个作战系统瘫痪。

       前门耦合的进入途径是能量通过目标上的天线、传输线等媒质进入包含有发射机或者接收机的系统内，以破坏前端电子设备。高功率微波武器对导弹、飞机，前门耦合都是主要的途径。前门耦合防护主要有两种方基本途径：第一是在天线和传感器前进行防护，减少耦合的能量，主要是减少有效入口面积；第二种方法是减少耦合能量传播到系统内部的能量。基于这两种方法，对前门耦合的防护主要从以下两方面入手：减小输入功率；增加前端功率容量。

       除了传统的屏蔽、接地措施外高功率微波防护还有的几种新技术。

等离子体技术在高功率微波防护中的应用

       雷达和通讯设备中，前置电路中的敏感器件容易被高功率微波击穿或烧毁。常用的防护器件有肖特基势垒二极管限幅器、变容二极管限幅器和PIN管限幅器等。但上述固体限幅器易被高峰值功率的HPM烧毁，波导等离子体限幅器具有较高功率容限，能提高电子装备抵抗高功率微波攻击的毁伤阈值。 

       如图1所示，当一定频率微波从真空入射到达介质层1前表面时，由于折射率的突变，一部分在介质层与真空交界面被反射，一部分在介质层1与等离子体层1的交界面处被反射；另外一部分透射进入等离子体层1，而这部分电磁波会由于等离子体的吸收而衰减。微波继续传播，在介质层2前、后表面被反射后进入等离子体层2内，同样被吸收衰减。电磁波经过图1多层结构的反射和吸收以后，剩余能量Pt将大大减小，从而达到防护的目的。多层等离子体防护结构对电磁波的反射和吸收效应，能使透射进入工作设备的微波功率低于干扰或破坏阈值。

图1   等离子体防护结构示意图

基于能量选择表面的电磁防护新技术

       能量选择表面是一种通过场致导电材料或压控导电结构设计的电磁防护手段，具有电磁环境自适应特性。它从感应空间电磁场强出发，以空间电磁能量作为激励源，实时地改变材料的电磁特性或结构的阻抗特性，继而改变能量选择表面对电磁波的传输特性，最终决定空间电磁分布。简而言之，能量选择表面是一个空间场强限幅器，可实现电磁能量的低通特性。一种典型的能量选择表面结构如图２所示，该能量选择表面具有周期结构，每个周期单元由小段导线与一反向并联的二极管对串联组成，可用于防护线极化的强电磁信号。从理论上讲，对于理想的能量选择表面，通过调整导线长度、二极管排列方向以及周期单元尺寸可以实现任意频带的电磁防护。

图2  基于能量选择表面材料构示意图

高功率微波滤波防护技术

        滤波不仅是抑制传导干扰的一种重要方法，也是对电子信息设备进行高功率微波防护的一种重要手段，同时也是从频域上防护高功率微波的一种常用技术。

       对于普通干扰源，由于其发出的干扰电磁脉冲的频谱往往比要接收的信号的频谱宽得多，采用滤波器可以限制接收系统的频带以抑制无用的干扰，即可提高接收器的信噪比。

       当电子信息设备受到高功率微波武器的攻击时，采用滤波措施不一定能保证电子信息设备正常工作，但是基本上可以保证电子信息设备不被损坏且可以恢复工作。因为高功率微波一般具有宽频谱特性，对于天线耦合可以在天线口使用带通滤波器，并且最好对接收信号进行匹配滤波，这样可以大大滤除从天线耦合进来的高功率微波能量。对于从电缆线耦合的高功率微波，主要途径是电源线、电缆线以及未屏蔽的电路等。为了消除从电缆耦合进来的高功率微波，可以采用电源滤波器，它实际上是低通滤波器。对于长的信号传输线则要求用带通滤波的方法。

       滤波器可以由无损耗的电抗元件构成，也可以由有损元件构成。前一种滤波器能阻止有用频带以外的其余成分通过，并把它们反射回信号源。后一种滤波器则是把不希望的频率成分吸收掉，以达到滤波的目的。分别称为反射滤波器和吸收滤波器。另外，也可以综合反射和吸收两种原理，做成兼有两种性能的滤器。

1 反射滤波器技术

       反射滤波器。反射滤波器一般由电感线圈和电容器构成设计时，应使滤波器在通带内呈低的串联阻抗和高的并联阻抗。而在阻带范围，其并联阻抗应很小，串联阻抗则应很大。反射滤波器有四种不同的滤波电路，如图4所示：

（1）T型滤波电路。适用于信号源内阻和负载电阻都比较小的情况。

（2）Ⅱ型滤波电路。适用于信号源内阻和负载电阻都比较大的情况。

（3）L型滤波电路。适用于信号源内阻小，同时负载电阻大的情况。

（4）C型滤波电路。适用于信号源内阻大，而负载电阻小的情况。

图4 四种反射滤波器原理示意图

2 吸收滤波器技术

       吸收滤波器一般做成介质传输线形式，所用的介质可以是铁氧体材料，也可以是其它损耗材料。例如，雷达收发组系统常用的一种同轴型吸收滤波器，就是以内外表面均涂有导电材料的铁氧体管制成的。吸收滤波器特别适用于那些必须把干扰成分消除，而不仅仅是反射回信号源的场合。当反射滤波器和信号源不匹配时，一部分有用能量将被反射，重新返回信号源。这样一来，很可能导致干扰电平的增加而不是减少。在这种情况下，就必须使用吸收滤波器来抑制不需要的能量（使之转化为热损耗）。吸收滤波器可以直接装在电线连接器的插头上。如果把一段损耗线或损耗连接器与反射滤波器串联起来，就可以更好地抑制高功率微波。按此方式构成的滤波器，既有陡峭的频率特性，又有很高的阻带衰减。如图5所示：

图5 吸收滤波器原理示意图

       高功率微波的防护技术主要可以分为空域防护技术、频域防护技术、能域防护技术、时域防护技术、接地防护技术、前门防护技术、后门防护技术以及战场防护技术等，而加强电子设备的高功率微波防护技术研究可以为打赢未来的信息化战争打下坚实基础。