高功率微波：无人机无形杀手

高功率微波：无人机无形杀手

高功率微波武器作为新一代定向能武器，以其独特的优势在反制无人机领域展现出巨大潜力。本文将为您详细解析高功率微波的基本原理、传播特性及其在战场上的应用，特别是针对无人机的反制效果。

微波是什么波？

微波是一种电磁波。电磁波是以波动方式传播的电磁场，是物质的一种存在形态，具有能量和动量。电磁波的传播不依赖任何弹性媒质，真空中也能传播，电磁波的传播速度c是一个常数，299792458 m/s，一般就取300000000 m/s。电磁波是横波，其电场强度、磁场强度与传播方向为横向关系。

图1 电磁波的振幅、波长和场量

电场（磁场）强度每秒钟变动的次数是电磁波的频率；在传播方向上，电场（磁场）强度相位相等的相邻两点的间距是电磁波的波长。波长λ和频率f之间的关系可以通过公式c=λf来表示，即波长等于传播速度除以频率。

电磁波的波长决定了电磁波的类型和特性。按照波长从大到小（频率从低到高），电磁波频谱可以划分为长波、无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线等频段。微波指波长从1米到1毫米（频率在300兆赫 ~300吉赫）的电磁波，还可以继续细分为分米波、厘米波和毫米波等波段。微波比无线电波波长小，故此得名“微波”，微波频率较高，有时也称为“超高频电磁波”。

图2 电磁波频谱

微波传播特性

由于微波频率较高，可用频带宽，可达数百兆赫兹至几十吉赫兹，信息容量大，传播特性独特，因此很多现代电子系统都工作在微波频段。微波传播时携带电磁能量，与物质作用呈现透射、反射、吸收三种现象。

• 穿透性：微波不会被非极性分子（绝缘体如陶瓷、聚丙烯等）吸收，不会发热但可以穿透这些物体。
• 反射性：遇到导体如金属物体就反射，像镜子反射光波一样，金属不吸收微波。
• 吸收性：易被极性分子（介质体如水）吸收而转变成热能。日常生活常用的微波炉加热就是这个原理。

与红外线相比，微波照射介质时更易深入物质内部，与X光或射线相比，微波能量不足以改变物质分子的内部结构或分子键，具有非电离性。因此微波也被用来探测物体、探索物质的基本特性。综上所述，微波技术既包括信息应用的技术，又包括能量应用的技术。不仅广泛应用于导弹制导、雷达探测、无线通信、遥控遥感遥测等领域，在工业、农业、 生物、医学等方面也常常可见微波的身影，如微波加热、微波杀菌、微波萃取等等。

高功率微波有什么不同

前面讲了微波的频率和波长这两个相关的参数，那么，什么样的微波属于高功率微波呢？这里需要引入另外一个参数，功率。功率是指单位时间内电磁波辐射的能量，通常以瓦特为单位，功率反映了电磁波的能量传递能力。

高功率微波（High-Power Microwave，HPM）通常是指峰值功率高于100兆瓦、频率范围为1 吉赫兹~300吉赫兹的电磁波，具有高频率、短脉冲（几十纳秒）和高功率等特点，是强电磁脉冲的一种重要形式。

20世纪六七十年代，脉冲功率技术的发展使得强流加速器能够提供电压数百千伏、电流数十千安的强流电子束，这种强流电子束的产生为传统真空电子微波器件提供了新发展方向，使得利用各种束-波相互作用机制产生高功率微波成为可能；同时，相对论电子学和等离子体物理等相关理论为高功率微波产生机制提供了理论支撑。自此后，一系列高峰值功率的微波源被研制出来，高功率微波开始了实际应用，在媒体传播、宇宙观测、电子工程、生态成像等领域发挥了巨大的作用。

战场上的高功率微波武器

高功率微波武器就是利用脉冲峰值功率在100兆瓦以上（通常为吉瓦级）的定向电磁脉冲束，毁伤目标并使其失效或性能降低的武器技术，属于射频武器。

高功率微波武器的基本原理是，高功率微波源产生的微波，经高增益定向天线辐射，使微波能量聚集在很窄的波束内，形成功率高、能量集中且具有方向性的微波射束，以光速和极高的强度照射目标，以干扰、破坏敌方的电子设备，甚至杀伤敌方人员。高功率微波对电子设备所表现出的“天然”压制属性，使人们开始将它用于反制无人机。而其面杀伤特性，还可以将一定范围内的无人机蜂群“一网打尽”。

图3 某高功率微波武器系统

高功率微波怎么进入无人机

无人机的天线就像是敞开的“大门”，专门用于接收和发射各种电磁信号，通信、导航等信号就像正常的“访客”通过这扇门进出无人机。当高功率微波来袭时，如果它的频率与无人机系统的工作频率相近或相同，那么就可以伪装成正常“访客”，顺着天线这个“大门”鱼贯而入。这种方式被称为前门耦合。耦合进入的微波信号会与正常的无人机工作信号叠加，导致信号失真、误码率增加。在一些情况下，微波干扰信号强度可能会远远超过正常信号，使电子设备损伤。

除此之外，由于无人机内部设备之间的供电、通信和散热等需求，无人机系统不可避免有诸多电缆接头、孔缝和焊缝，这些就如同一个个隐藏的“管道”，当受到高功率微波辐照时，其电磁能量可以通过这些“管道”渗透进无人机内部。这种方式被称为后门耦合。此外，高功率微波可以在线缆上耦合产生高压脉冲，从而影响电子设备的正常工作；还可以通过在无人机内部传播时，由于腔体及腔体内各种部件对微波反射的影响，在空间形成复杂的微波辐照电磁场分布，从而在电子设备的电路板、导线等部件上产生感应电流和电压，影响设备的正常工作。

图4 高功率微波作用下的电路板电场分布

高功率微波的毁伤效应

当高功率微波通过前门耦合或后门耦合成功进入无人机系统内部后，可能会对其内部电子设备产生一系列毁伤效应。当HPM在无人机内部金属表面或导线上感应出强电磁场，可能会导致电子器件工作状态产生变化、性能下降，甚至导致器件内部的强场击穿，这被称为场效应，或者电磁效应。

与微波炉加热食物类似，高功率微波还可能导致无人机内部电子器件过热而影响其工作性能，或者耦合电流在阻性器件上产生过多热量使电子器件温度过高，这被称为热效应。

除此之外，从无人机内部信号线缆或电路节点耦合进入的微波干扰信号，可被视为一个噪声干扰源，当干扰信号强度较大时，可能会淹没无人机内部设备之间传递的正常工作信号，从而导致设备的正常工作受到干扰，这被称为干扰效应。

HPM反无人机技术相较于其他反无人机手段，具有全天候作战、面杀伤、低成本、光速打击等优势。在面对“低慢小”无人机尤其是无人机的蜂群式饱和攻击情况下具有独特的优势。高功率微波反无人机系统发挥作用的过程较为安静，犹如无人机的“隐形克星”，能以极快的速度在一定空间内布设杀伤无人机的能量场。高功率微波由电能转换而来，只要解决持续供电问题，也就有了可发射的“弹药”，使用费用较低，这种优势在“可大批量消耗无人机”日益趋多的情况下，显得尤为重要。通过搭乘车辆、舰船、飞机等平台，高功率微波反无人机系统将能实施有效机动，作战半径、防御范围也会相应扩大，无人机搭载微波反无人机系统极有可能在未来成为现实。

本文原文来自国防科技大学国防科技战略研究智库和前沿交叉学科学院，作者为刘芳、张洋、姜波，核校人为邱志楠，编辑为李兴昊、陈钰汀。