大功率微波脉冲辐射防暴仪器毕业论文.docx
- 文档编号:6349461
- 上传时间:2023-01-05
- 格式:DOCX
- 页数:52
- 大小:1.37MB
大功率微波脉冲辐射防暴仪器毕业论文.docx
《大功率微波脉冲辐射防暴仪器毕业论文.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《大功率微波脉冲辐射防暴仪器毕业论文.docx(52页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
大功率微波脉冲辐射防暴仪器毕业论文
姓名:
葛本盼
学号:
07050006
班级:
07通信1
所在系:
电子信息工程
指导教师:
宁延一
大功率微波脉冲辐射防暴仪器毕业论文
一、毕业设计容及要求
1、该设计项目的主要功能
在当今信息化条件下,恐怖活动日益呈现出组织网络化、手段高技术化、方式多样化、行动隐蔽化、危害扩大化等新趋势。
在突发事件现场,各国欲区分平民和恐怖分子变得越来越困难,导致传统武器系统越来越难以发挥作用。
因而,新形势下大功率微波脉冲辐射装置的新技术则可以派上大用场。
当今时代,国际上区域性冲突时有发生,而灵活运用大功率微波脉冲往往可以取得出其不意的成效。
本课题要求对该大功率微波脉冲辐射防暴仪器进行初步硬件设计规划。
2、设计环境(场地及硬件条件)要求
大功率微波脉冲辐射防暴仪器主要由大功率微波源、高压部分、检测电路、调整控制电路、操作显示部分、电源部分、辐射天线、车载发电设备的选择等部分组成。
3、参考资料及软件要求
参考文献:
1.(苏)列别捷夫著.韩家瑞鲍贤杰庆绩译.微波电子学.北京:
国防工业,1982.11
2.春晖,莘元.现代微波技术.:
工业大学,2007
3.绪益.微波技术与微波电路.:
理工大学,2007
4.周希朗.电磁场理论与微波技术基础.:
东南大学,2005
5.亚宁.电磁生物效应.北京:
北京邮电大学,2002
软件要求:
采用AVR微型单片机中央处理芯片及外围模拟数字电路对行波管供电电压控制,使其微波功率按既定值输出。
4、课题的其他要求
初步设计出硬件控制、显示、运行、检测等电路。
5、提交材料要求
要求使用Protel绘制出电路原理图及PCB图。
二、毕业设计进度计划及检查情况记录表
序号
起止日期
计划完成容
实际完成容
检查日期
检查人签名
1
10年12月23日
至
11年02月24日
一般性理论的前期调研、搜集资料及翻译外文
检查日期:
年月日
签字:
2
11年02月25日
至
11年03月10日
对系统整体结构进行分析
检查日期:
年月日
签字:
3
11年03月11日
至
11年03月31日
对所承担的研究设计部分进行理论学习分析、方案制定
检查日期:
年月日
签字:
4
11年04月01日
至
11年04月14日
对设计容进行优化分析、进入实际设计阶段
检查日期:
年月日
签字:
5
11年04月15日
至
11年05月5日
进行模拟分析、进一步优化设计、改进设计
检查日期:
年月日
签字:
6
11年05月06日
至
11年05月26日
撰写论文
检查日期:
年月日
签字:
7
11年05月27日
至
11年06月02日
准备答辩
检查日期:
年月日
签字:
8
年月日
至
年月日
检查日期:
年月日
签字:
9
年月日
至
年月日
检查日期:
年月日
签字:
10
年月日
至
年月日
检查日期:
年月日
签字:
11
年月日
至
年月日
检查日期:
年月日
签字:
12
年月日
至
年月日
检查日期:
年月日
签字:
注:
(1)表中“实际完成容”、“检查人签名”栏目要求导师用黑(蓝)笔填写,其余各项容要求打印。
(2)毕业设计任务书一式二份,一份系留存,一份发给学生,最后装订在毕业设计说明书中。
天津理工大学中环信息学院教务处制表
天津理工大学中环信息学院
本科毕业设计开题报告
届:
2011系别:
电子信息工程专业:
通信工程2010年11月30日
毕业设计
题目
大功率微波脉冲辐射防暴仪器硬件的初步设计
学生
葛本盼
学号
07050006
指导教师
宁延一
职称
高级实验师
在当今信息化条件下,恐怖活动日益呈现出组织网络化、手段高技术化、方式多样化、行动隐蔽化、危害扩大化等新趋势。
在突发事件现场,各国欲区分平民和恐怖分子变得越来越困难,导致传统武器系统越来越难以发挥作用。
因而,新形势下大功率微波脉冲辐射装置的新技术则可以派上大用场。
适合城市。
在城市人员密集场所或敏感区域,可全面控制和遏制敌行为能力,迫使之伏法;可对事发地区预先干预,有效抑制或制止冲突发生。
不伤无辜。
使用先进技术具有特殊功能,让人呕吐或暂时失能;同时可快速制敌并保护重要目标安全。
保护人质。
各类人质事件发生都要求短时间能够迅速控制局势。
近年来,国际上典型反恐战例中,几乎无一例外地使用先进大功率微波脉冲辐射技术控制了局面。
先发制人。
从国外恐怖袭击看,不仅有定时炸弹、遥控炸弹、连环炸弹,还有更残酷的自杀性人体炸弹、汽车炸弹和路边炸弹等。
因而,先发制敌使用微波或电磁能技术等,将给恐怖分子以有力痛击。
瓦解斗志。
当今时代,国际上区域性冲突时有发生,而灵活运用大功率微波脉冲往往可以取得出其不意的成效,令其闻风丧胆。
在大功率微波武器开发方面,美国和俄罗斯(前苏联)居领先地位。
除俄罗斯和美国外,英、法、德、日等国家也都在进行高功率微波武器的研制和开发。
本课题要求对该大功率微波脉冲辐射防暴仪器进行初步硬件设计规划。
参考文献:
1.(苏)列别捷夫著.韩家瑞鲍贤杰庆绩译.微波电子学.北京:
国防工业,1982.11
2.春晖,莘元.现代微波技术.:
工业大学,2007
3.绪益.微波技术与微波电路.:
理工大学,2007
4.周希朗.电磁场理论与微波技术基础.:
东南大学,2005
5.亚宁.电磁生物效应.北京:
北京邮电大学,2002
指导
教师
意见
签字:
年月日
注:
本表一式二份,一份系留存,一份发给学生,最后装订在毕业设计说明书中。
天津理工大学中环信息学院教务处制表
大功率微波脉冲辐射防暴仪器
——硬件的初步设计
摘 要
近年来,国际上典型反恐战例中,几乎无一例外地使用先进大功率微波脉冲辐射技术控制了局面。
先发制人。
从国外恐怖袭击看,不仅有定时炸弹、遥控炸弹、连环炸弹,还有更残酷的自杀性人体炸弹、汽车炸弹和路边炸弹等。
因而,先发制敌使用微波或电磁能技术等,将给恐怖分子以有力痛击。
瓦解斗志。
当今时代,国际上区域性冲突时有发生,而灵活运用大功率微波脉冲往往可以取得出其不意的成效,令其闻风丧胆。
本文针对对该大功率微波脉冲辐射防暴仪器进行初步硬件设计规划。
由于论文篇幅有限我主要对大功率脉冲辐射防暴仪器的高压电路、灯丝电路、保护电路控制电路和云台电路的设计
关键词:
行波管:
发射机:
高压电路:
灯丝电路:
保护控制电路:
云台电路
High-powerMicrowavePulseRadiationRiotInstruments
——HardwareThePreliminaryDesign
ABSTRACT
Inrecentyears,Internationalterrorismintypicalcombats,almostwithoutexception,useadvancedhigh-powermicrowavepulseradiationtechnologycontrolofthesituation.Proactive.Terroristattacksfromabroad,havenotonlyseetimebombs,remote-controlledbombs,serialbomb,therearemorebrutalsuicidebombers,carbombsandroadsidebombs,etc.Thus,thestarterssystemusingmicrowaveorelectromagneticenergytechnologyenemy,willgivetheterroristswithpowerfuldisappears.Collapsemorale.Themodernera,internationalandregionalconflictoccursfrequently,andflexibleuseofhigh-powermicrowavepulsecanoftengetunexpectedresults,makeitsfearsomeloseheart.
Aimingathighpowermicrowavepulseradiationofthepreliminaryhardwaredesignriotinstrumentplanning.Duetolimitedmymainpaperlengthofhigh-powerpulseradiationriotinstrumenthigh-pressurecircuit,filamentcircuit,controlcircuitandtheprotectioncircuityuntaicircuitdesign.
KeyWords:
TWT:
transmitter:
highvoltagecircuit:
filamentcircuit:
protectcontrolcircuit:
yuntaicircuit
目 录
第一章绪 论1
1.1高功率微波技术发展概述1
1.2高功率微波技术的研究现状1
1.3高功率微波的毁伤效能(微波炮工作原理)2
第二章 大功率微波脉冲辐射防暴仪器硬件初步设计8
2.1总体设计8
2.2发射机原理与组成9
2.3电磁环境模拟系统简介11
2.3.1电磁环境模拟系统简介11
2.3.2行波管发射机13
2.4高压电源15
2.5辅助电源16
2.6监控系统17
2.7行波管18
2.8供电系统18
第三章 行波管与高压电源的设计20
3.1行波管的主要组成部分21
3.2电子枪22
3.3慢波电路22
3.4收集极23
第四章基于串联谐振的高压电源的设计分析25
4.1高压电源方案的考虑25
4.1.1几种变换器型式的比较25
4.1.2拓扑选择25
4.2工作原理26
4.2.1串联谐振变换器的工作原理26
4.3高压电源的电路结构27
4.3.1电源组成及其工作原理28
第五章行波管辅助电源和调制器的设计分析32
5.1辅助电源的设计32
5.1.1灯丝电源的设计34
5.1.2启动电路(Rl,DW,Q3,C3)的设计36
5.1.3频率(R3,C5)的设置36
5.1.4电流检测电阻(R7)和滤波网络(R6,C6)的选取36
5.1.5驱动电路(R4,R5)36
5.1.6其它元件的选取37
5.2恒压限流电路37
5.3控制保护电路的设计38
5.3.1控制保护功能描述38
5.4总电流过流保护电路39
5.5螺旋线电流保护电路40
5.6行波管灯丝预热延迟电路41
5.7栅极脉冲调制器的基本拓扑42
第六章云台控制系统45
6.1轻触选路开关电路45
6.2云台控制电路46
参考文献49
致谢50
第一章绪 论
1.1高功率微波技术发展概述
高功率微波(HighPowerMicrowave,HPM)通常是指峰值功率大l00MW,频率在1GHZ一300GHz的电磁波。
这一定义使得高功率微波技术有别于常规微波技术,形成了一个全新的研究领域。
19世纪80年代赫兹通过电磁振荡产生了最早的电磁波,这一标志性的成果开创了近代无线电技术领域。
二十世纪初期,人类研制出磁控管,无线电进入低频应用领域。
30年代,研究人员通过与电子学线路相连的谐振腔获得了高频微波。
1937年,第一只具有谐振腔结构的速调管诞生。
之后,磁控管得到迅速发展,同时又发明了行波管、返波振荡器。
在60年代,研制出了正交场放大器。
目前,微波技术和微波器件己经广泛应用于电子对抗技术、卫星和飞行导航、导弹制导、微波通信、雷达、电视广播、空间技术、微波离子加速器、微波等离子体加热等军事、民用和科学研究领域。
高功率微波领域是本世纪70年代随着脉冲功率技术、相对论电子学、等离子体物理,的发展而发展起来的。
脉冲功率技术的发展,使强流加速器能够产生数兆伏或更高的脉冲高电压和大于兆安的带电粒子束流。
等离子体物理和相对论电子学理论为准确把握这种粒子束流的行为提供了理论指导。
高功率微波技术就是在此基础上应运而生的。
在较短的时间,高功率微波技术已经取得了极大的进展。
由于高功率微波与常规微波在功率的巨大差别,高功率微波技术的应用也具有许多独特的特性。
高功率微波的高功率和高能量的特点使得它在定向能技术、高灵敏性超远距离雷达、等离子体加热、射频电子直线加速器、环保工程、激光泵浦、功率聚束传输等方面的应用前景光明。
1.2高功率微波技术的研究现状
目前,开展HPM研究的国家有美国、俄罗斯、德国、法国、瑞士、英国、日本、韩国、以色列、印度和中国等,而大多数有代表性的工作主要集中在美国和俄罗斯。
美国
美国AAI公司研制了一种微波发射装置(MTD),它是一种可移动的重复脉冲功率微波发射机,采用的微波器件为相对论磁控管,频率为3—5GHz,峰值功率达700MW,脉宽,脉宽为50ns,重复频率为2—10Hz。
美国国际物理公司研制了一套用于驱动HPM源的重复频率的脉冲系统,该系统称作“紧凑型线性感应加速器(CLIA)。
该系统包括一个由10个磁转换水隔离PEL驱动的10单元加速器。
CLIA的感应单元和PEL由单个双极磁压缩单元依次充电,该单元又依次由闸流管开关中间能量存储单元和指挥谐振充电单元驰动。
该系统小巧紧凑的基本原因是来自各部分的电压在真空管累加,以便峰值功率仅在负载出现。
该系统的主要指标为:
输出电压750kV;输出电流10kA;阻抗75欧姆;脉冲持续时间100ns;波束峰值功率715kW;每个脉冲的能量750J;平均功率l50kW;重复率200Hz。
该公司用以上脉冲功率系统驱动L波段相对论磁控管,在重复频率为100Hz时输出1GW峰值功率,在重复频率为200Hz时峰值功率为0.7GW,平均功率为6kw。
该公司同时进行多个振荡器一起锁相,以便产生比单个源高得多的功率。
采用7个S波段相对论磁控管进行锁相合成,实现总功率为2.9GW,源之间的相位相干为士20°,这足以对目标实现相干辐射压制。
该实验结果表明:
建立一个这种模拟阵便能够产生极大的功率(100GW)。
俄罗斯
在脉冲功率系统研究中,俄罗斯取得了很多成就,大电流电子学研究所(IHCE)在60年代后期就开始研制小型加速器,专门用来驱动相对论返波管,70年代末,IHCE研制成功基于电容性存储线的SINUS系列的小型加速器。
目前,IHCE己研制成功许多型号的SINUS加速器,能产生具有数GW峰值功率的射束电流,脉冲电流从几纳秒至数十纳秒,重复频率达到1kHz。
早期IHCE采用火花隙和闸流管作为这些加速器的大功率开关,现己成功应用可控硅作为大功率半导体开关,采用这些开关使加速器体积更小而且重复频率更高。
80年代后期,前苏联大电流电子学研究所和核物理研究所开始研制磁储能脉冲功率系统,最初,他们一直采用等离子体放电开关,在1987年,IHCE已成功研制出能产生峰值功率为25GW的射束电流、脉宽为80ns的小型加速器。
自90年代他们已采用固态半导体开关作为放电开关。
他们已获得了最大能量为400keV、电流为6kA的电子波束,而脉冲间隔为30ns。
与等离子开关不同,半导体开关具有结构简单、参数稳定、可重复工作等优点。
俄罗斯核物理研究所还研制成功基于线性感应加速器的小型重复高压电流源,用于驱动他们的相对论磁控管。
在稳定的状态下,这些加速器重复速率高达100Hz,在三个脉冲一组的脉冲串时重复频率为160Hz。
1.3高功率微波的毁伤效能(微波炮工作原理)
高功率微波的毁伤效应是指高功率微波作用在各种物体和系统上产生的效果。
高功率微波与物体和系统相互作用的过程,就其物理机制来讲,可以有以下三种效应,即:
电效应、热效应和生物效应。
高功率微波的电效应是指当微波射向目标时,其瞬变磁场会在目标的金属表面或导线上产生感应电流,而且感应电流的强度会随着微波强度的增加而增强。
这种感应电流无疑会影响电子设备本身的工作,如淹没电子元器件中的各种信号,使器件性能下降,使器件的半导体结被击穿等等。
高功率微波的热效应是指将微波能转化为热量。
当微波反复穿透物体时,可使物体的极性分子随着微波周期以每秒几十亿次的惊人速度来回摆动、摩擦,从而产生高热,使被照射物体的温度升高。
实验证明,当微波照射的能量密度增加到10w/cm²—100w/cm²时,可以烧坏工作在任何波段的电子器件。
微波和核爆炸产生的核电磁脉冲,虽然波段不同,但其破坏机理不外乎电磁效应和热效应。
高功率微波生物效应又可以分为热效应和非热效应。
热效应是指当用高功率微波照射人和动物时,可以把人和动物烧伤甚至烧死。
非热效应是指当微波照射强度较弱时,被照射的人和动物会出现一系列反常的症状,比如神经混乱、行为失常,甚至致盲或心肺功能衰竭等。
按效应的持续时间来分,高功率微波效应可分为瞬间效应、暂时效应和永久效应。
瞬时效应是指当高功率微波脉冲存在时,其高功率微波的影响就存在,而当微波消失并在随后的极短时间(小于l毫秒)其影响也就随之消失的一种效应,例如干扰。
暂时效应是指在高功率微波信号存在时和过后较长一段时间仍与然存在,但是过一定时间后器件或系统能够自动恢复正常工作的一种效应,其持续时间长短对于不同系统是不同的。
永久效应是指在没有人为干预情况下,效应不会自动消失或者效应持续时间足够长,以使设备在特定的时间不能恢复工作的一种效应。
高功率微波作用对象也可分为两类,一类是无生命的物体或系统,如电子系统,通信系统等;另一类是有生命的物体,如人类、动物等。
在高功率微波与第一类物体或系统的相互作用效应的研究中,当前主要研究的容包括高功率微波藕合,各种电子元器件和电子设备或系统的干扰、翻转、损伤及相关阀值等。
为了更好地研究高功率微波对电子设备及生物体的毁伤机理,研究者提供了不同功率密度的微波辐射对各种电子设备及生物体的作用效能(见表1.1)。
关于微波辐射对电子设备及生物体的作用效能很多人都在研究,但研究结果相差很大,一些科研机构对研究结果严格,公开的也不一定准确,因此以下数据仅供参考。
表1.1不同功率密度的微波辐射产生的效能
Table1.1Differentpowerdensitiesofmicrowaveradiationperformance
辐射强度
作用效能
0.01~lμw/㎝²
可冲击和触发电子系统产生的假干扰信号,干扰雷达、通信、导航、可冲击和触发电子系统产生假干扰信号,干扰雷达、通信、导航、敌
3~13mw/㎝²
使人神经紊乱、情绪烦躁不安、记忆力衰退、行为错误
20~50mw/㎝²
人体出现痉挛或失去知觉
100mw/㎝²
致盲、致聋、心肺功能会出现衰竭
0.5w/㎝²
人体皮肤轻度烧伤
0.01~1w/㎝²
可使雷达、通信、导航、敌我识别和计算机网络的器件性能降低或失效,尤其会毁伤小型计
20w/㎝²
照射2秒,就可造成人体皮肤3度烧伤
80w/㎝²
在1秒即可使人致死
10~100w/㎝²
可直接烧毁电子设备的微波二极管、混频器、计算机逻辑电路集成电路、
1000~10000w/㎝²
如果微波辐射能量很强,能量高度集中,可瞬间引爆导弹、炸弹等。
高功率微波对人和其它生物的损伤作用主要是通过微波生物效应起作用的。
微波的生物效应可以分为:
“非热效应”和“热效应”两种。
前者指的是当较弱的微波能量照射后,造成人类出现神经紊乱、行为失控、烦躁、致盲或者心肺功能衰竭造成动物活动能力变差,甚至失去知觉等行为现象。
克拉拉多大学的科学家经过实验证明:
在小于100mJ/cm²、持续时间为0.1一l0ms的单脉冲微波,可以暂时改变神经细胞的活动。
对于人体而言,接收的微波功率密度达10一50mw/cm²时,会造成人员神经混乱、行为错误、痉挛甚至失去知觉;当接收的功率密度达到l0mw/cm²时,人的心肺功能会衰竭。
对于动物而言:
如1979年苏联在苏捷边境的科希城堡进行的动物试验表明,高功率微波可以在1km杀死山羊,使2km外的山羊神经混乱或者丧失活动能力;在微波的照射下,猴子的好动性减退程度线性于微波强度和照射时间,老鼠会产生痉挛甚至失去知觉等现象。
“热效应”类似于微波炉加热原理,它是由高功率微波能量照射引起的。
因此,根据微波的制热效果可以制作出大功率微波脉冲辐射防暴仪器,即微波炮。
2001年3月在美国五角大楼的一次新闻发布上,美国空军研究实验室与国防部联合非致命武器局宣布,目前已有一种革命性的非致命定向能技术,能对750米外的敌军实施非致命杀伤,这项技术称之谓主动拒止技术。
海军陆战队时报评论说,主动拒止技术可能是自原子弹以来武器技术中最大的突破。
现在伊拉克战争结束快两年了,但是伊拉克境的冲突与死亡人数不断增加。
最近一些国外媒体报导,为稳定局势,美国正准备于今年秋季把这种武器投入伊拉克使用。
主动拒止技术(ActiveDedialTecnology)是美国定向能武器计划的高功率微波技术中的一种。
它利用一束毫米波电磁能从相当远的距离去阻止敌人采取行动或迫使他们逃离现场,而不会使他们致命或受到伤害。
迄今,这项武器技术已进行过10多年秘密研究,1995年美国国防部制订的定向能武器计划中,它被列入包括飞机自卫、压制敌防空、指挥与控制战/信息战四项微波武器里程碑项目中的首项,2002年被美国国防部选为先期概念技术演示项目。
经多次场地演示和试验表明,主动拒止车载系统各项测试数据均达到与超过了所要求的指标,于2003年又开始进行机载系统的物理模拟和相应电子部件的设计工作。
下面简要介绍这种非致命微波束武器的工作原理,对人体的效应、系统的研制与性能,以及今后的发展前景。
主动拒止武器的工作原理十分简单,它好比是一架微波束发射机。
发射机向经识别的目标发射一束窄的波束,波束以光速传输抵达人体,并渗透到其肌肤深度约1/64英寸地方,这个深度对应于人类皮肤神经的层厚,就像微波炉加热食物一样,波束要加热皮肤中的水分子,使皮肤温度升高而感到炽热和疼痛。
与微波炉加热食物不同的是,微波炉的频率一般是几GHz,工作时间至少是几分钟,而主动拒止武器发射的是具有方向性的一束接近100GHz的毫米波,皮肤受照时间仅几秒,所以它不会渗透到人体的深部,或温升很高。
武器设计者使主动拒止系统(ADS)的照射强度与时间都在人体安全围之,不会使人致命和受伤,它只是迫使敌人感到疼痛难忍,而放弃原来意图或逃离现场,疼痛在逃出波束之外或发射机关闭后即可消失。
图1.1车载主动拒止系统样机
Fig.1.1Vehicleactiverefusedtostopsystemprototype
主动拒止系统(ADS)(如图1.1)是微波武器中唯一的一种针对人的武器,它关系到人身的安全问题,因而所有测试都要严格遵
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 大功率 微波 脉冲 辐射 防暴 仪器 毕业论文
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)