高功率微波，路在何方？

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高功率微波（HPM）技术搞了几十年，有了几型可实战部署的装备，如美国陆军的“雷神”系统（THOR）可在几公里外击落无人机。但PPT上喊了几十年的高功率微波导弹（如美国空军的CHAMP）,只是在十年前进行了一场飞行演示，至今似乎还是没能转化为装备[参见：美国空军定向能武器发展路线图，兼论CHAMP是否已经列装？]。高功率微波技术的全面实用化到底面临哪些瓶颈？该向什么方向寻求突破？
2021年2月26日，DARPA微系统技术办公室发布了“波形灵巧射频定向能”(WARDEN)项目的招标书。该项目寻求对极端功率、宽带放大器和灵巧波形技术的创新研究和开发，以改善电磁耦合和对目标电子设备的干扰效果。WARDEN的目标是将高功率微波后门攻击的起效距离在当前技术水平的基础上提升10倍。
WARDEN项目包括以下三个技术领域：
高功率微波宽带行波管放大器：宽带行波管放大器具有必要的频率灵活性，可以最大限度地将电磁能量耦合到目标电子器件中。实验室测量表明，适度的频率调整可以显著提高耦合效率。行波管放大器还支持波形调制，可以降低电子器件对电磁辐射破坏的敏感性阈值。此外，行波管放大器还具有功率合成所必需的相位相干性。
电磁响应快速评估与数值生成(RANGER)：了解电磁波耦合到复杂外壳以及与内部电子器件相互作用的物理过程，对于提高高功率微波后门攻击的效能至关重要。需要开发计算效率高的时域模型，以模拟电磁波与具有不同尺寸和材料特性的大型结构之间的相互作用。这是一项重大的技术挑战。目前基于有限元和有限差分离散化的确定性方法虽然具有较高的空间分辨率和精度，但密集的网格划分要求使得这些方法的计算量很大，导致即使是中等复杂度的问题也需要很长的计算时间，无法完成耦合分析和波形优化所必需的多次作业。而且，这种方法还需要精确了解目标的几何形状和电磁照射特性。
灵巧波形开发：灵巧波形结合了频率、振幅和/或脉宽调制，可以最大限度地耦合到复杂的外壳中，而且波形经过了优化，可以对内部电子元件和子系统产生最大程度的破坏性影响。低功率的实验室测试表明，对波形进行频率、振幅和脉宽调制，可以降低电子元件和系统对电磁干扰的敏感性阈值。然而，由于缺乏具有足够功率、带宽和线性度的放大器来利用这些波形，对高功率微波的灵巧波形还缺乏研究。
6 K( @9 l1 P5 w& o 以上三个技术领域中，第一个和第三个是保密的，DARPA没有给出技术指标，第二个属于基础研究，DARPA未进行保密。这三个技术领域基本上说清楚了高功率微波技术当前面临的瓶颈，并且也指出了寻求突破的方向。
$ @5 B" u5 u- `& ]6 b4 k2 ]' HWARDEN项目将分为三个阶段进行，总的项目周期长达48个月，总经费将达到5100万美元。

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高功率微波宽带行波管放大器：宽带行波管放大器具有必要的频率灵活性，可以最大限度地将电磁能量耦合到目标电子器件中