贺军涛，姚金妹，王蕾.美欧高功率微波技术研究现状及发展趋势.信息对抗技术，2023，2（4/5）：123-137
0 引言
近年来，随着智能无人机蜂群、高超声速导弹等新型作战力量的快速发展，传统的雷达预警探测与防空导弹相结合的应对方式，无论是从响应速度、效费比方面，还是从复杂环境下抗干扰能力和多目标打击能力方面来看，都暴露出明显不足。针对新型威胁的出现，欧美各国均强调技术优势的重要性，并把定向能武器定位为有效的非对称作战手段。
高功率微波武器通过发射强电磁脉冲，损伤、降级、扰乱、干扰敌方电子系统是一种典型的定向能武器。当前，军事武器系统中的大规模集成电路，对于强电磁脉冲辐射，是十分脆弱的目标。与传统武器装备相比，高功率微波武器具备光速攻击、深弹匣、高费效比等特点。与激光武器相比，高功率微波武器的特点在于：一是具备全天候作战能力，由于微波波长比激光长，大气衰减相对较小，因此受天气影响也较小；二是宽波束、广域覆盖，可以对无人机蜂群等群作战目标实施有效的区域杀伤。
作为集软硬杀伤于一身的新概念武器，高功率微波武器潜在的作战效能和应用前景已引起各国广泛关注。近年来，以美国、俄罗斯为代表的军事强国对高功率微波武器的研发力度持续增加，测试试验频繁开展，部分装备已开始列装；加拿大、法国、德国等国家也在积极布局，加入竞争行列。本文从高功率微波关键技术研究和武器装备发展2个方面，对高功率微波领域取得的研究成果进行了梳理，并分析其发展趋势。
1 高功率微波关键技术研究现状
高功率微波系统通常由初级能源、脉冲功率驱动源、高功率微波产生器件、辐射天线以及系统控制等部分组成。其中，初级能源为驱动源提供能量，驱动源将电能量转变为强流相对论电子束。微波产生器件通过电子束与电磁场相互作用，将电子束能量转换为微波。辐射天线将电磁波向指定方向发射，产生一个高能量密度波束。本节主要从脉冲功率驱动源技术、高功率微波产生技术和高功率微波辐射技术3个方面梳理高功率微波技术研究现状。
1.1脉冲功率驱动源技术
脉冲功率技术兴起于美俄核武器研制时期，是一门研究高功率电脉冲的产生、加载及其相关物理过程的交叉学科。截至目前，脉冲功率技术大致经历5次技术变革，前4次分别是Marx发生器与Blumlein线相结合实现高压纳秒脉冲产生技术、以水代油提升储能密度技术、激光触发实现多台合成技术和充分利用绝缘规律的感应叠加技术。当前，第五次技术变革是重复频率技术。脉冲功率技术的本质是开关和绝缘。根据开关类型，脉冲驱动源主要分为气体开关调制和固体开关调制2种类型，其中，气体开关调制型脉冲驱动源主要包括变压器-形成线型和Marx型。
在变压器-形成线型脉冲驱动源方面，俄罗斯大电流研究所、电物理研究所等单位开展了系列工作，实现了SINUS和RADAN等产品化重频脉冲驱动源并出口世界各国，相关技术也为各研究单位借鉴和发展。在Marx型脉冲驱动源方面，脉冲形成网络型Marx发生器（pulseformingnetworkMarx，PFN-Marx）可同时实现升压和脉冲形成，具有紧凑化优势。加拿大国家研究委员会（NRCC）、美国应用能量学公司（AE）和德克萨斯理工大学（TTU）、法国原子能和替代能源委员会（CEAEA）等研究机构均开展了系统性研究（见表1所列）。其中，TTU在PFN-Marx方面的研究成果位居世界前列，其APELC公司的PFN-Marx发生器已形成技术较为成熟的系列产品。
上述气体开关型脉冲功率驱动源具有功率容量高、结构紧凑等特点，但是高功率气体开关放电往往存在电极烧蚀、放电室污染和绝缘恢复等方面的限制，在一定程度上影响了装置的重频上限和稳定运行。固态开关由于没有电极烧蚀和等离子体恢复时间限制，因此有利于提高系统的重复频率和使用寿命。近年来，功率半导体开关和磁开关等固体开关技术发展迅速，其功率容量和开关速度的提升，极大地促进了固体开关调制型脉冲驱动源的发展，有力支撑了脉冲功率技术的第五次技术变革。典型成果是美国海军实验室研制的基于半导体开关的长脉冲固态脉冲驱动源和俄罗斯电物理研究所研制的基于磁开关和半导体断路开关的S系列固态窄脉冲驱动源。两者均表现出高稳定性和长运行寿命，其中，美国海军实验室研制的基于半导体开关的长脉冲固态脉冲驱动源实现了千万次的运行寿命。图1给出了长脉冲固态驱动源结构和对应的输出电压波形。
值得注意的是，美国除了在固态脉冲驱动源系统方面的优势外，对功率半导体开关的开发和应用同样持续保持着技术优势。目前，基于第三代宽禁带半导体材料的超级门极可关断晶闸管（super gate turn off thyristor，SGTO）开关器件已经实现产品化，见表2所列。SiliconPower公司的新型开关相比于传统半导体晶闸管（thyristor）、绝缘栅双极晶体管（insulated-gatebipolartransistor，IGBT）和金属氧化物半导体场效应晶体管（metaloxide semiconductor field effect transistor，MOSFET）器件，在功率密度和动作时间等方面具有明显优势。
1.2高功率微波产生技术
根据高功率微波的频带特征，可以分为窄带高功率微波、宽带高功率微波和超宽带高功率微波，相对带宽分别为≤1％、1％～25％、≥25％。本节分别介绍窄带、宽带/超宽带的高功率微波产生技术的研究现状。
1.2.1窄带高功率微波产生技术
美国空军研究实验室、美国海军实验室等机构研制的相对论磁控管、相对论返波管、相对论速调管在L、S、C、X等波段均实现了功率＞1GW的高功率微波输出，且可重复频率运行。在相对论磁控管方面，美国斯坦福大学在电压0.5MV、电流4kA的条件下，得到了频率为3GHz、功率为1GW的微波输出，效率达到50％。美国新墨西哥大学采用透明阴极研制出S波段衍射相对论磁控管，实现了功率效率64％、功率0.85GW的微波输出。在多频段和可调谐微波源方面，新墨西哥大学实现了X频段、中心频率9.5GHz、3dB调谐带宽约5％的微波输出。此外，还研究了低磁场永磁封装的衍射相对论磁控管，采用钕铁硼磁体产生0.3T磁场，在电压288kV、电流6kA的条件下，产生频率2.53GHz、脉宽31ns、功率约200MW的微波输出。
相对论返波管方面，最早由美国康奈尔大学的Nation提出，效率只有0.05％。通过采用变耦合阻抗的非均匀慢波结构和控制慢波结构两端的反射提升效率，目前朝着高频段、低磁场、长脉冲等方向发展。马里兰大学采用了相对论返波管填充等离子体，在电压为630kV、电流为2.5kA的条件下，实现了600MW微波输出功率，效率40％。新墨西哥大学采用在相对论返波管中引入2个具有正弦波纹的慢波结构，如图3所示。其中，尾部是轴对称的，头部具有左和右单褶螺旋波纹的组合。通过调节两段慢波结构的距离，理论上可以分别得到C波段和X波段高功率微波。此外，新墨西哥大学采用基于3D打印超材料慢波结构的相对论返波管在电压490kV的条件下，获得了频率为3GHz、功率为22MW的微波输出，该实物图如图4所示。
相对论速调管方面，最早由美国海军实验室提出，采用重入式输入腔、重入式中间腔、重入式输出腔，在电子束功率为3GW的条件下，实现了L波段、功率1.8GW、脉宽30～50ns的微波输出。进一步地，海军实验室将微波工作频段拓展至S波段，通过采用双间隙提取腔结构，获得了频率3.5GHz、功率1.7GW的微波输出。美国空军实验室设计了一种相对论速调管振荡器，通过采用3/4波长的腔长来调制电子束，实现了频率1.2GHz、功率1GW、脉宽200ns的高功率微波输出。
1.2.2宽带/超宽带高功率微波产生技术
在宽带/超宽带高功率微波源方面，美国空军实验室、劳伦斯利弗莫尔国家实验室、圣地亚哥国家实验室以及俄罗斯大电流所、电子物理研究所和Ioffe物理技术研究所等单位均开展了一系列研究。其中，美国空军实验室研制的H-系列的电磁脉冲辐射源，是超宽带高功率微波源的典型代表。H-5系列在输入电压500kV、脉宽2.5ns、上升沿250ps的脉冲后，能够在10m的距离产生43kV/m的电场，波形上升沿为238ps。此外，美国国防部也牵头研制了超宽带高功率微波源，其组成单元结构如图5所示。采用Marx发生器驱动脉冲形成线，在远场产生辐射强度20～110（V·m-1·Hz-1），频率范围200MHz～6GHz的微波输出。2019年，美国空军实验室开展了高功率微波摧毁无人机蜂群的效应实验，单个脉冲成功将50架无人机击落，系统中采用的电磁脉冲辐射源就是该超宽带微波源。
美国空军研究实验室研制的JOLT超宽带高功率微波系统也是超宽带高功率微波系统的典型代表，实物如图6（a）所示。通过采用基于Tesla变压器脉冲充电电源，经两级脉冲压缩陡化后输出峰值为1MV、前沿为100ps的亚纳秒电压冲，输入激励阻抗为85Ω的半抛物面冲击脉冲辐射天线后，在100m距离处测得辐射场波形如图6（b）所示。由图可见，辐射峰值场强与距离的乘积达到6MV，系统重复频率达到600Hz。
俄罗斯超宽带高功率微波源的典型代表是大电流研究所研制的基于Tesla变压器和电磁组合振子阵列天线的超宽带高功率微波系统，如图7（a）所示。采用基于Tesla变压器脉冲充电电源、脉冲线和气体火花隙开关组成的脉冲形成分系统进行脉冲压缩后，得到峰值为-205kV和180kV、脉宽为1ns的双极脉冲输出。辐射天线采用64单元组合振子阵列天线。10m处辐射电场波形如图7（b）所示，辐射峰值场强与距离的乘积（rE）为4.3MV，系统重复频率为100Hz，可以连续运行10min。
除了超宽带高功率微波技术以外，美国和俄罗斯还对宽带高功率微波技术开展了深入研究。传统的宽带高功率微波产生方式主要包括1/4波长传输线开关振荡器和谐振天线等，典型装置是美国研制的MATRIX，结构如图8所示，主要由基于传输线开关振荡器和冲击脉冲辐射天线构成，传输线开关振荡器工作电压为150kV，半面冲击脉冲辐射天线直径为3.67m，辐射因子为90kV。
传统宽带高功率微波产生方式获得的微波中心频率主要在50～700MHz，难以产生中心频率＞1GHz的宽带高功率微波，需要的辐射天线尺寸大，定向辐射难度大。因此，美国和俄罗斯近年来开展了旋磁非线性传输线研究。这类装置可以产生中心频率在0.5～10GHz、峰值功率达到数百MW的宽带高功率微波。典型代表为俄罗斯大电流研究所研制的中心频率为1.2GHz、峰值功率为260MW的宽带高功率微波系统（如图9所示），其运行重复频率达到200Hz。该系统以另一种超宽带天线作为辐射天线时，辐射峰值功率＞1GW。
1.3高功率微波辐射技术
发射天线作为高功率微波系统的终端，是整个高功率微波系统的关键组成部分之一，负责将高功率微波源产生的能量有效集中地作用到目标物上，在很大程度上决定着整个系统的性能和应用方向。目前，传统天线技术的理论基础与工程实践已经发展得较为成熟，但高功率微波发射天线呈现出不同的技术偏重，主要体现在以下2个方面：
1）多数技术成熟的高功率微波源输出模式为TM01或TEM等旋转轴对称模式，直接辐射会产生中空的波束；
2）高功率微波系统传输及辐射的脉冲峰值功率远高于传统微波天线，这要求高功率发射天线工作在超净、超高真空的环境。同时，要求特殊的天线结构设计来防止内部场强增大，以满足高功率微波系统极高的功率容量需求。
这2个方面的特点使得高功率微波发射天线的设计区别于传统微波天线，成为一个新兴的领域为天线设计工作者所关注。经过近50年的发展，有关高功率微波发射天线的理论研究和工程研究已取得了较大进展，国内外已有多个单位成功研制出不同类型的高功率微波发射天线。
1.3.1模式转换天线
高功率微波源的输出模式为旋转对称模式，若直接辐射会形成中空的环形波束，导致辐射微波能量分散，不能有效地集中在轴线方向。为了辐射出能量集中的实心波束，需要将微波源的输出模式转换成非旋转对称模式。利用模式转换的高功率微波发射天线主要有Vlasov天线、同轴波束旋转天线（coaxial beam rotating antenna，COBRA）以及模式转换器加天线组合型等。
1974年，前苏联科学家Vlasov通过在圆波导末端采用阶梯形状，改变输出口径上电磁场分布的轴对称性，实现了波束偏离圆波导轴向的定向辐射，这种天线被称为“Vlasov”天线。2013年，贝鲁特美国大学对Vlasov天线末端切口进行改进，更好地适用于高功率微波辐射并提高了天线增益。Vlasov天线的辐射方向偏离系统轴线，且随频率变化明显，方向图不理想，增益较低（约-14dB），通常不作为波束扫描天线。
COBRA基本原理为通过将辐射口面分区，改变各个分区内微波的传输路程，达到调整辐射口面相位分布的目的，将轴向旋转对称模式转换成非旋转对称模式，从而实现轴向最大波束的辐射。2010年，韩国首尔国立大学将COBRA接在输出圆波导TM01模式的X波段相对论返波振荡器上，验证了该天线在高功率微波系统应用的可行性。
1.3.2扫描天线
随着高功率微波技术不断向实用化发展，发射天线的波束扫描能力逐渐成为研究人员关注的重点和衡量天线工作性能的重要指标。反射面天线作为一种结构简单、稳定可靠的高功率高增益天线，被广泛应用于高功率微波天线设计中，主要包括高功率微波抛物面天线、卡塞格仑天线等多种类型。
为了使高功率微波反射面天线具备波束扫描能力，最常用的方法是利用转台装置的机械转动来控制反射面天线的出射波束指向。俄罗斯无线电公司研制的“Krasukha-2”系统，采用直径约为2.7m的抛物面天线作为辐射天线，整体置于可360°水平旋转平台上，可对半径150～350km范围内的空中目标进行压制。美国雷声公司研制的“相位器”系统也采用了类似旋转扫描式辐射系统。这2种天线的扫描速度通常在几秒量级。然而，随着高功率微波系统逐步向小型化方向推进，反射面天线的进一步发展逐渐受到体积结构和扫描能力的限制。
1.3.3阵列天线
阵列天线应用于高功率微波有其独特的优势，主要表现在：1）阵列天线通过馈电网络将能量分配到多个辐射单元上，使得单个辐射单元仅需承受较小能量，提高了整体功率容量；2）通过调节阵列天线的单元数目和单元排列方式，能够大大提高天线的增益。
波导缝隙阵列天线由于其结构紧凑、重量轻、成本低、易实现超低副瓣等优点被广泛应用于雷达中。同时，合理的设计结构能够实现波束扫描功能，有应用于高功率微波领域的潜力。早在2001年，美国陆军实验室就将波导缝隙阵列天线引入高功率微波领域，设计出用于S波段的波导缝隙阵列，并进行实验测试，天线增益31.4dB，波束宽度为4.1°×7.4°。随后，美国空军实验室采用基于改变矩形波导窄边结构实现波束扫描，其原理为利用矩形波导宽边纵向缝隙阵列结构，通过平行推拉矩形波导窄边金属板或者使矩形波导窄边变形，改变矩形波导内微波的波导传播常数。通过这种方法可以实现波束指向在81°～95°范围内的连续扫描。但是这种方案在实际应用中存在着一些缺陷，如波导结构的变形需要从波导窄边两侧施力、对称地改变波导形状，这在工程上实现比较困难。
基于机械式移相的缝隙阵列扫描天线虽然能够保持较高的功率容量，但仍普遍存在扫描范围有限、扫描速度慢等不足。同时，大量机械式移相器的使用不仅增大了发射系统的插入损耗，还提高了馈电及控制系统的复杂程度。
径向线缝隙天线（radial line slot antenna，RLSA）最早于20世纪80年代由GOTO等提出，根据径向线波导的层数又分为单层和双层。由于径向线波导结构简单，且其输入模式为高功率微波源常见的输出模式，即同轴TEM模式，因此不少科研单位基于径向线波导提出了多种径向线波导馈电的高功率微波发射天线。在波束扫描方面，基于螺旋单元的旋转移相原理，天线中各单元辐射圆极化波的相位均可进行独立调节，因而能够在二维空间内实现对波束指向的自由调控。
2 高功率微波武器系统研究现状
随着高功率微波基础研究的积累和关键技术上的突破，高功率微波技术自21世纪开始逐渐向军用平台和进攻型武器的方向发展。在区域电磁压制和近程防空等领域，一些高功率武器装备已经完成了概念演示验证，正逐步形成实战化装备。
2.1区域电磁压制
高功率微波武器系统具备区域电磁打击能力，通过与空基移动平台结合，可对敌方纵深指控中心、通信站、雷达系统等重要战略目标实施先遣电磁压制，为后续的火力打击赢得重要的战略机遇。典型空基高功率微波武器项目有美国Mk84高功率微波炸弹以及反电子设备高功率微波先进导弹项目（thecounter electronics high power microwave advanced missile project，CHAMP）。
Mk84高功率微波炸弹是一种一次性使用的高功率微波武器，其结构如图10所示，主要组成部分包括电池、同轴电容器组、两级同轴磁通压缩发生器、脉冲形成网络、虚阴极振荡器和微波天线等。其中，磁通压缩发生器将炸药爆炸释放的化学能转换成电磁能，然后，再利用虚阴极振荡器将电磁能转换成高功率微波，并由天线发射。
CHAMP导弹是一种可重复发射高功率微波脉冲的巡航弹载高功率微波武器系统，通过借助巡航导弹精度高、射程远、突防能力强的特点，可以实现对敌纵深战略目标的先遣打击。该项目于2009年4月在美国空军研究实验室正式启动，投资3800万美元。波音公司联合Ktech公司、美国能源部圣地亚国家实验室承研，其中，波音公司作为主承包商负责载荷平台AGM-86常规空射型巡航导弹和系统集成，Ktech公司和圣地亚国家实验室分别负责GW级磁控管高功率微波源和紧凑型Marx脉冲功率源的研制。与高功率微波弹相比，CHAMP系统技术难度更大，原因在于：一是其需要实现高密度储能技术和微波源小型化；二是在多脉冲电磁攻击下，需要进行天线辐射方向设计和自身电磁防护加强，三是真空状态的维持对于CHAMP使用寿命非常关键。
在演示验证方面，2012年10月搭载高功率微波战斗部的CHAMP导弹由B-52H战略轰炸机发射，巡航导弹按照既定路线在犹他沙漠低空飞行1h，在几乎没有带来附带损伤的情况下，使沿途7个不同目标中的计算机网络、监视系统等产生了黑屏、死机等扰乱效应，作用距离达百米量级。图11为CHAMP演示验证的相关画面。基于CHAMP项目试验的成功，美空军于2014年11月公布了高功率微波武器发展路线图，计划以CHAMP为主要牵引，重点围绕高功率微波系统小型化、敏捷波形技术和效应机理开展研究，计划在2025年前，实现增程型联合防区外空面导弹（JASSM-ER）的高功率微波武器，2030年前将高功率微波载荷集成在第五代战斗机和无人机上。
2017年，美国海军研究办公室与空军研究实验室联合开展了“高功率联合电磁非动能打击武器”（HiJENKS）项目，项目为期5年，计划投入经费1亿美元，旨在开发可集成在巡航导弹、吊舱或者无人机等平台的空基高功率微波武器系统，用于实现对陆基和舰载C4I系统的电磁打击。相比于CHAMP系统，HiJENKS系统采用脉冲能量更高的爆炸磁通量发生器，进一步减小了设备自身的尺寸和重量，提高多平台适应性。目前尚不清楚HiJENKS的载荷平台类型，若其确为洛克希德·马丁公司研制的增程型联合防区外空面导弹（JASSM-ER），则HiJENKS系统相对CHAMP导弹射程会进一步增加，且可借助JASSM-ER导弹的隐身性能，提高其近程突防能力。而JASSM-ER战斗部重量为450kg，这意味着HiJENKS中高功率微波载荷的体积和重量都不大。2022年7月，美海军和空军在加利福尼亚州的“中国湖”海军航空站完成了HiJENKS项目为期2个月的测试。测试效果不得而知，但根据测试时间推测，该项目已经延期。
2.2反无人机集群
当前，无人机作战装备既可执行战场实况侦察，提高战场感知能力，又能结合战斗部，实现火力打击，已然成为一种重要作战力量。微波武器的大面积杀伤能力使其面对无人机集群作战时优势愈发明显。近年来，高功率微波反无人领域涌现出多型新装备。
2.2.1“相位器”（Phaser）系统
Phaser系统是由雷声公司为美国陆军研发的一款地基高功率微波武器，其样机如图12所示。系统安装在长约6m集装箱内，可车载机动，采用柴油发电机作为初级能源，微波源以高功率磁控管为基础，集装箱顶部集成有发射天线，其直径约1.2m。
在演示验证方面，2013年9月至10月，Phaser系统首次进行了拦截小型无人机目标的防空试验，作战过程中无人机飞行高度为30.5m，AN/MPＱ-64警戒雷达与近程战术雷达为系统提供目标跟踪和指引。2018年，Phaser系统在陆军演习中击落了33架无人机，每次可击落2～3架无人机。2020年5月，Liteye公司宣布为Phaser系统开发专用无人机探测和跟瞄系统。此外，美国空军研究实验室还正与雷声公司合作开发“反电子高功率微波增程空军基地防御”（CHIMERA）系统，以实现对中远程目标的打击。
2.2.2“战术高功率微波作战响应器”（THOR）
THOR是美国空军联合美国空军研究实验室、BAE系统公司、Leidos公司等多家单位共同研发的一款地基高功率微波反无人系统。系统内置发电机供电，机动性较强，可集成在6.1m长的集装箱内，通过C-130等运输机进行空中运输，其样机如图13所示。据报道，THOR具有友好的用户工作界面，操作员通过手持遥控器可以将天线转向任何方向，快速进行360°水平旋转和上下移动，提供全方位无死角的防御。可由2个人在2～3个小时内完成系统组装，做好战斗准备。
在演示验证方面，2019年10月在美陆军组织的机动与火力集成演示作战实验中，THOR系统完成了全能力验证。2021年2月，美陆军对THOR系统进行了现场评估，验证了系统对抗无人机蜂群的能力，并表示将与美空军合作开展THOR计划。2022年5月，THOR原型机完成在非洲地区为期1年的海外作战测试后，进行新一轮迭代升级。2023年4月，美国空军研究实验室通过其官网对外发布消息称，THOR系统在科特兰空军基地完成了反无人机蜂群的对抗试验，这是空军研究实验室历史上首次大规模蜂群试验，标志着高功率微波反无人机蜂群取得重大突破。此外，美国空军研究实验室在THOR的基础上开发了一款射程更远的高功率微波武器系统，名为“雷神之锤”（Mjolnir），其辐射功率相对THOR提高了约50％。项目于2021年7月启动，计划在2023年交付首套原型样机，2024年将该系统作为“间接火力防护”组成部分，部署到一线部队。
2.2.3“列奥尼达斯”（Leonidas）系统
Leonidas是2020年由美国伊庇鲁斯（Epirus）公司研发的一款地基高功率微波反无人系统（如图14所示）。与Phaser和THOR系统所采用的电真空技术不同，Leonidas采用固态氮化镓功率放大器体制。系统无需抽真空设备，有利于实现系统小型化和快速启动。据报道，Leonidas系统可在30min内完成从运输状态到作战状态的转换。部署完成后，可在数分钟内发射电磁脉冲。Leonidas还具备频率调谐能力，通过人工智能控制固态功率放大器优化输出微波功率和频率，以提升目标打击效能。美国国防高级计划研究局（DARPA）已向该公司授出“波形敏捷射频定向能快速评估和电磁响应数值生成合同”，旨在开发快速计算电磁传播效应的软件。此外，Leonidas系统采用模块化硬件设计，方便检修、更换和升级。凭借先进的数字波束形成技术，Leonidas系统可实现精确点杀伤和区域面杀伤，以及通过编程设置禁飞区，保护己方飞行器。Leonidas系统还具备开放式架构，能够与美军“前沿区域防空指挥与控制”（FAADC2）系统、“一体化防空反导作战指挥”（IBCS）系统，利用系统中传感器和预警系统的信息，获得联合态势感知情报，通过组网与其他动能和非动能武器构建分层防御系统。
2020年12月—2022年4月，陆基Leonidas系统更新了三代，且逐渐由陆基固定版本向移动版本发展。2022年2月，Epirus公司推出部署在无人机上的高功率微波吊舱的Leonidas，名为LeonidasPod，这是截至目前可用的最轻的高功率微波武器系统，通过与地基Leonidas系统协同工作，创建分层防御区域。2022年10月，Epirus公司与通用动力陆地系统公司合作推出集成在STRIKE轮式装甲车上的Leonidas，名为Stryker Leonidas，用于提供近程防空（SHORAD）能力，旨在解决无人机蜂群攻击问题。近日，Epirus又推出了用于保护航母母港免受无人机（艇）蜂群攻击的Leonidas方案。
在演示验证方面，2021年，陆基Leonidas系统完成3次现场试验，验证了其反无人机“蜂群”的能力，在约300m距离下成功击落66架无人机。2023年1月，Epirus公司获得美国陆军批准的6610万美元高功率微波武器合同，计划在本年度向美陆军交付4台高功率微波原型机，作为IFPC-HPM（间接火力保护能力-高功率微波）组成部分，以推动美国陆军在2024财年前实现向排一级单位提供间接火力保护能力。
2.2.4“莫菲斯”（Morfius）系统
Morfius是2021年由洛克希德·马丁公司开发出的一款无人机载高功率微波武器，该系统以Altius-600固定翼无人机为平台，从空中近距离抵近对方的无人机群，实现高功率微波前出抵近攻击。Altius-600固定翼无人机三视图如图15所示，飞行器长1.02m，翼展2.54m，有效载荷舱直径为152mm，载荷重量约为3kg，可以从通用发射管、地面站、车辆和飞机平台上发射，系统续航时间超过4小时，射程440km。据报道，Morfius头部装载传感器，可以在目标区域巡逻飞行一段时间以搜索目标，在锁定目标后关闭传感器，并发射吉瓦级高功率微波打击目标。
目前尚无Morfius高功率微波武器系统战技指标报道，但受到机载平台空间限制，Morfius系统实现难度较大。需要重点解决的问题有：一是如何在有限的体积重量限制下，产生并辐射吉瓦级高功率微波？二是如何实现高能量密度电池系统，以及如何权衡远距离巡航和高功率微波打击威力。
3 高功率微波技术发展趋势
3.1高功率微波关键技术发展趋势
脉冲功率驱动源技术方面，高重频、长寿命、固态化、紧凑化、模块化是世界脉冲功率技术的发展趋势，基于气体开关的脉冲驱动源需要持续深化研究。同时，固体开关具备稳定可靠、长寿命、一致高等优点，但功率容量相比于气体开关仍然偏低，应用边界并不明确。近年来，功率电子技术发展迅速，基于先进功率电子器件研制GW级高性能固态脉冲驱动源，实现高重频、低抖动、长寿命运行，支撑未来高功率微波技术等高新技术的持续进步。
高功率微波产生技术方面，窄带高功率微波产生技术不仅要求在高效率、长脉冲、低磁场等方面具有更高水平，还需要在紧凑小型化、频率可调谐方面取得突破。此外，各类高功率微波器件未来还需要发展出更精细的非线性理论，对束波过程进行细致的研究，以期更好地指导高功率微波器件的设计和优化。宽带/超宽带微波产生技术方面，一方面为了提高对目标的作用效能，以地基或车载等应用为牵引，朝着更高峰值功率、更高重复频率方向发展；另一方面，为了提高应用中的便捷性和灵活性，以单人便携装置和无人机载等应用为牵引，朝着轻小型化方向发展。
高功率微波发射天线方面，为了适应工作平台、作用环境多样化的发展趋势，高功率微波发射天线正朝着紧凑化、模块化、小型化发展。同时，需要在有限体积和重量条件下，保证发射天线的功率容量。当前电子系统的快速发展，使得作用目标愈发复杂。为了提高作用效能，发射天线对电磁波的调控技术也是这一领域研究的重要内容。
3.2高功率微波武器装备系统发展趋势
3.2.1轻小型化、多平台适用和远距离毁伤
高功率微波武器正逐渐从地基平台走向移动平台，但是目前系统的功率-重量比仍然不能较好的满足战场需求，搭载在机动式作战平台时，仍然存在杀伤力有限的问题。在小型化基础上开展高功率微波武器研究是美军方，尤其是美空军的长线计划，通过实现高功率微波武器系统与运载平台的有机结合，增强高功率微波武器系统的机动能力，延伸高功率微波的作战半径。
3.2.2基于效应研究和灵巧波形技术，提升高功率微波打击效能
高功率微波对目标的作用效果不仅取决于到靶微波功率密度，还和目标耦合特性有关。由于威胁目标的多样性，不仅需要较高的微波峰值功率，同时还需要微波源具有宽参数调谐能力，以提高对目标的耦合效率。2018年，美空军研究实验室公布的定向能发展路线路中将优化微波波形和提高打击效能作为2025年前主要研究内容之一，同时提出在2029年左右实现智能波形高功率微波系统。同年，美海军研究办公室也表示将着力支持重复频率且频率可调的高功率微波系统开发。2021年，DARPA发布了“敏捷波形射频定向能源”（WARDEN）项目招标书，寻求对高功率、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攻击效果。从这些发展计划和研究项目可以看出，美军正致力于开发灵巧波形高功率微波武器技术。同时通过效应试验和建模仿真，提取目标强耦合参数，实现高功率微波参数优化选取。
3.2.3模块化、合成化，提高末端电磁防护能力
面对中俄巡航导弹、洲际导弹和高超声速导弹等技术不断取得进步，破解中俄反介入/区域拒止能力一直是美国新型武器技术重要的发展目标之一。当前，以高功率微波和高能激光为代表的定向能技术虽然主要用于反无人机集群作战，但是导弹突防和反精确化饱和攻击仍然是其长远发展目标。对于军事基地或者大型水面舰艇等高价值目标防御来说，通过多模块电真空高功率微波合成或固态微波阵列合成，可以大幅提高系统辐射功率，降低对单个微波器件技术指标的要求，从而提高武器系统的威力。
3.2.4作战体系开放协同，构建分层防御体系
近10余年，科技革命引发作战体系深刻变革，自主无人作战、分布式作战、联合全域作战、智慧复杂作战等新型作战概念不断涌现，只有将高功率微波武器融入现有的指挥和控制系统，与其他动能和非动能武器联合协同，才能最大限度地发挥效能，实现全面的打击及防御。近年来，新型高功率微波武器系统均具备开放的系统结构，如Leonidas系统和Morfius系统均可以与美现有指挥和控制网络集成，实现互联互通。另外，通过地基、车载、无人机载等多型高功率微波武器系统协同工作，可以构成远中近、高中低分层电磁防御体系。
4 结束语
当前，高功率微波技术已经发展到一个较为成熟的阶段，推动未来应用需求将是高功率微波下一阶段研究的重点。为了更好地推动高功率微波武器系统形成新质战斗力，各国在持续发展高功率、长脉冲、高重频、固态化、参数调谐等技术的基础上，通过预研项目和作战概念驱动，探索高功率微波武器适用的具体作战场景和作战样式，加强顶层规划和技术布局。同时开展大量演示验证试验，加速技术迭代，缩短原型机过渡到装备产品的进程。可以期待，随着电子战装备的升级换代以及电磁频谱战日益成熟，高功率微波系统的应用范围也必将越来越广泛。
