基于多普勒效应的高功率微波发射原理演示仪

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1、基于多普勒效应的高功率微波发射原理演示仪程纬陕西省西安市建筑科技大学附属中学发明目的根据《国防教育法》要求，为满足学校进行国防教育教学需要，为了丰富《国防教育》课堂教学内容，增加教学有效性和趣味性，通过学习探索研宂高科技在国防领域的应用，使学生对现代军事高新技术基本原理有所了解，消除他们对军事高科技中新概念武器的神秘感，为他们将来探索研究军事高新技术武器奠定基础，特开展本项目。设计目标与方案探测控制部分采用双运算放大器LM358、场效应管3DJ6、高频微波管C3355,自制电感和陶瓷微调电容，组成电容三点

2、式振荡器，通过硬导线天线辐射到周围空间，在天线四周产生一个立体微波场。反复实验、调整后最终使用柱状全向天线微波感应控制模块，利用多普勒原理发射高频微波信号，信号经过放大和单片机程序智能识别处理，通过电磁继电器控制，微波发射使用定向性能好的喇叭天线。散热发射部分此部分由家用微波炉的风冷磁控管、高压变压器、高压电容器、高压二极管、高压保险丝、波导管，以及定时控制器、热继电器、风扇电机、安全开关等组成。磁控管散热冷却采用电风扇强制鼓风降温。高压电源部分选择微波炉使用的传统工频变压器进行升压，高压二极管、高压电容

3、器组成倍压升压电路，产生阳极高压。倍压升压电路要求体积小、容量大、耐热等级高，耐热采用180°CH级设计，电流密度大，抗电强度高，变压器应具有一定稳压特性。瞄准驱动部分喇叭天线发射与水平面夹角可以任意调节。通过直流减速电动机，带动亟直螺杆在螺母中正转或反转，使喇叭天线位置向上或向下缓慢移动，控制它和激光导向目标指示器随着移动跟踪目标。轮子安装在发射架平衡位置，否则，当直流电动机转动时，发射架后部受到压力太大，会使固定电动机的支撑架不稳定，而把轮子移到平衡位置安装后，稳定问题就得到了彻底解决。激光目标指示器

4、如果使用半导体激光器作为目标指示器，则发射功率小，照射距离近，难以实现目标导向指示功能。所以，采用钕（Nd）或YAG固体激光器，它的功率大，照射距离远，为喇叭天线定向发射微波进行导向比较合适。根据最后设计方案制作丫模型，进行可靠性试验，发现给小型直流电动机供电12V稳压模块温度明显升高。解决办法是增加铝散热器片面积，模块温度明显降了下来。由于激光目标指示器发射功率小，导致灵敏度受到限制。解决办法是通过接收反射激光实现光电控制，根据反射激光信号强弱，控制直流电动机顺吋针或逆吋针转动，喇叭天线位置的高低与水平

5、夹角进行自动调节，直到发射激光脉冲与打击目标中心位置在同一条水平线上，高功率微波就会对目标进行自动精确打击。使用方法把控制电路盒电源插头接入220V交流插线板内，启动装置。激光0标指示器连续发射间断激光脉冲照射打击A标。瞄准跟踪A标指示器是由红绿蓝三瞬态脉冲LED驱动，直流减速电动机顺时针方向旋转，带动支架后边向上缓慢移动，控制喇叭天线和目标指示器向下移动跟踪目标，如果移动位罝过低，取掉带黑色遮光罩，通过光电控制电路的调节，直流减速电动机就向相反方向旋转，带动喇叭天线后边向下缓慢移动，控制目标指示器向上移

6、动跟踪目标。当发射激光束与打击目标屮心在同一条线上时，挥动手臂从上向下迅速移动，喇叭天线就会发射出强微波，在目标电路天线或异线中感应出电压，产生剧烈的短路放电声，同时铝电容器外壳内部水升温变为水蒸气，分别模拟演示微波产生的电效应、热效应和生物效应。这样，看不见、摸不着、来无影、去无踪的微波效应就被形象地展示了出来。注意：因为激光具有亮度高、方向性好等特点，它可以在很小空间和极短的时间内集屮很大能量，如果把激光束会聚起来照射到物体上会产生高温，所以不允许用激光直接照射人和易燃易爆物品，以免伤害人身安全，引发

7、事故。创新点探测电路微波频率一般为2.4GHz，本设计使用模块频率则高达5.8GHz，作用距离较远。放大器使用场效应管，输入阻抗大，高频特性好，噪声低。抛物面天线改为喇叭天线，在其内部粘贴反射微波铝箔层，使喇叭天线定向发射性能更高。磁控管与喇叭天线连接采用漏斗波导管，喇叭天线内底部安装圆环金属反射镜。磁控管组合通过多端波导环形器耦合，在波导管输出端安装凸透镜会聚微波,防止凸透镜落灰尘安装了透波防尘罩。瞄准跟踪采用激光导向的0标指示器，与红绿蓝三瞬态脉冲依次发光LED串联，输出的脉冲电压调制LD形成激光脉冲

8、。为了安全，本设计采用模拟演示方法演示微波效应。微波电效应通过微波探测电路控制一体化高压发生器进行演示，通过高压尖端放电模拟强微波辐射时，在目标天线或导线中感应出电流和电压。微波热效应通过微波电路控制电热转换器（电蚊香片加热器）。通电产生的热能传递给铝电容器外壳和内部水，以此模拟水分子吸收强微波后，水分子之间剧烈运动碰撞摩擦产生热能，使液态水温度迅速升高转为气态。微波的生物效应演示方法与热效应相同，展示微波輻射使人体内部细胞运