High-Power Microwaves (HPM) can be used to intentionally disturb or destroy electronic equipment at a distance by inducing high voltages and currents.This thesis presents results from simulations and experiments with a narrow band HPM source, the vircator. The high voltages needed to generate HPM puts the vircator under great stress, especially the electrode materials. Several electrode materials have been tested for endurance and their influence on the characteristics of the microwave pulse. With the proper materials the shot-to-shot variations are small and the geometry can be optimized in terms of e.g. output power or frequency content. Experiments with a resonant cavity added to the vircator geometry showed that with proper tuning of the cavity, the frequency content of the microwave radiation is very narrow banded and in this case the highest fields are generated. The vircator can be built in different geometries. Four different vircator types are investigated and the coaxial vircator is found to have advantages as a high radiated power and the possibility to vary the polarization during operation.Since HPM pulses are very short and have high field strengths, special field probes are needed. An HPM pulse may shift in frequency during the pulse and therefore it is very important to be able to compensate for the frequency dependence of the entire measurement system. The development and use of a far-field measurement system is described. / <p>QC 20121122</p>

As pesquisas e aplicações de microondas de alta potência (HPM - "High Power Microwaves") têm se desenvolvido grandemente nas últimas décadas. Uma aplicação útil, tanto na área militar com na área civil, é a utilização de sinais de microondas de alta potência para danificar sistemas eletrônicos. Atualmente a microeletrônica está maciçamente presente na vida das pessoas em geral, dessa forma, um armamento destinado a inutilizar sistemas eletrônicos pode auxiliar as operações policiais, seja para imobilizar um veículo em fuga, para subtrair a capacidade de comunicação de um grupo criminoso ou inutilizar aparelhos celulares presentes no interior de presídios. Dentre as fontes capazes de gerar sinais de microondas de alta potência, a que apresenta maiores atrativos é o vircator. As principais vantagens do vircator são sua simplicidade de construção, sua capacidade de operar com níveis elevados de potência e o fato de ser compacto. Sua principal desvantagem é sua baixa eficiência de conversão de potência DC para potência de RF. No decorrer das pesquisas com o vircator diversas configurações foram desenvolvidas, sendo que as de maior interesse atual são as coaxiais e a configuração com dois feixes em contra fluxo. Com essas configurações atingiram-se rendimentos da ordem de 10%. Neste trabalho é explorada a configuração que opera com dois feixes em contra fluxo. Desenvolve-se um modelo teórico para a configuração com dois feixes e partindo-se desse modelo propõe-se uma metodologia para especificar um vircator. Com base na potência e freqüência do sinal de saída, a metodologia especifica as dimensões geométricas e os parâmetros eletrodinâmicos de operação do dispositivo. Utiliza-se também uma ferramenta de simulação, o código Karat, sendo que a contribuição dada pela metodologia é a redução da quantidade de simulações necessárias para se obter uma configuração de vircator satisfatória, uma vez que o modelo teórico direciona os parâmetros que devem ser modificados na busca de um melhor desempenho. Verificou-se que a configuração com dois feixes em contra fluxo é de fato uma configuração com grande potencial de aplicação, apresentando rendimentos da ordem de 30%, valor bastante significativo que supera os resultados apresentados em publicações recentes.

High-power microwave, HPM, systems can be used as non-lethal weapons with the ability to destroy or disturb electronics, by damaging internal circuits and inducing high currents. Today microwave sources are being developed with peak powers exceeding 1 GW, one of these devices is the vircator, a narrowband source which is unique to the HPM community. In order to understand and develop microwave sources like the vircator it is necessary to have computer models, as simulations gives an invaluable understanding of the mechanisms involved during operation, saving time and development costs.                                                                  This thesis presents the results from a theoretical analysis and a simulation study using a well known electromagnetic particle-in-cell code, Computer Simulation Technology Particle Studio. The results are then compared to measured data from a HPM system, the Bofors HPM Blackout. The results show that CST PS can be used to design and study the coaxial vircator with good results.