【摘要】：隨著電磁脈沖技術(shù)的快速發(fā)展,電子設(shè)備面臨的電磁脈沖威脅越來越嚴(yán)重。能量選擇表面是在頻率選擇表面的基礎(chǔ)上提出的一種無源的強電磁脈沖防護結(jié)構(gòu),它可以透過低能量的電磁信號、隔離高功率微波,實現(xiàn)對高功率微波的自適應(yīng)限幅防護,有效的解決射頻電磁信號的接收與高功率微波防護之間的兼容性問題。本文基于能量選擇表面的防護原理,分析了能量選擇表面的設(shè)計要素以及工程應(yīng)用中的相關(guān)問題,設(shè)計了帶阻型與帶通型兩種類型的能量選擇表面,并結(jié)合仿真和試驗驗證了能量選擇表面的應(yīng)用可行性。本文的具體工作如下:第一部分主要分析了能量選擇表面的防護原理。首先對頻率選擇表面的工作原理和一些基本特性進行了簡要介紹,然后在頻率選擇表面的基礎(chǔ)上引出能量選擇表面,分析了帶阻型和帶通型兩種能量選擇表面的工作原理,給出了其防護性能的評價指標(biāo),為下文的研究指明方向。第二部分研究了應(yīng)用于能量選擇表面上的PIN二極管。首先基于PIN二極管的載流子的分布特征分析了PIN二極管在直流和低頻交流狀態(tài)下的工作特性,給出了PIN二極管在截止和導(dǎo)通時的穩(wěn)態(tài)等效電路模型及參數(shù)。然后結(jié)合理論與試驗重點研究了PIN二極管在微波狀態(tài)下的響應(yīng)特性,介紹了二極管的微波導(dǎo)通原理,研究了PIN二極管微波狀態(tài)下的導(dǎo)通電阻、啟動門限和響應(yīng)速度及其最大的耐受功率,為能量選擇表面的設(shè)計與性能分析奠定了基礎(chǔ)。第三部分針對帶阻型能量選擇表面的防護設(shè)計和試驗展開研究。首先分析了介質(zhì)材料的介電常數(shù)、單元形式、結(jié)構(gòu)尺寸、PIN二極管的等效參數(shù)以及電磁波的入射角對于帶阻型能量選擇表面的傳輸特性影響;然后根據(jù)對PIN二極管的研究,探討了帶阻型能量選擇表面的啟動場強、響應(yīng)速度和高頻適用性。接著結(jié)合工程應(yīng)用場景,研究了能量選擇表面的總尺寸對于傳輸特性的影響,并分析了該應(yīng)用場景下的能量選擇表面附近的空間場強分布特征及其對啟動場強的影響。在此基礎(chǔ)上設(shè)計并制作了帶阻型能量選擇表面的測試樣件,在高功率微波輻照作用下測試了其防護性能,驗證了其防護應(yīng)用的可行性。第四部分主要完成帶通型能量選擇表面的防護設(shè)計。研究了單元形式、單元的結(jié)構(gòu)尺寸以及PIN二極管的等效參數(shù)對于帶通型能量選擇表面的性能影響。根據(jù)研究結(jié)果,選擇某型號的PIN二極管設(shè)計了應(yīng)用于X波段的帶通型能量選擇表面并分析了其用于高功率微波防護的可行性。
【圖文】：

21圖3.4 Skyworks 公司的 PIN 二極管瞬態(tài)模型值得注意的是，圖 3.4 中的瞬態(tài)模型的一些參數(shù)涉及到二極管實際的工藝參數(shù)，一般的二極管手冊中并未給出。以 Skyworks 公司的產(chǎn)品為例，只有極少數(shù)二極管給出了相對應(yīng)的模型和參數(shù)，從使用者的角度來講，在廠家不提供具體的模型參數(shù)時，其仿真的精度將會降低，很難借助上述的模型來進行較為準(zhǔn)確的仿真分析。3.3 PIN 二極管的微波響應(yīng)特性分析本文的 3.1 節(jié)中提到，PIN 二極管在交流狀態(tài)下，若信號的頻率較低，則會出現(xiàn)整流現(xiàn)象，但在頻率較高時整流現(xiàn)象將會逐漸消失。由于本文中 PIN 二極管應(yīng)用于高功率微波防護中，因此必需研究 PIN 二極管在微波應(yīng)用中的響應(yīng)特性。本節(jié)針對 PIN二極管在微波狀態(tài)下的導(dǎo)通原理、啟動門限、響應(yīng)速度、阻抗變化特性、耐受功率等

圖3.12 PIN 限幅器實物圖 PIN 二極管輸入與輸出之間的關(guān)系，其測耦合器是為了檢測功率源的注入功率，，受示進行包絡(luò)檢波，把檢波得到的包絡(luò)信號輸入功率與輸出功率的大小以及尖峰泄漏的時調(diào)制器 功率放大器 限幅定耦衰減器檢波器示波器環(huán)形器圖3.13 PIN 限幅器性能測試系統(tǒng)系統(tǒng)測試不同 PIN 限幅器的輸入功率與輸
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TB306;O441

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本文編號：2619762