【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(lái)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(wú)源的強(qiáng)電磁脈沖防護(hù)結(jié)構(gòu),它可以透過(guò)低能量的電磁信號(hào)、隔離高功率微波,實(shí)現(xiàn)對(duì)高功率微波的自適應(yīng)限幅防護(hù),有效的解決射頻電磁信號(hào)的接收與高功率微波防護(hù)之間的兼容性問(wèn)題。本文基于能量選擇表面的防護(hù)原理,分析了能量選擇表面的設(shè)計(jì)要素以及工程應(yīng)用中的相關(guān)問(wèn)題,設(shè)計(jì)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(yàn)驗(yàn)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(hù)原理。首先對(duì)頻率選擇表面的工作原理和一些基本特性進(jìn)行了簡(jiǎn)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(hù)性能的評(píng)價(jià)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(shí)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(yàn)重點(diǎn)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(dòng)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(jì)與性能分析奠定了基礎(chǔ)。第三部分針對(duì)帶阻型能量選擇表面的防護(hù)設(shè)計(jì)和試驗(yàn)展開(kāi)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(duì)于帶阻型能量選擇表面的傳輸特性影響;然后根據(jù)對(duì)PIN二極管的研究,探討了帶阻型能量選擇表面的啟動(dòng)場(chǎng)強(qiáng)、響應(yīng)速度和高頻適用性。接著結(jié)合工程應(yīng)用場(chǎng)景,研究了能量選擇表面的總尺寸對(duì)于傳輸特性的影響,并分析了該應(yīng)用場(chǎng)景下的能量選擇表面附近的空間場(chǎng)強(qiáng)分布特征及其對(duì)啟動(dòng)場(chǎng)強(qiáng)的影響。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)并制作了帶阻型能量選擇表面的測(cè)試樣件,在高功率微波輻照作用下測(cè)試了其防護(hù)性能,驗(yàn)證了其防護(hù)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(hù)設(shè)計(jì)。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(duì)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(hào)的PIN二極管設(shè)計(jì)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(hù)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(shí)際的工藝參數(shù)，一般的二極管手冊(cè)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(duì)應(yīng)的模型和參數(shù)，從使用者的角度來(lái)講，在廠家不提供具體的模型參數(shù)時(shí)，其仿真的精度將會(huì)降低，很難借助上述的模型來(lái)進(jìn)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(hào)的頻率較低，則會(huì)出現(xiàn)整流現(xiàn)象，但在頻率較高時(shí)整流現(xiàn)象將會(huì)逐漸消失。由于本文中 PIN 二極管應(yīng)用于高功率微波防護(hù)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(duì) PIN二極管在微波狀態(tài)下的導(dǎo)通原理、啟動(dòng)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(shí)物圖 PIN 二極管輸入與輸出之間的關(guān)系，其測(cè)耦合器是為了檢測(cè)功率源的注入功率，，受示進(jìn)行包絡(luò)檢波，把檢波得到的包絡(luò)信號(hào)輸入功率與輸出功率的大小以及尖峰泄漏的時(shí)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(cè)試系統(tǒng)系統(tǒng)測(cè)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TB306;O441

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本文編號(hào)：2619762