P波段微波注入反相器模数转换电路的响应

 利用设计的三反相器模数（A/D）转换电路,开展了P波段微波注入实验。采用眼图观测法对电路的线性响应进行了有效测量,推导了实验线路中微波注入效率公式,利用一种实时温度检测电路来验证芯片工作状态的稳定性,并利用统计检验的方法分析了不同芯片及电路板等对实验数据获取的影响,从而保证了实验的有效性和可信度。重点研究了注入微波的幅值、频率、脉宽及重复频率等参数对反相器正常工作的影响。实验结果表明:当注入微波信号脉宽大于70 ns时,电路信号在微波脉冲结束后,相邻脉冲脉宽变化10%的非线性干扰功率阈值,比使电路信号噪声容限降低50%的功率阈值大4~6 dB,电路信号脉宽变化30%的功率阈值比脉宽变化10%的大2~3 dB,在功率小于32 dBm的实验中得到的最大非线性干扰为脉宽变化约40%。非线性干扰阈值随注入微波信号脉宽变化明显,拐点为40~70 ns。注入微波的重复频率对微波干扰阈值影响很小。     

典型音频放大电路的电源电磁干扰效应研究

选取一种典型的音频功率放大电路，采用直接功率注入法研究了音频功放电源的电磁干扰效应。分析了电路的电磁干扰耦合机理，设计了基于直接功率注入法的电源电磁干扰测试平台，测试得到0.1~1 GHz电磁干扰对音频放大电路直流电源的干扰效果数据，得出临界失真、典型失真和完全失真三种状态下的功率阈值与干扰频率规律曲线。结果表明:测试频段内，三种失真状态下的失真功率阈值随频率的变化关系一致，失真功率阈值相差约2 dBm。当注入干扰的频率较低时(100~300 MHz)，失真功率阈值较高，且随频率增大近似以幂函数趋势下降；当注入干扰频率高于300 MHz时，失真功率阈值随频率增大呈减幅振荡趋势。     

微型计算机微波辐照效应的实验研究

 微波辐照频率为1.2~2.0 GHz时，利用宽带天线对微型计算机主板进行微波辐照，考察了微波辐照载波频率、调制方式和调制深度对微波辐照效应的影响，得到了计算机分别处于满负荷工作、内存读写操作、磁盘读写操作和系统空闲4种工作状态下的微波辐照干扰功率阈值。实验结果表明：微波辐照的载波频率为1.47 GHz时，辐照干扰功率阈值最低,为32.7 dBm，计算机最易被干扰；瞬时功率是干扰微型计算机的关键参数，调制方式、调制频率和深度对微波辐照干扰功率阈值影响不大；处于高负荷工作状态的微型计算机更易于被微波辐射干扰；计算机启动的干扰功率阈值为32.0 dBm，小于正常工作状态时的阈值。     

L波段微波脉冲对微型计算机的辐照效应实验

 在L波段使用1.3 GHz载波频率的微波脉冲辐照微型计算机主板，通过改变脉冲宽度、重复频率和脉冲串长度等参数，实验研究了微波脉冲辐照导致微型计算机失去响应的功率阈值的变化规律，讨论了L波段微波脉冲辐射的积累效应。实验结果表明：当微波脉冲宽度增加时，微波功率阈值下降；当微波脉冲重复频率升高时，微波功率阈值呈下降趋势；在固定重复频率的条件下，微波脉冲数目的增加也会导致微波功率阈值的下降；微波脉冲功率阈值始终小于连续波微波的功率阈值。当微波脉冲间隔时间较长或者脉冲宽度较宽时，微波功率阈值由单个微波脉冲的参数确定，与脉冲重复频率没有明显关系。利用假设的微波脉冲辐射积累效应，可以定性解释和分析微波脉冲辐照微型计算机实验中功率阈值变化的趋势。     

一种高效的2.45 GHz二极管阵列微波整流电路

 采用4只HSMS 282肖特基二极管阵列,对大功率微波整流电路进行了研究。构造了基于微带线结构的2.45 GHz高效微波整流电路,将微波整流单元电路的输入功率提升到33 dBm。仿真和实验结果表明,在一定微波输入功率的条件下,整流电路在负载较大范围内变化时保持了高整流效率。通过在不同微波输入功率和负载下进行测量,发现当输入微波功率为27.0~31.7 dBm之间变化时,最高整流效率均达到了60%以上,当微波输入功率为30 dBm时,微波整流电路效率达到了63.3%。     

同轴电缆头和转接头HPM击穿现象初步分析

介绍了同轴电缆头和转接头的HPM击穿实验研究方法，给出了几种电缆头和转接头微波击穿功率随微波频率、脉冲宽度、重复频率和脉冲持续时间变化规律的实验研究结果。结果表明:微波击穿发生在同轴电缆头连接处，是电缆接头沿面滑闪，且击穿功率随同轴电缆及转接头尺寸的减小而降低；击穿功率也随微波脉冲宽度（30 ns～1 μs）的增大而减小，并且在100 ns附近有一拐点；在低重复频率（1～1000 Hz）下，重频对击穿功率的影响不大；微波频率在2.856～9.37 GHz变化时，微波频率对击穿功率的影响不明显；微波脉冲宽度较窄时（几十ns以下），击穿功率随持续时间变化不大，脉冲宽度较宽时（百ns以上），击穿阈值随持续时间的增大而下降。     

高功率微波脉冲宽度效应实验研究

 根据部分高功率微波效应实验结果,初步总结了微波脉冲宽度与效应物扰乱阈值的关系,主要结论是：效应物的扰乱阈值在其它条件固定的情况下随脉宽的增加而降低,但存在一拐点区域,在拐点区域以后脉宽再增加则扰乱阈值不再发生明显变化。     

高功率微波与电子系统电路单元相互作用的理论分析

利用等离子体理论研究了电路中微波等离子体运动对电容元件的影响,给出了可能引起电路扰乱状态的参量条件.当微波等离子体较稀薄?且微波的频率或等离子体电子的渡越时间高到一定程度时,扰乱阈值与微波频率的平方成正比;如果微波的频率或等离子体电子的渡越时间低到一定程度时,其电场的特性接近直流特性,扰乱阈值与微波频率没有明显的依赖关系.从总体上看,微波频率越低,越容易扰乱集成电路的工作状态.如果等离子体频率与高功率微波频率相接近,则会产生共振效应,此时等离子体电子的振荡的幅值会大幅度提高,更容易扰乱电路的工作状态.     

高功率微波与电子系统电路单元相互作用的理论分析

利用等离子体理论研究了电路中微波等离子体运动对电容元件的影响, 给出了 可能引起电路扰乱状态的参量条件. 当微波等离子体较稀薄时, 且微波的频率或等离子体电子的渡越时间高到一定程度时, 扰乱阈值与微波频率的平方成正比; 如果微波的频率或等离子体电子的渡越时间低到一定程度时, 其电场的特性接近直流特性, 扰乱阈值与微波频率没有明显的依赖关系. 从总体上看, 微波频率越低, 越容易扰乱集成电路的工作状态. 如果等离子体频率与高功率微波频率相接近, 则会产生共振效应, 此时等离子体电子的振荡的幅值会大幅度提高, 更容易扰乱电路的工作状态.     

低噪声放大器有意电磁干扰效应

 低噪声放大器(LNA)是高功率微波“前门”效应典型薄弱器件之一。通过SPICE效应电路建模、模拟计算和注入实验,研究了LNA在不同微波脉宽、功率参数下其增益压制效应规律。模拟结果与实验数据获得良好一致,表明基于SPICE电路模型微波效应研究方法的有效性。研究表明,LNA增益压制脉宽随注入微波脉冲脉宽的增大具有饱和效应,该饱和值基本等于LNA直流偏置电路RC时间常数,并且出现饱和现象对应注入微波脉宽拐点约为150~250 ns。最后,给出了LNA微波脉冲效应定性物理解释和机理探讨。     

PIN限幅器的高功率微波单脉冲效应研究

基于PIN限幅器的等效电路模型,构建了PIN限幅器HPM效应ADS等效电路仿真模型,利用HPM注入实验和等效电路仿真相结合的方法,研究了单个微波脉冲作用下PIN限幅器的响应规律,获取了HPM作用结束后限幅器限幅持续时间与注入脉冲功率、脉宽的对应关系,并对限幅器的限幅持续过程进行了分析。仿真与实验结果表明:PIN限幅器限幅持续时间随着微波脉冲功率和脉宽的增大而变大,实验和仿真结果趋势一致,该研究使用的ADS等效电路模型可以应用于PIN限幅器的高功率微波瞬态响应特性分析研究。     

CMOS反相器内部瞬态闩锁效应的脉冲宽度效应理论模型

从基本半导体物理出发,通过求解载流子连续性方程,建立了能够定量描述引起CMOS反相器内部瞬态闩锁效应的微波脉冲功率阈值与脉冲宽度关系的解析理论模型。通过与仿真结果以及文献中实验数据的对比,验证了该理论模型的正确性。该理论模型表明,引起CMOS反相器内部瞬态闩锁效应的微波脉冲功率阈值首先随着脉冲宽度增加逐渐降低,但是存在一个明显拐点区域,当脉冲宽度超过该区域之后,引起闩锁效应的功率阈值变化不甚明显。     

Temperature dependence of the P-hit single event transient pulse width in a three-transistor inverter chain

A comparison of the temperature dependence of the P-hit single event transient (SET) in a two-transistor (2T) inverter with that in a three-transistor (3T) inverter is carried out based on a three-dimensional numerical simulation. Due to the significantly distinct mechanisms of the single event change collection in the 2T and the 3T inverters, the temperature plays different roles in the SET production and propagation. The SET pulse will be significantly broadened in the 2T inverter chain while will be compressed in the 3T inverter chain as temperature increases. The investigation provides a new insight into the SET mitigation under the extreme environment, where both the high temperature and the single event effects should be considered. The 3T inverter layout structure (or similar layout structures) will be a better solution for spaceborne integrated circuit design for extreme environments.     

宽带高抑制性能电磁脉冲防护电路设计与实验

强电磁脉冲易通过天线、孔缝、线缆等多种耦合途径进入电子系统内部,造成敏感电子设备出现短暂故障或永久损毁。安装电磁脉冲防护电路可有效提高电子设备抗强电磁脉冲能力。基于LC选频网络和瞬态电压抑制(TVS)二极管,设计了一种宽带高抑制性能电磁脉冲防护电路,防护电路工作带宽超过2 GHz、插入损耗低于0.6 dB。系统性研究了防护电路对频谱分布在工作带宽内多种电磁脉冲(方波脉冲、宽带高功率微波、窄带高功率微波)的防护能力。结果表明:防护电路对不同类型电磁脉冲电压抑制比大于40 dB、耐受功率超过387 kW、而响应时间仅0.7 ns。该防护电路具有工作频带宽、电磁抑制性能好、响应速度快、耐受功率高等特点,对电子信息系统电磁防护加固具有重要意义。     

Modeling and understanding of the thermal failure induced by high power microwave in CMOS inverter

The thermal failure induced by high power microwave(HPM) in a complementary metal oxide semiconductor(CMOS) inverter is investigated and its dependence on microwave parameters is discussed in detail. An analytical model of the temperature distribution is established and the relationships between hotspot temperature and pulse width and between hotspot temperature and frequency are predicted, which reveals a more severe rise in temperature under the influence of microwave with longer width and lower frequency. The temperature variation mechanism and the theoretical temperature model are validated and explained by the simulation. Furthermore, variation trend of damage threshold with microwave parameters is derived theoretically, and the conclusions are consistent with simulation results and reported data.     

基于FPGA的脉冲电源及其控制系统设计

针对等离子体特定领域的应用需求,研制了一种基于上位机监控且具有手动/自动控制功能的脉冲电源。详细介绍了脉冲电源主电路、检测电路、驱动电路、数字脉宽调制(DPWM)产生模块以及脉冲变压器的设计方法。该电源采用现场可编程门阵列(FPGA)作为主控芯片,产生DPWM信号及继电器控制信号,经驱动电路放大后驱动逆变全桥及继电器。设计了过温和短路保护电路,通过DS18B20温度传感器和QBC10PS5霍尔电流传感器对电源模块的工作温度和电流进行实时采样。实际应用测试表明,该电源满足设计指标要求。     

脉冲压缩系统中气体开关对功率增益的影响

 对高功率微波脉冲压缩系统中气体开关对功率增益的一些重要影响进行了较详尽的理论分析，包括气体开关在导通过程中吸收微波能量，等离子体瞬间功率损耗使得谐振腔固有品质因数的下降，开关导通后等离子体并非理想良导体等，并将这些影响用修正系数来加以体现，对原有的用微波等效电路理论推导出的功率增益公式加以修正，使得理论公式的精确度由原来的60%提高至约85%。     

随机耦合模型复杂腔体电磁耦合效应统计特性

针对微波脉冲激励下复杂屏蔽腔体内部电路耦合电磁量计算的问题,建立了一个微波混沌腔体,通过测试获取了含内部电路的腔体辐射和辐射散射参数,利用随机耦合模型(RCM),对干扰脉冲能量进行了归一化处理,计算分析了微波脉冲宽度、脉冲间隔、脉冲数目以及腔体损耗因子对目标点感应电磁量统计分布的影响。计算结果表明:脉冲干扰下电路目标点耦合电磁量强于功率源激励;在脉冲能量一定的条件下,目标点耦合电磁量与微波脉冲的宽度、间隔和数目的变化均呈现一定的谐振特性,且单脉冲激励对电路的影响明显强于多脉冲。与此同时,实验还研究了电路易受电磁干扰的目标点的确定方法。     

微波脉冲频率与重频对限幅器热损伤效应的影响

基于PIN限幅器的电路与器件物理混合模式(Mixed-Mode)模型,考虑大功率微波作用下器件的高温强电场多物理过程,模拟分析了频率及重频等微波脉冲参数对限幅器热损伤过程的影响,数值模拟结果表明,不同频率的微波脉冲损伤PIN限幅器存在"拐点"频率,"拐点"频率的微波脉冲附近需要更多的能量(脉宽)损伤器件;重频脉冲前一个脉冲作用后,器件峰值温度近似负指数关系快速下降,器件处于高温时更容易损伤,热积累效应使重频脉冲较单个脉冲更容易毁伤器件。