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。     

多层介质膜脉宽压缩光栅的严格矢量分析

用于展宽和压缩激光脉冲的多层膜脉宽压缩光栅是由多层介质高反膜和位于其顶层的浮雕光栅构成。以设计的高反射多层膜为基础,利用傅里叶模式理论分析了其衍射场分布,给出了TE波自准直角入射的使用条件下,多层介质膜脉宽压缩光栅衍射效率的表达式。以-1级衍射效率为评价函数,分别讨论了HfO2和SiO2为顶层材料时,多层膜脉宽压缩光栅-1级衍射效率高于0.95的光栅结构参量范围。结果表明,在该条件下,选择HfO2为顶层材料时,光栅结构参量有较大的取值范围。给出了优化的光栅结构参量,并分析了光栅制作误差及其使用条件的宽容度,对光栅制作工艺和使用具有一定的指导意义。     

超短脉冲谐波截止区量子效应研究

采用Lewenstein路径积分模型和准经典三步模型,计算了不同脉宽的超短脉冲高次谐波波谱。通过比较模型截止频率随载波包络相位的变化关系的差异,对辐射过程中的量子效应进行了研究。结果显示,随脉宽的减小,以上两种模型计算结果出现的偏离增加,谐波辐射中的量子效应愈加明显。当脉宽减小至0.5 T(T为光学周期)时,准经典三步模型已不能用以解释Lewenstein模型的计算结果。     

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。     

半导体器件HPM损伤脉宽效应机理分析

 HPM能量在半导体器件损伤缺陷区的热量沉积以及向周围材料的热量扩散,是造成半导体器件损伤脉宽效应的机理;分别得到了全脉宽段、长脉宽段和短脉宽段的损伤经验公式,该损伤经验公式能较好地对实验和理论模拟效应数据进行拟合。     

核内胶子分布函数的核效应参数公式

利用改进的核密度模型和动量守恒条件, 找到了核内胶子分布函数的核效应参数公式, 其中利用了已经建立的核密度与原子核的平均结合能之间的联系. 利用该模型所得到的核内胶子分布函数, 对轻子打靶核的J/ψ光生过程的核效应给出了满意的解释, 深化了核内胶子分布函数受核效应影响的认识.     

9.33 GHz高功率脉冲微波对IAR20鼠肝细胞和L-02人肝细胞增殖的影响

研究了9.33 GHz高功率脉冲微波对IAR20鼠肝细胞和L-02人肝细胞增殖的影响,利用噻唑蓝比色法测量细胞增殖并对实验数据进行拟合,得到脉冲个数、场强和脉宽与细胞增殖之间的关系。当脉冲微波场强与脉宽保持不变,脉冲微波细胞效应随脉冲个数呈现非线性的指数递增规律。当脉冲微波的脉冲个数、脉宽一定时,场强越大,细胞增殖被抑制的程度越大;当脉冲个数、场强不变,脉宽越大,细胞增殖受到抑制的作用越明显,即脉冲微波细胞效应与场强和脉宽成正比。相同脉冲微波参量对不同种类细胞增殖的影响是不同的,对IAR20鼠肝细胞的影响比对L-02人肝细胞的影响略大。     

电磁脉冲对CMOS与非门的干扰和损伤效应与机理

利用Sentaurus-TCAD建立了CMOS与非门电路的二维电热模型,仿真研究了在电磁脉冲注入下,CMOS与非门电路产生的扰乱和损伤效应及其机理。结果表明,在EMP注入下,电路输出电压、内部的峰值温度呈周期性的“下降-上升”,当注入功率较大时,EMP撤销后输出电压停留在异常值,PMOS源极电流增加,温度不断上升,最终烧毁在PMOS源极,这是因为器件内部产生了闩锁效应。随着脉宽的增加, 损伤功率阈值减小而损伤能量阈值增大,通过数据拟合得到脉宽与损伤功率阈值和损伤能量阈值的关系。该结果可对EMP损伤效应进行评估并对器件级EMP抗毁伤加固设计具有指导作用。     

电磁脉冲对CMOS与非门的干扰和损伤效应与机理（英文）

利用Sentaurus-TCAD建立了CMOS与非门电路的二维电热模型,仿真研究了在电磁脉冲注入下,CMOS与非门电路产生的扰乱和损伤效应及其机理。结果表明,在EMP注入下,电路输出电压、内部的峰值温度呈周期性的"下降-上升",当注入功率较大时,EMP撤销后输出电压停留在异常值,PMOS源极电流增加,温度不断上升,最终烧毁在PMOS源极,这是因为器件内部产生了闩锁效应。随着脉宽的增加,损伤功率阈值减小而损伤能量阈值增大,通过数据拟合得到脉宽与损伤功率阈值和损伤能量阈值的关系。该结果可对EMP损伤效应进行评估并对器件级EMP抗毁伤加固设计具有指导作用。     

一个新的空间掩盖效应拟合公式

传统的空间掩盖效应是采用韦伯（Weber）定律来描述的，然而该定律仅考虑了明视觉区，对较弱或较强的光强均不合适。为了更好地描述空间掩盖效应，本文利用信号处理方法，给出了一种新的拟合公式。实验用不同模型拟合Konig与Brodhun的实验数据，证实了提出的模型均方根误差仅为0．0102，小于传统的Weber定律、Weber定律的优选表达式、Guilford模型，以及Chen模型。结果表明，提出的拟合公式在更宽的光强范围内都能与数据很好地拟合，可更广泛地用于工程实践。     

高功率微波作用下等离子体中的雪崩效应研究

研究高功率微波作用下等离子体中的雪崩效应,对于研究等离子体防护技术具有重要意义.通过采用等离子体流体近似方法,建立等离子体中的波动方程、电子漂移-扩散方程和重物质传递方程,表征电磁波在等离子体中的传播以及等离子体内部带电粒子的变化情况,分析研究了高功率微波作用下雪崩效应的产生过程和变化规律.研究表明,入射电磁波功率决定了雪崩效应的产生;初始电子密度能够影响雪崩效应产生的时间;入射电磁波的激励作用初始表现为集聚效应,当激励能量积累到一定阈值时,雪崩效应才会产生;在雪崩效应产生过程中,等离子体内部电子密度的变化非常迅速并且比较复杂.雪崩效应产生后,等离子体内截止频率会远超过入射波频率,电磁波不能在等离子体中传播,从而起到防护高功率微波的效果.     

引信高功率微波电磁辐射效应数据的FCM分析

高功率微波(HPM)电磁脉冲对引信辐照实验的数据分析是研究其电磁效应中的一个重要问题,数据分析的主要困难在于HPM电磁效应数据的高维复杂性。通过聚类算法设计,采用模糊C均值聚类(FCM)算法对某无线电引信的高功率微波电磁效应数据进行分析处理,利用其类内相似和类间相异的原则,经迭代运算,实现HPM对无线电引信效应数据的脉宽、峰值功率、功率密度等参数间的识别和分类。结果表明:采用FCM算法能够得到HPM对某引信的最佳聚类中心,即致使引信失效的最佳干扰阈值,证明了算法的有效性。     

发光等离子体对6GHz高功率微波的防护性能研究

为研究发光等离子体对高功率微波的防护性能,建立了一维条件下等离子体与高功率微波相互作用的物理模型,并采用数值仿真得到了不同条件下的微波透射效果,分析了发光等离子体对高功率微波的防护性能。随后,实验研究了双层柱状等离子体阵列对6 GHz高功率微波脉冲的透射效果,实验结果与仿真结果相符,说明高功率微波的入射使等离子体产生了非线性效应。实验结果还表明,TE极化时的防护效果要优于TM极化时的防护效果;等离子体击穿场强阈值随电场作用空间的增大而减小;TE极化时等离子体对高功率微波脉冲的屏蔽效能最高可达13 d B,且随入射功率的增大而进一步增大。     

HPM效应实验中区间删失数据的处理与统计分析

在HPM效应实验中经常可以获得区间删失数据,为了能够合理利用这类数据对HPM效应进行有效分析,需要对它进行处理。根据电子器件的微波失效机理和实验现象,基于插值方法的思想,在充分利用删失数据信息情况下建立了不同阶插值精度的数据处理方法。理论分析可知,高阶精度处理方法要优于低阶精度方法。此外,根据构建的区间删失数据,通过统计分析可知,处理后数据与原始数据在统计意义上没有显著差异,可用于HPM效应研究,为数据的可靠分析提供了有利支撑。     

多级PIN限幅器高功率微波效应研究

基于PIN二极管电热自洽耦合模型,构建了两级PIN限幅器高功率微波(HPM)效应电路模型。根据模拟模型设计加工了两级限幅器实验样品,限幅器输入、输出特性注入实验数据与模拟计算结果基本一致,验证了多级限幅器模型的有效性,表明该多级PIN限幅器模型能够应用于HPM效应模拟。针对不同HPM波形参数进行了HPM效应模拟,计算结果表明:随着注入功率的增大,脉宽增宽,前级厚I层PIN二极管结温升比后级薄I层PIN二极管结温升要高,因此厚I层PIN二极管更易受到损伤;而频率和前沿参数对结温升影响较小。     

高功率微波在低电离层中的互作用效应分析

 高功率微波在低电离层中传输时会产生非线性效应。分析了低电离层中HPM的互作用效应，推导了HPM在低电离层中传输的互作用因子同初始场强和微波频率的关系，并对不同条件下振幅交调深度同两个脉冲的延迟时间之间的关系进行了理论研究与数值模拟。结果表明：改变脉冲的延迟时间，振幅交调深度的变化规律也随之改变；为了减少吸收衰减，低电离层中传输的HPM电波的干扰波电场初始振幅与特征等离子体电场振幅的比值应保持在10以下。     

kW级功率驱动的锁相高功率微波发生器

针对kW级微波驱动的锁相GW高功率微波,设计了一个高增益(大于50 dB)四腔相对论速调管放大器(RKA)。模拟表明,在此条件下高次模振荡严重影响器件的锁相实现。由此,将RKA结构与正反馈振荡电路结合起来,建立相应的等效电路来研究这种高次模激励的物理过程(即高次模的激励与中间腔之间耦合强度的相关性)。在高次模振荡的等效电路(即正反馈振荡电路)中,用衰减电阻代替结构中的微波吸收层来研究高次模振荡的抑制机理,衰减电阻通过对反馈过程的控制,提高了电路的自激振荡起振电流。在结构上按照衰减电阻要求设计了微波吸收层,将高次模振荡的起振电流提高到大于器件的工作电流,实现了高增益(约60 dB)条件下高次模激励的抑制。模拟获得了4 kW微波功率驱动的2.3 GW锁相高功率微波,增益接近60 dB。在LTD加速器平台的实验结果表明:注入微波由固态RF种子源提供(功率10 kW),输出功率达到1.8 GW,增益为52.6 dB,90 ns内输入和输出微波的相对相位差小于±10°,实验上实现了kW级注入微波对GW高功率微波的相位锁定。     

概率神经网络在高功率微波探测数据处理中的应用

为了更好地处理高功率微波探测过程中产生的样本数据,在深入分析高功率微波特性参数的基础上,建立一个高功率微波器件特征参数库,并结合概率神经网络系统建立了一个高功率微波探测预测模型。通过部分学习样本和非学习样本进行预测,预测结果证明该模型能够基本再现原始数据,同时,对非样本数据有着较好的预测能力。这一数据处理方法在处理复杂样本、模式分类和判别过程中具有较高的实用性和实时性,能够在高功率微波探测数据的数据分类、结果预测等方面得到较好的应用。     

微波输出窗内表面闪络击穿3维全电磁等离子体流体模拟北大核心CSCD

通过建立电磁场等离子体流体耦合物理模型,基于自主研发的3维全电磁粒子模拟大规模并行程序NEPTUNE3D,编制了3维电磁场与等离子流体耦合程序模块,对1.3GHz高功率微波窗内表面闪络击穿物理过程进行了数值模拟。研究结果表明:微波窗内侧表面形成的等离子体构型与初始种子电子分布形式密切相关。中心点源分布下,等离子体发展为"蘑菇"形状,输出微波脉冲缩短并不严重,等离子体吸收微波功率大于反射微波功率;面源分布下,等离子体发展为"帽子"形状,输出微波脉冲缩短严重,输出微波完全截断,开始阶段等离子体吸收微波功率占优,待等离子体密度增加到一定程度后,反射微波功率占优。通过降低窗体表面场强、表面释气率及初始种子电子密度等方法,可不同程度地延长输出微波脉冲宽度。窗体表面不同气体层厚度对闪络击穿下的输出微波脉冲宽度影响不大。     

窄带高功率微波效应测试中功率密度测量不确定度评估

针对窄带高功率微波（HPM）效应试验的辐射场准确测试需求,分析补充了功率密度参数的测量不确定度主要分量,提出了一个参数更为全面的乘式测量不确定度评估模型。采用B类评估方法,根据相关标准和信息对各分量进行了一组赋值,计算得到了相对形式的分量标准不确定度。给出了评估测试环境影响、位置偏差等分量不确定度半宽度的实验方法,为HPM效应功率密度参数测量不确定度的合理评定提供了参考,为实现其全部分量基于实测数据客观评估测量不确定度提供了操作方法。