不同频率高功率微波辐照下PCB电路的混合模拟

采用一个混合模拟方法研究计算了不同频率高功率微波(HPM)辐照下含有PIN限幅器的PCB电路上的耦合信号。该混合模拟方法基于瞬态电磁拓扑和器件/电路混合模拟技术,实现了场、路、器件的混合模拟,能够模拟计算出HPM辐照下屏蔽腔内PCB电路上的耦合信号。用该方法研究计算了频率分别为1,1.25和2.5 GHz的HPM在PCB电路上的耦合信号。计算结果表明:当PCB电路无屏蔽腔时,1 GHz HPM的耦合信号最大,而PCB电路有屏蔽腔时,2.5 GHz HPM的耦合信号最大;PIN限幅器在耦合信号较大时具有较好的抑制作用。     

高功率微波效应的多层次多物理场协同算法

针对半导体器件、电路、电子系统的高功率微波效应,提出了一套全新的多层次多物理场协同计算方法。该算法基于半导体器件的物理结构模型,联立并求解由电磁场、半导体物理和热力学方程构成的多物理场方程组,实现了器件级高功率微波效应的仿真;通过器件多物理场仿真和电路仿真的协同计算完成电路级效应仿真;最后进行电路效应和电磁环境的协同计算,获取由多个电路、外壳封装、孔缝和线缆等组成的电子系统的高功率微波效应数据。介绍了该算法的原理和流程,以商业PIN二极管为例,计算了该器件及组成限幅器电路的温度效应、正向恢复特性、半封闭腔体内空间微波辐射等效应,通过与实验测试的对比验证了算法的正确性,同时对效应现象给出了物理机理解释。     

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。     

无线电引信的超宽谱辐照效应及其防护

 探讨了超宽谱高功率微波对无线电引信的辐照效应、耦合机理和防护方法。利用超宽谱高功率微波辐照源对多姿态的无线电引信进行了辐照实验并对结果进行了分析,实验表明当引信和弹体的轴向与超宽谱高功率微波的电场极化方向一致时,引信最容易被引爆,辐照效应最明显。通过理论分析和辐照实验找出超宽谱高功率微波能量耦合机理为：引信和弹体上感应的瞬变电压通过引信电源电路传递到执行电路,瞬变电压上升率超过了电路中晶闸管的断态电压临界上升率,使晶闸管意外导通,导致引信误动作。在不影响引信工作特性前提下,采取增加防护器件和替换敏感器件的加固方法,可以提高引信抗干扰能力。采用综合防护加固方法可使引信在超宽谱高功率微波辐照下不再产生误动作,达到了防护加固的目的。     

小孔阵列衍射特性与应用

以单色标量波衍射理论为基础,研究了均匀平面波从不同角度入射小孔阵列的衍射特性。运用单孔衍射理论,同时考虑相邻小孔间衍射光强的相互影响,建立了小孔阵列衍射的理论模型和光强分布的数值积分式,小孔为硬边小孔。利用Matlab对500 nm波长的平面波入射微小方孔阵列衍射图样进行了计算机仿真,得到了不同几何参量下平面波从不同角度入射时的衍射图样的一维和二维光强分布图,并将仿真结果用于微型数字式太阳敏感器的光学系统中的结构参量设计和图像处理中的参量确定。太阳敏感器的成像实验结果表明,小孔阵列衍射光强分布图的仿真结果正确、太阳敏感器光学系统参量设计合理。小孔阵列衍射理论为太阳敏感器的光学系统设计和图像处理提供了可靠的理论基础。     

高功率微波对毫米波引信耦合效应分析

针对高功率微波对毫米波引信的前门耦合效应问题,利用电磁仿真软件对某型毫米波调频连续波引信模型进行辐照试验,并与引信前端限幅电路结合进行联合仿真。在此基础上,继续设计正交试验,对信号参数影响水平进行分析。通过仿真试验发现,在高功率微波信号频率和引信工作频率对准的情况下,辐照场强峰值为60 kV/m时,天线末端耦合电压最大可达188 V;当辐照场强峰值为40 kV/m时,改变辐照信号特征参数,发现长脉宽信号更容易导致限幅器的热击穿效应;信号上升时间会影响天线末端耦合电压波形复杂程度,当信号峰值、脉宽一定时,上升时间为5 ns的输入信号导致的尖峰泄漏电压约为5.94 V,而当上升时间为0.1 ns时,尖峰泄漏电压为18.4 V,并且限幅电路更快达到饱和状态;通过正交试验发现,信号上升时间对尖峰泄漏峰值电压的影响最大,信号峰值对其的影响次之。     

基于Verilog-A模型的同轴电缆X射线响应电路仿真

针对核爆炸对电子系统中同轴电缆产生的系统电磁脉冲效应数值计算效率低的问题,分析了同轴电缆的在核爆脉冲X射线辐照下的电学行为,建立了同轴电缆的Verilog-A等效模型,并以SPICE模型为基础构建了核爆环境下同轴电缆系统电磁脉冲效应的电路计算模型,该电路模型与传统数值模型相比,计算速率显著提高,同时该模型还可扩展用于同轴电缆两端连接半导体器件及功能电路的电子系统仿真。     

开孔屏蔽腔内传输线负载所受电磁干扰的解析算法

外界电磁场通过孔缝耦合进入屏蔽腔,并经由线缆对腔内电子设备造成干扰,这是电磁兼容中需要考虑的重要问题,而数值法分析此类尺寸跨度大的电磁问题效率过低。基于电磁拓扑和等效电路法,提出一种快速计算外界平面波辐照下开孔屏蔽腔内传输线负载所受电磁干扰的解析算法。首先利用电磁拓扑将整个耦合问题分解为两个独立的子问题:外界平面波辐照下开孔空腔内的耦合场问题与耦合场辐照下孤立传输线的响应问题,然后提出基于等效电路法求解空腔内耦合电场的计算方法,最后利用场线耦合BLT方程求解耦合电场对孤立传输线负载造成的电磁干扰。经CST仿真验证,该解析算法能有效计算任意位置开(多)孔屏蔽腔内任意放置传输线负载所受的电磁干扰。相比于数值法,该解析算法不仅花费更少的计算时间与资源,且能用于参数影响规律的研究。     

MEDICI程序简介及其在电离辐照效应研究中的应用

简要介绍了二维半导体器件模拟软件MEDICI的基本特点和使用方法;应用MEDICI程序对MOSFET的总剂量效应、PN结的剂量率效应进行了仿真模拟,建立了电离辐照效应的物理模型,并将模拟结果与实验数据进行了比较.     

面向超短波接收机射频前端的电磁脉冲效应仿真与效应分级方法

针对接收机射频前端在电磁脉冲环境作用下的电磁损伤过程模拟问题,以超短波接收机为具体研究对象,基于超外差式接收机电路功能模型,采用Verilog-a和SPICE网表联合建模方法,建立了射频前端低噪声放大器（LNA）电磁脉冲效应仿真模型(Extended LNA Model),并通过S参数仿真和瞬态仿真验证了LNA电磁脉冲效应模型具备正常功能仿真能力;为验证该模型的电磁脉冲损伤模拟能力,以标准电磁脉冲波形作为激励,以偶极子天线作为简化的天线前门耦合通道,在不同强度电磁脉冲作用下,接收机中频电路信号输出表现出了无影响、干扰、损毁的电磁脉冲效应过程,说明了建模方法的有效性;最后以EMP-天线耦合电压峰值作为阈值指标,分析得到了超短波接收机不同电磁脉冲效应等级对应的电压峰值阈值数据。     

200 MW S-band traveling wave resonant ring development at IHEP

The resonant-ring is a traveling wave circuit, which is used to produce high peak power with comparatively smaller stored energy. The application to be considered is its use as a high power simulator mainly for testing the klystron ceramic output window, as well as for high power microwave transmission devices. This paper describes the principle of a resonant ring and introduces the structure and property of the newly constructed traveling wave resonant ring at IHEP. Our goal is to produce a 200 MW class resonant ring at 2.856 GHz with a pulse length of 2μs and repetition rate of 25 Hz. The installation, commissioning and testing of the ring have been completed and a peak power of 200 MW at 3 μs has been achieved. The conditioning results show that all the parameters of the resonant ring reach the design goals.     

PIN二极管的高功率微波响应

 利用自行编制的半导体器件模拟程序mPND1D(采用时域有限差分方法，求解器件内部载流子所满足的非线性、耦合、刚性方程组)，对PIN二极管微波限幅器在高功率微波激励下的响应进行了计算，比较了不同条件下的计算结果，并对二极管微波响应截止频率作了探讨。计算结果表明:随着激励源幅值的升高，器件截止频率增大；随着脉冲长度减小，器件截止频率降低；随着器件恒定温度值升高，截止频率下降。     

An efficient physical device-circuit simulator and its application to accurate design of millimeter wave oscillators

A rigorous one-dimensional physical device-circuit simulator is developed to accurately determine the transport properties and the electrical performance of semiconductor devices embedded into a passive circuit. The simulator is well suited to study the effects of device geometry, doping level, bias voltage, and mounting structure on the performance and to compare the accuracy and the computational efficiency of different physical models. The model is applied to determine the application limits of the drift-diffusion and hydrodynamic models when they are used to characterize the operation and to optimize the structure of cm- and mm-wave oscillators with two-terminal devices, and to produce a set of design curves which indicate the performance limits of different devices under various operating conditions.     

高质量宽带隙立方氮化硼薄膜的研究进展

文章着重介绍了最近研制出的高质量宽带隙立方氮化硼薄膜的三种制备方法和结构特性 :(1)用射频溅射法在Si衬底上制备出立方相含量在 90 %以上 ,Eg>6 .0eV的c-BN薄膜 ;(2 )用离子束辅助的化学气相沉积法(CVD) ,在金刚石上外延生长出立方含量达 10 0 %的单晶c -BN薄膜 ;(3)用微波电子回旋共振CVD法 (MW -ECR-CVD)在金刚石上外延生长出高纯c-BN薄膜 .这些高纯c -BN薄膜 ,可应用于制作各种半导体 (主要是高温、高频大功率 )电子器件 .     

锁频锁相的高功率微波器件技术研究

综述了中国工程物理研究院应用电子学研究所锁频锁相的高功率微波器件最新研究成果,主要包括稳频稳相的相对论速调管放大器和注入锁相的相对论返波管振荡器.针对高功率长脉冲相对论速调管研究中遇到的问题,介绍了该放大器的束波互作用特点、杂频振荡抑制、脉冲缩短、高频段高功率运行、高增益等物理、设计与实验中的关键技术研究概况,使其功率、相位稳定性、增益等性能有了显著提高,S波段环形单注相对论速调管实现了高功率稳相输出,重频25 Hz运行时输出功率大于1 GW,脉宽大于150 ns、相位波动18°,高增益运行时在注入微波功率数kW条件下也实现类似功率和相位水平;采用同轴多注器件结构,突破了速调管高频段运行条件下高效率电子束引入和高功率束波转换技术等难题,使X波段相对论速调管在注入功率30 kW条件下实现了功率大于1 GW的放大输出,效率为34%,相位波动为15°.在掌握相对论返波管技术的基础上,利用返波管的高效率和结构紧凑的优点,开展了注入调制电子束锁相的相对论返波管研究,采用百kW级的种子微波实现了对GW量级输出微波的相位锁定.该研究结果对功率合成、粒子加速和多功能雷达等技术具有重要的推动作用.     

大功率微波真空电子器件的应用

 大功率微波真空电子器件具有工作频率高、峰值和平均功率大等特点,已广泛应用于微波电子系统,在科学研究和国民经济方面的应用越来越广泛。在科学研究方面,它主要应用在高能粒子加速器和可控热核聚变加热装置等大型科学装置上,主要包括高峰值功率速调管、连续波和长脉冲高功率速调管和高功率回旋管等器件。在国民经济方面,则主要应用于天气雷达、导航雷达、医用和工业辐照加速器、电视广播和通信等微波电子系统,主要包括大功率脉冲和连续波速调管、分布作用速调管、行波管、磁控管和感应输出管等。为此,介绍了这些微波真空电子器件的技术现状、共性技术问题和发展趋势。     

基于次谐波调制光注入半导体激光器获取窄线宽微波信号的实验研究

实验研究了处于单周期振荡的光注入半导体激光器在频率等于单周期振荡频率一半的1/2次谐波调制下所产生的微波信号的特性.实验结果显示:在合适的注入条件下,处于单周期(P1)振荡的光注入半导体激光器可输出频率可达26.5 GHz、光谱具有单边带结构的光生微波信号,但微波信号的线宽比较宽(MHz量级);通过采用频率为单周期振荡频率一半的次谐波信号调制光注入半导体激光器,可将微波线宽从十几MHz压缩到几十k Hz.进一步分析了次谐波调制信号的功率以及频率对微波信号的相位噪声的影响,并在由次谐波调制信号的功率和频率构成的参数空间绘制出了能实现次谐波频率锁定的分布区域.     

200 MW S-band traveling wave resonant ring development at IHEP

The resonant-ring is a traveling wave circuit, which is used to produce high peak power with comparatively smaller stored energy. The application to be considered is its use as a high power simulator mainly for testing the klystron ceramic output window, as well as for high power microwave transmission devices. This paper describes the principle of a resonant ring and introduces the structure and property of the newly constructed traveling wave resonant ring at IHEP. Our goal is to produce a 200 MW class resonant ring at 2.856 GHz with a pulse length of 2 μs and repetition rate of 25 Hz. The installation, commissioning and testing of the ring have been completed and a peak power of 200 MW at 3 μs has been achieved. The conditioning results show that all the parameters of the resonant ring reach the design goals.     

宽带强电磁脉冲模拟器发展及设计研究

宽带强电磁脉冲是高功率微波技术近年来的主要发展方向之一,由于模拟器可用于强电磁辐射环境模拟,开展强电磁脉冲效应与防护研究,所以取得了快速发展。对宽带强电磁脉冲模拟器的研究现状进行了介绍,分析模拟器在工作频段和技术体制方面存在的共性,并结合研究需求,设计了一种宽带强电磁脉冲模拟器,该模拟器采用Marx发生器直接驱动高功率宽带天线的方式,实验结果显示该模拟器的远场辐射因子可达224 kV,辐射中心频率215 MHz,带宽可达32%,为宽带强电磁脉冲模拟技术的发展、科学研究提供了参考依据和试验条件。