集成电路器件微波损伤效应实验研究

主要介绍了微波脉冲参数变化对集成电路器件微波易损性的影响。实验表明：集成电路器件损伤功率阈值随着微波频率的增加而增大,随着脉冲重复频率的增加而减小。随脉冲宽度的变化较为复杂,总体是随着脉冲宽度的增加损伤功率阈值逐渐降低,但存在一拐点区域（约100ns）,在此区域后,脉冲宽度增加但器件损伤功率阈值变化不甚明显。器件损伤功率阈值基本呈正态分布,且方差较小,因此,器件的损伤概率近似于0~1分布。     

微波器件HPM效应

高功率微波（HPM）效应实验系统由微波辐射源、效应物和监测系统等组成。微波源产生并辐射电磁波，实验中的微波辐射源分为窄带微波源和超宽谱（UWB）源两种。实验效应物包括低噪高放、TR管、限幅器、混频器和微波组件——被动雷达探测系统RF装置等。详细介绍了这些微波器件和微波组件的基本组成、特性、工作原理和性能，同时介绍了不同效应物的实验系统、实验方法、效应现象和损伤判据。监测系统对目标状态、辐射源状态进行监视，在注入实验中对效应物的注入功率进行测量，在辐照实验中对目标附近的辐射场进行测试标定，为实验结果的分析提供数据。为避免损伤累积效应，损伤实验注入脉冲次数不超过4次。     

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。     

双极晶体管微波损伤效应与机理

结合Si基n⁺-p-n-n⁺外延平面双极晶体管, 考虑了器件自热、高电场下的载流子迁移率退化和载流子雪崩产生效应, 建立了其在高功率微波(high power microwave, HPM)作用下的二维电热模型. 通过分析器件内部电场强度、电流密度和温度分布随信号作用时间的变化, 研究了频率为1 GHz的等效电压信号由基极和集电极注入时双极晶体管的损伤效应和机理. 结果表明集电极注入时器件升温发生在信号的负半周, 在正半周时器件峰值温度略有下降, 与集电极注入相比基极注入更容易使器件毁伤, 其易损部位是B-E结. 对初相分别为0和π的两个高幅值信号的损伤研究结果表明, 初相为π的信号更容易损伤器件, 而发射极串联电阻可以有效的提高器件的抗微波损伤能力.     

微波混频器高功率微波效应等效电路建立及仿真

利用先进设计系统软件设计并制作了单端混频器电路。开展了高功率微波注入效应实验,获得了一组损伤程度不同的混频器。通过测试二极管的伏-安特性曲线和分析失效机理,用拟合方法建立了损伤二极管的等效电路模型。基于此模型建立了损伤混频器等效电路,并对其被高功率微波损伤前后的输入输出特性进行了仿真计算,其变频损耗与混频器损伤后的实验测试结果相吻合。结果表明：损伤二极管的等效电路模型为在正常二极管结电阻两端并联一损伤等效电阻,其阻值大小反应了混频器的损伤程度,阻值越小,损伤越严重。     

集成电路高功率微波易损性预测评估模型

 介绍了集成电路高功率微波易损性的基本概念,给出了利用人工神经网络建立集成电路高功率微波易损性预测评估模型的基本步骤,通过一个实例,对预测评估模型的有效性进行了检验。实践表明：人工神经网络作为一个有效工具,可以较好地应用到集成电路高功率微波易损性预测评估工作中。     

集成电路高功率微波易损性预测评估模型

介绍了集成电路高功率微波易损性的基本概念,给出了利用人工神经网络建立集成电路高功率微波易损性预测评估模型的基本步骤,通过一个实例,对预测评估模型的有效性进行了检验。实践表明：人工神经网络作为一个有效工具,可以较好地应用到集成电路高功率微波易损性预测评估工作中。     

高功率微波缝隙耦合效应的试验研究

 利用高功率微波源对预设的11种不同尺寸的缝隙做了耦合效应试验，得到了这11种缝隙对试验波段的一般耦合特性。试验结果表明：窄缝的耦合效应有较强的极化特性；从波长与缝隙的长度相对关系对耦合效应的影响来看，波长与缝隙的长度相当时耦合效应最强；在UWB，L，S，X几个波段内，缝隙的宽度越窄，耦合效应越弱；缝隙的深度能明显影响其耦合效应，随缝深的增加，耦合效应逐渐减弱；辐射波脉宽变化对耦合效应基本没有影响。     

计算机系统高功率微波效应

在进行计算机的高功率微波（HPM）效应研究时，一般采用空间辐照法来获取具体整机系统的微波效应阈值和宏观效应规律，该项研究结果具有较高的实用价值。但对于微波辐照系统的敏感度研究来说，由于辐照效应的影响因素较多，测得的数据重复性较差，需要大量的实验数据支撑，文中在此基础上进行总结。     

微波脉宽对检波器性能影响的实验研究

 采用脉宽20~120 ns、步长10 ns的微波信号,对WB-CD01型、2087-6001-00型同轴检波器的灵敏度和检波波形进行了实验研究。实验结果表明：脉宽为20~120 ns时,在2.7 GHz频率下,WB-CD01型检波器灵敏度比连续波时的降低0.5~0.7 dB,而2087-6001-00型检波器灵敏度比连续波时的降低近1 dB。在4.1 GHz频率下,WB-CD01型检波器在微波脉宽为20 ns时,检波灵敏度略高于连续波时的近0.2 dB,其它给定脉宽下,检波灵敏度与连续波时的基本一致;2087-6001-00型检波器不同脉冲宽度条件下与连续波时的灵敏度基本一致。WB-CD01型检波器的检波波形前沿出现过脉冲,而2087-6001-00型检波器无此现象。     

不同形状孔缝微波耦合的实验研究

 探讨了椭圆、圆环、方环、十字交叉形、圆形、正方形、正三角形及双矩形孔缝在2～18GHz频率范围内的耦合系数，并与矩形孔缝的耦合特性进行了比较。结果表明: 各种不同形状孔缝微波耦合的共振特性与其纵横比有关, 纵横比较大的孔缝耦合共振现象比较明显，纵横比较小的孔缝耦合特性趋于高通；各种孔缝的共振频率与孔缝长度有密切关系。     

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。     

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。     

微波脉宽对检波器性能影响的实验研究

采用脉宽20~120 ns、步长10 ns的微波信号,对WB-CD01型、2087-6001-00型同轴检波器的灵敏度和检波波形进行了实验研究。实验结果表明：脉宽为20~120 ns时,在2.7 GHz频率下,WB-CD01型检波器灵敏度比连续波时的降低0.5~0.7 dB,而2087-6001-00型检波器灵敏度比连续波时的降低近1 dB。在4.1 GHz频率下,WB-CD01型检波器在微波脉宽为20 ns时,检波灵敏度略高于连续波时的近0.2 dB,其它给定脉宽下,检波灵敏度与连续波时的基本一致;2087-6001-00型检波器不同脉冲宽度条件下与连续波时的灵敏度基本一致。WB-CD01型检波器的检波波形前沿出现过脉冲,而2087-6001-00型检波器无此现象。     

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。