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。     

大功率PIN二极管限幅器对电磁脉冲后沿响应的分析

 利用PSpice电路模型数值计算了阶跃电磁脉冲后沿作用下大功率PIN二极管限幅器的瞬态响应。发现大功率限幅器在阶跃脉冲后沿作用下会输出反向脉冲,其幅度可能与限幅器尖峰泄漏的幅值相当甚至更大,这可能是一种新的影响限幅器性能的安全隐患。分析发现:反向脉冲幅度在一定范围内随激励脉冲持续时间的增加、幅度的加大、后沿时间的变短而变大;随射频扼流电感值的增加而减小。     

温度对PIN二极管限幅器功率响应特性的影响

 通过求解PIN二极管基区双极载流子扩散方程得到了限幅器Pspice等效电路模型, 根据PIN二极管物理参数与温度的关系, 数值计算得到了PIN二极管限幅器在多个温度点的功率响应特性, 发现温度的升高会使限幅器内部损耗增加, 加剧限幅器内部热损伤。并利用恒温控制系统进行了实验验证, 实验结果与数值计算结果相符合。实验还发现高温热冲击可能使限幅器限幅能力大幅下降, 可能成为通信系统的重大安全隐患。     

温度对PIN二极管限幅器功率响应特性的影响

通过求解PIN二极管基区双极载流子扩散方程得到了限幅器Pspice等效电路模型, 根据PIN二极管物理参数与温度的关系, 数值计算得到了PIN二极管限幅器在多个温度点的功率响应特性, 发现温度的升高会使限幅器内部损耗增加, 加剧限幅器内部热损伤。并利用恒温控制系统进行了实验验证, 实验结果与数值计算结果相符合。实验还发现高温热冲击可能使限幅器限幅能力大幅下降, 可能成为通信系统的重大安全隐患。     

高功率PIN限幅器设计及测试方案

介绍了利用PIN二极管进行高功率无源限幅器的设计方法,分析了影响限幅器功率容量、限幅电平、尖峰泄露、响应速度及恢复时间等的因素。利用平面微带电路的形式,提出了无源检波式及主动式PIN限幅器设计,仿真结果表明:该无源检波式限幅器起限电平约为-3 dBm,脉冲功率容量60 dBm,限幅电平15 dBm左右。针对设计的限幅器,提出了用于测试限幅器性能的高功率实验平台。该平台采用双路双频耦合测量,具有很高的大小信号隔离度,能够进行高功率脉冲、连续波测试,在准确测量限幅器的功率容量、限幅电平、响应速度及恢复时间等指标方面具有很高的可靠性。     

PIN限幅器PSpice模拟与实验研究

 从PIN二极管基区双极载流子扩散方程出发,通过拉普拉斯变换求解得到PIN二极管子电路模型,从而通过PSpice软件瞬态数值模拟得到了PIN限幅器的尖峰泄漏、平顶泄漏与脉冲功率、上升时间关系。对于I层厚度一定的限幅器,模拟与实验表明脉冲前沿越大,尖峰泄漏功率插入损耗越大,脉冲前沿过缓则可能没有尖峰泄漏现象;尖峰泄漏功率随着输入功率的增加而变大,但尖峰泄漏功率插损也随之增大;尖峰脉冲宽度与I层厚度、输入功率及脉冲前沿均有关系。限幅器尖峰泄漏与平顶泄漏模拟结果与实验数据基本一致。     

PIN限幅器PSpice模拟与实验研究

从PIN二极管基区双极载流子扩散方程出发,通过拉普拉斯变换求解得到PIN二极管子电路模型,从而通过PSpice软件瞬态数值模拟得到了PIN限幅器的尖峰泄漏、平顶泄漏与脉冲功率、上升时间关系。对于I层厚度一定的限幅器,模拟与实验表明脉冲前沿越大,尖峰泄漏功率插入损耗越大,脉冲前沿过缓则可能没有尖峰泄漏现象;尖峰泄漏功率随着输入功率的增加而变大,但尖峰泄漏功率插损也随之增大;尖峰脉冲宽度与I层厚度、输入功率及脉冲前沿均有关系。限幅器尖峰泄漏与平顶泄漏模拟结果与实验数据基本一致。     

高温超导微波限幅器的研制

与常规材料相比,高温超导薄膜(即HTSC)的表面电阻极低,在微波频段下,其微波表面电阻要比常规材料小两个数量级以上,并能实现高达106～107A/cm2的电流密度.本项目选用10×15×0.44mm3双抛LaAlO3衬底上外延生长的钇系高温超导薄膜的YBa2Cu3O7(YBCO),利用临界电流密度的特性,设计并制作了高温超导微波限幅器,其工作温度在90K以下,77K时设计指标为:f:9.4～9.6GHz,插入损耗L≤0.4dB,门槛电平:10dBm,驻波比≤1.5.     

基于SBS光限幅和金属酞菁光限幅相结合的复合型光限幅器的研究

为了使受激布里渊散射(SBS)光限幅器的输出能量更"平",提出了一种基于SBS光限幅和金属酞菁光限幅相结合的复合型光限幅器的方案,即SBS光限幅后边放置金属酞菁光限幅,在两种光限幅器的共同限幅作用下,使复合型光限幅器的输出光能量更"平". 数值模拟了该复合型光限幅器的输出光能量随入射光强度的变化曲线,并在Countinuum's Nd: YAG种子注入式激光器中进行了实验验证. 理论和实验结果均表明,复合型光限幅器的输出光能量比单独SBS光限幅器更"平". 关键词： 复合型光限幅器 SBS光限幅 金属酞菁限幅     

PIN限幅器微波脉冲热损伤温度特性

分析了微波对PIN限幅器的热损伤机理,基于器件物理模拟分析法,利用Sentaurus-TCAD仿真器建立了器件微波热效应模型,研究了频率为5.3,7.5,9.4 GHz的微波信号作用下,器件损伤过程中温度瞬态变化规律和瞬态温度分布规律。结果表明：PIN限幅器尖峰泄露阶段器件温度上升较快;稳态限幅后温度上升缓慢;临近热击穿状态,器件进入热电失控状态,峰值温度快速上升,最终器件因温度过高烧毁;PIN二极管中的I区或P区与I区之间的结边缘处,较容易烧毁。对PIN限幅器进行大功率微波注入实验,器件损伤实验结果与数值模拟结果吻合较好。     

Bipolar-power-transistor-based limiter for high frequency ultrasound imaging systems

High performance limiters are described in this paper for applications in high frequency ultrasound imaging systems. Limiters protect the ultrasound receiver from the high voltage (HV) spikes produced by the transmitter. We present a new bipolar power transistor (BPT) configuration and compare its design and performance to a diode limiter used in traditional ultrasound research and one commercially available limiter. Limiter performance depends greatly on the insertion loss (IL), total harmonic distortion (THD) and response time (RT), each of which will be evaluated in all the limiters. The results indicated that, compared with commercial limiter, BPT-based limiter had less IL (−7.7 dB), THD (−74.6 dB) and lower RT (43 ns) at 100 MHz. To evaluate the capability of these limiters, they were connected to a 100 MHz single element transducer and a two-way pulse-echo test was performed. It was found that the −6 dB bandwidth and sensitivity of the transducer using BPT-based limiter were better than those of the commercial limiter by 22% and 140%, respectively. Compared to the commercial limiter, BPT-based limiter is shown to be capable of minimizing signal attenuation, RT and THD at high frequencies and is thus suited for high frequency ultrasound applications.     

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。     

真空二极管大功率微波检波器设计

基于真空二极管设计了一种X波段大功率微波检波器,该检波器主要由真空二极管、BJ-100波导、调谐螺栓、低通滤波器和直流电源组成,其工作频率可根据需要在8.6~9.8 GHz范围内调谐。重点阐述该型大功率微波检波器的结构设计、实验室标定及辐射场测量实验结果,研究了不同脉宽和不同灯丝电压与检波特性的依赖关系。实验结果表明：该型检波器具有承受微波脉冲功率高（大于7 kW）、响应快（响应时间小于2.0 ns）、动态范围大、输出信号幅度高（可达数十V）、不需要同步信号等特点,适用于在高功率微波干扰环境下的单次和高重复频率脉冲功率测量。     

真空二极管大功率微波检波器设计

基于真空二极管设计了一种X波段大功率微波检波器,该检波器主要由真空二极管、BJ-100波导、调谐螺栓、低通滤波器和直流电源组成,其工作频率可根据需要在8.6~9.8GHz范围内调谐。重点阐述该型大功率微波检波器的结构设计、实验室标定及辐射场测量实验结果,研究了不同脉宽和不同灯丝电压与检波特性的依赖关系。实验结果表明:该型检波器具有承受微波脉冲功率高(大于7kW)、响应快(响应时间小于2.0ns)、动态范围大、输出信号幅度高(可达数十V)、不需要同步信号等特点,适用于在高功率微波干扰环境下的单次和高重复频率脉冲功率测量。     

一种基于热离子二极管的大功率微波探测器

 主要给出了波导型的X波段大功率微波探测器的结构、标定方法和标定结果。该新型大功率微波探测器具有承受微波峰值功率高（可达100 kW）,时间响应快（响应时间小于2.0 ns）,不需要同步信号,抗干扰能力强等特点。根据不同的需要,可以制作成波导型和同轴型的大功率微波探测器。波导型探测器由热离子二极管、标准波导、滤波器和外电路组成,其工作频率范围为波导的工作频率范围;而同轴型探测器由热离子二极管、同轴波导,滤波器和外电路组成,可以宽带使用。标定结果表明该探测器很适合高功率微波峰值功率测量,尤其是在强电磁干扰环境和高重频微波脉冲条件下的测量,为解决功率测量不准的技术难题提供一种有效的技术手段。     

Surface transformation of AISI 304 stainless steel by high power diode laser

A high power diode laser was used in continuous mode to irradiate milled AISI 304 substrates in order to modify their surface morphology. Milling of the steel substrates was operated at different feeds, thus allowing the achievement of a broad range of starting surface texture, characterized by average roughness of ∼0.65-1.5 μm. Laser finishing was then operated on them by varying laser power and scan speed.The effectiveness of the laser finishing was evaluated by 3D surface profilometry and SEM imaging. Laser was found to modify the surface morphology of the irradiated zones and achieve high quality surface textures. Further, consistent trends of the amplitude, spacing and hybrid roughness parameters according to laser operational settings can often be found. Finally, mapping of the experimental data can lead to the definition of a first approximation tool, which can be profitably used for simulation and process control.     

高功率微波作用下限幅器尖峰泄漏特性

针对限幅器在高功率微波（HPM）作用下的尖峰泄漏问题,基于搭建的HPM注入实验平台和电路仿真开展了研究。研究结果表明：当注入功率超过6 dBm时,限幅器会出现尖峰泄漏现象,限幅器泄漏尖峰的上升沿与脉宽随着注入功率的增加而减小,而绝对尖峰泄漏功率随注入功率的增加呈增长趋势,平顶泄漏功率呈近似“线性增加-缓慢下降-小幅增长”趋势。并且,实验结果显示：HPM脉宽与重频对限幅器尖峰泄漏特性基本无影响,其泄漏特性变化规律与单次脉冲的基本一致;尖峰泄漏能量随注入功率的增加而降低。     

运用模匹配法设计高功率高效率多模馈源

 在高功率微波天线系统中,要求馈源具有高功率容量和良好的辐射特性,内壁光滑的变张角结构多模馈源能够满足这一要求。在单级模匹配理论的基础上,给出了多个突变结构级联S参数矩阵的实现方法,并编制了数值计算程序。运用程序分析了各种不同结构光壁喇叭馈源,得到了其中各个模式之间的耦合关系及其口面辐射特性的变化。在大量计算的基础上,得到了Φ400 mm口面直径的高功率高效率多模馈源设计方案,理论功率容量大于1.5 GW,同时具有良好的轴对称辐射特性。实验与理论分析结果具有良好的一致性。     

X波段高峰值功率速调管功率合成器设计

 基于微波电路理论和EBMA(extended boundary condition model analysis)电磁计算方法,先后设计了一个工作在9 GHz的4合1和8合1功率合成器。功率合成器可将多个侧壁矩形波导中相同输入的TE10模电磁波在中心圆波导中以TE01模式输出,实现功率的合成。利用EBMA方法和CST软件对所设计功率合成器的传输系数进行了计算,在中心频率9 GHz处,计算结果分别为1.00和0.99,从而验证了功率合成器具有良好的功率合成效果。对于8合1功率合成器,还根据模型简化的想法,使得功率合成器加载后,对输出腔间隙阻抗的计算成为可能。