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。     

半导体器件多物理场计算中的热边界条件北大核心CSCD

基于半导体器件的物理模型,联立并求解由电磁场、半导体物理及热力学方程构成的多物理场方程组,实现半导体器件及电路的电磁效应计算。为了更加准确地仿真半导体器件的温度变化,深入研究了多物理场计算中的热边界条件。以肖特基二极管HSMS-282c为例,采用多物理场算法仿真并对比了器件在相同激励(幅值为2V的阶跃脉冲)、不同边界条件下的温度变化情况。实际测量了器件在正向偏置下的表面温度,并于多物理场计算结果进行对比。结果表明,采用热对流边界可以准确仿真半导体器件的热效应。     

高功率微波作用下热载流子引起n型金属-氧化物-半导体场效应晶体管特性退化研究

高功率微波(HPM)通过使半导体器件特性退化和功能失效,从而干扰电子系统无法正常工作. 针对金属氧化物半导体(MOS)器件的HPM效应, 建立了高功率微波引起n型金属氧化物半导体场效应晶体管(nMOSFET)特性退化的物理过程与模型. 器件仿真结果中nMOSFET的输出特性曲线显示栅极注入HPM引起器件特性退化,包括阈值电压正向漂移、 饱和电流减小、跨导减小等;结合物理模型分析可知, HPM引起的高频脉冲电压使器件进入深耗尽状态, 热载流子数目增多,热载流子效应导致器件特性退化. MOS器件的HPM注入实验结果显示,器件特性曲线、器件模型参数变化趋势与仿真结果一致, 验证了HPM引起nMOSFET特性退化的物理过程与模型.     

高功率微波对PCB电路系统辐照效应的仿真分析

以实验室自主研发的2维半导体器件-电路联合仿真程序用于分析高功率微波注入下半导体器件的毁伤机理,以此2维半导体器件-电路联合仿真程序为基础加以扩展,添加了电磁波辐照射下微带线的SPICE电路模型。扩展后的程序可以同时用于分析平面波入射下含半导体器件的PCB电路的高功率微波辐照效应和置于带孔缝屏蔽腔中的PCB电路的高功率微波辐照效应。应用此仿真程序分析了一个含有低噪声放大器的简单PCB电路,得到了该PCB电路在不同形式平面波入射下低噪声放大器的烧毁阈值,在该PCB电路置于屏蔽腔中时,低噪声放大器输入端口出现耦合干扰电压情况。     

基于多物理场计算的二极管雪崩击穿效应分析

基于电磁场、半导体物理及热力学方程的半导体器件多物理场模型方程组共同描述了器件内部的电热特性。而半导体器件在反向电压作用下,会发生碰撞电离及雪崩击穿现象。采用多物理场计算方法仿真型号为HSMS-282C的肖特基二极管的雪崩击穿现象,仿真结果与实验测量结果吻合,表明该算法能准确表征二极管物理特性,并对效应现象给出物理机理解释。     

第四届全国高功率微波学术研讨会在呼和浩特召开

由国家８６３计划高功率微波专题主办、北京应用物理与计算数学研究所承办的第四届全国高功率微波学术研讨会于 ８月 ５ ８ 至 １０日在内蒙古呼和浩特市召开。 会议组织者共收到文章１００篇，涉及内容基本涵盖了高功率微波领域的各个主要研究方向。具体包括脉冲功率技术、高功率微波源及器件、高功率微波传输与发射技术、高功率微波测量技术、高功率微波电子系统效应及生物效应、高功率微波应用等。这些论文集中体现了近两年来我国高功率微波领域的主要研究成果，将收录在《第四届全国高功率微波学术研讨会论文集》中。 参加会议的代表共…     

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。     

基于TLP建模的系统级静电放电效应仿真

系统级静电放电(ESD)效应仿真可以在电子系统进行测试之前进行有效的静电放电效应防护,缩短研发周期。根据传输线脉冲测试(TLP)结果,对瞬态电压抑制(TVS)二极管和芯片引脚进行spice行为建模,结合ESD脉冲源的等效电路模型,PCB板的S参数模型,采用场路协同技术完成了系统级静电放电效应的仿真。针对一个典型的电子系统,在IEC 61000-4-2 ESD应力作用下,完成了一款开关芯片防护电路的仿真,并对电路进行了加工、放电测试,仿真与测试芯片引脚的电压波形吻合良好,验证了该仿真方法的有效性。     

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。     

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。     

孔缝对金属腔体强电磁脉冲耦合特性影响研究

核电磁脉冲和高功率微波等强电磁脉冲易造成电子设备功能失效甚至损毁,在实际工程实施中用金属腔体对电子设备进行屏蔽是常用的强电磁脉冲抑制手段。基于电磁仿真计算,对含矩形孔缝金属腔体的强电磁脉冲耦合特性进行了系统研究,阐述了孔缝宽长比、腔体尺寸等因素对多种不同类型强电磁脉冲（核电磁脉冲、宽带高功率微波、窄带高功率微波）作用下腔体内耦合场的影响;并以此为基础,重点分析了强电磁脉冲与含孔缝金属腔体之间的作用机制。研究结果表明：不同类型强电磁脉冲耦合信号差异明显,金属腔体对强电磁脉冲的响应是腔体谐振模式、孔缝谐振频率与强电磁脉冲共同作用的结果;当腔体谐振模式、孔缝谐振频率在强电磁脉冲的带内时,腔体内部的耦合场会出现增强效应;特别地,腔体与孔缝间的相互作用还可造成腔体与缝隙的谐振频率发生偏移。因此,在为电子设备设计金属屏蔽外壳时,应基于不同强电磁脉冲的频带范围,对腔体与孔缝的尺寸进行综合设计,抑制腔体、孔缝谐振及谐振频率偏移,提升其强电磁脉冲防护性能。     

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。     

半导体多物理效应并行计算程序JEMS-CDS-Device设计与实现

针对复杂电磁环境下器件多物理效应机理研究需求,研发了半导体多物理效应并行计算程序JEMS-CDS-Device。介绍了JEMS-CDS-Device的架构设计与实现技术。程序基于非结构网格并行框架JAUMIN实现,采用有限体积法（FVM）离散,使用牛顿法全耦合求解“电-载流子输运-热”问题。程序采用“内核＋算法库”形式架构,支持2维和3维非结构网格、千万自由度问题并行求解,支持物理方程、离散算法、材料物理模型等的扩展开发。     

电磁波在非均匀碰撞等离子体中的透射增强效应

为研究碰撞等离子体对电磁波传输性质的影响,基于电磁波在介质中的传输特性,将等离子体作为一种特殊的介质,针对一定实验条件下的高功率微波（HPM）大气等离子体与一定范围电磁波的透射特性开展了实验、理论及仿真研究。研究发现：S波段HPM在50 Pa真空下形成的等离子体对不同频率的电磁波透射特性具有较大影响,且在一定频率范围内有规律地出现电磁波透射信号增强效应现象;获取了一系列不同频率连续电磁波穿过HPM等离子体区域的透射波形,并对波形进行了归一化处理,在32.4 GHz下,连续电磁波穿过有无等离子体区域的透射系数约有2倍的差异。建立了仿真模型,获得31.5～32.5 GHz范围内透射系数分布曲线图,穿过等离子体的电磁波出现透射增强效应,且在某些频点上出现了约1.9倍的透射增强。该研究成果为HPM大气等离子体在隐身、应急通讯、黑障通讯等方面的应用提供了重要的技术支撑。     

运用BLT方程研究高功率微波的电磁干扰

 目前高功率微波（HPM）对电子系统的干扰和破坏问题受到了广泛的关注,可运用BLT方程解决一些HPM产生的干扰问题。通过研究一个简单的HPM干扰模型,结合BLT方程的基本形式,对传统的BLT方程进行了扩展;接着对这个干扰模型的一个数值实例进行计算,并对干扰响应进行分析。分析结果表明,扩展后的BLT方程不仅可以计算传输线上的负载响应,也能够计算空间场的响应。     

运用BLT方程研究高功率微波的电磁干扰

目前高功率微波（HPM）对电子系统的干扰和破坏问题受到了广泛的关注,可运用BLT方程解决一些HPM产生的干扰问题。通过研究一个简单的HPM干扰模型,结合BLT方程的基本形式,对传统的BLT方程进行了扩展;接着对这个干扰模型的一个数值实例进行计算,并对干扰响应进行分析。分析结果表明,扩展后的BLT方程不仅可以计算传输线上的负载响应,也能够计算空间场的响应。