亚纳秒级上升沿窄脉冲驱动电路与模拟仿真

针对半导体激光二极管(LD)驱动电路中存在的上升沿缓慢问题,设计了一种具有亚纳秒上升沿的窄脉冲电路。从理论方面分析了回路中电感、电容等参数对输出激光脉冲上升沿的影响,驱动电路以内置驱动的GaN集成模块作为主开关进行电路的合理设计驱动半导体激光二极管;利用现场可编程门阵列作为控制核心设计时序信号,实现LD脉宽和重频的精确调节;以ADN8831驱动热电制冷器(TEC)实现LD精确恒温控制。通过模拟仿真和实验验证,获得了亚纳秒级的脉冲前沿,脉冲宽度5 ns至15 ns可调,重复频率1 kHz至10 kHz可调,LD的温度设定为25℃至26℃,12 h功率稳定性RMS测试值为0.51%。

射频前端快上升沿电磁脉冲防护电路仿真分析

针对强电磁脉冲极易通过射频前端进入电子设备内部对敏感电子器件造成伤害的问题,设计了一款工作于C波段的射频前端快上升沿电磁脉冲防护电路。电路采用PIN二极管级联的方式构建四级防护电路,同时引入高通滤波器抑制工作频段以下信号,防止其对设备造成干扰。仿真结果表明,通过控制PIN二极管的偏置电压和电流,可实现对电磁脉冲的快速响应;经过逐级削减输入功率,可有效降低尖峰泄漏;在工作频段内,防护电路可将4 kV的快沿方波脉冲限制在2 V以下,其响应时间小于1 ns,插入损耗小于0.146 dB,驻波比小于1.413,回波损耗小于-15.329 dB,且可有效降低尖峰泄漏,对工作在C波段的卫星电视地面通信设备抵御强电磁脉冲的侵扰具有较好的效果。

基于光子合成的快上升沿复杂激励信号产生技术

针对固态高功率微波系统对快上升沿窄脉冲的需求,对脉冲上升沿的影响因素进行了原理分析,提出了基于光子合成的快上升沿脉冲信号产生方法,并利用微波光子链路带宽大和带内一致性好的优势,研制了基于光子合成的纳秒量级上升沿脉冲信号产生样机,并对该样机进行了性能指标和波形产生测试试验。实验结果表明,所研制样机产生的脉冲上升沿达到纳秒量级,可生成非线性调频、相移键控(phase shift keying,PSK)和频移键控(frequency shift keying,FSK)等复合调制波形,可为固态体制高功率微波系统的多功能实现提供技术支撑。

电磁轨道炮轨道电阻率和轨道高度对电流上升沿阶段电枢边沿熔蚀的影响

在固体电枢电磁轨道炮系统中,保持电枢轨道界面良好的电接触至关重要。在电流处于上升沿的发射起始阶段,往往可以观察到电枢材料熔化沉积集中在轨道的外侧,这表明该阶段电流在电枢边沿集中的特性。为此,利用ANSYS软件,在改变轨道电阻率和高度的条件下,对电枢电流密度的分布进行了数值仿真,仿真结果表明:1)电流集中在电枢尾翼边沿;2)通过提高轨道电阻率或者(同时)减小轨道高度可以减小电枢尾翼边沿的电流密度。在20 mm方口径轨道炮上进行了实验,研究了不同电阻率的轨道材料(如98%铜-1%锆-1%铬合金,黄铜和非磁性不锈钢)和不同轨道高度(50、30 mm)对电枢熔化的影响。实验结果表明,在电流上升沿,更高的轨道电阻率和更低的轨道高度时有相对较小的电枢边沿熔蚀。基于数值分析和实验结果,提出了电磁轨道炮起始阶段(电流上升沿阶段)减小电枢边沿熔蚀的轨道结构改进方案。

有限电导率对地闪回击辐射场上升沿时间和场强幅值的影响

为研究有限电导率对地闪回击辐射场上升沿时间和场强幅值的影响规律,运用Cooray-Rubinstein计算方法对湿地、干地和沙地等不同土壤类型电导率下雷电电磁场传播特征进行了数值模拟,得出随着电导率的减小,回击电磁场波形上升沿时间明显增加,因此电导率对场强峰值到达时差法的闪电定位误差影响较大;通过波前时间和观测距离拟合函数关系可以计算闪电发生的距离或传播路径的电导率,磁感应场强幅值随着电导率的减小、观测距离的增加而衰减增大。最后通过与目前常用的反演雷电流强度的公式对比提出了考虑土壤电导率情况下反演雷电流强度的修正曲线。

脉冲电场上升沿对细胞跨膜电位的影响分析

分析了电场生物效应实验和实用中脉冲电场上升沿的形成并基于经典球形单细胞模型推导出计及上升沿的脉冲电场所诱导的细胞跨膜电位的计算解析式。研究发现:脉冲电场上升沿与细胞跨膜电位峰值、波形密切相关,减少脉冲电场发生电路的电感来增大脉冲电场所诱导跨膜电位的峰值可提高电穿孔的效率。

快上升沿电磁脉冲作用下PIN二极管中的电流过冲现象

为了研究瞬态电磁脉冲对PIN二极管的干扰,利用基于扩散漂移模型的基本半导体方程,采用半导体器件一维瞬态数值仿真的方法,对快上升沿阶跃电磁脉冲作用下PIN二极管中的电流密度和电荷密度分布的变化进行了研究,分别观察了正反偏电压脉冲作用下过冲电流的产生过程并进行了分析。分析表明,过冲电流是和PIN二极管在高频下的容性表现相关的,无论是在正电压还是负电压情况下,脉冲上升沿时间越短、初始正偏压越高,则过冲电流密度的峰值越高。

瞬态电压抑制器在快上升沿电磁脉冲作用下的瞬态响应

为了研究瞬态电压抑制器(TVS)对快上升沿电磁脉冲的响应,基于传输线脉冲(TLP)测试理论,建立了由高频脉冲发生器、同轴电缆、专用测试夹具、30dB脉冲衰减器和高性能的数字存储示波器等组成的测试系统。参考时域传输(TDT)TLP测试方法,利用该测试系统,对典型双极TVS器件在快上升沿电磁脉冲作用下的电流特性和电压特性进行了研究,并对试验数据进行了拟合分析。结果表明,TVS器件的箝位电压、峰值电流等参数均随着测试电压的增大而增大,且与测试电压呈线性关系;而由箝位电压决定的箝位响应时间受测试电压的影响较小。经对比分析实验结果得出,对快沿电磁脉冲,采用固定响应时间下的箝位电压来衡量TVS器件的防护性能是较为合理的。

高功率微波上升沿等效脉宽研究

为解决高功率微波脉冲测量时按常规读数结果不精确的问题,提出了高功率微波上升沿等效脉宽,利用数据插值方法,拟合出了高功率微波脉冲上升沿。根据拟合得到的上升沿模型,仿真计算出了不同峰值场强和不同压强下的高功率微波上升沿等效脉宽,分析了等效脉宽与场强及压强的关系,比较了等效脉宽与由常规读数得到的脉宽之间的误差。

双耳时间差上升沿算法中阈值的选择

上升沿法是计算双耳时间差的1种常用方法。采用3种不同对象的头相关脉冲响应数据,分别计算了不同判定阈值(5%,10%,15%,20%)下的双耳时间差,研究了上升沿算法中合理的判定阈值范围以及采用不同判定阈值时上升沿算法的稳定性。结果表明,判定阈值的选择与研究对象、头相关脉冲响应获取手段等因素有关;而稳定性主要取决于双耳头相关脉冲响应的上升斜率,复杂的、非对称的生理结构将使声源异侧耳的上升斜率减小,从而导致上升沿算法的不稳定,这在侧向表现得最明显;建议采用10%的判定阈值。

用上升沿甄别技术修正碲锌镉探测器的能量分辨率

本文对碲锌镉探测器的2种载流子输运过程进行了理论推导和数值模拟,设计了使用双阈值方法进行上升前沿甄别的实验方案,实现了修正探测器能量分辨率的目的。通过实验验证了碲锌镉探测器的信号特性,利用简单的实验室插件电子学配置,可将137 Cs的662 keVγ射线全能峰的相对分辨率从2.2%改善为1.4%。

基于脉冲上升沿的雷达个体识别方法

雷达个体识别即雷达指纹识别,是雷达对抗侦察的最终目的,也是现代电子对抗领域的难点。目前在用哪些物理量可以表征雷达信号的指纹特征问题上还存在争论,没有系统的理论。从脉冲包络上升沿方面进行分析研讨,提出一种利用上升沿进行基于多脉冲乃至单脉冲的雷达个体识别方法。仿真结果表明,在一定信噪比下该方法具有可行性。

不同上升沿电磁脉冲对腔体耦合的研究

利用CST研究了不同上升沿和脉冲宽度的电磁脉冲分别对腔体上开有不同形状(正方形、长方形、正六边形)孔缝的耦合效应规律,研究表明:随着脉冲上升沿和脉冲宽度的缩短,电磁脉冲含有的高频能量越丰富,对目标腔体耦合作用越明显.

上升沿调制的单周控制直流侧APF的研究

单周控制直流侧有源电力滤波器不需要检测负载电流、不需要计算负载电流的谐波和无功分量、不需要乘法器,具有主电路结构新颖、控制电路简单以及补偿效果好等优点。在深入分析单周控制直流侧APF的基础上,提出了一种上升沿调制的单周控制直流侧APF,相比较传统的下降沿调制单周控制直流侧APF,控制电路更为简单,仿真结果验证了理论分析的正确性。

基于回波包络上升沿拟合的超声波飞行时间测量方法

超声波飞行时间是超声波检测技术应用中一个重要的参数,直接影响甚至决定其检测效果。针对超声波飞行时间高精度测量的要求,在分析超声波传感器响应模型的基础上,提出了一种基于回波包络上升沿拟合的超声波飞行时间测量方法。该方法在双激励条件下,将周期数少的激励信号的停止时刻作为测量起点,通过粒子群优化算法进行回波包络上升沿拟合,以确定两个上升沿分离时刻所在周期,最终确定超声波飞行时间的测量终点时刻。与阀值法和互相关法的对比实验表明,该方法具有较高的测量精度和实用性。

基于码元上升沿特征提取的PUE攻击检测研究

为了有效解决PUE攻击检测问题,提出了一种基于码元上升沿特征提取的PUE攻击检测方法。在论证码元上升沿特征可以作为细微特征提取的基础上,结合统计分析,定义特征加权差,放大不同辐射源的特征差异,并以此构建新的PUE攻击检测方法。该方法运算简单有效,满足认知无线网的实时快速检测要求。仿真实验表明该方法具有较好的可靠性和稳定性。

纳秒级上升沿100 kV方波发生装置研制

为了能够在高幅值、陡上升沿的方波电压下开展特快速瞬态过电压(very fast transient overvoltage, VFTO)传感器的性能测试,研制了上升沿纳秒级、输出电压幅值最高可达100 kV的方波发生装置。首先,建立了方波发生装置的电路模型,推导了输出电压波形上升时间、波尾时间的估计式;仿真分析了脉冲电容器电容值、负载电阻、回路总电阻、回路电感对输出波形的影响;设计、研制了结构紧凑的100 kV方波发生装置,并测试了其输出性能。测试结果表明,其输出电压的上升时间<5 ns,在波尾1μs时的平顶降<1%,且重复性良好,可用于VFTO传感器的标定。

基于上升沿波形配对的信号分选方法研究

针对当前分选算法中普遍存在增批、漏批的问题,提出了基于上升沿波形配对的分选方法。该方法通过Hilbert法提取辐射源信号的包络波形,并采用三次样条插值法进行拟合,提取具有指纹特性的包络上升沿波形特征,利用Hausdorff距离函数作为相似性度量的方法进行波形配对。通过三组实验,验证了基于上升沿波形配对分选方法的有效性,以及上升沿波形的选择和采样点数对该方法的影响。

PEF中脉冲上升沿对金黄色葡萄球菌杀菌的影响

方波脉冲因能量集中、能量利用率高、杀菌效果好而被认为是PEF技术的最优选择。但关于其上升时间对杀菌效果影响的研究和报道都比较少。为此,研究了在脉冲电场(PEF)技术中,高压方波脉冲的上升前沿对金黄色葡萄球菌杀菌效果的影响。通过实验分别比较了在上升时间为2μs和200ns的高压方波脉冲作用下,3种不同电导率(1.5、2.0、2.5mS/cm)的苹果汁在有效处理时间75μs、电场强度分别为25、30、35kV/cm下对金葡菌的杀灭效果。实验结果表明:在处理时间和脉冲电场强度等其它因素都相同的条件下,陡前沿的方波脉冲电场比上升时间长的方波脉冲电场对金葡菌的杀灭效果更好,平均能提高0.5个对数;处理后的温升也要低1～6°C。

脉冲电压上升沿对He大气压等离子体射流管内放电发展演化特性的影响

通过仿真和实验相结合的手段,以直流脉冲电压驱动的双环电极结构He大气压等离子体射流为例,研究了电压上升沿时间对管内放电等离子体发展演化特性的影响.随着电压上升沿的改变,管内介质阻挡放电(dielectric barrier discharge,DBD)区出现空心和实心两种放电模式.上升沿为纳秒和亚微秒量级时,以空心模式发展,上升沿持续增加后转变为实心模式.放电模式本质上受鞘层厚度、管内电场和表面电荷密度分布的影响,鞘层厚度小于1.8 mm时等离子体通常以空心模式传播,等于1.8 mm时等离子体的径向传播范围有限而转变为实心传播.管内DBD区,电场以轴向分量为主时,等离子体以放电起始时的模式传播;而在地电极内部,由于外施电场方向发生径向偏转,同时管壁沉积的正电荷形成径向自建电场,两者叠加形成的强径向电场致使放电以空心模式传播.