多器件联合L波段强电磁脉冲防护模块仿真设计

目的设计针对L波段射频前端敏感器件的强电磁脉冲防护模块,利用瞬态电压抑制二极管、气体放电管和发夹型微带带通滤波器进行联合仿真设计。方法瞬态电压抑制二极管具有快速响应时间,气体放电管具有高功率容量,而微带带通滤波器可分离噪声信号,并保留有效信号。通过结合这些器件进行防护设计,可以充分发挥各自优势,提高系统稳定性和强电磁脉冲防护能力。结果该模块设计工作频段为1.3~1.7GHz,带内插入损耗小于1.5dB,在70dBm功率注入的情况下,防护效果可以达到42.5dB,具有良好的防护效果。结论通过分析研究不同器件的特性和优化设计,实现了对L波段频谱的防护,具有重要的实用价值和广阔的应用前景。

超宽带强电磁防护能量选择表面设计

为应对强电磁脉冲对电子信息系统的威胁,设计了一种具备收发兼容特性的超宽带强电磁防护能量选择表面,有效拓展了能量选择表面的工作带宽和工作频率,可为L、S、C波段的超宽带用频装备提供不低于14 dB的防护效果。该能量选择表面是一种周期结构,每个单元包含一对箭头形结构和一个开关二极管,可根据外界辐照电磁波的能量密度自适应切换反射或透波状态,从而实现强电磁防护与工作信号收发兼容。仿真研究表明,这一新型能量选择表面在L、S、C波段的插入损耗小于1 dB,强电磁防护能力达到22 dB。在波导中对设计的样件进行了性能验证,结果显示,该样件在波导中的平均插入损耗为1 dB,防护能力达到了14 dB,初步验证了设计结构的低插入损耗和高防护特性。

基于压控导电结构的能量选择表面防护机理和仿真实验研究

为解决强电磁脉冲防护中屏蔽与正常信号收发之间的矛盾,研究了一种既能隔离强电磁脉冲,又能保证被保护设备信号正常收发的能量选择表面(ESS)。基于可变表面阻抗理论研究ESS的防护机理;根据强电磁效应改变二极管的阻抗特性和实现能量选择的特点,设计了一种正反并联的二极管对阵列组成的可防护线极化强电磁脉冲的ESS,并进行仿真和实验分析。结果表明:所设计的ESS对弱电磁信号的插入损耗小于2 dB,对强电磁信号的隔离度大于20 dB,实现了能量低通的选择特性。

电磁能量选择表面的场路协同仿真与实验研究

为研究能量选择表面的防护性能,采用PIN二极管Spice模型,通过时域的场路协同仿真得到了能量选择表面(ESS)的瞬态响应波形。对影响插入损耗和防护效能的参数进行研究,优化结构参数,减小了尖峰泄漏。研究表明,双层ESS较单层ESS能够有效防护反向脉冲,同时增加单元金属条的长度能够减小脉冲尖峰泄露。通过强电磁脉冲辐照实验,验证了ESS小信号传输与强电磁脉冲防护的自适应防护能力,为强电磁脉冲的防护提供了可靠的方法。

能量选择表面的瞬态响应

为实现强电磁脉冲防护和信号收发的兼容,研究了一种基于能量选择机制的强电磁防护结构,即能量选择表面。该防护表面利用半导体压控导电特性,实现了强场辐照时防护表面由高阻态向低阻态的转变,具有能量低通特性和超宽带特性。利用场路协同仿真方法,分析了能量选择表面瞬态响应与PIN二极管阻抗特性、强电磁脉冲峰值场强及脉冲前沿的关系,结果显示:尖峰泄漏功率和响应时间与Ⅰ层厚度、强电磁脉冲峰值场强成正比,与少数载流子寿命成反比变化。

能量—频率选择表面级联复合设计与仿真

针对空间场强电磁防护中带外滤波—带内限幅的需求,研究了能量—频率选择表面级联复合的防护方法,设计出一种典型的防护结构,通过时域有限差分对防护结构进行了稳态和瞬态分析,尤其是不同情况下频率选择表面与能量选择表面的相互耦合。计算结果表明:该防护结构对通带内正常信号的传输衰减小于1.55dB,强电磁脉冲传输衰减大于20dB,因而其既能阻止强电磁脉冲进入系统,又可有效抑制带外电磁干扰。

石墨烯能量选择表面研究

高功率脉冲可以通过耦合进入电子设备与系统,导致系统严重损坏和干扰。为防止系统的损坏,研究了一种既能保护系统正常工作,又能防止高功率脉冲进入系统的能量选择表面。石墨烯是一种电导率可调的新型二维材料,在不加电压偏置时,电磁波能以较小的损耗透过石墨烯能量选择表面,当高功率脉冲入射时,在石墨烯上加电压偏置,可以调节石墨烯的电导率,使得能量通过石墨烯表面时有较大的损耗,保护系统内部电子设备不被高功率脉冲损坏,实现了能量低通的选择。