【摘 要】
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现代科技发展日新月异,使得电子设备所处的电磁环境日益复杂。强电磁脉冲由于上升时间短,覆盖频带宽,能量大,从而得到广泛应用,同时也对电子系统产生了极大的威胁。接收机射频前端低噪声放大器是无线通信的典型器件,由于其电磁敏感度较高,因此很容易被电磁脉冲攻击,造成干扰和毁伤。因此有众多学者以低噪声放大器为研究对象,分析了电磁脉冲作用下,低噪放的前门或后门耦合效应。然而,当接收机被电磁脉冲辐照时,作为核心器
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现代科技发展日新月异,使得电子设备所处的电磁环境日益复杂。强电磁脉冲由于上升时间短,覆盖频带宽,能量大,从而得到广泛应用,同时也对电子系统产生了极大的威胁。接收机射频前端低噪声放大器是无线通信的典型器件,由于其电磁敏感度较高,因此很容易被电磁脉冲攻击,造成干扰和毁伤。因此有众多学者以低噪声放大器为研究对象,分析了电磁脉冲作用下,低噪放的前门或后门耦合效应。然而,当接收机被电磁脉冲辐照时,作为核心器件,低噪放必然同时受到前门通道和后门通道的影响,因此本文重点开展了后门耦合作用下前门耦合的损伤效应研究,针对性地提出前门、后门防护方案,并验证其可行性。基于以上内容,论文的具体工作安排如下:首先对接收机的典型组成进行分析,梳理通用的接收机射频链路基本结构,明确低噪声放大器是射频通道中的关键器件,其性能对射频通道影响巨大,并针对低噪声放大器进行损伤机理分析,研究其易受损的特性。以通信卫星接收机工作环境为背景,在ADS软件中采用ATF-55143晶体管搭建S频段的低噪放电路,并分析其增益、噪声、驻波比以及稳定性,确保电路的正确性。其次,对电磁脉冲通过天线进入接收机的前门耦合途径进行仿真分析,得到电磁脉冲前门耦合功率。基于低噪声放大器的损伤机理,仿真分析前门注入条件下,单级低噪放的栅源漏三极电流随注入功率的变化趋势,得到单级放大器的损伤阈值,并提出一般低噪放的损伤阈值判定条件,基于该判定条件,分析得到级联放大器的损伤阈值,并发现其第一级比第二级更容易受损,同时还分析了脉冲频率对级联放大器损伤阈值的影响:总体表现为损伤阈值随频率先增大,后减小。然后,运用“场路分析”模式,进行低噪声放大器后门耦合仿真分析。研究高功率微波的入射方向、极化方向以及相位对低噪放栅极、漏极管脚后门耦合电压的影响,并采用场-路联合仿真的方式,探究后门耦合下不同辐照条件、芯片管脚对低噪放增益和噪声的影响,分析得到级联放大器易损伤的关键部位是其第一级的栅极。明确低噪声放大器后门耦合的干扰阈值,为低噪放后门防护设计提供理论依据。在前门及后门耦合机理研究的基础上,重点分析低噪声放大器前后门联合耦合效应。研究在前门耦合作用下,后门耦合对低噪放增益、电流以及损伤阈值的影响。最后针对前门和后门的联合耦合效应提出联合防护方案。通过限幅器实施前门防护,并分析两级PIN限幅电路对高功率微波的防护能力和效果,发现它只能满足单独前门耦合时的防护设计要求,当电磁脉冲同时作用于前后门时,需在前门防护的基础上,通过屏蔽实施后门防护,并开展屏蔽腔屏蔽效能的受扰分析,研究不同入射方向、极化方向、盖板紧固程度、盖板方式和SMA接头泄漏等因素的影响。对比分析防护前后低噪声放大器的注入功率及关键部位耦合场强,验证限幅+屏蔽的前门-后门防护方法的可行性。
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