高功率微波脈沖對(duì)微帶電路的影響

1．2 HPM對(duì)電容的影響
圖4反映了高功率微波脈沖對(duì)電容電壓產(chǎn)生的影響。由圖可見(jiàn)，照射波電場(chǎng)強(qiáng)度越大，對(duì)電容兩端電壓的影響越大。與圖3比較可以看出，外界照射波對(duì)電容的影響要比對(duì)電阻的影響小很多。

1．3 HPM對(duì)電感的影響
圖5反映了高功率微波脈沖對(duì)電感電壓產(chǎn)生的影響。從圖中可以看出，照射波電場(chǎng)強(qiáng)度越大，對(duì)電感兩端電壓的影響越大。且在電阻、電容、電感這三者中，電感受外界照射波的影響最大。

1．4 HPM對(duì)二極管的影響
二極管是對(duì)高電平瞬時(shí)脈沖最為敏感的電子元器件之一。p-n結(jié)在雪崩擊穿時(shí)，有大量的能量在結(jié)的附近耗散。熱從功率耗散區(qū)的擴(kuò)散并不多，而是在器件內(nèi)部形成很大的溫度梯度。與器件結(jié)相接的局部區(qū)域，溫度可達(dá)器件材料的熔點(diǎn)，這樣，結(jié)最終會(huì)短路。這種現(xiàn)象稱之為熱二次擊穿失效。半導(dǎo)體器件在受到外界高功率微波脈沖照射時(shí)，只有當(dāng)脈沖功率達(dá)到一定的閾值才可能使二極管等半導(dǎo)體器件發(fā)生二次擊穿，如果功率低于此閾值，雖然半導(dǎo)體器件會(huì)受到影響，但是還能恢復(fù)到正常的工作狀態(tài)。以下以二極管為例，通過(guò)仿真來(lái)說(shuō)明高功率微波脈沖對(duì)p-n結(jié)的影響。
如圖1所示，微帶線導(dǎo)帶寬2．43 mm，長(zhǎng)84．66 mm，介質(zhì)層高0．795 mm，介質(zhì)介電常數(shù)εr=2．2。整個(gè)計(jì)算空間區(qū)域變?yōu)?56△x×56△y×30△z，平面波區(qū)域大小為240△z×40△y×14△z，各方向空間步長(zhǎng)為：△x=0．423 3 mm，△y=0．404 6 mm，△z=0．265 mm，時(shí)間步長(zhǎng)△t=0．441 ps，采用二階Mur吸收邊界條件。Us=10sin(2πft)，f=500 MHz。二極管反向飽和電流Is=10-6A，熱力學(xué)溫度T=300 K。
圖6反映了二極管兩端電壓受高功率脈沖照射時(shí)隨時(shí)間變化的情況。從圖中可以看出，當(dāng)脈沖功率達(dá)到一定值時(shí)，二極管的正常工作將受到很大的影響，但當(dāng)脈沖過(guò)后其功能又能恢復(fù)。當(dāng)脈沖功率進(jìn)一步增大時(shí)，二極管將會(huì)被二次擊穿，其正常功能不能再恢復(fù)。

2 屏蔽盒對(duì)微帶電路的保護(hù)作用
在現(xiàn)在的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下，必須對(duì)電子電路進(jìn)行一定的保護(hù)，屏蔽即是一種比較常用的保護(hù)方法。以下通過(guò)例子說(shuō)明屏蔽盒對(duì)簡(jiǎn)單微帶電路的保護(hù)作用。
由于屏蔽盒的引進(jìn)，整個(gè)計(jì)算空間區(qū)域變?yōu)?02△x×76△y×54△z，平面波區(qū)域大小為86△x×60△y×38△z，屏蔽盒大小為70△x×50△y×28△z。在實(shí)際設(shè)備中，屏蔽盒不可能完全封閉，總會(huì)存在通風(fēng)窗等孔縫，因此本模型為更接近實(shí)際情況，在屏蔽盒正面開(kāi)有一條25△y×4△z的小縫，微帶電路位于整個(gè)區(qū)域中央。照射脈沖電場(chǎng)強(qiáng)度為10 kV／m。
圖7為平面波照射被屏蔽的微波電路時(shí)的情形，圖中縱坐標(biāo)為電場(chǎng)分量，單位V／m；兩橫坐標(biāo)分別為仿真空間所占的尺寸格數(shù)。

2．1 電阻
由圖8可以看出，有無(wú)屏蔽盒對(duì)仿真結(jié)果的影響是很大的，在沒(méi)有屏蔽盒的情況下，電阻電壓在外界高功率脈沖的照射下變化很大；而當(dāng)有屏蔽盒時(shí)，外界高功率脈沖的照射對(duì)電阻兩端電壓的影響很小，幾乎可以忽略。