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微波放大器在强雷电辐射下的耦合效应研究

穆玉珠  
【摘要】:微波放大器是许多电子系统不可缺少的组成部分,应用于接收机前端则发挥着输入小信号放大的重要作用。然而,电子系统对瞬态电磁现象越来越敏感,其安全性、可靠性和电磁兼容性问题也日益突出。雷电(Lightning)是重要的瞬态电磁现象之一,伴随其产生的雷电电磁脉冲是严重的自然电磁干扰源,所以雷电电磁场对电子系统的有害耦合效应受到了广泛的关注。相关研究表明,在雷电电磁辐射环境下电子系统接收机可能耦合较大的雷电电磁能量,将会引起微波放大器表现出强烈的非线性特性,这对于常规工作条件下的微波放大器来说是十分不利的。 本文从电子系统接收机耦合较大雷电电磁能量的具体情况出发,以一种微带电路结构的微波GaAsFET(砷化镓场效应晶体管)放大器为例,对其耦合效应进行了研究。首先用时域法分析了该微波放大器的非线性耦合效应。引入Curtice-3非线性模型建立了大信号作用下微波放大器的状态方程,并在输出端至输入端之间存在正向耦合与不存在正向耦合两种情况下进行求解,考察正向耦合的电磁能量与GaAsFET漏源电流的之间关系。经研究发现,在耦合的雷电电磁能量未达到直接造成微波放大器失效的能量阈值的情况下,当不存在正向耦合时,该放大器仍处于正常工作状态。而当存在的正向耦合能量超过一定的阈值时,正向耦合与该微波放大器大信号作用下的非线性响应共同作用将会引起GaAsFET漏源电流的“突变”,这种电流突变就为相对较小的雷电电磁能量造成系统失效甚至微波放大器被烧毁提供了一种可能的解释。 本文对微波放大器中的空间电磁耦合途径和耦合系数进行了分析和计算。运用FDTD(时域有限差分)方法对不同频率的电磁辐射与微波放大器之间的相


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