高功率微波对等离子体限幅器加热效应分析

等离子体限幅器利用入射的高功率微波电离气体,产生等离子体;该等离子体反射和吸收微波能量,保护电子设备不受来袭高功率微波损毁.基于射线跟踪理论,研究高功率微波透射功率随等离子体频率和电子碰撞频率的变化规律,分析加热效应对等离子体限幅器件防护性能的影响.对于长脉冲高功率微波,计算结果表明:随着温度升高,等离子体频率增高,使得微波透射功率减小,防护效果得以改善.在低气压限幅器中,考虑电子碰撞频率影响,选用Xe作为电离气体产生等离子体,能使限幅器更有效地发挥效能.     

用于微波无线能量传输的高效率惠更斯超表面透射阵

设计了一款工作在5.8 GHz用于微波无线能量传输的双层惠更斯超表面透射阵天线。惠更斯单元由一对1 mm厚的反对称E形单元构成，同时实现360°相位控制和高传输幅度(-0.82 dB)。该设计突破了传统双层频率选择表面的限制，同时提高了透射阵的辐射性能。透射阵尺寸为380 mm×380 mm,实测结果表明透射阵增益达到26 dB,口径效率为58.7%。在微波无线能量传输外场实验中，测试距离达到18 m,加载透射阵后，接收功率最高获得8.3 dB的增幅。     

高功率微波在自生等离子体中的传输特性

分析了自生等离子体的形成过程,研究了高功率微波在自生等离子体中传输时的反射、吸收和透射特性,并进行了数值模拟。讨论了大气传输过程中反射系数和透射系数的变化情况,从而对高功率微波发射参数进行合理设置。结果表明在一定条件下高功率微波发射参数存在一个合适的脉宽和场强。     

一种双频能量选择表面的设计

文中提出了一种能在两个工作频段对高功率微波进行自适应防护的双频能量选择表面,它由两个分 别加载了二极管和集总电容的开口谐振环构成,在C 波段(5. 4~6. 0 GHz)和S 波段(2. 6~2. 8 GHz)各产生一个信号 通带。当入射波的场强超过设定阈值时,二极管被谐振环上的感应电压导通,使得谐振环的谐振状态发生变化,两 个信号通带自动关闭,从而屏蔽高功率微波。通过表面电流和电场分布阐述了设计思路和工作原理。采用PCB 工 艺制作了样件并分别在弱场和高功率辐照下进行了传输系数的测量实验。仿真和实验结果具有良好的一致性,表 明双频能量选择表面在两个信号通带的插入损耗均小于1 dB,防护效果大于15 dB(其中C 波段的信号通带内防护 效果大于25 dB),能对高功率微波进行有效防护。     

电磁波在等离子体中的传播衰减

针对通信黑障的问题,文中从电磁波在等离子体中的传播特性出发,利用Matlab数值仿真,研究不同电磁波频段,不同等离子体参数,包括等离子频率、碰撞频率、等离子温度、压强等对电磁波传播衰减的影响,以及外加磁场作用下,不同极化的电磁波在等离子体层的传播衰减特性。研究结果表明:外加磁场可明显降低圆极化电磁波衰减,并且当外加磁场满足一定条件,大于最小磁场强度时,电磁波衰减小于10 dB;且同等条件下右旋极化比左旋极化电磁波的衰减更小,为了获得较小的电磁波衰减,右旋极化电磁波所需的磁场强度也小于左旋极化。     

表面波等离子体防护高功率微波

高功率微波武器的快速发展,对军用电子设备构成了极大威胁。文章在分析用传统防护手段防护高功率微波方面所具有的缺陷的基础上,提出用表面坡等离子体技术防护高功率微波,并对表面波等离子体防护装置进行了描述,详细阐述了该装置的防护原理,总结了该防护技术在现实防护中的优点。     

大气压电子束等离子体密度诊断实验

大气压电子束等离子体密度诊断用微波法和光谱法较为合适,根据微波在等离子体中的传播特性,利用微波透过等离子体时透射能量衰减和相位变化,计算等离子体密度,并与光谱诊断结果进行比较,2种方法诊断结果基本一致。在微波诊断等离子体实验研究中,发现空气湿度对大气压等离子体密度有显著影响,利用大气化学模型仿真研究湿度对等离子体密度影响规律,获得与实验测试一致的结果。     

影响等离子体隐身效果的因素分析

对引起电磁波在非磁化等离子体中衰减的两个因素——等离子体温度和电子密度进行了分析。当等离子体电 子密度达到6.0×1017/m3,温度在600K 以上时,等离子体吸收效果明显。研究结果表明电子密度是影响电磁波吸收的 根本原因; 在现有等离子体发生器能产生的电子密度下,1200K 为最佳温度值。     

Ka波段电磁波在大气等离子体中的透射特性

在大气环境模拟实验平台上,利用S波段高功率微波(HPM)击穿大气产生等离子体,开展Ka波段电磁波在等离子体中的传输特性实验研究,得到不同频率电磁波下等离子体传输衰减规律,并发现电磁波与大气等离子互作用呈现透射新颖现象：Ka频段透射增强或减弱呈振荡形式,透射增强最大增幅接近2倍,最大增强频点附近透射增强以周期性规律出现,间隔周期约为80 MHz。随着气压升高,透射增强现象仍然存在,但增强幅度随之减小。理论分析了可能引起透射增强的原因,该试验研究成果为HPM大气等离子体在隐身、黑障通信等方面的应用提供了可能。     

激波管等离子体中太赫兹波传输特性仿真与实验研究

研究了太赫兹波在透射波窗口封闭的激波管中的等离子体中的传输特性,获得了传输衰减量随等离子体电子密度、碰撞频率、透波窗口材料以及电磁波频率的变化规律,并比较了相同条件下毫米波的传输特性.利用激波管为实验平台模拟产生高速飞行器等离子体,开展了太赫兹波在等离子体中传输特性实验.结果表明,太赫兹波在相同电子密度和碰撞频率的等离子体中衰减量比毫米波小得多;随着等离子体碰撞频率的增加,太赫兹波传输衰减量先增加后减小,透波窗口增加了太赫兹波的传输衰减;随着窗口材料的介电常数增加,太赫兹波反射率增加,太赫兹波传输衰减曲线出现周期性振荡,振荡周期约5 GHz;太赫兹波通信可能作为一种解决再入飞行器黑障问题的有效技术途径.     

激光等离子体丝阵列对10 GHz微波传输特性的影响

为了研究飞秒激光等离子体丝阵列对10 GHz微波传输特性的影响,利用COMSOL软件构建了飞秒激光等离子体丝阵列与微波相互作用的数值仿真模型,研究了等离子体丝阵列参数、等离子体特征参数、阵列层数对微波反射率和透射率的影响。数值结果表明:当微波的电场方向垂直于等离子体丝轴向时,无论微波相对于丝阵列的入射角如何变化,丝阵列对微波完全没有影响。增加丝的直径或者电子数密度、减少阵列间距或者电子温度都可以使反射率增加,透射率减小。光丝直径为500m,阵列间距为1 mm的等离子体丝阵列对10 GHz微波反射率最大可达到0.88,此时等离子体的特征参数为ne=11023 m-3,Te=0.3 eV。当增加丝阵列的层数时,透射率减小,最终趋近于0,而反射率则保持不变。该研究结果对飞秒激光等离子体丝阵列屏蔽干扰微波具有重要意义。     

A tunable microwave notch absorber filter

A magnetized plasma column is found to be a notch absorber of microwave radiation propagating in the extraordinary mode. Based on this fact, a compact tunable microwave filter is designed and tested successfully. The center frequency of the absorbed band can be varied by adjusting the background magnetic field stength. The 3dB bandwidth and amount of attenuation are functions of the plasma current. These characteristics offer a great tunability, often sought after in microwave devices. This filter can find applications in microwave measurement systems where filtering of unwanted harmonics and spurious signals can directly affect the accuracy and resolution of the measurements.     

Ku波段6bit数字衰减器MMIC的小型化设计

基于0.25μm GaAs增强/耗尽(E/D)型赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)工艺,设计并实现了一款集成了6 bit并行驱动器的数字衰减器单片微波集成电路(MMIC)。该衰减器采用T型衰减网络结构,不仅缩小了芯片面积,并且可实现较好的衰减精度和衰减附加相移。芯片在片测试结果表明,在-5 V电源电压下驱动器的静态电流为1.8 mA,响应速度为25 ns。在9~18 GHz频率范围内,衰减器芯片的插入损耗不大于3.6 dB,均方根衰减精度不大于0.7 dB,衰减附加相移为-2°~4°,输入电压驻波比(VSWR)不大于1.25∶1,输出VSWR不大于1.5∶1。芯片尺寸为1.6 mm×0.6 mm×0.1 mm。该电路具有响应速度快、功耗低、面积小、衰减附加相移小等优点,可广泛应用于通信设备和微波测量系统中。     

P-GN/Ni复合材料的制备及其微波吸收性能研究

本文采用一步溶剂热法成功制备了磷掺杂石墨烯/Ni纳米复合材料(P-GN/Ni),并系统研究了其微纳结构和微波吸收性能。透射电镜(TEM)结果显示Ni纳米颗粒呈海胆状,并均匀地负载在半透明褶皱的磷掺杂石墨烯(P-GN)上。相比单独的海胆状Ni纳米颗粒,P-GN/Ni纳米材料表现出优异的微波吸收能力。在厚度仅为1.5 mm时,复合材料在17.3 GHz下反射损耗值(RL)达到了-34.8 dB且有效吸收带宽(RL<-10 dB)为3.7 GHz。复合材料的厚度为1.5-5.0 mm时,其有效吸收带宽为14.9 GHz(3.1-18 GHz),覆盖S波段到X波段,在微波吸收领域具有潜在的应用价值。微波吸收机制研究表明P-GN的引入,一方面利用磁损材料与电损材料的协同效应优化了阻抗匹配,另一方面极大地增加了材料的电导率和界面极化能力,提高了复合材料对电磁波的衰减能力。     

复杂电大开口腔体的高功率微波防护分析

提出考虑传输衰减的高功率微波(HPM)激励模型,基于镀膜透明介质结构设计流程,给出了电磁透射率、反射率计算方法和厚度远低于网格尺寸的薄膜等效处理时域有限差分(FDTD)算法,设计了一种透明导电镀膜的介质屏蔽结构,建立复杂结构与电磁参数的真实三维飞机-飞行员模型,开展了电磁防护分析。仿真结果表明:采用电场幅度最值衰减和防护极限评估防护效果具有良好的工程适用性,且该屏蔽结构在一定载频范围内辐射防护效能好,防护极限高。     

高功率微波大气传输电参数优选研究

大气击穿将产生很大的不利影响,高功率微波大气传输过程中应避免发生大气击穿。分析了高功率微波大气击穿的微观机理,研究了高功率微波在自生等离子体中传输时的反射和透射特性,并进行了数值模拟,从而初步探讨了HPM发射参数的优选问题。计算结果表明:在一定环境下,当HPM的频率和场强一定时,HPM发射参数存在一个合适的脉冲宽度;当HPM的频率和脉冲宽度一定时,HPM发射参数存在一个合适的场强。     

Small-sized MMIC amplifiers using thin dielectric layers

Miniaturized MMIC amplifiers utilizing a multilayer structure composed of thin film transmission lines are presented. The fundamental characteristics of the thin film transmission lines for use in microwave active circuits are discussed through calculations by numerical analysis. A two-stage low-noise amplifier, a single-stage wideband amplifier, and a balanced amplifier are designed within very small areas, while good performance is maintained. The results include that a Ka-band single-stage amplifier is fabricated in a 0.8 mm×0.6 mm area with a gain of 8.0-9.5 dB in the frequency range of 16-26.5 GHz and input/output return losses of better than 8 dB at 26.5 GHz. The proposed amplifier configurations can be applied to high density integration of one-chip MMIC modules     

GaAs衬底共面波导S参数标准样片研制

GaAs等固态微波裸芯片电性能测试需要采用探针将共面波导参考面过渡到同轴参考面。设计制作了用于微波探针校准的GaAs衬底的计量级标准样片,包括SOLT 和TRL 校准模块,以及匹配传输线、衰减及驻波等验证模块。提出了平衡电桥结构,兼具衰减驻波标准,带内平坦,且工艺适应性好。经过与国外校准片比对,验证了频率覆盖100 MHz ~50 GHz,驻波比测量范围:1.1,1.5,2.5,5,10;衰减测量范围:-1 dB,-2 dB,-3 dB,-10 dB,-20 dB,-30 dB,-40 dB;匹配负载反射损耗小于-30 dB。同时提取了SOLT校准模块的矢网校准用参数。     

12dB微波薄膜衰减器的设计与制备

基于T型衰减网络结构设计并仿真了工作频率为DC~3GHz的微波薄膜衰减器,并采用磁控溅射法在BeO基片上制备了TaN微波薄膜衰减器。仿真结果表明,所设计的微波薄膜衰减器在DC~3GHz工作频率内,衰减量为12 dB,输入端口电压驻波比小于1.1。测试结果表明,所制备的微波薄膜衰减器在DC~3GHz工作频率内,衰减量为(12.0±0.5)dB。