微波放大器在强雷电辐射下的耦合效应研究

摘要

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互耦合进行了数值仿真计算。并以由两条微带线组成的电路系统为例，结合边界条件计算了输出端至输入端的电压耦合系数。结果表明，在不同频率的电磁辐射下，电路系统中存在明显的空间电磁耦合现象。电磁辐射的频率与电压耦合系数之间是非线性的关系，在特定频率的电磁辐射作用下，电压耦合系数达到了最大值。　　本文的工作对更加深入地研究强雷电辐射下的微波放大器的非线性响应有较重要的价值，对强雷电辐射下防止微波放大器失效有一定的理论指导意义。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1研究背景和意义

1.2本文的主要研究工作

1.3本论文的内容安排

第二章微波放大器非线性响应的分析方法

2.1几种常用分析方法简介

2.2时域法分析非线性电路的实例

第三章微波GaAsFET放大器非线性耦合效应的时域分析

3.1微波砷化镓场效应管(GaAsFET)简介

3.2微波GaAsFET的Curtice-3非线性模型

3.3微波GaAsFET放大器的时域法分析

3.3.1微波GaAsFET放大器的简化非线性模型和状态方程

3.3.2不存在正向耦合情况下微波GaAsFET放大器的非线性响应

3.3.3存在正向耦合情况下微波GaAsFET放大器的非线性响应

3.4本章小结

第四章时域有限差分法(FDTD)简介

4.1 Yee氏网格

4.2 Maxwell旋度方程的差分展开

4.3 FDTD法的数值稳定分析

4.4 FDTD法的数值色散分析

4.5吸收边界条件

4.6连接边界条件——激励源的引入

4.7 FDTD对集中元件的处理

第五章微波GaAsFET放大器中的空间电磁能量耦合的数值仿真计算

5.1数值仿真模型

5.2微带电路中空间电磁能量耦合数值仿真

5.3输出端至输入端微带电路之间电压耦合系数的计算

5.4本章小结

第六章结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间的科研成果和获奖情况

致谢