基于PIN二极管压控导电特性的电磁防护罩的设计方案（二）

2018-9-29 16:16:50

1627 二极管网络分析仪

　　3 实验研究
　　以喇叭天线作为防护对象，选用BAP63 型号PIN二极管，FR4覆铜衬底，1 mm宽金属引线，制作防护罩A（3 mm间距）、防护罩B（5 mm间距）。防护罩实物照片及实验配置如图7所示。防护罩紧贴喇叭口面放置，喇叭天线为垂直极化。

　　采用基于矢量网络分析仪的收发天线测试方案。
　　外加直流偏置电压控制PIN二极管的开断，模拟强电磁脉冲作用时防护罩的状态，并测量其插入损耗IL 及隔离度I.实验设置如图8所示。直流电源断开，PIN二极管未导通，防护罩处于高阻态，测量插入损耗IL;直流电源连通，PIN二极管导通，防护罩处于低阻态模式，测量隔离度I.

　　测试结果如图9,图10所示。图中显示不同状态下天线发射与接收功率的比值随频率f 的变化情况。当f<1.6 GHz 时，防护罩插入损耗满足ILB18 dB,其中IB>46 dB（ f=1.55 GHz）；当f>2 GHz时，防护罩A,B 的防护性能趋于一致，曲线波动对应频点基本相同，仅存在幅度上的微小差异。

　　PIN二极管的封装电容和电感会影响其阻抗特性。
　　防护罩B 在屏蔽时，PIN 二极管阵列导通产生谐振，对强电磁脉冲的反射与吸收同时存在。防护罩B 网格尺寸较大，但有IB>IA（ f<2 GHz）。防护罩B 在透波时，存在寄生电容、电感，消除了纯电容情况的大幅谐振，防护罩的透波性能得到改善，仅有部分频点小幅谐振。
　　实测外加直流偏置后，二极管的正向导通压降为0.8 V,导通电流为20 mA.由于高电平微波信号对二极管I 区电导率调制作用不如直流有效，强电磁脉冲辐照功率密度将大于上述数据。通过调节金属网格尺寸、降低PIN 二极管限幅门限、提高PIN 功率容量等措施，可制作针对不同防护需求的防护罩。
　　4 结论
　　本文通过分析PIN二极管的压控导电特性，结合金属网格屏蔽理论，提出了电磁环境自适应防护罩的设计方案。之后对理想防护罩进行了仿真研究，分析了各因素对防护罩防护性能的影响；对防护罩进行实验研究，从传输特性角度对其性能进行分析，实现了1.6 GHz以下频段防护罩插入损耗小于2 dB;2 GHz以下频段，隔离度大于18 dB.该电磁防护罩具有自适应、超宽带等优点。通过改善加工工艺、调整网格结构和选用理想器件，可实现对不同频段、不同防护需求的装备和系统的强电磁脉冲防护。（作者：李岩，杨成，韩煜瑾，曾正中）