基于压控导电的电磁防护罩的设计方案(二)

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简介:本文设计了一种具有能量选择特性的电磁防护罩,该防护罩基于PIN二极管压控导电特性,具有电磁环境自适应特点。通过分析PIN二极管压控导电特性,提出了基于压控导电的电磁防护罩的设计方案。仿真研究了各因素对理想防护罩防护性能的影响,实验验证了防护罩的能量选择特性。在1.6 GHz以下频段,防护罩对弱电磁信号的衰减小于2 dB,对强电磁脉冲的屏蔽衰减大于18 dB,最大可达46 dB.

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。

基于压控导电的电磁防护罩的设计方案(二)

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.

基于压控导电的电磁防护罩的设计方案(二)

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ILB<ILA< 2 dB,其中ILB 在1 dB左右;当f< 2 GHz时,防护罩隔离度满足I>18 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。

基于压控导电的电磁防护罩的设计方案(二)

基于压控导电的电磁防护罩的设计方案(二)

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)

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