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高压超快电磁脉冲辐射特性及其实验规律研究

作　者: 史瑞
导　师: 施卫
学　校: 西安理工大学
专　业: 光学
关键词: 光电导开关 超宽带电磁辐射 双脊喇叭天线
分类号: TN925
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


超宽带(UWB)技术在通信、雷达、电子对抗等领域具有广泛的应用。高增益超宽带天线作为超宽带高功率的关键技术之一,具有非常重要的研究意义。半导体光电导开关(简称PCSS)是一种新型的高功率超宽带电磁脉冲源,它具有传统开关不可比拟的优点,宽带天线发射的频谱可以从几十MHz伸展到几GHz甚至几十GHz,其产生线性电磁脉冲的相对带宽超过25%。而且光导开关具有高增益特性和具有被较低能量的光脉冲激励的优点,进而使制成全固态化微型高功率的超宽带微波脉冲产生器系统成为了可能。然而,非线性工作模式下的辐射现象还未见有报道,用来解释非线性模式下的光激发电荷畴理论还需要进一步的完善。此外,开关工作于线性工作模式时,实验室条件对于辐射的影响,开关间隙与光脉冲宽度和频谱分布之间的确切关系还需要进一步的研究。本论文对于半绝缘GaAs光电导开关产生超宽带电磁辐射的机理及测试结果进行了分析与研究。主要对比分析了ps激光脉冲触发不同间隙半绝缘GaAs光电导开关产生超快电磁脉冲的时间特性以及对应频谱的能量分布特性,实验数据显示小间隙开关对辐射有利；分别用ns、ps、fs激光脉冲触发半绝缘GaAs光电导开关产生超快电磁脉冲的时间特性以及对应频谱的能量分布特性,得出输出电脉冲的频宽主要决定于电脉冲的上升沿和下降沿,电脉冲越窄,频谱分布越宽,电脉冲上升沿决定频谱的高频部分,其下降沿决定频谱的低频部分的结论；以及ps激光脉冲触发半绝缘GaAs光电导开关产生的非线性下的实验,对该电磁脉冲的时间特性以及对应频谱的能量分布特性做以分析。在此工作的同时,分别研究了以上实验所得数据频域特性和时域特性之间的关系。分析表明窄间隙开关在脉冲在不损失上升时间的前提下,辐射频谱较宽,辐射效率相对高。同时,在本文中,结合光激发电荷畴理论,对于非线性脉冲辐射实验提出了非线性脉冲的维持阶段是由许多窄脉冲包迹组成的假设,并且对假设进行了初步的分析。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
1 概述  8-12
  1.1 研究超宽带电磁辐射的意义  8
  1.2 超宽带电磁辐射的发展历史和研究现状  8-9
  1.3 超宽带电磁辐射的特性简介  9-10
  1.4 超宽带脉冲源与天线  10-11
    1.4.1 超宽带脉冲源  10-11
    1.4.2 超宽带脉冲天线  11
  1.5 论文主要研究内容  11-12
2 半绝缘GaAs光电导开关的导通原理及加工设计  12-25
  2.1 光电导开关的发展历史及研究现状  12-14
  2.2 光电导开关的工作原理  14-19
    2.2.1 光电导开关的基本工作原理  14-16
    2.2.2 光电导开关的等效电路  16-18
    2.2.3 光电导开关的光激发电荷畴模型  18-19
  2.3 光电导开关的工作模式  19-21
    2.3.1 光电导开关的线性工作模式  19-20
    2.3.2 光电导开关的非线性工作模式  20-21
  2.4 光电导开关的应用  21-24
    2.4.1 PCSS用于大电流点火装置  21-22
    2.4.2 PCSS用于超宽带脉冲源  22
    2.4.3 PCSS用于THz电磁波发射源  22
    2.4.4 PCSS在其他方面的应用  22-24
  2.5 本章小结  24-25
3 光电导开关产生超宽带电磁辐射的工作原理  25-32
  3.1 实验设备  25-27
    3.1.1 激光器与示波器  25
    3.1.2 双脊喇叭天线  25-26
    3.1.3 GaAs光电导开关  26-27
  3.2 光电导开关的结构设计与选材  27-29
    3.2.1 光电导开关的结构设计  27-28
    3.2.2 光电导开关的选材  28-29
  3.3 半导体的光导效应  29-30
  3.4 光电导开关产生超宽带电磁辐射的工作原理  30-31
  3.5 本章小结  31-32
4 实验简介及实验结果分析  32-45
  4.1 实验内容  32-33
    4.1.1 实验简介  32
    4.1.2 实验数据处理方法  32-33
  4.2 实验结果及分析  33-44
    4.2.1 用ps光脉冲分别触发不同间隙的PCSS及其实验分析  33-37
    4.2.2 分别用ns、ps、fs激光器触发PCSS及其实验分析  37-42
    4.2.3 用ps激光器触发半绝缘GaAs光电导开关时的非线性现象  42-44
  4.3 本章小结  44-45
5 结论及展望  45-47
  5.1 本文研究工作总结  45
  5.2 未来工作展望  45-47
致谢  47-48
参考文献  48-51
附录  51

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线通信 > 无线电中继通信、微波通信
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