设计了一种工作在S波段的能量选择表面，可实现超宽带自适应强电磁防护。该结构由两层金属周期结构组成，顶层为两个对称分布的金属条和一个金属片，金属条与金属片间加载两个PIN二极管；底层为十字架结构。当入射电磁波场强低于阈值时，能量选择表面工作在透波状态，电磁波可以传播；当入射电磁波场强超过阈值时，金属条和金属片之间产生的感应电压使得PIN二极管导通，此时能量选择表面进入防护状态，电磁波被屏蔽。通过对能量选择表面在PIN二极管导通和截止状态下的表面电流和电场分布以及等效电路模型进行分析，解释了该结构的工作原理。采用PCB制作工艺加工了实物样板并对弱场入射下的插入损耗以及强场入射下的防护效能进行测试。实验和仿真结果匹配性良好，表明该能量选择表面在透波状态下的工作中心频率为2.7 GHz，插入损耗小于1 dB的工作频带为2.2～3.5 GHz；在防护状态下，工作频带的防护效能大于10 dB，达到了超宽带的要求。

为了在宽频内实现可开关的高效率线极化转换，设计了一个嵌入PIN二极管的十字架型极化转换超表面。仿真结果显示，当PIN二极管处于导通状态时，在4.03～7.71 GHz范围内，该超表面的极化转换率超过90%，相对带宽为62.7%；当PIN二极管处于截止状态时，该超表面在工作频段相当于反射板。通过理论分析和表面电流分布解释了极化转换机理。最后，对所制作样品的实验测量进一步证实了该超表面可开关的极化转换效果。所设计的超表面有望应用于电磁兼容和极化探测等领域。

该文设计了一种具有四陷波及可重构特性的超宽带天线。通过在天线辐射贴片、微带馈线上刻蚀U形槽, 以及在改进型地板上添加环形开口寄生单元来实现天线四陷波特性。采用在陷波结构中加入PIN二极管开关的方法实现陷波可重构特性, 通过开关的断开与闭合, 分别实现三陷波和四陷波特性, 从而进一步提高了超宽带频段的利用率。分析了天线陷波产生的原理, 研究了天线部分尺寸参数对陷波的影响。通过仿真和实物测量结果对比表明, 该天线在3~11.74 GHz频段内可有效抑制窄带系统的干扰。天线尺寸为24 mm×16 mm×0.8 mm, 结构较紧凑, 可广泛用于各种超宽带通信系统。

设计了一种应用于毫米波开关及限幅器的异质结AlGaAs/GaAs PIN二极管材料结构,接着对影响二极管性能的两个主要因素(Al掺杂量和I层厚度)进行分析和优化,然后采用分子束外延与半导体工艺流片制备出了验证器件。对该器件进行测试,测试结果表明,所制备的PIN二极管的开启电压为1.06 V,击穿电压为26 V;在1~40 GHz频率范围内,该二极管的插入损耗为1 dB左右,隔离度为12 dB(频率为30 GHz时)。所制备二极管可应用于毫米波开关和限幅器电路中。

基于固态等离子体表面 P-I-N(S-PIN)二极管设计了一款可重构天线, 该天线用多个 S-PIN单元代替金属作为辐射器。在一种激励模式下, 天线作为单极子天线辐射; 在另一种激励模式下, 天线作为偶极子天线进行辐射。天线实现了 X波段到 Ka波段的频率可重构, 即在 X波段和 Ka波段分别有 2个工作频点, 2个频段均有广泛用途, 可适用于一些要求宽频带范围内频率可重构的场合。

为了在不同时域下获得兼具带通与带阻空间滤波功能的低频频率选择表面(FSS), 提出了一种带通与带阻型FSS可自由切换的设计方法, 即在基于卷曲技术设计的小型化FSS表面上贴装电控PIN二极管, 并利用“场-路”协同仿真的方法进行建模与计算。其中, 卷曲图案既是滤波结构, 也是馈电导线。当PIN二极管导通时, 卷曲图案缝隙处产生的电容C1与金属贴片电感L1构成并联LC回路, FSS表现为带通滤波功能; 反之, 焊盘处缝隙及反偏PIN二极管产生的电容C2与金属贴片电感L2串联, FSS切换为带阻滤波功能。采用印刷线路板及表面贴装工艺制作出了400 mm×400 mm 试验样件并采用自由空间法进行测试, 仿真与测试结果表明: 在2.45 GHz处, 当PIN二极管导通时, FSS表现为强透射性能, 反之则表现出强反射效果。这种基于电控PIN二极管开关所实现的带通与带阻型FSS自由切换方法在通信、电磁屏蔽及雷达隐身等领域具有广阔的应用前景。

基于PIN二极管射频限幅的原理，分析了尖峰泄露产生的原因并提出了解决方法。在此基础上采用无源多级PIN二极管结构，提取相应防护电路的S参数，以设计优化匹配网络，研制了工作于1~200 MHz、插入损耗小于0.156 dB、响应时间小于1 ns的射频前端电磁脉冲防护模块。结合PIN二极管模型，利用ADS仿真软件对电磁脉冲防护模块限幅性能进行仿真，并对加工出来的电磁脉冲防护模块进行了测试，结果验证了各项指标满足要求。