为提高航空甚高频(VHF)通信设备的电磁防护能力, 提出了一种基于 PIN二极管的限幅器。采用先进设计系统 (ADS)仿真研究了不同二极管级数对限幅器插入损耗以及限幅性能的影响, 设计了一款由 PIN对管并联结构、集**数定向耦合器、整流电路与匹配电路相结合的半有源式限幅器, 通过将部分干扰信号转变为直流的方式, 为二极管提供偏置电压, 降低限幅器的限幅电平。性能测试结果表明, 在 118~136 MHz的频率范围内, 半有源式限幅器的插入损耗小于 1 dB, 输入输出端口的回波损耗大于 20 dB, 限幅电平小于 7.5 dBm, 功率容量大于 25 dBm, 实现了低插入损耗与高限幅性能。

针对限幅器遭受功能或物理损伤而发生的非线性效应, 给出了一种基于信号分析的受损限幅器非线性效应研究新视角, 并从该视角出发, 提出了模型建立方法。该方法首先测得受损限幅器幅频响应序列, 将其转化为零均值实平稳序列; 然后计算该序列的自相关函数和偏相关函数, 估计自回归滑动平均(ARMA)模型的阶数; 最后采用最小二乘法估计出模型的表达式, 并采用最终预测误差(FPE)准则对该表达式进行校验。试验结果和理论分析验证了该方法的良好效果。

基于物理模型法研究PIN限幅器二极管的微波脉冲热效应, 研究了间隔1~20 ns的两个微波脉冲构成的组合脉冲与单个长脉冲对于器件峰值温度的影响。仿真结果表明: 带有间隔的组合脉冲相对于长脉冲温升更明显, 不同型号二极管的最佳时间间隔不同, 与I层厚度成正相关的作用。分析了脉冲间隔的热效应机理, 是载流子恢复引起下一个脉冲的尖峰泄漏加速升温, 以及P区温度升高使得本征载流子浓度增加引起电热正反馈共同作用的结果。

基于器件物理模拟分析法研究PIN限幅器二极管的微波脉冲热效应, 利用Sentaurus-TCAD仿真器建立了PIN二极管二维多物理场仿真模型, 研究了在5.3, 7.5, 9.4 GHz的微波脉冲作用下, 不同Ⅰ层厚度的二极管模型的峰值温度变化。仿真结果表明: Ⅰ层厚度对PIN二极管微波脉冲热效应的影响分两个阶段, 拐点前厚度增加, 峰值温度提高, 拐点后厚度增加峰值温度降低; 一定范围内微波脉冲频率的变化对“拐点”影响不明显。

采用一个混合模拟方法研究计算了不同频率高功率微波(HPM)辐照下含有PIN限幅器的PCB电路上的耦合信号。该混合模拟方法基于瞬态电磁拓扑和器件/电路混合模拟技术，实现了场、路、器件的混合模拟，能够模拟计算出HPM辐照下屏蔽腔内PCB电路上的耦合信号。用该方法研究计算了频率分别为1，1.25和2.5 GHz的HPM在PCB电路上的耦合信号。计算结果表明：当PCB电路无屏蔽腔时，1 GHz HPM的耦合信号最大，而PCB电路有屏蔽腔时，2.5 GHz HPM的耦合信号最大；PIN限幅器在耦合信号较大时具有较好的抑制作用。