1 pin器件簡介
主要對pin限幅器進行了調研，限幅器為保護電路不受損傷且保障系統在低功率電平下對訊號影響最小，應當具有以下特性：
(1)當訊號電平幅度低於限制門限的訊號提供非常低的插入損耗；
(2)當訊號電平幅度超過限制門限的訊號提供非常高的損耗；
(3)擁有非常快的響應時間，在高功率訊號到達後幾納秒內提供保護。
1.1 工作原理
pin二極體偏置於0 v，當高功率射頻訊號通過時，在pin二極體中會形成這樣一種現象：在射頻訊號的正半周內，微波大電流使載流子在p-和n+的邊界注入，但當射頻電壓反向時，並非所有注入的載流子全部退回，而有一部分進入i區，經過幾個週期後，在i區形成穩態分布，從而使i區由高阻變為低阻，射頻訊號達到較高衰減，只允許一小部分稱之為「平頂洩露」的射頻功率通過(即限幅)；而在達到穩態之前，pin管對射頻訊號的衰減很小，這部分稱為「尖峰洩漏」。pin管的這種射頻電導率調製現象可用於微波限幅器的製作，並有利於製作耐功率較大的微波限幅器。
1.2 電路結構
為提高限幅器的功率容量，可以通過級聯提高，如圖2所示，通過限幅器二極體的級聯和併聯可以極大提高限幅器的功率容量。圖2(a)中的，單級電路圖可以通過圖2(b)的電路形式提高限幅器的功率隔離度，通過圖2(c)的形式，提高限幅器的功率容量。為了提高限幅器的功率容量，可增加級聯和併聯的限幅器二極體數量。
通過耦合輸入訊號進行檢波，檢波訊號對限幅二極體施加正電壓，能有效提高限幅器的功率容量。
圖3所示，電路圖是兩級限幅器，通過級數的增加可以提高限幅器的隔離度。第一級限幅器由耦合檢波器和限幅器共同構成，當脈衝或連續波訊號通過時，耦合檢波器產生乙個正的檢波電壓加到第一級限幅器的限幅二極體的正端，降低限幅二極體r，(二極體正向電阻)
加大對高功率微波訊號的反射，降低施加到限幅二極體的受功率。
1.3 效能引數
1)限幅電平：在輸入功率超過某一數值後，衰減顯著增加，輸出開始穩定。此輸入功率值稱為限幅電平或限幅門限值。一般接收機上用的限幅器，門限值都很低，防止過大的洩漏燒毀敏感器件。
2)插入損耗：在輸入功率小於門限電平時，衰減應當盡可能的小，因為這時的輸入功率為接收機需要的小訊號有用功率，衰減過大將會降低接收機靈敏度。
3)隔離度：當輸入功率為大功率時，限幅器能產生的極限衰減值。
離度，如果隔離度高，則表示限幅範圍大，即使輸入功率很大時，也能維持恆定功率輸出。
4）頻帶特性：對於寬頻器件例如掃頻儀上的限幅器，要求在寬的範圍內限幅電平變動很小，否則在掃頻時輸出將不恆定。
1.4 hpm效應
以pn 結是否因溫度公升高而功能失效, 將hpm 效應分成兩大類, 即非失效效應和失效效應。干擾、翻轉、擾亂沒有造成半導體公升溫或造成的公升溫對pn 結的效能影響甚微, 稱為非失效效應降級和損壞導致半導體高溫熔化, 屬於永久失效效應; 暫時失效雖然沒有造成半導體永久損傷, 但公升溫使本徵載流子濃度公升高, 使本徵載流子濃度與雜質濃度相當, 造成了pn 結功能暫時失效, 但微波脈衝過後pn 結又可恢復功能。熱二次擊穿和電流二次擊穿是半導體pn 結的兩種主要損傷模式。
1） 頻率
隨著注入頻率的增加(指正常工作頻帶內)，限幅器效能逐漸降低，其尖峰洩漏和平頂洩漏隨頻率增大。因為pin二極體微波阻抗與1/f成正比，所以平頂洩漏功率與隨著頻率的增加而增大。當微波頻率較大時，由於微波週期變小，pin二極體中載流子需要更多時間來完成電導調製作用，瞬態阻抗變化較為緩慢，導致更多尖峰洩漏功率；同時由於pin二極體阻抗的增大，限幅隔離效能下降，導致平頂洩漏功率增大。
2） 功率
pin二極體所能承受的最大微波功率主要由擊穿電壓和最大結溫公升限制兩大因數決定。前者由i層厚度決定；後者則分為連續波和脈衝兩種情況。脈衝工作時其耗散功率較連續波工作方式要大的多。
在微波脈衝作用時尖峰洩漏瞬態期間限幅器吸收功率較平頂洩漏穩態脈衝時要大的多。
3） 脈寬
脈衝前沿對薄pin管尖峰洩漏功率影響不大；但對於大功率厚pin管，脈衝前沿大小可對其導通過程產生較大影響，如尖峰洩漏功率、尖峰脈寬。而平項洩漏則只與pin限幅器穩態導通阻抗有關。
4） 非線性特性
在注入功率高於限幅器閾值點後，限幅器輸出產生較強非線性效應，輸出有較多諧波分量。
2 國外研究狀況
harry diamond實驗室tan等人理論分析了薄i層pin管的微波正半周與負半周特性，如載流子、電場分布等，實驗研究了快上公升沿微波脈衝與限幅器的尖峰洩漏能量、恢復時問與損傷關係 ，但其理論分析採用內部計算軟體——diode。
walston則從通用電路分析軟體spice出發，建立了pin二極體的巨集模型，模擬得到了pin管在各種偏置電流下的阻抗特性。strollo為研究電力功率開關電路特性，建立了一種新的功率pin二極體的pspice模型，主要方法為求解pin二極體基區雙極載流子擴散方程，利用拉普拉斯變換和逼近理論，得到i層電荷儲存關係的拉普拉斯變換表示式，進一步得到pin二極體的pspice子電路模型，其前向恢復與反向恢復特性**結果與實驗資料吻合很好。
robert在walston的研究基礎上，模擬計算了低頻段pin微波開關和限幅器的特性，如插入損耗、尖峰洩漏，但其計算頻率低於1 ghz。
3 國內研究現狀
3.1 器件物理模擬法
器件物理模擬法有助於深刻分析器件的內部工作原理，對於瞬態電磁脈衝與pn結相互作用的研究有著不可替代的作用，國內外已經有不少利用器件物理模擬法對階躍電磁脈衝作用下pn結擊穿燒毀過程進行瞬態分析的研究。
半導體pn 結是構成電子系統的核心和基本單元, 以pn 結是否因溫度公升高而功能失效, 將hpm 效應分成兩大類, 即非失效效應和失效效應。熱二次擊穿和電流二次擊穿是半導體pn 結的兩種主要損傷模式。
對於更快上公升沿的電磁脈衝來說，由於過衝電流的存在，能夠產生相當高的瞬時電流，雖然由於時間太短不足以積累相當的能量使器件燒毀，但對電路中的訊號會產生相當強的干擾，甚至使器件誤觸發。另外，在電路中具有控制電流的電晶體時，這個瞬時強電流有可能在電晶體內部產生乙個高的電流應力，從而導致二次擊穿失效。
《半導體器件hpm 損傷脈寬效應機理分析》對hpm 和em p 損傷效應的異同點進行分析, 探索hpm 損傷脈寬效應機理和經驗公式。得到了全脈寬段、長脈寬段和短脈寬段的損傷經驗公式, 該損傷經驗公式能較好地對實驗和理論模擬效應資料進行擬合。
《雙極型電晶體損壞與強電磁脈衝注入位置的關係》利用時域有限差分法對雙極型電晶體在強電磁脈衝作用下的瞬態響應進行了2維數值模擬。研究了電磁脈衝從不同極板注入時的響應情況，根據溫度分布的集中程度分析了發生燒毀的難易程度。
《快上公升沿電磁脈衝作用下pin二極體中的電流過衝現象》為了研究過衝電流的產生和特徵，本文採用一維器件物理模擬法進行了上公升時間0.1 ns以下的階躍電壓對pin管作用的研究，得出了快上公升沿階躍電壓作用下管中電流密度的變化規律。
《雙極型電晶體在強電磁脈衝作用下的瞬態響應》利用自主開發的2維半導體器件數值**程式對具有多個pn結的整體電晶體損傷效應進行了計算，並根據計算結果對bjt在強電磁脈衝作用下的響應特性進行了分析。
《脈衝寬度對pin限幅器微波脈衝熱效應的影響》通過數值求解半導體方程組**了高功率微波脈衝作用下的pin二極體，研究了高功率微波脈衝的脈衝寬度對其燒毀的影響。發現脈衝寬度在ns至us量級時，脈衝功率隨脈衝寬度上公升而下降，並且近似成反比。在此基礎上，基於pin二極體的leenov模型和電路的戴維南定理對其機理進行了分析。
但是只對以下的脈衝進行研究，更長脈寬的情況還有待研究。
3.2 pspice電路模擬**
利用pspice進行等效電路模擬，然後進行**，這種方式得到的**結果與實驗結果差別在於等效電路與實際電路的誤差。pin限幅器內部結構複雜，考慮到各個引數，其等效電路亦複雜，因而採取合適的等效電路，能得到相對滿意的結果。
《pin限幅器的瞬態響應研究》利用pin二極體的pspice子電路模型,經過瞬態數值模擬得到了pin限幅器尖峰洩漏與平頂洩漏的瞬態阻抗變化特性與脈衝功率、脈衝前沿關係;通過等效電路法研究了pin限幅器的瞬態吸收功率、負載功率及反射功率與阻抗關係.模擬表明尖峰洩漏瞬態期間雙級pin限幅器其後級薄ⅰ層pin二極體吸收功率大小可能影響限幅器效能.
《pin限幅器pspice模擬與實驗研究》一文中，較系統地開展了無直流偏置pin限幅器的理論與實驗研究，利用pspice軟體時域瞬態數值模擬得到了pin限幅器的尖峰洩漏、平頂洩漏和恢復時間特性，考察了不同脈衝前沿、功率大小對限幅器的影響，並給出模擬結果與實驗資料的比較。但是由於實際電路結構與模擬引數不一致，導致了**結果與實驗結果的差異。還有就是檢波器與示波器的窄脈衝響應誤差。
《pin限幅二極體結溫對尖峰洩漏的影響》一文通過在pspice中建立pin二極體的子電路模型，選取接近實際的pin二極體的物理引數，然後建立pin二極體的熱分析模型，利用pspice軟體模擬得出pin二極體的瞬時耗散功率，結合熱模型應用fortran語言程式設計計算出pin二極體的結溫變化情況。根據pin二極體物理引數與溫度的對應關係，在不同結溫下，修改pin二極體的物理引數和子電路模型引數，得出限幅器的瞬時輸出特性曲線，並將該方法與已有文獻結果進行對比。
《大功率pin二極體限幅器對電磁脈衝後沿響應的分析》考慮了大功率限幅器中pin微波二極體和射頻扼流電感的綜合作用，從限幅器整體結構出發，利用pin二極體pspice電路模型，著重研究了階躍脈衝後沿作用下限幅器的瞬態響應，發現除了尖峰洩漏以外，限幅器在階躍脈衝後沿作用下也可能存在一些特殊的效應，構成一種新的安全隱患，對限幅器效能造成不利影響。發現在階躍脈衝後沿，限幅器會輸出反向脈衝，反向脈衝產生的原因與限幅器的兩大必備元件：射頻扼流電感和pin微波二極體的綜合作用有關。
4 存在的問題
國外的研究大多在電磁脈衝的影響，而較少涉及到高功率微波（hpm）對半導體器件的損傷。
利用器件物理模擬法來分析hpm效應，能深刻分析器件的內部工作原理。由於半導體器件結構的差異、熱損傷情況的複雜性以及實驗資料和理論模擬結果不可避免地存在著誤差和不足。
利用pspice建立pin二極體或者pin限幅器的等效電路模型的方法進行**，存在著**電路與實際電路的區別導致的誤差。對低於1ghz的脈衝而言，當其上公升沿時間與脈寬相近時，會存在誤差。
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因為mpu 11設計是以六脈為一單元 12脈為2個單元 24脈為4個單元，更多脈可以此類推 因此板帶有先進聯機功和自動均流功能，所以我們在除錯 或維修 12脈或24脈等更多脈時就以6脈為一單元除錯或維修。和正常調6脈裝置一樣，先把每台6脈調好然後再聯機執行即可，聯機執行時盡可能把每台裝置的引數調一致...