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。

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。

基于PIN限幅器的电路与器件物理混合模式（Mixed-Mode）模型，考虑大功率微波作用下器件的高温强电场多物理过程，模拟分析了频率及重频等微波脉冲参数对限幅器热损伤过程的影响，数值模拟结果表明，不同频率的微波脉冲损伤PIN限幅器存在“拐点”频率，“拐点”频率的微波脉冲附近需要更多的能量（脉宽）损伤器件；重频脉冲前一个脉冲作用后，器件峰值温度近似负指数关系快速下降，器件处于高温时更容易损伤，热积累效应使重频脉冲较单个脉冲更容易毁伤器件。

基于电磁脉冲对半导体器件效应的电-热多物理场模型，利用Sentaurus-TCAD仿真器建立了PIN限幅器电磁脉冲效应数值模型，研究了不同峰值功率的电磁脉冲作用下限幅器的输入/输出特性,以及大功率电磁脉冲注入PIN器件热损伤阈值与脉冲宽度的关系。模拟与实验结果表明：基于器件热效应影响载流子输运过程的电-热多物理模场型，模拟限幅器在大功率电磁脉冲注入下输入/输出功率的结果与实验结果吻合较好；模拟大功率电磁脉冲注入PIN器件热损伤阈值与脉冲宽度的关系式，与Wunsch-Bell半经验关系式符合较好。

分析了微波对PIN限幅器的热损伤机理，基于器件物理模拟分析法，利用Sentaurus-TCAD仿真器建立了器件微波热效应模型，研究了频率为5.3，7.5，9.4 GHz的微波信号作用下，器件损伤过程中温度瞬态变化规律和瞬态温度分布规律。结果表明: PIN限幅器尖峰泄露阶段器件温度上升较快; 稳态限幅后温度上升缓慢; 临近热击穿状态，器件进入热电失控状态，峰值温度快速上升，最终器件因温度过高烧毁; PIN二极管中的I区或P区与I区之间的结边缘处，较容易烧毁。对PIN限幅器进行大功率微波注入实验，器件损伤实验结果与数值模拟结果吻合较好。