系统级静电放电(ESD)效应仿真可以在电子系统进行测试之前进行有效的静电放电效应防护, 缩短研发周期。根据传输线脉冲测试(TLP)结果, 对瞬态电压抑制(TVS)二极管和芯片引脚进行spice行为建模, 结合ESD脉冲源的等效电路模型, PCB板的S参数模型, 采用场路协同技术完成了系统级静电放电效应的仿真。针对一个典型的电子系统, 在IEC 61000-4-2 ESD应力作用下, 完成了一款开关芯片防护电路的仿真, 并对电路进行了加工、放电测试, 仿真与测试芯片引脚的电压波形吻合良好, 验证了该仿真方法的有效性。

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。

为研究能量选择表面的防护性能,采用PIN二极管Spice模型,通过时域的场路协同仿真得到了能量选择表面(ESS)的瞬态响应波形。对影响插入损耗和防护效能的参数进行研究,优化结构参数,减小了尖峰泄漏。研究表明,双层ESS较单层ESS能够有效防护反向脉冲,同时增加单元金属条的长度能够减小脉冲尖峰泄露。通过强电磁脉冲辐照实验,验证了ESS小信号传输与强电磁脉冲防护的自适应防护能力,为强电磁脉冲的防护提供了可靠的方法。

为实现强电磁脉冲防护和信号收发的兼容, 研究了一种基于能量选择机制的强电磁防护结构, 即能量选择表面。该防护表面利用半导体压控导电特性, 实现了强场辐照时防护表面由高阻态向低阻态的转变, 具有能量低通特性和超宽带特性。利用场路协同仿真方法, 分析了能量选择表面瞬态响应与PIN二极管阻抗特性、强电磁脉冲峰值场强及脉冲前沿的关系, 结果显示: 尖峰泄漏功率和响应时间与Ⅰ层厚度、强电磁脉冲峰值场强成正比, 与少数载流子寿命成反比变化。