非线性结点探测器

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1、1引言非线性结点探测器是应用半导体PN结非线性原理，探测射频信号的谐波，探测和定位非线性结点是否存在的仪器。上世纪八十年代，非线性结点探测器主要用于探测定位监视窃听设备和探测隐藏的武器。近年来，世界各种恐怖活动日益猖獗，利用爆炸进行恐怖活动已成为当今世界一种新的犯罪手段，爆炸恐怖事件层出不穷，爆炸破坏造成的损失更加惨重。这些爆炸大部分是由电子设备和电子定时器的控制，于是非线性结点探测器又有了新的应用，探测爆炸物的电子引爆装置。现在越来越多的安检人员开始使用非线性结点探测器在铁路、机场和海关进行包裹安检。2非线性结点探测器探测原理非线性结点探测器用于探测目标的谐波辐射，而

2、能够产生谐波辐射的目标是非线性目标。非线性目标对接收到的基频信号，不但辐射基波分量，同时也辐射谐波分量。典型的非线性目标包括带有PN结点的电子设备和带有金属结的目标。非线性目标的伏安特性一般为曲线关系。PN结点及一般半导体器件中的PN结，它的伏安特性曲线如图1所示。图1PN结点的伏安特性曲线如图1中可以看出，当PN结两端加正向电压时，外加电压的方向与阻挡层内部电场方向相反，削弱了阻挡层内部的电场，电子和空穴的扩散运动远大于漂移运动，即扩散电流占绝对优势。PN结点正向电流可以表示为：I=Is（eqυ/κT-1）式中，Is是与外加电压无关的系数，称为反向饱和电流。它与PN结

3、点中载流子浓度、扩散情况和温度等因素有关；q为电子电荷量，等于1.602×10-19C；υ为结点两端正向电压；T为绝对温度，单位为K，κ为波尔兹曼常数，等于1.38×10-23J/K。由于eqυ/κT>>1，那么I≈Iseqυ/κT，PN结点正向电流与两端正向电压为指数关系，这种非线性关系即可产生谐波再辐射。9两块同种或异种金属接触后，在适当条件(如压力、距离)下，特别是中间有一层氧化物(例如生锈)时，即形成金属结，或金属-氧化物-金属结。用晶体管特性测试仪能够直接观察到金属结的伏安特性曲线，如图2所示。图2金属结的伏安特性曲线如图2中，金属结的正、反向伏安特性曲线基本

4、上是以原点为对称中心呈反对称形式，可以认为它是一个奇函数曲线。金属结中电流的形成主要是隧道效应，其次是小部分超过势垒高度的热能量热电子发射。常温下，当接点两端电压v≤1．5V时，隧道电流可以近似表示为：式中，β为伏安特性的非线性系数，单位是[1/V2]；R0为金属结初始电阻，即当接点两端电压为零时的电阻，单位为[Ω]。当两端电压v≥1．5V后，金属结的伏安特性与PN结点的正向伏安特性相似，即可以看成为指数形式。如果继续加大金属结两端的电压，将会出现不可恢复的击穿现象。因此可得出结论：在击穿电压以内，金属结的伏安特性都是非线性的。这种非线性就是金属结能够产生谐波再辐射的基

5、本物理机制。理论分析和实验证明：由于PN结点和金属结点伏安特性不同，当受到电磁波照射后，其再辐射信号也相差很大。PN结点再辐射的偶次谐波或组合波信号比奇次强，而金属结点再辐射的奇次谐波或组合波信号比偶次强。这个重要而有实用意义的结论就是非线性结点探测器探测、定位非线性目标，且还能识别目标属性的理论基础。3非线性结点探测器性能分析9目前世界上被广泛使用的非线性结点探测器的设计和生产主要集中在美国、俄罗斯和英国等国家。美国的产品是NJE-4000和它的升级版HGO-4000；俄罗斯是生产非线性结点探测器品种最多的国家，它的产品主要有NR系列、Lornet系列以及Lux、Ka

6、tran等；英国的产品除早期的SuperBroom外，近几年新开发的产品FAH-450、FAW-3000和FAK-XDI也占据了一定的市场份额，去年已经升级为HAWK-XTS-900/2500。由于篇幅有限，这里将主要产品的性能分析列表（详见表1），不详细地阐述每一款非线性结点探测器的发展历史、性能指标及特点。9表1非线性结点探测器性能对比表：NJE-4000HGO-4000NR-900EMNR-μNR-900EKNR-900VNR-900EMSLornetLornet-24Lornet-36LuxSuperBroomFAW-3000FAH-450-2WFAK-HDI-

7、8WRealTimeDetectionofallkindofelectroniccircuits√√√√√√√√√√√√√√√SimultaneousReceptionof2nd&3rdHarmonic√√√√√√√√√√√√√√AutomaticComparisonof2nd&3rdHarmonic√√√√√√√√√√√√√√RFPower(ERP)shouldnotbemorethan5Watts√√√√√√√√AutomaticPowerControl(DSPforAutorangesetting)√√√√√√√√√√Advance