皮秒級(jí)單周期脈沖發(fā)射的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種皮秒級(jí)單周期脈沖發(fā)射機(jī)。該皮秒級(jí)單周期脈沖發(fā)射機(jī)利用射頻三極管的開(kāi)關(guān)特性、寬帶線性功率放大三極管的驅(qū)動(dòng)能力、階躍恢復(fù)二極管的階躍特性、變?nèi)荻O管的電容可變特性以及微帶短路線的全反射特性等產(chǎn)生皮秒級(jí)的單周期脈沖信號(hào)，輸出脈沖正負(fù)極性對(duì)稱(chēng)性好、峰峰值幅度大，脈沖底寬窄、拖尾小，適合于高分辨率的脈沖型超寬帶雷達(dá)系統(tǒng)應(yīng)用。
【專(zhuān)利說(shuō)明】皮秒級(jí)單周期脈沖發(fā)射機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電子【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種皮秒級(jí)單周期脈沖發(fā)射機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]超寬帶技術(shù)具有許多引人注目的特性，如低功率、強(qiáng)滲透能力、定位精度高、數(shù)據(jù)傳輸率高等，因此，超寬帶技術(shù)被廣泛的應(yīng)用于日常生活中。例如，超寬帶技術(shù)能被應(yīng)用于探地雷達(dá)、穿墻雷達(dá)、生命檢測(cè)雷達(dá)、雷達(dá)成像、精確定位和跟蹤等領(lǐng)域中。在聯(lián)邦通信委員會(huì)(Federal Communications Commission,FCC)的授權(quán)下,超寬帶技術(shù)應(yīng)用于通信系統(tǒng)中，滿足其短距離和高數(shù)據(jù)率的需求。
[0003]脈沖發(fā)生器是超寬帶系統(tǒng)的重要組成部分，在一定程度上，脈沖發(fā)射機(jī)的輸出脈沖帶寬決定了超寬帶系統(tǒng)的工作帶寬。常用的脈沖產(chǎn)生方法有:邏輯電路、非線性傳輸線電路、激光時(shí)域電路、隧道二極管電路、雪崩三極管電路、階躍恢復(fù)二極管電路等。然而，這些電路單獨(dú)工作時(shí)，均存在著各自的缺陷:邏輯電路產(chǎn)生的脈沖底寬相對(duì)較大；根據(jù)非線性傳輸線技術(shù)和激光時(shí)域技術(shù)設(shè)計(jì)的電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜性大，不便于調(diào)試；隧道二極管產(chǎn)生脈沖電壓幅度較?。欢┍廊龢O管要求一個(gè)高的擊穿電壓，需增加高壓供電模塊。
[0004]常用的單周期脈沖產(chǎn)生方法有兩種:一種是利用微分電路對(duì)單極性脈沖進(jìn)行微分；另一種是脈沖合成技術(shù)，將正負(fù)極性脈沖合成為單周期脈沖。
[0005]在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過(guò)程中， 申請(qǐng)人:發(fā)現(xiàn)上述利用微分電路對(duì)單極性脈沖進(jìn)行微分的單周期脈沖產(chǎn)生方式，脈沖幅度由于微分效應(yīng)損失較大，輸出單周期脈沖幅度相對(duì)較小，對(duì)單極性脈沖信號(hào)的對(duì)稱(chēng)性和邊沿速率有較高要求，且產(chǎn)生的單周期脈沖的主脈沖后端拖尾大，振鈴水平較高，其與實(shí)際的偶極子發(fā)射天線相接時(shí)，存在主脈沖后端拖尾大、反射振蕩嚴(yán)重等缺陷，影響了高分辨率超寬帶雷達(dá)系統(tǒng)淺層探測(cè)的能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006](一 )要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0007]鑒于上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種皮秒級(jí)單周期脈沖發(fā)射機(jī)，以減小微分效應(yīng)損失，提聞單周期脈沖幅度。
[0008]( 二 )技術(shù)方案
[0009]本發(fā)明皮秒級(jí)單周期脈沖發(fā)射機(jī)包括:脈沖信號(hào)發(fā)生電路，用于利用輸入的觸發(fā)脈沖信號(hào)觸發(fā)產(chǎn)生皮秒級(jí)單極性脈沖信號(hào)，包括:充放電電路，包括:第二充放電電容C2，其第一端通過(guò)第三電阻R3連接至第二電源正極VCC2，其第二端通過(guò)第五電阻R5和第四可變電阻R4連接至第三電源正極(VCC3);寬帶線性功率放大三極管驅(qū)動(dòng)脈沖形成電路，其中，寬帶線性功率放大三極管Q2的連接關(guān)系如下:其基極通過(guò)并聯(lián)的第二電阻R2和第一電容Cl連接至觸發(fā)脈沖信號(hào)的輸入端；其集電極連接至第二充放電電容C2的第一端；其發(fā)射極連接至地；階躍恢復(fù)二極管脈沖形成電路，其中，階躍恢復(fù)二極管Dl的連接關(guān)系如下:其正極端通過(guò)第一電感LI連接至第二充放電電容C2的第二端；其負(fù)極端連接至地；以及耦合電路模塊，包括:第三耦合電容C3，其第一端連接至階躍恢復(fù)二極管Dl的正極端，其第二端輸出皮秒級(jí)單極性脈沖信號(hào)；脈沖信號(hào)壓縮整形電路，其前端電性連接至脈沖信號(hào)發(fā)生電路，用于對(duì)其產(chǎn)生的皮秒級(jí)單極性脈沖信號(hào)進(jìn)行壓縮整形；以及單周期脈沖形成電路，其前端電性連接至脈沖信號(hào)壓縮整形電路，用于將壓縮整形后的皮秒級(jí)單極性脈沖信號(hào)合成為皮秒級(jí)單周期脈沖信號(hào)。
[0010](三)有益效果
[0011]本發(fā)明皮秒級(jí)單周期脈沖發(fā)射機(jī)利用射頻三極管的開(kāi)關(guān)特性、寬帶線性功率放大三極管的驅(qū)動(dòng)能力、階躍恢復(fù)二極管的階躍特性、變?nèi)荻O管的電容可變特性以及微帶短路線的全反射特性等產(chǎn)生皮秒級(jí)的單周期脈沖信號(hào)，輸出脈沖正負(fù)極性對(duì)稱(chēng)性好、峰峰值幅度大，脈沖底寬窄、拖尾小，適合于高分辨率的脈沖型超寬帶雷達(dá)系統(tǒng)應(yīng)用。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例皮秒級(jí)單周期脈沖發(fā)射機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2為圖1所示皮秒級(jí)單周期脈沖發(fā)射機(jī)的電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。需要說(shuō)明的是，在附圖或說(shuō)明書(shū)描述中，相似或相同的部分都使用相同的圖號(hào)。附圖中未繪示或描述的實(shí)現(xiàn)方式，為所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中普通技術(shù)人員所知的形式。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但應(yīng)了解，參數(shù)無(wú)需確切等于相應(yīng)的值，而是可在可接受的誤差容限或設(shè)計(jì)約束內(nèi)近似于相應(yīng)的值。實(shí)施例中提到的方向用語(yǔ)，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的方向用語(yǔ)是用來(lái)說(shuō)明并非用來(lái)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0015]本發(fā)明利用射頻三極管、寬帶線性功率放大三極管、階躍恢復(fù)二極管、變?nèi)荻O管以及微帶短路線的全反射特性等產(chǎn)生皮秒級(jí)的單周期脈沖信號(hào)。射頻三極管對(duì)輸入的觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行整形，寬帶線性功率放大三極管在觸發(fā)脈沖信號(hào)的作用下產(chǎn)生大幅度的脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)，階躍恢復(fù)二極管將脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)整形為窄脈沖信號(hào)，并聯(lián)的變?nèi)荻O管對(duì)窄脈沖信號(hào)進(jìn)行壓縮整形，產(chǎn)生脈沖底寬窄、幅度大的單極性極窄脈沖信號(hào)；采用電感等效的微帶短路線的全發(fā)射特性合成產(chǎn)生皮秒級(jí)的單周期脈沖信號(hào)，適用于高分辨率的超寬帶系統(tǒng)。
[0016]在本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例中，提供了一種皮秒級(jí)單周期脈沖發(fā)射機(jī)。圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例皮秒級(jí)單周期脈沖發(fā)射機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1所示皮秒級(jí)單周期脈沖發(fā)射機(jī)的電路圖。
[0017]請(qǐng)參照?qǐng)D1和圖2，本實(shí)施例皮秒級(jí)單周期脈沖發(fā)射機(jī)包括:觸發(fā)信號(hào)產(chǎn)生電路，用于產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)；觸發(fā)信號(hào)整形電路，其前端電性連接至觸發(fā)信號(hào)產(chǎn)生電路，用于對(duì)觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行整形處理；脈沖信號(hào)發(fā)生電路，其前端電性連接至觸發(fā)信號(hào)整形電路，用于利用整形處理后的觸發(fā)脈沖信號(hào)觸發(fā)產(chǎn)生大幅度皮秒級(jí)單極性脈沖信號(hào)；脈沖信號(hào)壓縮整形電路，其前端電性連接至脈沖信號(hào)發(fā)生電路，用于對(duì)產(chǎn)生的皮秒級(jí)單極性脈沖信號(hào)進(jìn)行壓縮整形；以及單周期脈沖形成電路，其前端電性連接至脈沖信號(hào)壓縮整形電路，用于將壓縮整形后的皮秒級(jí)單極性脈沖信號(hào)合成為皮秒級(jí)單周期脈沖信號(hào)。[0018]以下分別對(duì)本實(shí)施例皮秒級(jí)單周期脈沖發(fā)射機(jī)的各個(gè)組成部分進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0019]1、觸發(fā)信號(hào)產(chǎn)生電路
[0020]本實(shí)施例中，觸發(fā)信號(hào)產(chǎn)生電路為一方波發(fā)生器,其產(chǎn)生幅度為5V,脈沖寬度為100ns，信號(hào)重復(fù)頻率為IMHz的方波信號(hào)。
[0021]本發(fā)明并不以此為限，該觸發(fā)信號(hào)的幅度可以介于5V?12V之間，脈沖寬度可以介于30ns?800ns之間，信號(hào)重復(fù)頻率可以介于IOOKHz?3MHz之間。
[0022]此外，本發(fā)明中也可以不包含該觸發(fā)信號(hào)產(chǎn)生電路，而直接由外界輸入一滿足上述條件的觸發(fā)信號(hào)，同樣可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
[0023]2、觸發(fā)信號(hào)整形電路
[0024]請(qǐng)參照?qǐng)D2，該觸發(fā)信號(hào)整形電路為一射頻三極管開(kāi)關(guān)電路，其中，射頻三極管QKBFG31)基極連接至觸發(fā)信號(hào)輸入端，集電極通過(guò)第一電阻Rl連接至地，發(fā)射極直接連接至第一電源正極VCCl (+12V)，整形后的單端觸發(fā)脈沖信號(hào)由射頻三極管Ql的集電極輸出；
[0025]該觸發(fā)信號(hào)整形電路中，射頻三極管Ql有快速導(dǎo)通和閉合的功能，可以對(duì)觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行整形，從而在集電極產(chǎn)生邊沿快的一正極性觸發(fā)脈沖信號(hào)。
[0026]本發(fā)明并不以此為限，觸發(fā)信號(hào)整形電路還可以由NPN型射頻三極管開(kāi)關(guān)電路替代，在NPN型射頻三極管的發(fā)射極產(chǎn)生邊沿快的一正極性觸發(fā)脈沖信號(hào)，提供給寬帶線性功率放大三極管Q2的基極；
[0027]觸發(fā)信號(hào)整形電路輸出的觸發(fā)脈沖信號(hào)幅度可以介于2V?12V之間，脈沖寬度可以介于2ns?IOns之間,脈沖重復(fù)頻率可以介于IOOKHz?3MHz之間。
[0028]此外，本發(fā)明中也可以不包含該觸發(fā)信號(hào)整形電路，而直接由外界輸入一滿足上述條件的單端觸發(fā)脈沖信號(hào)，同樣可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
[0029]3、脈沖信號(hào)發(fā)生電路
[0030]請(qǐng)參照?qǐng)D2，該脈沖信號(hào)發(fā)生電路包括:
[0031]充放電電路，包括:第二充放電電容C2，其第一端通過(guò)第三電阻R3連接至第二電源正極VCC2 (取值在40V?50V之間)，其第二端通過(guò)第五電阻R5和第四可變電阻R4連接至第三電源正極VCC3(+9V)；
[0032]寬帶線性功率放大三極管驅(qū)動(dòng)脈沖形成電路，其中，寬帶線性功率放大三極管Q2的連接關(guān)系如下:其基極通過(guò)并聯(lián)的第二電阻R2和第一電容Cl連接至射頻三極管Ql的集電極；其集電極連接至第二充放電電容C2的第一端；其發(fā)射極連接至地；
[0033]階躍恢復(fù)二極管脈沖形成電路，包括:階躍恢復(fù)二極管(SRD)Dl，其正極端通過(guò)第一電感L1、第五電阻R5和第四可變電阻R4連接至第三電源正極VCC3，其負(fù)極端連接至地，第一電感LI的第一端連接至第二充放電電容C2的第二端；
[0034]耦合電路模塊，包括:第三耦合電容C3，其第一端連接至階躍恢復(fù)二極管Dl的正極端，其第二端連接至第一電感線LLl的第一端。
[0035]對(duì)于階躍恢復(fù)二極管脈沖形成電路中的階躍恢復(fù)二極管Dl而言，在正向偏置狀態(tài)下，階躍恢復(fù)二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，電荷存儲(chǔ)于其PN結(jié)附近，當(dāng)其處于反向偏置狀態(tài)時(shí)，存儲(chǔ)的電荷被提取，直至全部存儲(chǔ)電荷被提取完畢，階躍恢復(fù)二極管內(nèi)電流立即降為零，產(chǎn)生電流的階躍，從而產(chǎn)生窄的脈沖電壓信號(hào)。[0036]該脈沖信號(hào)發(fā)生電路中，寬帶線性功率放大三極管在觸發(fā)脈沖信號(hào)的作用下快速導(dǎo)通，通過(guò)第二充放電電容C2的充放電過(guò)程，在寬帶線性功率放大三極管的集電極產(chǎn)生大幅度、快前沿的負(fù)極性脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)。脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)和偏置電流控制著階躍恢復(fù)二極管的導(dǎo)通和反向截止?fàn)顟B(tài)，利用階躍恢復(fù)二極管的階躍特性產(chǎn)生窄脈沖信號(hào)。該窄脈沖信號(hào)的脈沖前沿由階躍恢復(fù)二極管的階躍時(shí)間決定，脈沖后沿由第二充放電電容C2和第三電阻R3的大小決定。
[0037]4、脈沖信號(hào)壓縮整形電路
[0038]請(qǐng)參照?qǐng)D2，該脈沖信號(hào)壓縮整形電路為一變?nèi)荻O管并聯(lián)整形電路，其中，第一變?nèi)荻O管D2、第二變?nèi)荻O管D3、第三變?nèi)荻O管D4、第四變?nèi)荻O管D5、第五變?nèi)荻O管D6和第六變?nèi)荻O管D7的正極端均依次連接至第一電感線LLl上，相隔等間距，其負(fù)極端均連接至地；第一電感線LLl的第一端通過(guò)第七電阻R7和第六可變電阻R6連接至第三電源正極VCC3。
[0039]對(duì)于變?nèi)荻O管并聯(lián)整形電路中的第一變?nèi)荻O管D2、第二變?nèi)荻O管D3、第三變?nèi)荻O管D4、第四變?nèi)荻O管D5、第五變?nèi)荻O管D6和第六變?nèi)荻O管D7而言，在反向偏置狀態(tài)時(shí)，其自身電容值跟隨相應(yīng)的偏置電壓的大小的改變而改變，存在一個(gè)非線性關(guān)系。當(dāng)階躍恢復(fù)二極管脈沖形成電路產(chǎn)生的負(fù)極性脈沖信號(hào)到達(dá)時(shí)，這六支變?nèi)荻O管幾乎同時(shí)處于反向偏置狀態(tài)，對(duì)于負(fù)極性脈沖信號(hào)的下降沿，其上各點(diǎn)電壓由頂部到底部逐漸減小，即相應(yīng)的反向電壓逐漸增大，則其相應(yīng)的變?nèi)荻O管的電容逐漸減小，則后一個(gè)點(diǎn)的傳播速度總是相比前一個(gè)點(diǎn)增加，這樣底端所需傳輸時(shí)間相對(duì)頂端所需傳輸時(shí)間較短，所以，脈沖下降時(shí)間減小，產(chǎn)生壓縮效果；同理，對(duì)于其上升沿，其上各點(diǎn)電壓由底部到頂部逐漸增大，即相應(yīng)的反向電壓逐漸減小，則其相應(yīng)的變?nèi)荻O管的電容逐漸增大，則后一個(gè)點(diǎn)的傳播速度總是相比前一個(gè)點(diǎn)減小，這樣底端在時(shí)間上比頂端超前到達(dá)輸出端，脈沖上升時(shí)間減?。唤?jīng)過(guò)變?nèi)荻O管一級(jí)級(jí)的整形壓縮，從而在第六變?nèi)荻O管D7的正極端產(chǎn)生單極性的極窄脈沖信號(hào)。該單極性的極窄脈沖信號(hào)的幅度和寬度由變?nèi)荻O管的電容電壓特性決定，即選取的變?nèi)荻O管的型號(hào)決定，也與變?nèi)荻O管的并聯(lián)級(jí)數(shù)、間隔位置相關(guān)。
[0040]5、單周期脈沖形成電路
[0041]請(qǐng)參照?qǐng)D2，該單周期脈沖形成電路包括第四耦合電容C4和第二電感L2，第四耦合電容C4的第一端連接至第一電感線LLl的第二端，其第二端作為本實(shí)施例大幅度皮秒級(jí)單周期脈沖發(fā)射機(jī)的單周期脈沖輸出端；其中，第二電感L2的第一端連接至第四耦合電容C4的第二端，其第二端連接至地。
[0042]該單周期脈沖形成電路中，利用第四耦合電容C4對(duì)脈沖信號(hào)壓縮整形電路輸出的負(fù)極性極窄脈沖信號(hào)進(jìn)行耦合微分，將短路的第二電感L2等效為短路微帶線，利用短路微帶線的反射原理產(chǎn)生正極性極窄脈沖信號(hào)，在該單周期脈沖形成電路的輸出端，負(fù)極性極窄脈沖信號(hào)和正極性極窄脈沖信號(hào)疊加合成皮秒級(jí)的單周期脈沖信號(hào)。該單周期脈沖信號(hào)的寬度和幅度由第四耦合電容C4和第二電感L2的大小決定。
[0043]所述的大幅度皮秒級(jí)單周期脈沖發(fā)射機(jī)的工作方法，其改變第二充放電電容C2、第三耦合電容C3、第四耦合電容C4的大小，微帶短路線的長(zhǎng)度(即第二電感L2的大小)，可以調(diào)節(jié)輸出脈沖的脈沖寬度和電壓幅度，實(shí)現(xiàn)輸出可調(diào)性。
[0044]本實(shí)施例大幅度皮秒級(jí)單周期脈沖發(fā)射機(jī)的工作過(guò)程如下:[0045]步驟一、當(dāng)觸發(fā)信號(hào)由低電平跳變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，射頻三極管Ql處于關(guān)閉截止?fàn)顟B(tài)，第二電源VCC2通過(guò)第三電阻R3對(duì)第二充放電電容C2進(jìn)行充電，階躍恢復(fù)二極管Dl處于正向偏置狀態(tài)，第一電感LI在偏置電路的作用下儲(chǔ)存能量；
[0046]步驟二、當(dāng)觸發(fā)信號(hào)由高電平跳變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，射頻三極管Ql快速導(dǎo)通，在其集電極產(chǎn)生一個(gè)快前沿正極性觸發(fā)脈沖信號(hào)，通過(guò)第二電阻R2和第一電容Cl構(gòu)成的微分電路送給寬帶線性功率放大三極管Q2的基極，Q2快速導(dǎo)通，第二電阻C2上存儲(chǔ)的電荷通過(guò)Q2、D1構(gòu)成的放電回路進(jìn)行放電；
[0047]步驟三、根據(jù)階躍恢復(fù)二極管Dl的階躍特性，SRD在正向偏置時(shí)存儲(chǔ)的電荷在反向偏置狀態(tài)下被提取，直至全部存儲(chǔ)電荷被提取完畢，產(chǎn)生電流的階躍，從而產(chǎn)生窄的脈沖電壓信號(hào)；
[0048]步驟四、調(diào)節(jié)第二充放電電容C2和第一電感LI的取值，可以調(diào)節(jié)SRD輸出的窄脈沖信號(hào)的脈沖寬度和電壓幅度，第二充放電電容C2的取值在IOOnf?300nf之間，第一電感LI取值在200nH?IOuH之間，當(dāng)它們的取值越大時(shí)，脈沖幅度越大，同時(shí)脈沖寬度也越大；
[0049]步驟五、SRD產(chǎn)生的窄脈沖信號(hào)送給并聯(lián)的多級(jí)變?nèi)荻O管進(jìn)行整形，將脈沖寬度越壓越?。煌ㄟ^(guò)使用不同型號(hào)的變?nèi)荻O管、調(diào)節(jié)變?nèi)荻O管的個(gè)數(shù)、兩兩之間的位置間隔(即改變變?nèi)莨苤g的電感值)，可以改變輸出的整形后的極窄脈沖的寬度和幅度，變?nèi)荻O管的個(gè)數(shù)、兩兩之間的位置間隔與可變電容二極管的型號(hào)相關(guān)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)選取變?nèi)荻O管的型號(hào)選取合適的變?nèi)荻O管個(gè)數(shù)以及兩兩之間的位置間隔大小；
[0050]步驟六、第二電感L2等效于一個(gè)微帶短路線，其可以對(duì)經(jīng)過(guò)變?nèi)荻O管整形后的負(fù)極性皮秒級(jí)極窄脈沖信號(hào)進(jìn)行整形合成，產(chǎn)生皮秒級(jí)的單周期脈沖信號(hào)；第四電容C4第二端輸出的負(fù)極性極窄脈沖信號(hào)沿兩個(gè)方向傳播，一個(gè)是沿輸出端直接傳輸給負(fù)載，另一個(gè)是沿第二電感L2第二端的方向傳播，在第二電感L2的對(duì)地端發(fā)生全反射作用，產(chǎn)生一個(gè)幅度大小近似相等、極性相反的正極性脈沖信號(hào)，該信號(hào)再重新傳輸給輸出端，在輸出端該正極性的脈沖信號(hào)與原始的負(fù)極性的脈沖信號(hào)相疊加，形成單周期的脈沖信號(hào)。
[0051]步驟七、調(diào)節(jié)電容第三耦合電容C3、第四耦合電容C4的大小，其中第三耦合電容C3的取值均在IOOnf?300nf之間，第四耦合電容C4的取值在0.1pf?IOpf之間，調(diào)節(jié)第二電感L2的大小，取值在IOOnH?IuH之間，可以調(diào)節(jié)輸出脈沖的脈沖寬度和電壓幅度，實(shí)現(xiàn)輸出可調(diào)性。第四可變電阻R4、第五電阻R5的阻值均與所選取的階躍恢復(fù)二極管的型號(hào)相關(guān)。第六可變電阻R6和第七電阻R7的阻值均與所選取的可變電容二極管的型號(hào)相關(guān)。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)選取階躍恢復(fù)二極管和變?nèi)荻O管的型號(hào)選取合適的阻值。
[0052]實(shí)際測(cè)試表明，本實(shí)施例產(chǎn)生的大幅度皮秒級(jí)單周期脈沖信號(hào)，脈沖寬度在200ps?800ps，為皮秒量級(jí)，峰峰值電壓幅度為25V?40V，正負(fù)脈沖對(duì)稱(chēng)性好，主脈沖后端拖尾小、振鈴水平低，無(wú)直流成分，頻帶寬，與天線等負(fù)載單元匹配性好，滿足高分辨率超寬帶發(fā)射機(jī)的設(shè)計(jì)需求，可應(yīng)用于多種超寬帶探測(cè)實(shí)踐中。
[0053]至此，已經(jīng)結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)描述。依據(jù)以上描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)對(duì)本發(fā)明皮秒級(jí)單周期脈沖發(fā)射機(jī)有了清楚的認(rèn)識(shí)。
[0054]此外，上述對(duì)各元件和方法的定義并不僅限于實(shí)施例中提到的各種具體結(jié)構(gòu)、形狀或方式，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單地更改或替換，例如:[0055](I)本實(shí)施例中，觸發(fā)信號(hào)產(chǎn)生電路也可以由FPGA芯片產(chǎn)生，便于系統(tǒng)集成；
[0056](2)觸發(fā)信號(hào)整形電路還可以由NPN型射頻三極管開(kāi)關(guān)電路替代，在NPN型射頻三極管的發(fā)射極產(chǎn)生邊沿快的一正極性觸發(fā)脈沖信號(hào)，提供給寬帶線性功率放大三極管Q2的基極；
[0057](3)給階躍恢復(fù)二極管Dl提供正向偏置的電壓源VCC3可以用恒流源來(lái)代替；
[0058](4)上述實(shí)施例中，基于電路可調(diào)性，設(shè)置了第四可變電阻R4和第六可變電阻R6，事實(shí)上，在第五電阻R5和第七電阻R7選取合適阻值時(shí)，R4和R6可以省去。
[0059]綜上所述，本發(fā)明利用射頻三極管對(duì)輸入的觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行整形，產(chǎn)生邊沿較快的觸發(fā)脈沖信號(hào)，利用寬帶線性功率放大三極管的驅(qū)動(dòng)能力產(chǎn)生大幅度的脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)，在驅(qū)動(dòng)脈沖的作用下，利用階躍恢復(fù)二極管的階躍特性產(chǎn)生窄脈沖信號(hào)，利用變?nèi)荻O管的電容電壓特性對(duì)階躍恢復(fù)二極管脈沖形成電路產(chǎn)生的窄脈沖信號(hào)進(jìn)行壓縮整形，產(chǎn)生極窄的單極性脈沖信號(hào)，利用單周期脈沖形成電路將單極性脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為單周期脈沖信號(hào)。并且實(shí)現(xiàn)輸出脈沖的幅度與寬度的可調(diào)，滿足高分辨率超寬帶發(fā)射機(jī)的設(shè)計(jì)需求，可應(yīng)用于多種超寬帶探測(cè)實(shí)踐中。
[0060]以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種皮秒級(jí)單周期脈沖發(fā)射機(jī)，其特征在于，包括: 脈沖信號(hào)發(fā)生電路，用于利用輸入的觸發(fā)脈沖信號(hào)觸發(fā)產(chǎn)生皮秒級(jí)單極性脈沖信號(hào)，包括: 充放電電路，包括:第二充放電電容(C2)，其第一端通過(guò)第三電阻(R3)連接至第二電源正極(VCC2)，其第二端通過(guò)第五電阻(R5)和第四可變電阻(R4)連接至第三電源正極(VCC3)； 寬帶線性功率放大三極管驅(qū)動(dòng)脈沖形成電路，其中，寬帶線性功率放大三極管(Q2)的連接關(guān)系如下:其基極通過(guò)并聯(lián)的第二電阻(R2)和第一電容(Cl)連接至觸發(fā)脈沖信號(hào)的輸入端；其集電極連接至所述第二充放電電容(C2)的第一端；其發(fā)射極連接至地； 階躍恢復(fù)二極管脈沖形成電路，其中，階躍恢復(fù)二極管(Dl)的連接關(guān)系如下:其正極端通過(guò)第一電感(LI)連接至第二充放電電容(C2)的第二端；其負(fù)極端連接至地；以及耦合電路模塊，包括:第三耦合電容(C3)，其第一端連接至階躍恢復(fù)二極管(Dl)的正極端，其第二端輸出皮秒級(jí)單極性脈沖信號(hào)； 脈沖信號(hào)壓縮整形電路，其前端電性連接至所述脈沖信號(hào)發(fā)生電路，用于對(duì)其產(chǎn)生的皮秒級(jí)單極性脈沖信號(hào)進(jìn)行壓縮整形；以及 單周期脈沖形成電路，其前端電性連接至脈沖信號(hào)壓縮整形電路，用于將壓縮整形后的皮秒級(jí)單極性脈沖信號(hào)合成為皮秒級(jí)單周期脈沖信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的皮秒級(jí)單周期脈沖發(fā)射機(jī)，其特征在于，所述第二電源正極(VCC2)的電壓取值介于40V~50V之間，所述第三電源正極(VCC3)的電壓為+9V。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的皮秒級(jí)單周期脈沖發(fā)射機(jī)，其特征在于: 所述第二充放電電容(C2)的電容值介于IOOnf~300nf之間； 所述第一電感(LI)的電感值介于200nH~IOuH之間； 所述第三耦合電容(C3)的電容值介于IOOnf~300nf之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的皮秒級(jí)單周期脈沖發(fā)射機(jī)，其特征在于，所述單周期脈沖形成電路包括: 第四耦合電容(C4)，其第一端連接至脈沖信號(hào)壓縮整形電路的輸出端，其第二端作為皮秒級(jí)單周期脈沖發(fā)射機(jī)的單周期脈沖輸出端；以及 第二電感(L2)，其第一端連接至第四耦合電容(C4)的第二端，其第二端連接至地。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的皮秒級(jí)單周期脈沖發(fā)射機(jī)，其特征在于: 所述第四耦合電容(C4)的電容值介于0.1pf~IOpf之間，所述第二電感L2的電感值介于IOOnH~IuH之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的皮秒級(jí)單周期脈沖發(fā)射機(jī)，其特征在于，所述脈沖信號(hào)壓縮整形電路為變?nèi)荻O管并聯(lián)整形電路，包括: 第一電感線(LLl)，其第一端連接至脈沖信號(hào)發(fā)生電路的輸出端，其第二端連接至所述單周期脈沖形成電路輸入端；以及 第一變?nèi)荻O管(D2)、第二變?nèi)荻O管(D3)、第三變?nèi)荻O管(D4)、第四變?nèi)荻O管(D5)、第五變?nèi)荻O管(D6)和第六變?nèi)荻O管(D7)，其中，六個(gè)變?nèi)荻O管的正極端均依次連接至第一電感線(LLl)上，相隔等間距，其負(fù)極端均連接至地。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的皮秒級(jí)單周期脈沖發(fā)射機(jī)，其特征在于，還包括: 觸發(fā)信號(hào)整形電路，其前端電性連接至觸發(fā)信號(hào)輸入端，用于對(duì)觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行整形處理； 其中，所述脈沖信號(hào)發(fā)生電路的前端連接至所述觸發(fā)信號(hào)整形電路，整形處理后的觸發(fā)脈沖信號(hào)被輸入至所述脈沖信號(hào)發(fā)生電路。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的皮秒級(jí)單周期脈沖發(fā)射機(jī)，其特征在于，所述觸發(fā)信號(hào)整形電路包括: 射頻三極管(Ql)，其基極連接至觸發(fā)信號(hào)輸入端；其集電極通過(guò)第一電阻(Rl)連接至地；其發(fā)射極直接連接至第一電源正極(VCC1)，整形后的單端觸發(fā)脈沖信號(hào)由該射頻三極管(Ql)的集電極輸出。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的皮秒級(jí)單周期脈沖發(fā)射機(jī)，其特征在于，還包括: 觸發(fā)信號(hào)產(chǎn)生電路，其輸出端電性連接至所述觸發(fā)信號(hào)整形電路的前端，用于產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)，并將該觸發(fā) 信號(hào)輸入至所述觸發(fā)信號(hào)整形電路。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的皮秒級(jí)單周期脈沖發(fā)射機(jī)，其特征在于，所述觸發(fā)信號(hào)產(chǎn)生電路為一方波發(fā)生器，該方波發(fā)生器的輸出端電性連接至所述觸發(fā)信號(hào)整形電路的前端，其產(chǎn)生的觸發(fā)信號(hào)的幅度介于5V~12V之間，脈沖寬度介于30ns~800ns之間，信號(hào)重復(fù)頻率介于IOOKHz~3MHz之間。
【文檔編號(hào)】H03K5/02GK103929154SQ201410181366
【公開(kāi)日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年4月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月30日
【發(fā)明者】劉麗華, 夏新凡, 管洪飛, 張群英, 方廣有 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所