皮秒级单周期脉冲发射机制造技术

本发明专利技术提供了一种皮秒级单周期脉冲发射机。该皮秒级单周期脉冲发射机利用射频三极管的开关特性、宽带线性功率放大三极管的驱动能力、阶跃恢复二极管的阶跃特性、变容二极管的电容可变特性以及微带短路线的全反射特性等产生皮秒级的单周期脉冲信号，输出脉冲正负极性对称性好、峰峰值幅度大，脉冲底宽窄、拖尾小，适合于高分辨率的脉冲型超宽带雷达系统应用。

【技术实现步骤摘要】
皮秒级单周期脉冲发射机
本专利技术涉及电子
，尤其涉及一种皮秒级单周期脉冲发射机。
技术介绍
超宽带技术具有许多引人注目的特性，如低功率、强渗透能力、定位精度高、数据传输率高等，因此，超宽带技术被广泛的应用于日常生活中。例如，超宽带技术能被应用于探地雷达、穿墙雷达、生命检测雷达、雷达成像、精确定位和跟踪等领域中。在联邦通信委员会(FederalCommunicationsCommission，FCC)的授权下，超宽带技术应用于通信系统中，满足其短距离和高数据率的需求。脉冲发生器是超宽带系统的重要组成部分，在一定程度上，脉冲发射机的输出脉冲带宽决定了超宽带系统的工作带宽。常用的脉冲产生方法有：逻辑电路、非线性传输线电路、激光时域电路、隧道二极管电路、雪崩三极管电路、阶跃恢复二极管电路等。然而，这些电路单独工作时，均存在着各自的缺陷：逻辑电路产生的脉冲底宽相对较大；根据非线性传输线技术和激光时域技术设计的电路结构复杂性大，不便于调试；隧道二极管产生脉冲电压幅度较小；而雪崩三极管要求一个高的击穿电压，需增加高压供电模块。常用的单周期脉冲产生方法有两种：一种是利用微分电路对单极性脉冲进行微分；另一种是脉冲合成技术，将正负极性脉冲合成为单周期脉冲。在实现本专利技术的过程中，申请人发现上述利用微分电路对单极性脉冲进行微分的单周期脉冲产生方式，脉冲幅度由于微分效应损失较大，输出单周期脉冲幅度相对较小，对单极性脉冲信号的对称性和边沿速率有较高要求，且产生的单周期脉冲的主脉冲后端拖尾大，振铃水平较高，其与实际的偶极子发射天线相接时，存在主脉冲后端拖尾大、反射振荡严重等缺陷，影响了高分辨率超宽带雷达系统浅层探测的能力。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题鉴于上述技术问题，本专利技术提供了一种皮秒级单周期脉冲发射机，以减小微分效应损失，提高单周期脉冲幅度。(二)技术方案本专利技术皮秒级单周期脉冲发射机包括：脉冲信号发生电路，用于利用输入的触发脉冲信号触发产生皮秒级单极性脉冲信号，包括：充放电电路，包括：第二充放电电容C2，其第一端通过第三电阻R3连接至第二电源正极VCC2，其第二端通过第五电阻R5和第四可变电阻R4连接至第三电源正极(VCC3)；宽带线性功率放大三极管驱动脉冲形成电路，其中，宽带线性功率放大三极管Q2的连接关系如下：其基极通过并联的第二电阻R2和第一电容C1连接至触发脉冲信号的输入端；其集电极连接至第二充放电电容C2的第一端；其发射极连接至地；阶跃恢复二极管脉冲形成电路，其中，阶跃恢复二极管D1的连接关系如下：其正极端通过第一电感L1连接至第二充放电电容C2的第二端；其负极端连接至地；以及耦合电路模块，包括：第三耦合电容C3，其第一端连接至阶跃恢复二极管D1的正极端，其第二端输出皮秒级单极性脉冲信号；脉冲信号压缩整形电路，其前端电性连接至脉冲信号发生电路，用于对其产生的皮秒级单极性脉冲信号进行压缩整形；以及单周期脉冲形成电路，其前端电性连接至脉冲信号压缩整形电路，用于将压缩整形后的皮秒级单极性脉冲信号合成为皮秒级单周期脉冲信号。(三)有益效果本专利技术皮秒级单周期脉冲发射机利用射频三极管的开关特性、宽带线性功率放大三极管的驱动能力、阶跃恢复二极管的阶跃特性、变容二极管的电容可变特性以及微带短路线的全反射特性等产生皮秒级的单周期脉冲信号，输出脉冲正负极性对称性好、峰峰值幅度大，脉冲底宽窄、拖尾小，适合于高分辨率的脉冲型超宽带雷达系统应用。附图说明图1为根据本专利技术实施例皮秒级单周期脉冲发射机的结构示意图；图2为图1所示皮秒级单周期脉冲发射机的电路图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属
中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本专利技术的保护范围。本专利技术利用射频三极管、宽带线性功率放大三极管、阶跃恢复二极管、变容二极管以及微带短路线的全反射特性等产生皮秒级的单周期脉冲信号。射频三极管对输入的触发信号进行整形，宽带线性功率放大三极管在触发脉冲信号的作用下产生大幅度的脉冲驱动信号，阶跃恢复二极管将脉冲驱动信号整形为窄脉冲信号，并联的变容二极管对窄脉冲信号进行压缩整形，产生脉冲底宽窄、幅度大的单极性极窄脉冲信号；采用电感等效的微带短路线的全发射特性合成产生皮秒级的单周期脉冲信号，适用于高分辨率的超宽带系统。在本专利技术的一个示例性实施例中，提供了一种皮秒级单周期脉冲发射机。图1为根据本专利技术实施例皮秒级单周期脉冲发射机的结构示意图。图2为图1所示皮秒级单周期脉冲发射机的电路图。请参照图1和图2，本实施例皮秒级单周期脉冲发射机包括：触发信号产生电路，用于产生触发信号；触发信号整形电路，其前端电性连接至触发信号产生电路，用于对触发信号进行整形处理；脉冲信号发生电路，其前端电性连接至触发信号整形电路，用于利用整形处理后的触发脉冲信号触发产生大幅度皮秒级单极性脉冲信号；脉冲信号压缩整形电路，其前端电性连接至脉冲信号发生电路，用于对产生的皮秒级单极性脉冲信号进行压缩整形；以及单周期脉冲形成电路，其前端电性连接至脉冲信号压缩整形电路，用于将压缩整形后的皮秒级单极性脉冲信号合成为皮秒级单周期脉冲信号。以下分别对本实施例皮秒级单周期脉冲发射机的各个组成部分进行详细说明。1、触发信号产生电路本实施例中，触发信号产生电路为一方波发生器，其产生幅度为5V，脉冲宽度为100ns，信号重复频率为1MHz的方波信号。本专利技术并不以此为限，该触发信号的幅度可以介于5V～12V之间，脉冲宽度可以介于30ns～800ns之间，信号重复频率可以介于100KHz～3MHz之间。此外，本专利技术中也可以不包含该触发信号产生电路，而直接由外界输入一满足上述条件的触发信号，同样可以实现本专利技术。2、触发信号整形电路请参照图2，该触发信号整形电路为一射频三极管开关电路，其中，射频三极管Q1(BFG31)基极连接至触发信号输入端，集电极通过第一电阻R1连接至地，发射极直接连接至第一电源正极VCC1(+12V)，整形后的单端触发脉冲信号由射频三极管Q1的集电极输出；该触发信号整形电路中，射频三极管Q1有快速导通和闭合的功能，可以对触发信号进行整形，从而在集电极产生边沿快的一正极性触发脉冲信号。本专利技术并不以此为限，触发信号整形电路还可以由NPN型射频三极管开关电路替代，在NPN型射频三极管的发射极产生边沿快的一正极性触发脉冲信号，提供给宽带线性功率放大三极管Q2的基极；触发信号整形电路输出的触发脉冲信号幅度可以介于2V～12V之间，脉冲宽度可以介于2ns～10ns之间，脉冲重复频率可以介于100KHz～3MHz之间。此外，本专利技术中也可以不包含该触发信号整形电路，而直接由外界输入一满足上述条件的单端触发脉冲信号，同样可以实现本专利技术。3、脉冲信号发生电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种皮秒级单周期脉冲发射机，其特征在于，包括：脉冲信号发生电路，用于利用输入的触发脉冲信号触发产生皮秒级单极性脉冲信号，包括：充放电电路，包括：第二充放电电容(C2)，其第一端通过第三电阻(R3)连接至第二电源正极(VCC2)，其第二端通过第五电阻(R5)和第四可变电阻(R4)连接至第三电源正极(VCC3)；宽带线性功率放大三极管驱动脉冲形成电路，其中，宽带线性功率放大三极管(Q2)的连接关系如下：其基极通过并联的第二电阻(R2)和第一电容(C1)连接至触发脉冲信号的输入端；其集电极连接至所述第二充放电电容(C2)的第一端；其发射极连接至地；阶跃恢复二极管脉冲形成电路，其中，阶跃恢复二极管(D1)的连接关系如下：其正极端通过第一电感(L1)连接至第二充放电电容(C2)的第二端；其负极端连接至地；以及耦合电路模块，包括：第三耦合电容(C3)，其第一端连接至阶跃恢复二极管(D1)的正极端，其第二端输出皮秒级单极性脉冲信号；脉冲信号压缩整形电路，其前端电性连接至所述脉冲信号发生电路，用于对其产生的皮秒级单极性脉冲信号进行压缩整形；以及单周期脉冲形成电路，其前端电性连接至脉冲信号压缩整形电路，用于将压缩整形后的皮秒级单极性脉冲信号合成为皮秒级单周期脉冲信号。...

【技术特征摘要】
1.一种皮秒级单周期脉冲发射机，其特征在于，包括：脉冲信号发生电路，用于利用输入的触发脉冲信号触发产生皮秒级单极性脉冲信号，包括：充放电电路，包括：第二充放电电容(C2)，其第一端通过第三电阻(R3)连接至第二电源正极(VCC2)，其第二端通过第五电阻(R5)和第四可变电阻(R4)连接至第三电源正极(VCC3)；宽带线性功率放大三极管驱动脉冲形成电路，其中，宽带线性功率放大三极管(Q2)的连接关系如下：其基极通过并联的第二电阻(R2)和第一电容(C1)连接至触发脉冲信号的输入端；其集电极连接至所述第二充放电电容(C2)的第一端；其发射极连接至地；阶跃恢复二极管脉冲形成电路，其中，阶跃恢复二极管(D1)的连接关系如下：其正极端通过第一电感(L1)连接至第二充放电电容(C2)的第二端；其负极端连接至地；以及耦合电路模块，包括：第三耦合电容(C3)，其第一端连接至阶跃恢复二极管(D1)的正极端，其第二端输出皮秒级单极性脉冲信号；脉冲信号压缩整形电路，其前端电性连接至所述脉冲信号发生电路，用于对其产生的皮秒级单极性脉冲信号进行压缩整形，该脉冲信号压缩整形电路为变容二极管并联整形电路，包括：第一电感线(LL1)，其第一端连接至脉冲信号发生电路的输出端，其第二端连接至单周期脉冲形成电路的输入端；以及第一变容二极管(D2)、第二变容二极管(D3)、第三变容二极管(D4)、第四变容二极管(D5)、第五变容二极管(D6)和第六变容二极管(D7)，其中，六个变容二极管的正极端均依次连接至第一电感线(LL1)上，相隔等间距，其负极端均连接至地；以及所述单周期脉冲形成电路，其前端电性连接至脉冲信号压缩整形电路，用于将压缩整形后的皮秒级单极性脉冲信号合成为皮秒级单周期脉冲信号。2.根据权利要求1所述的皮秒级单周期脉冲发射机，其特征在于，所述第二电源正极(VCC2)的电压取值介于40V～50V之间，所述第三电源正极(VCC3)的电压为+9V。3.根据权利要求1所述的皮秒级单周期脉冲发射机...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘丽华，夏新凡，管洪飞，张群英，方广有，
申请(专利权)人：中国科学院电子学研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11