一种超宽带脉冲产生电路的设计及实现

2018-03-22 11:44冯清娟唐胜春任小军
电子技术与软件工程 2018年3期
关键词:超宽带

冯清娟 唐胜春 任小军

摘 要 本文首先提出了一种雪崩晶体管超宽带脉冲发生电路的优化方法,该方法可以在确保输出功率的同时,不产生级间延迟,为超宽带脉冲产生技术提供了一种新的实现方法。然后对改进和优化后的雪崩晶体管脉冲发生电路进行了设计和实现,从测试统计结果可以看出,优化后的脉冲发生电路可以在较低的电源电压下稳定工作,并输出一定幅度和宽度的超宽带脉冲,能满足超宽带脉冲发生电路的要求。

【关键词】超宽带 脉冲电路 雪崩晶体管 脉冲触发源

超宽带技术是一种新型无线通信技术。因其具有数据传输速率高,功耗极低、透视能力很强等优势,近年来被广泛应用于无线局域网、无线传感网、雷达定位和成像系统等多个领域。因此超宽带脉冲产生电路的研究就显得尤为重要。

目前的超宽带脉冲产生方法有很多,但都存在不足之处,例如隧道二极管所产生的脉冲,上升时间短,但幅度较小;雪崩三极管脉冲产生电路的幅度比较高,但脉冲宽度较大;高压皮秒光导开关技术可以产生质量很高的皮秒脉冲,但工作时需要皮秒激光,限制了其使用范围。因此,本文提出了一种雪崩晶体管超宽带脉冲发生电路的优化方法,该方法可以在确保输出功率的同时,不产生级间延迟。为超宽带脉冲产生技术提供了一种新的实现方法。

1 总体设计方案

本文以一阶高斯脉冲为设计目标,提出一种以振荡源、储能元件和高速开关为主体的超宽带脉冲产生电路模型,其工作原理是,触发信号控制高速开关,当触发信号的上升沿到达时,高速开关迅速打开,对储能元件进行充电,形成窄脉冲信号的上升沿,然后迅速关断,形成窄脉冲信号的下降沿。

2 雪崩晶体管脉冲发生电路的优化及电路参数的确定

由雪崩晶体管电路的工作原理可知,其产生的脉冲宽度较大,输出功率较小,很难直接应用。要想提高输出功率,一般采用多管联合工作方式,但对于产生皮秒量级的脉冲电路而言,任何一级上的时间延迟都会影响产生的输出脉冲的质量。

为了消除电路中存在的雪崩依次延时,本文对电路进行了改进,在多个晶体管的基极加入了同步触发脉冲信号,使晶体管同时产生雪崩击穿,加快负载获得脉冲的上升过程,使其更为陡直。

雪崩晶体管电路中应确定的电路元件参数主要为雪崩晶体管、偏置电压Vcc、雪崩电容C、负载电阻R四个参数。雪崩晶体管选择金属壳TO-18封装的2N2369A型晶体管,其开关速度比较快,雪崩电流较大,击穿电压较低;Vcc的选择应使雪崩晶体管能够发生雪崩效应,并同时满足Vcc≤BVCBO;雪崩电容选取为几皮法的瓷片电容;集电极电阻Rc应保证雪崩电路能够在静止期内恢复完毕。

3 负载电阻和雪崩电容对输出信号的影响分析

为了尽量消除电路其他模块对脉冲发生电路的影响,测量中使用Agilent 33220A标准发生器代替触发信号源,触发脉冲信号频率5MHz,占空比10%,触发脉冲信号脉宽20ns,使用标准直流电压源做直流偏置电源,输出电压设置为雪崩晶体管的临界雪崩电压。表1和表2分别统计了负载电阻R和雪崩电容C对输出脉冲信号的电压幅度U和脉冲宽度Td的影响情况。

从以上测量统计结果可以看出,本文设计的脉冲发生电路可以在较低的电源电压下可靠工作,能稳定地输出一定幅度和宽度的超宽带脉冲,输出脉冲的电压幅度基本在10V以上,脉冲宽度可达0.68ns,能满足超宽带脉冲发生电路的要求。

4 结论

本文首先提出了一种雪崩晶体管超宽带脉冲发生电路的优化方法,該方法可以在确保输出功率的同时,不产生级间延迟,为超宽带脉冲产生技术提供了一种新的实现方法。从测试统计结果可以看出,优化后的脉冲发生电路可以在较低的电源电压下稳定工作,并输出一定幅度和宽度的超宽带脉冲,可满足超宽带脉冲发生电路的要求。

参考文献

[1]程宇,冉建华.超宽带通信技术及其军事应用前景[J].舰船电子工程,2016,6(01):4-8.

[2]武兴佩,王琼,李萌.超宽带无线通信技术的研究[J].信息通信,2015,12(03):201-205.

[3]顾丽爱.超宽带脉冲产生电路的研究与设计[J].现代电子技术,2016,9(03):131-136.

作者单位

北京信息科技大学 北京市 100192

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