一种超宽带脉冲产生电路的设计及实现

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

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作者单位

北京信息科技大学 北京市 100192