超宽带极窄脉冲的产生及实现(晶体管雪崩效应)讲课教案

文章编号：1001-893X（2009）02-0029-04基于脉冲形成网络的超宽带脉冲产生与设计∗田波，邓茗春（空军工程大学导弹学院，陕西三原713800）摘要：分析了超宽带天线对冲击脉冲波形的要求。

利用阶跃恢复二极管和微带传输线，通过延迟的方法设计并制作了超宽带双极脉冲发生器。

根据超宽带脉冲发生器产生的脉冲参数，通过理论分析和时域有限差分法（FDTD）仿真，给出了一种微带脉冲形成网络的设计方法，并利用该方法成功地产生了纳秒级宽度的双极性超宽带窄脉冲信号。

测量结果表明：经过脉冲形成网络产生的信号具有良好的波形，且拖尾振荡小，有利于提高天线的辐射效率。

关键词：超宽带天线；脉冲形成网络；冲击脉冲；时域有限差分法中图分类号：TN914.3 文献标示码：AUWB Pulse Generation Based on Pulse Forming NetworkTIAN Bo，DENG Ming-chun（The Missile Institute，Air Force Engineering University，Sanyuan 713800，China）Abstract：The requirement of ultra wideband（UWB）antenna for pulse waveform is analyzed. Then using step recovery diode（SRD）and microstrip transmission line，a UWB monocycle pulse generator is designed by means of intervention and elimination. According to the parameters of the generated pulse and theory analysis and FDTD simulation results，a method based on pulse forming network is presented. The measured result shows that the waveform of bipolar pulse is good，and the ringing level is low. This pulse generator can be used to improve the radiation efficiency of UWB antenna.Key words：ultra wideband（UWB）antenna；pulse forming network；impulse；FDTD method1 引言随着微电子技术的进步和高速器件的发展，超宽带（UWB）无线技术开始走向商业化。

宽带匹配的低失真单周期超窄脉冲发生器黄辉;李楚宝;欧阳缮【摘要】针对传统单周期超窄脉冲发生器存在脉冲振铃大、拖尾长、对称性差以及与天线匹配特性不好导致波形失真而影响系统性能的问题,提出了宽带匹配的低失真单周期超窄脉冲发生器.该发生器由阶跃恢复二极管产生下降沿锐化的高斯脉冲后,利用肖特基二极管压制高斯脉冲的振荡以抑制振铃,采用微带滤波器对整形后的高斯脉冲高通滤波并保证输出端口的宽带匹配特性以消除拖尾.实测结果表明,所设计发生器能够产生峰峰值为 7.64 V,脉宽小于 500 ps且无拖尾,振铃小于 10%、对称性为 90%的单周期超窄脉冲,从而在保证波形质量的前提下提高了脉冲幅度,设计简单、低成本的特点使其具有较高的工程价值.%A wide-band matched low distortion ultra-short monocycle pulse generator was proposed to conquer the high ringing,long trailing,poor pulse symmetry and deteriorate of the system performance because of mis-match with antenna.Firstly,a SRD was used as a waveform edge sharpener to generate a fast falling edge Gaussian-like pulse.Then a schottky was employed to suppress the rounding of the Gaussian-like pulse to mini-mum theringing.Meanwhile,the trailing was eliminated with the formed Gaussian-like pulse highpass-filtered by a microstrip filter to ensure the wide-band matching of the output port.The measured results showed that the output waveform of the generator had 7.64 V peak-to-peak amplitude,less than 500 ps pulse duration with no trailing,10% of the ringing level and 90% symmetry.So the pulse amplitude increased without the waveform quality loss.【期刊名称】《探测与控制学报》【年(卷),期】2018(040)003【总页数】6页(P103-107,113)【关键词】冲激雷达;低失真;单周期超窄脉冲;宽带匹配【作者】黄辉;李楚宝;欧阳缮【作者单位】西安机电信息技术研究所,陕西西安 710065;西安机电信息技术研究所,陕西西安 710065;西安电子科学大学电子工程学院,陕西西安 710071【正文语种】中文【中图分类】TN911.230 引言单周期超窄脉冲发生器是高精度冲激脉冲定距超宽带雷达的关键电路，要求所产生脉冲具有较大的发射功率(探测距离)、较窄的脉宽(皮秒级)和高质量的波形即对称性好、振铃低[1-2]。

收稿日期：２０１０－０３－２６基金项目：国家“八六三”计划项目（２００７ＡＡ１２Ｚ１２４）作者简介：刘丽华（１９８１—），女，博士生，Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉｕｌｉｈｕａ．ｉｅ＠ｇｍａｉｌ．ｃｏｍ；方广有（１９６３—），男，研究员，博士生导师．第３１卷　第１期２０１１年１月北京理工大学学报Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｆ　Ｂｅｉｊｉｎｇ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＶｏｌ．３１　Ｎｏ．１Ｊａｎ．２０１１新型超宽带穿墙雷达单周期窄脉冲产生技术刘丽华１，２，　戴舜１，２，　谢义方３，　方广有１（１．中国科学院电子学研究所，北京　１００１９０；２．中国科学院研究生院，北京　１００１９０；３．中国科学院空间科学与应用研究中心，北京　１００１９０）摘　要：提出了一种电路结构简单、成本低廉的新型单周期窄脉冲产生方法，设计的脉冲产生电路主要由基于阶跃恢复二极管和微波三极管的脉冲产生电路，基于肖特基二极管和终端并联短截线的脉冲整形电路以及ＲＣ微分电路三部分组成．分析了电路各部分的工作原理和设计方法，并利用ＡＤＳ软件对整个电路进行仿真．实验测试结果表明，设计的脉冲产生电路能够产生峰峰值为７．６Ｖ、脉宽为５００ｐｓ的单周期脉冲信号，且脉冲振铃小、波形质量高，与软件仿真结果基本吻合，是一种适用于超宽带穿墙探测雷达系统的单周期脉冲发射机电路．关键词：超宽带雷达；单周期脉冲；阶跃恢复二极管；微波三极管；终端并联短截线中图分类号：ＴＮ　９５９．１ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００１－０６４５（２０１１）０１－００９２－０４Ａ　Ｎｏｖｅｌ　Ｕｌｔｒａ－Ｓｈｏｒｔ　Ｍｏｎｏｃｙｃｌｅ　Ｐｕｌｓｅ　Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　ｆｏｒ　Ｕｌｔｒａ－ＷｉｄｅｂａｎｄＴｈｒｏｕｇｈ－Ｗａｌｌ　Ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ　ＲａｄａｒＬＩＵ　Ｌｉ－ｈｕａ１，２，　ＤＡＩ　Ｓｈｕｎ１，２，　ＸＩＥ　Ｙｉ－ｆａｎｇ３，　ＦＡＮＧ　Ｇｕａｎｇ－ｙｏｕ１（１．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，ｔｈｅ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１００１９０，Ｃｈｉｎａ；２．Ｇｒａｄｕａｔｅ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ｔｈｅ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１００１９０，Ｃｈｉｎａ；３．Ｃｅｎｔｅｒ　ｆｏｒ　Ｓｐａｃｅ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ，ｔｈｅ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１００１９０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ　ｎｏｖｅｌ，ｃｏｍｐａｃｔ，ａｎｄ　ｌｏｗ－ｃｏｓｔ　ｕｌｔｒａ－ｓｈｏｒｔ　ｍｏｎｏｃｙｃｌｅ　ｐｕｌｓｅ　ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｉｔ　ｉｓ　ｍａｉｎｌｙ　ｃｏｎｓｉｓｔ　ｏｆ　ｔｈｒｅｅ　ｐａｒｔｓ：ｔｈｅ　ｐｕｌｓｅ　ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｃｏｍｐｏｓｅｄ　ｏｆ　ｓｔｅｐｒｅｃｏｖｅｒｙ　ｄｉｏｄｅ　ａｎｄ　ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ，ｔｈｅ　ｐｕｌｓｅ　ｓｈａｐｉｎｇ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｗｉｔｈ　Ｓｃｈｏｔｔｋｙ　ｄｉｏｄｅ　ａｎｄｔｅｒｍｉｎａｔｅｄ　ｓｈｕｎｔ　ｓｔｕｂ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ＲＣ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ　ｃｉｒｃｕｉｔ．Ｔｈｅ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ａｎｄ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｗｈｏｌｅｃｉｒｃｕｉｔ　ｗａｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｗａｓ　ｓｉｍｕｌａｔｅｄ　ｂｙ　ｕｓｉｎｇ　ＡＤＳ　ｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｔｈｅ　ｍｅａｓｕｒｅｄ　ｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｏｕｔｐｕｔ　ｗａｖｅｆｏｒｍ　ｈａｓ　７．６Ｖｐｅａｋ－ｔｏ－ｐｅａｋ　ａｍｐｌｉｔｕｄｅ　ａｎｄ　５００ｐｓ　ｐｕｌｓｅ　ｄｕｒａｔｉｏｎ　ｗｉｔｈｖｅｒｙ　ｌｏｗ　ｒｉｎｇｉｎｇ　ｌｅｖｅｌ．Ｇｏｏｄ　ａｇｒｅｅｍｅｎｔ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｔｈｅ　ｍｅａｓｕｒｅｄ　ａｎｄ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｉｓ　ａｃｈｉｅｖｅｄ．Ｔｈｅ　ｍｏｎｏｃｙｃｌｅ　ｐｕｌｓｅ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　ｉｓ　ｖｅｒｙ　ｓｕｉｔａｂｌｅ　ｆｏｒ　ｔｈｒｏｕｇｈ－ｗａｌｌ　ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ　ｒａｄａｒ　ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ．Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｔｈｒｏｕｇｈ－ｗａｌｌ　ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ　ｒａｄａｒ；ｍｏｎｏｃｙｃｌｅ　ｐｕｌｓｅ；ｓｔｅｐ　ｒｅｃｏｖｅｒｙ　ｄｉｏｄｅ；ｍｉｃｒｏｗａｖｅｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；ｔｅｒｍｉｎａｔｅｄ　ｓｈｕｎｔ　ｓｔｕｂ 近年来，超宽带技术得到了快速的发展，超宽带雷达由于发射脉冲信号的超宽频带特性，使其具有很强的穿透性和很高的距离分辨率．在超宽带雷达的各项关键技术中，窄脉冲信号发生器一直是射频电路研究领域中倍受关注的技术问题．窄脉冲产生的方法大致可以分为２类：①利用数字电路的逻辑器件特性［１］来实现所需脉冲信号的产生，利用这种方法产生单极性脉冲，方法简单，有利于与数字电路系统兼容，但所产生的脉冲宽度为纳秒量级，且幅度很低；②利用各种高速的模拟开关器件，结合脉冲整形网络产生满足要求的脉冲．目前大多采用后一类方法，常用器件包括阶跃恢复二极管（ＳＲＤ）［２－４］、雪崩晶体三极管［５－６］等．阶跃恢复二极管是利用它正向导通但反向并不能立即截止的渡越特性，可以生成幅度为几伏到几十伏、宽度为几百皮秒的脉冲；雪崩三极管是利用晶体管的雪崩击穿特性，生成脉冲的幅度可达几十伏到几百伏．但是，文献中介绍的脉冲方法绝大部分都是单极性高斯脉冲，在实际的应用中，单周期脉冲具有频带宽、辐射效率高的优点，在超宽带雷达系统中具有很好的应用前景．目前，单周期脉冲多在高斯脉冲的基础上通过短路型微带传输线［７－９］的反射得到，这种方法得到的脉冲幅度一般较小，多为毫伏量级，需要增加价格昂贵的宽带放大器才能满足系统对发射功率的指标要求．作者针对目前超宽带系统对单周期脉冲的切实需求，以及目前产生的单周期脉冲信号幅度小、波形差的现状，结合以上脉冲产生方法的优缺点，提出一种基于阶跃恢复二极管、微波三极管、肖特基二极管、终端并联短线和ＲＣ微分电路的单周期窄脉冲产生方法．其特点是形成的单周期脉冲幅度大、振铃小，且电路结构简单小巧．经测试，产生的单周期脉冲宽度为５００ｐｓ，电压幅度峰峰值为７．６Ｖ，比文献［３－４］中所提方法产生的皮秒级单周期脉冲在幅度上要大很多，满足超宽带穿墙雷达系统实现短距离探测对发射机对发射功率以及距离分辨率的应用要求，对实际的工程应用也有较好的参考价值．１　冲激脉冲信号超宽带（ＵＷＢ）技术中最常用的脉冲波形是高斯脉冲或其微分形式．基本的单极性高斯脉冲时域表达式为ｓ（ｔ）＝１２槡πσｅｘｐ－ｔ２２σ（）２．（１）式中σ表示高斯信号的均方差，称为脉宽因子．高斯脉冲的功率谱密度为Ｓ（ω）２＝ｅｘｐ［－（２πωσ）２］．（２）直流分量Ｓ（０）２＝１，即信号频谱中直流分量最大．高斯脉冲的一次微分即为单周期脉冲，其表达式为ｓ１（ｔ）＝－ｔ２槡πσ３ｅｘｐ－ｔ２２σ（）２．（３） 对应的功率谱密度表达式为Ｓ１（ω）２＝（２πω）２ｅｘｐ［－（２πωσ）２］，（４）其中Ｓ１（０）２＝０，即单周期高斯脉冲直流分量为０．根据式（１）（３），当脉宽因子σ取值相同时，单极性高斯脉冲和单周期高斯脉冲的时域波形及其频谱如图１所示．图１　单极性高斯脉冲与单周期脉冲时域波形及其频谱Ｆｉｇ．１　Ｗａｖｅｆｏｒｍ　ａｎｄ　ｓｐｅｃｔｒｕｍ　ｏｆ　ｍｏｎｏｐｏｌａｒ　ｐｕｌｓｅ　ｔｏｇｅｔｈｅｒｗｉｔｈ　ｍｏｎｏｃｙｃｌｅ　ｐｕｌｓｅ　从脉冲频谱可知，单极性高斯脉冲的主要频谱分量集中在低频部分，而单周期脉冲低频成分相对较少，具有更高的中心频率．在脉宽相同的情况下，单周期脉冲相比单极性高斯脉冲具有更宽的频带．在实际应用中，由于天线具有高通效应，低频能量无法辐射出去，同时在系统内部产生反射振荡，这种信号失真降低了系统的动态范围，尤其是近距离探测能力，因此，单周期脉冲作为发射信号是系统所期望的．２　电路设计与仿真阶跃恢复二极管是产生窄脉冲的有效方法之一，本文中提出了一种基于普通二极管ｓｐｉｃｅ参数及非线性电容和非线性电阻的阶跃恢复二极管模型，如图２所示．模型中的二极管为普通二极管，Ｃｐ为二极管的封装电容，Ｌｐ为二极管的引线电感，Ｒｊ和Ｃｊ分别表示随二极管两端变化而变化的结电阻和结电容．该模型既表现了二极管的一般特性，又体现了ＳＲＤ的特殊性质，能较好地体现ＳＲＤ的电特性．设计中，ＳＲＤ选用Ｍｅｔｅｌｉｃｓ公司的ＳＭＭＤ８３０，经过测试，可以绘出ＳＲＤ的伏安特性曲线，并３９第１期刘丽华等：新型超宽带穿墙雷达单周期窄脉冲产生技术图２　阶跃恢复二极管模型Ｆｉｇ．２　Ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　ｓｔｅｐ　ｒｅｃｏｖｅｒｙ　ｄｉｏｄｅ由伏安特性导出不同偏置下的结电阻Ｒｊ，可知ＳＲＤ的结电阻为可变电阻，电阻随偏置电压的增大而变小．ＳＲＤ结电容Ｃｊ与结电阻的性质类似，随着正向偏置电压的升高，结电容增大．图３所示为单周期脉冲产生电路原理图，由高斯脉冲形成电路、脉冲整形电路以及ＲＣ微分电路３部分组成，其中Ｑ１和Ｑ２为微波宽带三极管，Ｄ２为肖特基二极管，Ｄ３为ＳＲＤ，Ｃ１和Ｃ２为充放电电容．图３　单周期超短脉冲产生电路原理图Ｆｉｇ．３　Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ　ｏｆ　ｕｌｔｒａ－ｓｈｏｒｔ　ｍｏｎｏｃｙｃｌｅ　ｐｕｌｓｅ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ第１部分为高斯脉冲形成电路，由微波三极管开关电路、充放电电容以及ＳＲＤ组成．开始时，三极管Ｑ１和Ｑ２截止，偏置电压通过电阻Ｒ２对Ｃ２充电，ＳＲＤ管正向偏置；当ｃｌｏｃｋ脉冲到来时，Ｑ１和Ｑ２迅速由截止状态进入饱和状态，此时Ｃ２，Ｒ３，ＳＲＤ构成一个回路，Ｃ２上集聚的电荷通过电阻Ｒ３放电，在ＳＲＤ管的正极形成边沿较快的高斯脉冲信号．电路中Ｃ２和Ｒ３的取值共同决定了脉冲信号的脉宽与幅度，当它们的取值较大时，脉冲幅度较大，同时脉宽较宽．第２部分为脉冲整形电路，由肖特基二极管和终端并联短截线组成，对高斯脉冲进行两次整形，获得边沿很快的单极性高斯脉冲．肖特基二极管Ｄ２具有理想的开关特性，可以截去脉冲底部的一部分杂波．终端并联短截线的作用是在脉冲形成电路与ＲＣ微分电路之间形成阻抗匹配网络，可以消除很大一部分振铃，其代价是同时牺牲小部分脉冲幅度．电路中终端并联短截线长度Ｌ决定了反射信号相对入射信号的延时，从而决定了整形后的脉冲宽度，长度Ｌ须满足Ｌ＝ｃｔｇ２ε槡ｒ．（５）式中：εｒ为微带传输线的有效介电常数；ｔｇ为脉冲宽度；ｃ为真空中的光速．第３部分为微分电路［１０－１１］，由负载电阻及电容Ｃ３组成，将前级整形后的单极性高斯脉冲变换为幅度较大且波形质量好的单周期脉冲．微分电路的时间常数τ＝ＲＬＣ３，Ｖ２（ｔ）为整形后的波形，电容Ｃ３充放电过程中，负载电阻ＲＬ两端的电压Ｖ０（ｔ）随时间按指数规律变化，将Ｖ２（ｔ）的上升沿和下降沿变换为正负尖脉冲，其表达式为Ｖ０（ｔ）＝τｄＶ２（ｔ）ｄｔ．（６）可知，电路输出电压Ｖ０（ｔ）与Ｖ２（ｔ）的一阶微分成正比，所以，若不对前级单极性脉冲边沿进行整形，则经微分电路后的脉冲波形不仅脉冲幅度很小，且对称性很差，无法满足系统对发射信号的应用要求．基于ＳＲＤ模型，利用ＡＤＳ软件对图３所示电路进行仿真，激励信号为周期１ＭＨｚ，幅度２Ｖ的方波，图４为电路仿真输出波形，从仿真结果可以看出，输出脉冲宽度为４７０ｐｓ，脉冲幅度为±４．８Ｖ．图４　周期脉冲产生电路仿真结果Ｆｉｇ．４　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔ　ｏｆ　ｍｏｎｏｃｙｃｌｅ　ｐｕｌｓｅ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　ｃｉｒｃｕｉｔ３　实际测试结果图５为单周期脉冲输出信号的实测结果，测量仪器为Ｔｅｋｔｒｏｎｉｘ　ＴＤＳ６８０４Ｂ．电路的触发信号为１ＭＨｚ重复频率，幅度２Ｖ的方波信号．图５（ａ）为实测的脉冲时域波形，脉冲宽度为５００ｐｓ，电压幅度为±３．８Ｖ，图５（ｂ）为对应的幅频谱曲线，该脉冲－１０ｄＢ带宽为４．７ＧＨｚ．与图４对比，实测脉冲的幅度比仿真结果小，但脉冲宽度与仿真结果基本吻合．实验结果表明，实测的单周期脉冲不仅对称性很好，且脉冲振铃小，波形理想．４９北京理工大学学报第３１卷图５　实际测量结果Ｆｉｇ．５　Ｍｅａｓｕｒｅｄ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｆ　ｍｏｎｏｃｙｃｌｅ　ｐｕｌｓｅ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　ｃｉｒｃｕｉｔ４　结　论 采用阶跃恢复二极管、微波三极管、肖特基二极管为核心器件，以充放电电容以及终端并联短截线为辅助元件产生单周期脉冲．重点分析了电路各部分的工作原理，并利用ＡＤＳ软件进行ＳＲＤ建模和电路仿真．实验测试结果表明，该电路产生的单周期脉冲波形质量好，与仿真结果基本吻合．目前，该脉冲发生器已成功应用于穿墙探测雷达系统发射机中，该脉冲与天线的匹配性很好，辐射效率更高，且辐射信号的振铃得到了有效抑制，提高了穿墙探测雷达目标检测能力．参考文献：［１］Ｆｏｎｔａｎａ　Ｒ　Ｊ．Ｒｅｃｅｎｔ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｓｈｏｒｔ－ｐｕｌｓｅｕｌｔｒａ－ｗｉｄｅｂａｎｄ（ＵＷＢ）ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ［Ｊ］．ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ　Ｍｉ－ｃｒｏｗａｖｅ　Ｔｈｅｏｒｙ　Ｔｅｃｈ，２００４，５２（９）：２０８７－２１０４．［２］Ｐｒｏｔｉｖａ　Ｐ，Ｍｒｋｖｉｃａ　Ｉ，Ｍａｃｈａｃ　Ｊ．Ａ　ｃｏｍｐａｃｔ　ｓｔｅｐ　ｒｅｃｏｖ－ｅｒｙ　ｄｉｏｄｅ　ｓｕｂｎａｎｏｓｅｃｏｎｄ　ｐｕｌｓｅ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ［Ｊ］．Ｍｉｃｒｏｗａｖｅａｎｄ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｌｅｔｔｅｒｓ，２０１０，５２（２）：４３８－４４０．　［３］Ｈａｎ　Ｊｅｏｎｇｗｏｏ，Ｃａｍ　Ｎｇｕｙｅｎ．Ａ　ｎｅｗ　ｕｌｔｒａ－ｗｉｄｅｂａｎｄ，ｕｌｔｒａ－ｓｈｏｒｔ　ｍｏｎｏｃｙｃｌｅ　ｐｕｌｓｅ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　ｗｉｔｈ　ｒｅｄｕｃｅｄ　ｒｉｎ－ｇｉｎｇ［Ｊ］．ＩＥＥＥ　Ｍｉｃｒｏｗ　Ｗｉｒｅｌｅｓｓ　Ｃｏｍｐｏｎ　ｌｅｔｔ，２００２，１２（６）：２０６－２０８．［４］周建明，费元春．新型超宽带雷达发射机技术［Ｊ］．兵工学报，２００８，２９（２）：２４０－２４３．Ｚｈｏｕ　Ｊｉａｎｍｉｎｇ，Ｆｅｉ　Ｙｕａｎｃｈｕｎ．Ｎｏｖｅｌ　ｕｌｔｒａ－ｗｉｄｅｂａｎｄ　ｒａ－ｄａｒ　ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ［Ｊ］．ＡＣＴＡ　Ａｒｍａｍｅｎｔａｒｉｉ，２００８，２９（２）：２４０－２４３．（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ）［５］杨峰，薛泉，陈志豪．一种基于射频三极管的高斯脉冲发生器的设计［Ｊ］．通信学报，２００５，２６（１０）：６９－７１．Ｙａｎｇ　Ｆｅｎｇ，Ｘｕｅ　Ｑｕａｎ，Ｃｈｅｎ　Ｚｈｉｈａｏ．Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｓｕｂ－ｎａｎｏｓｅｃｏｎｄ　Ｇａｕｓｓｉａｎ　ｐｕｌｓｅ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ＲＦｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｎ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，２００５，２６（１０）：６９－７１．（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ）［６］Ｒｅｉｓｅｎｚａｈｎ　Ａ，Ｂｕｃｈｅｇｇｅｒ　Ｔ，Ｋａｉｎｅｄｅｒ　Ｇ，ｅｔ　ａｌ．Ａ　ｌｏｗ－ｃｏｓｔ　ＵＷＢ　ｒａｄａｒ　ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　ｓｅｎｓｉｎｇ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｃ］∥ＩＥＥＥ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ　Ｄｉｇｅｓｔ．Ｗａｌｔｈａｍ，ＵＳＡ：ＩＥＥＥ，２００６：２９９－３０２．［７］Ｌｅｅ　Ｊ　Ｓ，Ｎｇｕｙｅｎ　Ｃ，Ｓｃｕｌｌｉｏｎ　Ｔ．Ａ　ｎｏｖｅｌ　ｃｏｍｐａｃｔ　ｌｏｗ－ｃｏｓｔ　ｉｍｐｕｌｓｅ　ｇｒｏｕｎｄ　ｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇ　ｒａｄａｒ　ｆｏｒ　ｎｏｎｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｐａｖｅｍｅｎｔｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ　ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＭｅａｓ，２００４，５３（６）：１５０２－１５０９．［８］周建明，费元春．ＳＲＤ建模及其在冲激脉冲产生电路中的应用［Ｊ］．北京理工大学学报，２００７，２７（１）：５５－５８．Ｚｈｏｕ　Ｊｉａｎｍｉｎｇ，Ｆｅｉ　Ｙｕａｎｃｈｕｎ．Ｍｏｄｅｌｉｎｇ　ｏｆ　ＳＲＤ　ａｎｄ　ｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｉｍｐｕｌｓｅ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｃｉｒｃｕｉｔ［Ｊ］．Ｔｒａｎｓａｃ－ｔｉｏｎｓ　ｏｆ　Ｂｅｉｊｉｎｇ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００７，２７（１）：５５－５８．（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ）［９］Ｚｈａｎｇ　Ｃ，Ｎｇｕｙｅｎ　Ａ　Ｅ．Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ　ｐｉｃｏ－ｐｕｌｓｅ　ｇｅｎ－ｅｒａｔｏｒ　ｆｏｒ　ＵＷＢ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｃ］∥ＩＥＥＥ　ＭＴＴ－Ｓ　Ｉｎｔｅｒｎａ－ｔｉｏｎａｌ　Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ　Ｄｉｇｅｓｔ．Ｓａｎ　Ｆｒａｎｃｉｓｃｏ，ＵＳＡ：ＩＥＥＥ，２００６：４０７－４１０．［１０］倪原，郭玉平，杨辉．穿墙探测雷达中脉冲产生技术的研究［Ｊ］．西安工业大学学报，２００９，２９（１）：６７－７０．Ｎｉ　Ｙｕａｎ，Ｇｕｏ　Ｙｕｐｉｎｇ，Ｙａｎｇ　Ｈｕｉ．Ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　ｉｍｐｕｌｓｅｇｅｎｅｒａｔｏｒ　ｉｎ　ＴＷＳＲ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｘｉ ａｎ　ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２００９，２９（１）：６７－７０．（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ）［１１］Ｌｉｎ　Ｗｕｎｂｉ，Ｌｉｕ　Ｙｉｎｇｔｅ，Ｃｈｅｎ　Ｆｕｃｈｉａｎｇ．Ａ　ｎｅｗ　ｕｌｔｒａ－ｗｉｄｅｂａｎｄ　ｍｏｎｏｃｙｃｌｅ　ｐｕｌｓｅ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　ｕｓｉｎｇ　ｓｅｃｏｎｄ－ｏｒｄｅｒｔｒａｎｓｉｅｎｔ　ｃｉｒｃｕｉｔ［Ｃ］∥Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　３８ｔｈ　ＥｕｒｏｐｅａｎＭｉｃｒｏｗａｖｅ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ．Ａｍｓｔｅｒｄａｍ，Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ：［ｓ．ｎ．］，２００８：１５８５－１５８８．（责任编辑：刘芳）５９第１期刘丽华等：新型超宽带穿墙雷达单周期窄脉冲产生技术。

三极管雪崩窄脉冲电路设计雪崩窄脉冲电路是一种常见的电路设计，用于产生窄脉冲信号。

在设计这种电路之前，我们需要了解三极管的基本工作原理和雪崩效应。

1.三极管的基本原理三极管是一种功率放大器，由三个区域组成：发射区、基区和集电区。

在正常工作状态下，当向基区施加一个偏置电压时，就会形成一个基电流。

这个基电流会通过发射区流过三极管，并控制集电区的电流。

通过施加适当的电压和电流，我们可以控制三极管的工作状态。

2.雪崩效应雪崩效应是指当三极管的集电电压超过一定阈值时，由于电场引起的电子碰撞，电流会出现非线性增长。

这个阈值被称为雪崩电压。

下面我们将介绍如何设计一个简单的雪崩窄脉冲电路。

3.1电源首先，我们需要选择一个适当的电源，以供电给我们的电路。

通常，三极管工作时需要较高的电源电压。

选择一个适当的电源电压，比如12V或24V。

3.2驱动电路为了控制三极管的工作，我们需要设计一个驱动电路。

这个电路可以是一个晶体管开关电路，它可以将低电压输入转换为高电压输出。

这个驱动电路可以通过一个脉冲发生器产生一个窄脉冲信号。

3.3雪崩三极管选择一个合适的雪崩三极管，它必须具有合适的电流-电压特性。

选择一个具有较高的雪崩电压的三极管，以确保在工作条件下不会发生雪崩效应。

3.4放大电路设计一个放大电路，它可以将驱动电路产生的脉冲信号放大到足够的电平，以控制雪崩三极管的工作。

这个电路可以是一个共射放大器电路，其中三极管的集电极作为输出。

3.5雪崩电路保护为了防止雪崩电路的过电流和过电压，可以添加保护电路。

这个保护电路可以是一个限流电阻或一个熔断器。

3.6输出电路最后，设计一个输出电路，可以连接到雪崩三极管的集电极。

这个输出电路可以是一个电阻和一个负载，它可以将脉冲信号输出到外部电路。

总结：。

W波段雪崩管窄脉冲调制器的研究讲解过程
中心论题：脉冲调制器的基本组成和工作原理
电路设计
波形分析和实验测试
解决方案：利用方波发生器4060和触发单稳态触发器74LS123产生脉宽可调的脉冲周期信号
脉冲变换及调制脉冲产生
随着毫米波固态器件的发展，毫米波近程探测器逐渐从Ka波段转向W波段。

本文的应用背景就是一部W波段的主被动复合探测器系统，它是通过主动毫米波雷达和被动毫米波辐射计进行复合工作，对目标进行测距、定位和目标识别的微小型探测器。

脉冲调制器是本系统中的重要组成部分，它除了调制射频功率源外，还为系统的测距电路和信号处理电路提供基准信号和触发信号。

本系统的射频功率源由雪崩二极管振荡器产生，它与体效应管振荡器相比，工作频率高、功率大，但对脉冲调制器的瞬态驱动电流要求也高。

具体的指标要求是：瞬态脉冲电流不小于15A，此时电源电压不高于25V，脉冲宽度不大于100ns，脉冲占空比小于二百分之一，另外上升沿和下降沿时间为10ns左右，顶部的压降率不超过10%。

本文的重点就是研究如何产生这样的脉冲来达到系统的要求。

脉冲调制器的基本组成和工作原理
脉冲调制器主要由调制开关、储能元件、充电及隔离元件、旁通元件等四部分组成，如图1所示。

各部分的功能作用如下：
充电及隔离元件有电阻和电感两种。

其作用是：对储能元件按一定方式进行充电，把高压电源同调制开关隔开，避免在调制开关接通时高压电源过载。

储能元件一般为耐压值和容值较大的电容。

其作用是：在较长的脉冲间歇期间从高压电源获取能量并不断储存起来，而在极短的脉冲工作期间把能量转交给振荡器。

这样，高压电。

应用于超宽带穿墙雷达的极窄脉冲发生器设计作者：王帮耀刘晓云来源：《现代电子技术》2008年第19期摘要：介绍了一种可用于超宽带(UWB)穿墙雷达的脉冲发生电路，讨论并分析了UWB中几种常用窄脉冲产生方法的特点及其局限性。

基于雪崩三极管和射频双极性晶体管的雪崩特性，设计并制作了UWB脉冲电路发生器，指出电路中需要注意的事项及改进脉冲性能的方法，并获得亚纳秒级的超短、快速前沿的单极性UWB脉冲，幅度为28 V，宽度为0.95 ns。

关键词：超宽带；纳秒；脉冲发生器；雪崩特性；穿墙雷达；射频三极管中图分类号：TN911文献标识码：B文章编号：1004373X(2008)1900703Design of Ultra-narrow Pulse Generator in Ultra-wideband Through-wall RadarWANG Bangyao,LIU Xiaoyun(School of Automation Engineering,University of Electronic Science and Technology of China,Chengdu,610054,China)Abstract：A pulse generator used in through-wall Ultra Wideband (UWB) radar is introduced.Several kinds of commonly used narrow pulse generating methods are presented and their merits and limitations are analysed.Based on the avalanche characteristicof avlanch transistor and RF-BJT,sub-nanosecond UWB pulse is designed and fabricated with satisfying result of 28 V amplitude and pulse width of 0.95 ns.Key points and improvements are also discussed.Keywords：ultra-wideband;nanosecond;pulse generator;avalanche effect;through-wall radar;RF transistor1 引言超宽带(Ultra Wideband)，也叫作数据脉冲，指相对其中心频率有高比例的带宽。

三极管雪崩窄脉冲电路设计窄脉冲发射机主要是产生经过调制后的窄脉冲并将信号从天线发射出去，其中关键的是如何产生需要的窄脉冲信号，本文在参考探地雷达脉冲和IR-UWB 产生的基础上，根据现有的和实际的情况，选择了适合的发射电路。

§1.1雪崩三极管窄脉冲产生原理雪崩晶体三极管是可以用来产生比较高速、大功率窄脉冲的器件，它价格便宜、使用方便，因此得到广泛运用。

CEOCEI CBO图1.1 共发射极输出特性曲线从图1.1中可以看出，按照晶体管的工作情况，可以把共发射极接法的输出特性曲线分为四个区域：截止区、放大区、饱和区和击穿区。

当发射结反向运用，集电结也反向运用时，晶体管处于截止区。

当发射结正向运用，集电结反向运用时，晶体管处于放大区。

当发射结和集电结都处于正向运用状态时，晶体管处于饱和区。

在放大区工作时，如果将集电极和发射极间的电压CE V 增加到一定程度，就会使集电结发生雪崩击穿，雪崩击穿电压较高，一般6伏，击穿后集电极电流C I 急剧上升。

下面分析晶体三极管发生雪崩效应的过程。

集电结反向偏压很大，集电结空间电荷区内电场强度达到发生雪崩倍增效应时，电流通过集电结空间电荷区，由于雪崩倍增，电流增大，因此引进倍增因子M 为电流增大的倍速，M 定义为雪崩区内集电结电流与基结电流的比值，数值上等效于雪崩区域内电流放大系数α与正常工作区域内电流放大系数0α的比值。

图1.2 CEO BV 测量原理电路图 图1.3 CBO BV 测量原理电路图 在基极开路的共发射极电路中，外加电压比较小而没有发生雪崩倍增情况下，电路电流关系为：0(1)CBOCEO I I α=- (1-1)若外加电压较高，集电结发生雪崩倍增效应，这时的电流放大系数为0M α，基区的电流为CBO MI ，电路电流关系变为：0(1)CBOCEO MI I M α=- (1-2)当01M α→，CEO I →∞时，晶体管发生了击穿，当0=1M α时，-C E 间所加的反向电压就是CEO BV 。

一种超宽带脉冲产生电路的设计及实现作者：冯清娟唐胜春任小军来源：《电子技术与软件工程》2018年第03期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。