采用阶跃恢复二极管的纳秒脉冲发生器

阶跃恢复二极管参数对窄脉冲波形的影响研究李萌;黄忠华;沈磊【摘要】阶跃恢复二极管是超宽带引信产生窄脉冲信号的核心器件,阶跃恢复二极管参数影响窄脉冲信号的幅度和宽度.依据半导体器件理论和阶跃恢复二极管不同的工作状态,建立阶跃恢复二极管模型,分析阶跃恢复二极管参数对二极管正偏导纳和反偏势垒电容的影响.根据窄脉冲产生等效电路,采用电路暂态分析方法求解窄脉冲幅度和窄脉冲宽度,仿真研究阶跃恢复二极管少数载流子寿命、反向饱和电流、零偏结电容和掺杂分布系数与窄脉冲幅度和窄脉冲宽度关系.仿真结果表明,改变阶跃恢复二极管参数可以调节窄脉冲幅度和窄脉冲宽度,通过产生的窄脉冲与仿真结果对比分析,验证了仿真结果的正确性.%Step recovery diode (SRD) is the kernel of ultra-wideband (UWB) fuze generating a narrow pulse signal,and the parameters of SRD can affect the amplitude and width of narrow pulse signal.A SRD model is established based on the semiconductor device theory and SRD operating states,and the effects of SRD parameters on forward bias admittance and reverse bias barrier capacitance are studied.According to narrow pulse generating equivalent circuit,a circuit transient analysis method is used to solve the expression of narrow pulse amplitude and width.The relationships among SRD minority carrier lifetime,reverse saturation current,bias junction capacitance,doping distribution coefficient,narrow pulse amplitude and pulse width are studied through simulation.The simulated results show that the amplitude and pulse width of narrow pulse can be adjusted by changing SRDparameters.The correctness of simulated results is verified by comparing with the generated narrow pulse.【期刊名称】《兵工学报》【年(卷),期】2017(038)008【总页数】8页(P1490-1497)【关键词】兵器科学与技术;超宽带引信;阶跃恢复二极管;窄脉冲;少数载流子寿命;零偏结电容【作者】李萌;黄忠华;沈磊【作者单位】北京临近空间飞行器系统工程研究所,北京100076;北京理工大学机电学院,北京100081;北京仿真中心航天系统仿真重点实验室,北京100854【正文语种】中文【中图分类】TJ43+4.1阶跃恢复二极管(SRD)是超宽带引信产生窄脉冲信号核心器件[1-2]，SRD参数影响窄脉冲信号的幅度和宽度。

超宽带通信系统的设计与实现在当今信息高速传递的时代，通信技术的发展日新月异，其中超宽带通信系统以其独特的优势逐渐崭露头角。

超宽带通信系统是一种能够在极宽的频带上传输数据的通信技术，具有高速率、低功耗、高精度定位等诸多优点，在无线个域网、雷达探测、精确定位等领域有着广泛的应用前景。

超宽带通信系统的基本原理是通过发送极窄脉冲来实现数据传输。

这些脉冲的宽度通常在纳秒甚至皮秒级别，因此能够占据非常宽的频谱。

与传统的通信技术相比，超宽带通信系统不需要进行载波调制，直接利用脉冲的有无来表示数字信息“0”和“1”，大大简化了系统的复杂度。

在设计超宽带通信系统时，首先要考虑的是发射机的设计。

发射机的核心部件是脉冲发生器，它需要产生符合要求的窄脉冲。

常见的脉冲发生器有阶跃恢复二极管脉冲发生器、雪崩三极管脉冲发生器等。

这些脉冲发生器能够产生纳秒甚至皮秒级别的窄脉冲，但其性能和稳定性会受到多种因素的影响，如电源电压、温度等。

为了提高脉冲的质量和稳定性，通常需要采用一些补偿和校准技术。

除了脉冲发生器，发射机还需要功率放大器来增强信号的强度。

由于超宽带信号的频谱非常宽，功率放大器需要在很宽的频带上保持良好的线性特性和效率。

这对功率放大器的设计提出了很高的要求，目前常用的功率放大器有砷化镓功率放大器、氮化镓功率放大器等。

接收机是超宽带通信系统的另一个重要组成部分。

接收机的主要任务是从接收到的信号中准确地恢复出原始的数据。

由于超宽带信号的功率谱密度非常低，接收机需要具有很高的灵敏度。

常见的接收机结构有相关接收机、能量接收机等。

相关接收机通过将接收到的信号与本地产生的模板脉冲进行相关运算来恢复数据，具有较好的性能，但实现复杂度较高。

能量接收机则通过检测接收到的信号能量来判断数据，实现相对简单，但性能稍差。

在超宽带通信系统中，天线的设计也至关重要。

天线需要在很宽的频带上保持良好的辐射特性和阻抗匹配。

常见的超宽带天线有平面单极子天线、圆锥天线等。

连续可调纳秒脉冲LD驱动电源的研制张寿棋;楼祺洪;周军;董景星【摘要】为了满足单模尾纤输出脉冲半导体激光器及其后级光放大的要求,研制了一种重频、脉宽及峰值电流均连续可调的纳秒脉冲驱动电源.该电源使用功率场效应管作为开关,通过分析其驱动特性,采用合适的栅极驱动电路,从而缩短了脉冲宽度,增加了带负载能力;同时电源中的保护电路采用自断电等保护措施,能有效保证LD的安全工作.实验结果表明,该驱动电源工作稳定,能满足单模尾纤输出脉冲LD重频、脉宽、峰值可调的要求.【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2008(032)004【总页数】3页(P396-398)【关键词】激光技术;驱动电源;半导体激光器;保护电路【作者】张寿棋;楼祺洪;周军;董景星【作者单位】中国科学院,上海光学精密机械研究所,上海,201800;中国科学院,上海光学精密机械研究所,上海,201800;中国科学院,上海光学精密机械研究所,上海,201800;中国科学院,上海光学精密机械研究所,上海,201800【正文语种】中文【中图分类】TN86引言在高功率脉冲光纤激光器的设计中，为了得到能量较大的纳秒光脉冲，需对种子光源进行多级放大[1]。

作者采用单模带尾纤输出的脉冲半导体激光器做为种子光源，进行三级放大。

为了方便后级光放大的进行，要求种子光重频、脉宽、峰值功率可调。

由于半导体激光器发射的光脉冲是由激光电源产生的电脉冲直接调制得到的，因此需要设计一个重频、脉宽、峰值电流均为可调的半导体激光器纳秒脉冲驱动电源。

同时为了保证半导体激光器的正常工作和提高其使用寿命，驱动电源需提供有效的保护措施。

目前，获得纳秒级电脉冲常采用雪崩晶体管、功率场效应管、双极性晶体管和阶跃恢复二极管等。

利用雪崩管作为开关，可以获得较好的脉冲波形，但输出脉宽和峰值连续可调比较困难，而且雪崩管需要很大的电压驱动，这在高频信号中很容易产生串绕。

双极性晶体管和阶跃恢复二极管产生的窄脉冲峰值电流不能做得很大，难以满足要求[2-4]。

利用阶跃二极管产生谐波的方法
阶跃二极管（Step recovery diode，简称SRD）是一种高频器件，它
的主要特点是能够在纳秒级别内交变电压信号产生超快速上升沿或下
降沿。

这种器件可以用于产生谐波信号，下面是利用阶跃二极管产生
谐波的方法：
1. 冲击激励法
利用pulse generator（脉冲发生器）在阶跃二极管上提供突发的正脉冲，从而使建立反向高压电场的空间电荷区突破电子饱和电流，实现快速
切换。

在输出电压中将产生高频谐波，这种方法属于单调谐波产生方法。

2. 抽载法
将阶跃二极管串联在共振回路内，使用高频稳定的信号源激励，通过
阶跃二极管的抽载作用，把谐振回路的能量吸收并存储在结电容中。

当电极独立开关切换工作时，释放存储在结电容中的能量进行谐波输出。

这种方法适用于多频段谐波产生，可用于频率合成等多种应用场合。

3. 直流调制法
在阶跃二极管上施加一个直流调制电压，实现阶跃二极管的部分负电
阻特性，从而将输入的高频信号倍频，并在输出谐波部分具有倍频特性。

这种方法可以实现大范围对谐波特性的调制。

总之，利用阶跃二极管产生谐波的方法多种多样，而在实际应用中，我们可以根据不同的应用场景和需求选择合适的谐波产生方法。

第30卷第9期 强激光与粒子束Vol.30,No. 9 2018 年 9 月HIGH POWER LASER AND PARTICLE BEAMS Sep. , 2018基于漂移阶跃恢复二极管开关的脉冲源仿真计算王亚杰，何鹏军，荆晓鹏，铁维昊，解江远，赵程光(西安电子工程研究所，西安710100)摘要：介绍了新型半导体开关漂移阶跃恢复二极管（DSRD)的工作原理和特性，总结了基于半导体开关器件的脉冲源的发展现状及应用。

基于DSRD的等效模型，建立了其正反向泵浦电路的仿真模型，按照输出电压参数的要求，对主储能电感、初级储能电感的取值进行了仿真计算分析，并得到了主回路各元件参数的最优值。

通过仿真分析了 MOSFET漏源端寄生电容与限压并联电容对输出参数的影响，得到了限压并联电容最优值为0.2nF，通过计算与仿真得到隔直电容的最优值为100pF。

研制了一款可连续输出的脉冲功率源，其重复频率为1M H z脉冲前沿等于680 ps(20%〜90%)，电压幅值2k V,半高宽1.5 ns。

关键词：漂移阶跃恢复二极管；泵浦电路；亚纳秒；高重频中图分类号：TN313 文献标志码：八doi:10.1 1884/HPLPB201830. 170398随着脉冲功率技术的发展，利用新型半导体开关器件研制的固态脉冲功率源前沿可达到亚纳秒，输出脉冲 重复频率可达到M H z级，比传统气体开关的重复频率高得多，且脉冲前沿又比功率M O SFET、IG B T的前沿 更陡，在超宽带雷达、激光驱动、材料改性和低温等离子体研究等方面具有广泛的应用前景。

半导体开关漂移 阶跃恢复二极管（DSRD)是一种快速关断开关，其典型结构与普通二极管相似，为p-n-n结构。

首先，在正 向泵浦电流作用下，D SR D的p-n结区域产生电子-空穴对载流子，导通压降很低；然后给DSRD提供一个快速 反向泵浦电流，D SR D的p-n结区域载流子在反向电流作用下快速复合消失，当载流子完全消失时D SRD快速 关断，在负载上产生陡前沿脉冲。

专利名称：基于阶跃恢复二极管的雷达时钟倍频器专利类型：实用新型专利
发明人：舒伟
申请号：CN201620500049.8
申请日：20160525
公开号：CN205792524U
公开日：
20161207
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开了一种基于阶跃恢复二极管的雷达时钟倍频器，包括偏置电路、阶跃管脉冲发生器、放大电路和带通滤波电路，所述偏置电路的信号输入端作为整个雷达时钟倍频器的信号输入端，所述偏置电路的信号输出端与所述阶跃管脉冲发生器的信号输入端连接，所述阶跃管脉冲发生器的信号输出端与所述放大电路的信号输入端连接，所述放大电路的信号输出端与所述带通滤波电路的信号输入端连接，所述带通滤波电路的信号输出端作为整个雷达时钟倍频器的信号输出端。

本实用新型提高了时钟信号质量，提高了雷达数字接收机信号处理性能，降低了硬件成本，增强了系统稳定性与抗干扰性能，降低系统调试难度。

申请人：成都远望科技有限责任公司
地址：610000 四川省成都市高新区九兴大道6号高发大厦B幢219、419室
国籍：CN
代理机构：北京天奇智新知识产权代理有限公司
代理人：杨春
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