中國電子測試雜志官網正式上線

皮秒級超寬帶脈沖發生器的設計

行業動態 admin 2937℃ 0評論

0. 引言


超寬帶技術是一種全新的通信技術,它不需要使用傳統通信體制中的載波,而是通過發送和接收納秒或納秒以下的極窄脈沖來傳輸數據。超寬帶技術具有對信道衰落不敏感、發射信號功率譜密度低、被截獲與檢測的概率低、系統的復雜程度低、定位精度高等優點,非常適用與室內等密集多徑場所的高速無線接入和軍事通信應用中。


超寬帶技術實現的關鍵之一是如何設計并產生可以控制的極窄脈沖。目前, 從現有的脈沖產生電路來看主要有雪崩三極管、階躍恢復二極管(Step Recovery Diode)兩種形式。但由于其要求供電電壓較高(100V 以上) 普通電源很難滿足, 需采用高壓逆變電源或加變壓器等設備, 很難達到小型化、低功耗和野外作業的要求本文給出了一種采用階躍恢復二極管和微帶傳輸線的皮秒級脈沖形成電路的實現方法及仿真和測試結果。


1. 階躍恢復二極管特性


階躍恢復二極管是一種具有PN結的二極管。其結構上的特點是:在PN結邊界處具有陡峭的雜質分布區,從而形成自助電場。由于PN結在正向偏壓下,以少數載流子導電,并在PN結附近具有電荷存貯效應,使其反向電流需要經歷一個存貯時間后才能降至最小值(反向飽和電流值)。階躍恢復二極管的自助電場縮短了存貯時間,使反向電流快速截止,并產生豐富的諧波分量。利用這些諧波分量可設計出梳狀頻譜發生電路。快速關斷(階躍恢復)二極管用于脈沖和高次諧波電路中。它的直流伏安特性與一般PN結構相同。


    階躍恢復二極管在高頻時鐘信號作用下,階躍管正向時導通內部存儲電荷,當到了時鐘信號負半周時,脈沖沿很陡瞬間反向電流立即達到最值 二極管逐漸耗盡所存儲的電荷,維持一定的時間 在電荷耗盡的瞬間,反向電流突然變為零,形成了電流的“階躍”.由于電流在瞬問(<1ns)變化,在外電路中會產生極窄的脈沖,其中反向恢復時間 為存儲延遲時間 與暫態時間 之和。


   存儲延遲時間:



其中 是少數載流子壽命, 是前向電流, 是反向電流, 是前向電流持續時間。


暫態時間近似的與外部電路電阻R和階躍恢復二極管的節電容 成正比為:



2. 硬件電路設計


由于信號屬于高頻信號,電路理論中基本的假定即:不考慮導線的粗細與長度,在研究的導線上,電壓,電流到處一樣在此電路中不再成立。這就需采用傳輸線理論即:導線長度與波長可比,導線長度方向,電壓,電流是不相等的,也就是所謂的“長線效應”。因此電路中的導線用具有一定長度與寬度的微帶傳輸線TL1,TL3代替。R1R2分別為輸入輸出電阻,阻值為50歐姆,如圖1所示。


(以protel99的圖為準)


1 電路原理圖


3. 系統仿真及分析


輸入周期10MHz, 幅度 5V的時鐘信號Vin,經過階躍恢復二極管D和短路微帶傳輸線TL2形成極窄脈沖,脈沖上升沿由階躍恢復二極管的暫態時間決定,下降沿由短路微帶傳輸線中脈沖的反射時間決定。


信號分成兩路,一路朝輸出方向傳輸,一路朝短路微帶線方向傳輸,然后反射回來,朝輸出方向傳輸,故輸出兩路信號有延遲時間。


仿真脈沖時域波形如圖2所示:脈寬348ps,上升時間117ps,峰值電壓2.08V



2 仿真脈沖時域波形


頻譜圖如圖3所示:



3 仿真脈沖頻譜圖


4. 測試結果


信號源采用50MHZ, ,占空比50%脈沖,則實際測量所得波形如圖4和圖5所示,脈寬224.9ps上升時間175.2ps,幅度2.788V



 


4 實際測量所得波形



 


5 實際測量所得波形


從實際測量所得到的波形可以看出,由于阻抗不匹配,高斯脈沖有較大的振鈴,可以通過改變激勵波形的幅度,使用嚴格意義上的微帶線而不是用銅片近似代替得到解決。或者可以在階躍恢復二極管前端加入一個脈沖成形網絡并進行嚴格的阻抗匹配。


5. 結束語


本設計方案具有電路簡單、成本低、性能好的特點,從實驗結果可以看出本系統可以用于精度要求不是很高的超高頻的超寬帶通信的場合,當然也可以通過使用嚴格意義上的微帶線等方法提高系統的精度以擴展使用范圍。

轉載請注明:電子測試 » 皮秒級超寬帶脈沖發生器的設計

喜歡 (838)or分享 (0)
發表我的評論
取消評論
表情

Hi,您需要填寫昵稱和郵箱!

  • 昵稱 (必填)
  • 郵箱 (必填)
  • 網址
香蕉影视下载app污-香蕉永久免费视频-香蕉污软件app下载