单位文秘网 2022-02-26 08:11:08 点击: 次
摘 要:基于阶跃恢复二极管(SRD)反向偏置时的阶跃恢复特性,设计了一种极窄的亚纳秒级二阶微分高斯脉冲发生器。该脉冲发生器主要由SRD串并联电路、RC电路及并联微带线短路枝节组成,其中串并联结构的SRD用于形成窄脉冲,RC电路用于信号的耦合及取代SRD的外偏置网络,微带短路枝节用于二阶脉冲的成形。利用ADS对电路进行了仿真设计,并对电路进行加工制造,和串联或并联SRD脉冲发生器相比,串并联结构的输出电压明显提高,3V纽扣电池供电时,实际测试的脉冲峰-峰值1.2V,脉冲宽度约600ps,脉冲对称性较好,振铃约-16dB。
关键词:阶跃恢复二极管;超宽带;二阶微分高斯脉冲;脉冲发生器
中图分类号:TN784+.1 文献标识码:A 文章编号:1674-7712 (2014) 18-0000-01
超宽带窄脉冲,在超宽带雷达、超宽带无线通信系统中,是非常重要的研究内容。目前主要有基于数字电路的竞争冒险[1],基于雪崩晶体管、阶跃恢复二极管(SRD)、隧道二极管等高速电子器件的非线性效应产生窄脉冲。文献[1]采用数字电路的方法得到了脉宽为3ns的钟形脉冲,若要产生更窄的脉冲,需要精确的控制信号的延迟,对于亚纳秒的时延,目前市场上的芯片很难达到;雪崩晶体管所需供电电压较高,输出幅度过大,适合应用于超宽带雷达系统;SRD由于其特有的反向阶跃恢复特性,能产生上升沿、下降沿约50ps~150ps的窄脉冲,且输出幅度适中、结构简单、甚至无需额外的偏置网络,因此在UWB无线通信系统中有着光明的使用前景。
一、SRD脉冲发生器设计
SRD选用MA-COM公司的MA44769,其主要参数为:少子寿命10ns、渡越时间150ps、反向击穿电压30V。所设计的脉冲发生器,电路原理图如图1所示。
脉冲发生器由驱动电路、脉冲发生电路及脉冲成形电路组成。驱动电路用于为SRD提供足够的功率,选用TI公司的SN74LVC1G02或非门实现。
脉冲发生电路包括两级RC网络、并联二极管SRD1及串联二极管SRD2,是整个脉冲发生器的核心部分。RC网络用于级间耦合,提高脉冲的输出功率效率,同时为SRD1、SRD2提供偏置。驱动电路输出为高电平时,SRD1导通,其端电压为二极管的导通压降,负载输出为0;当驱动电路的输出由高电平向低电平跳变时,RC网络作为微分电路,产生负的尖脉冲,SRD1反向偏置并迅速截止,同时用来锐化负脉冲的下降沿。
SRD1截止之后,SRD2反向偏置,产生反向电流IR,在50Ω的负载上形成窄脉冲,该脉冲为高斯脉冲,脉冲峰值约1V,由于电路阻抗不匹配,产生了振铃,使脉冲的上升沿变缓,脉冲的根部宽度约1.1ns。
高斯脉冲包含较大的直流分量,在无线通信系统中,为了提高脉冲的发射效率,多采用高斯脉冲的高阶微分,脉冲成形网络即用于将高斯脉冲转换为高阶微分的高斯脉冲。根据微波传输线理论,λ/4短路线能产生相位差180°的全反射,在SRD2的输出端,并联一段λ/4微带短路枝节,为了使输出和50Ω的负载匹配,在SRD2和负载之间串入电容,该电容和负载共同作用,可看作微分网络。经成形网络整形后的二阶微分高斯脉冲如图3所示。
二、脉冲发生器的制作及测试
根据以上的分析,实际制作了脉冲发生器,如图2所示。介质基板采用厚度为0.6mm的FR-4,相对介电常数约4.3,采用3V纽扣电池供电,以1.8432MHz的时钟振荡器作为脉冲触发源,整个电路结构紧凑、体积小。使用Agilent InfiniiMax 90000系列示波器对脉冲进行了时域测量,测试结果如图3所示。测试结果表明,脉冲发生器形成了二阶微分高斯脉冲,脉冲峰-峰值约1.2V,脉冲宽度约600ps,脉冲的振铃较低约-16dB,波形对称性较好。和仿真结果相比,脉冲幅度有所降低,这是因为仿真时未考虑损耗,另外,示波器的带宽有限,衰减了部分高频段的能量所致,其它指标仿真实测符合的很好。
三、结束语
本文分析了SRD的反向阶跃恢复特性,在此基础上,基于ADS仿真设计了一种二阶微分高斯脉冲发生器,测试结果和仿真结果基本一致,验证了设计方案的有效性。该脉冲发生器结构紧凑、体积小、成本低廉,在超宽带无线通信系统中,有较高的实用价值。
参考文献:
[1]Ian Oppermann,Matti Ha¨ma¨la¨inen, Jari Iinatti.UWB Theory and Applications[J].West Sussex:John Wiley&Sons Inc,2004:112-114.
[2]Bahl I J,Bhartia P.Microwave solid state circuit design.Hoboken[J].New Jersey:John Wiley&Sons Inc,2003:425-42.
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