CN101180797A - 用于产生单周期脉冲的设备及方法 - Google Patents

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CN101180797A CNA2005800498181A CN200580049818A CN101180797A CN 101180797 A CN101180797 A CN 101180797A CN A2005800498181 A CNA2005800498181 A CN A2005800498181A CN 200580049818 A CN200580049818 A CN 200580049818A CN 101180797 A CN101180797 A CN 101180797A
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库马尔·瓦苏德万·皮莱
潘卡吉·夏尔马
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Abstract

一种用于产生单周期脉冲的设备，包括用于提供输入信号的输入信号源(76)，和用于接收该输入信号并产生冲激脉冲的阶跃恢复二极管(SRD)(80)。提供分流电感器(102)用作第一微分器，而串联连接至阶跃恢复二极管输出端的电容器(92)用作第二微分器。第一和第二微分器被配置为对冲激脉冲进行两次微分，以产生单周期脉冲。

Description

用于产生单周期脉冲的设备及方法
技术领域
本发明涉及用于产生单周期脉冲(monocycle)的设备及方法，应用在例如超宽带(UWB)系统中。
背景技术
在通信和检测应用中均实用的超宽带(UWB)技术以极短的脉冲和时间域信号处理为基础。在UWB系统中极普遍使用的脉冲是单周期脉冲，且由于单周期脉冲的宽度决定带宽，因此为了产生超宽带信号，需要窄的脉冲宽度。
有多种产生脉冲的方法，而用于产生脉冲的装置包括，例如隧道二极管、雪崩二极管和阶跃恢复二极管(SRD)。在超宽带(UWB)应用中，每个脉冲可表示一个符号。在典型的UWB应用中，脉冲后紧跟着静默时间(间隔)。可对脉冲的特性进行改变以表示数据。
图1示出常规的脉冲位置调制，其中脉冲的位置超前或滞后于其平均位置，以表示符号。图2示出常规的用于表示符号的脉冲双相调制。在图1和图2中，波峰之间的距离表示脉冲重复周期。
对于高数据速率的应用来说，脉冲宽度必须小，以便在给定的时间段内传输更多的脉冲。如果仅产生一个周期的脉冲，则能量可以遍布在宽的频带上。而且，当静默时间较大时，数据速率可以得到改善，因此对于给定的占空因数来说，通过复用其它信道可以传输更多的脉冲。
一种常规的产生极窄脉冲的方法是使用阶跃恢复二极管(SRD)。
尽管从商业上可获得很多快速方波脉冲发生器，但是很少有高速单周期脉冲发生器。
单周期脉冲可通过使用微分器或冲激脉冲形成网络对方波脉冲的上升沿和下降沿进行两次微分而产生。这在Picosecond Pulse Labs的冲激脉冲形成网络数据表(Impulse Forming Networks Data Sheet)中进行了描述。该文件描述了对快速上升时间信号使用微分以产生脉冲。对前沿的微分产生正冲激脉冲，对后沿的微分产生负冲激脉冲。多一次微分就产生一个单周期脉冲。同时，无源电阻器和电容元件可用于微分，最后产生的单周期脉冲的幅度和脉冲宽度很大程度上依赖于信号的上升时间和下降时间。
该方法还有若干另外的问题。首先，需要用于产生具有几十皮秒量级上升时间的快速上升沿信号的电路，而这种电路或商业仪器通常价格昂贵，对于低成本应用并不经济。第二，对于由上升沿产生的每个单周期脉冲来说，由下降沿产生的单周期脉冲具有180度的相移。这降低了该方法的灵活性。因此，希望使用低成本电路产生具有达到1GHz脉冲重复率的亚纳秒单周期脉冲。
大多数常规单周期脉冲发生器使用集总元件，而不是分布式元件，因此较昂贵，且由于组件的容差，可重复性较差。
多个可选的常规单周期脉冲发生器在电路中使用若干有源器件。例如，在Jeong Soo Lee、Cam Nguyen和Tom Scullion的、名称为“New UniplanarSubnanosecond Monocycle Pulse Generator and Transformer for Time-DomainMicrowave Application”，June 2001 IEEE Transactions On Microwave TheoryAnd Techniques，Vol.49，No.6，pp 1126-1129的文件所描述的系统中，阶跃恢复二极管(SRD)与肖特基二极管一起使用，用于产生极窄的脉冲。当在使用生成亚纳秒单周期脉冲的SRD电路的系统中尝试较窄的单周期脉冲和较高的脉冲重复率时，包括肖特基二极管是为了克服激振效应，否则激振效应趋于呈现出来。
由Jeong Soo Lee、Cam Nguyen和Tom Scullion在名称为“New UniplanarSubnanosecond Monocycle Pulse Generator and Transformer for Time-DomainMicrowave Application”，June 2001 IEEE Transactions On Microwave TheoryAnd Techniques，Vol.49，No.6，pp 1126-1129的文件中所描述的方法，合并两个高斯脉冲来产生单周期脉冲。这两个高斯脉冲180度异相，且在它们之间具有延时。
图3示出根据上述由Jeong Soo Lee、Cam Nguyen和Tom Scullion公开的用于产生单周期脉冲的电路。该电路由本地振荡器1来驱动，该振荡器为SRD二极管2的阳极提供10MHz方波信号。该SRD二极管的阴极连接至50欧姆的短路传输线3和肖特基二极管4的阳极。肖特基二极管4的阴极连接至电容器6和电阻器8。电阻器8接地。电容器6连接至另两条传输线10、12，其中一条是终止传输线12，另外一条是短路传输线10。
由于单周期脉冲的宽度是冲激脉冲宽度的两倍，因此该方法具有脉冲宽度较宽的缺点。而且，限制激振效应的肖特基二极管的使用增加了脉冲发生器的成本。
Jeong Soo Lee、Cam Nguyen和Tom Scullion的、名称为“New UniplanarSubnanosecond Monocycle Pulse Generator and Transformer for Time-DomainMicrowave Application”，June 2001 IEEE Transactions On Microwave TheoryAnd Techniques，Vol.49，No.6，pp 1126-1129的文件还描述了脉冲到单周期脉冲的转换器。该转换器与以上所描述的电路不同之处在于转换器省略了SRD 2和短路传输线3。然而，该转换器需要窄脉冲代替方波来驱动，且该转换器本身并不是脉冲发生器。
在另一现有文件中，即Jeongwoo Han和Cam Nguyen的、名称为“A NewUltra-Wideband，Ultra-Short Monocycle Pulse Generator With ReducedRinging”，June 2002，IEEE Microwave And Wireless Components Letters，Vol.12，No.6，pp 206-208的文件中，描述了图4中示出的系统。该电路包括连接至SRD 16阳极的方波发生器14。该SRD的阴极连接至短路传输线18和肖特基二极管20的阳极。该肖特基二极管的阴极连接至终止传输线22和电容器24。电容器24的输出端连接至另一个肖特基二极管26的阴极，该肖特基二极管的阳极接地。电容器24的输出端还连接至电阻器28和另一个电容器30，电容器30的输出端通过另一个电阻器32接地。电阻器28的输出端通过另一个电容器34接地。电压源36跨接电容器34。SRD 16产生高斯脉冲，电阻器32和电容器30形成高通滤波器，作为将高斯脉冲转换为单周期脉冲的微分器。对高斯脉冲微分后形成的单周期脉冲的宽度几乎与脉冲本身的宽度相同。两个肖特基二极管20和26用于减小激振效应。与该系统相关的主要缺点是肖特基二极管的使用增加了该系统的成本。
在Jeong Soo Lee和Cam Nguyen的“Novel Low-cost Ultra-Wideband，Ultra-Short-Pulse Transmitter with MESFET Impulse-Shaping Circuitry forReduced Distortion and Improved Pulse Repetition Rate”，May 2001，IEEEMicrowave And Wireless Components Letters，Vol.11，No.5，pp 208-210中描述的系统如图5所示，该系统包括连接至SRD 38阴极的发生器37，SRD 38的阳极连接至短路传输线40。SRD 38的阳极还连接至接地电阻器42和MESFET 44的栅极。MESFET 44的源极接地。MESFET 44的漏极连接至肖特基二极管46的阳极。肖特基二极管46的阴极连接至接地电阻器48，还连接至电容器50。电容器50的输出端连接至短路传输线52和MMIC放大器54的输入端。MMIC放大器54的输出端终止于接地的电阻器56。MESFET44用作冲激脉冲成形网络，可使电路实现多达几百兆赫兹的较高脉冲重复频率。然而，MESFET 44和肖特基二极管46的使用增加了该系统的成本。
美国专利No.4,442,362描述了使用SRD的短脉冲发生器。多个电容器并行充电，然后通过多个雪崩晶体管串联连接，以获得与充电时电容器电压的总和基本相等的电压。然后，串联连接的电容器通过输出端的雪崩晶体管连接至产生单周期脉冲的微分器。该方法可产生高峰值振幅的脉冲。然而，雪崩晶体管的使用增加了该系统的成本，使得它对于低成本系统来说过于昂贵。而且，雪崩晶体管的使用限制了脉冲重复率。
美国专利No.3,622,808描述了使用两个阶跃恢复二极管和其它集总元件产生高频率脉冲的脉冲成形电路。该电路示于图6中。例如正弦波的信号源58连接至电感60，电感60的另一端通过电阻器62连接至电压源(未示出)。信号源58还连接至SRD 64的阴极。SRD 64的阳极通过另一电感器66接地。SRD 64的阳极还连接至另一SRD 68的阴极，及该系统的输出端70。另一SRD 68的阳极通过电容器72接地，并通过电阻器74连接至另一个电源(未示出)。该系统以较高的频率产生窄脉冲，但自身并不产生单周期脉冲。该系统的主要缺点是系统的成本高。
因此，需要低成本的、最好能够产生具有超过1GHz脉冲重复频率的亚纳秒单周期脉冲的单周期脉冲发生器。
发明内容
概括地说，本发明提出一种用于产生单周期脉冲的设备和方法，包括SRD和用于产生脉冲的元件，对所产生的脉冲进行两次微分，以产生单周期脉冲。本发明显著的优点是使得设备简单、偏宜，且容易复制。
另外，本发明的方法容易执行，且实现本发明的设备容易制造。
依据本发明的第一方面，提供一种用于产生单周期脉冲的设备，包括：
用于提供输入信号的输入信号源；
用于接收所述输入信号并产生冲激脉冲的阶跃恢复二极管(SRD)，所述阶跃恢复二极管具有输入端和输出端；以及
设置成对所述冲激脉冲进行两次微分以产生单周期脉冲的一个或多个微分器。
依据本发明的第二方面，提供一种包括以上所限定设备的超宽带系统。
依据本发明的第三方面，提供一种用于产生多频带信号的系统，包括以上所限定的设备，该设备具有一输出端，该系统进一步包括一个或多个具有输出端和关联输入端的带通滤波器，其中，该设备的输出端连接至所述一个或多个带通滤波器的输入端，所述系统进一步包括一个或多个调制器，每个调制器都具有关联的输出端，所述一个或多个调制器被设置成调制带通滤波器的输出，且所述一个或多个调制器被设置成使所述一个或多个调制器的所述输出端合并产生多频带超宽带信号。
依据本发明的第四方面，提供一种用于产生单周期脉冲的方法，包括：
向阶跃恢复二极管提供来自输入信号源的输入信号；
使用所述阶跃恢复二极管产生冲激脉冲；
对所述冲激脉冲进行两次微分，以产生单周期脉冲。
依据本发明的第五方面，提供一种用于产生多频带信号的方法，包括：
(a)通过以下步骤产生单周期脉冲：
(i)向阶跃恢复二极管提供来自输入信号源的输入信号；
(ii)使用所述阶跃恢复二极管产生冲激脉冲；以及
(iii)对所述冲激脉冲进行两次微分，以产生单周期脉冲；
(b)用所述单周期脉冲作为一个或多个带通滤波器的输入，所述一个或多个带通滤波器具有一个或多个输出端；
(c)使用一个或多个调制器，对所述一个或多个带通滤波器的一个或多个输出进行调制，以产生一个或多个经调制的输出信号；以及
(d)合并所述一个或多个经调制的输出信号来产生多频带超宽带信号。
本发明的优选实施例提供一种用于产生具有超过大约1GHz脉冲重复频率的亚纳秒单周期脉冲的极低成本解决方案。
本发明的优选实施例不需要昂贵的、用于产生快速上升/下降时间脉冲的电路。此外，由于本发明优选实施例中的组件数低于常规的单周期脉冲发生器，而且本发明优选只需要单个有源元件(SRD)，所以具体实现本发明的设备，使用和生产都较经济。
附图说明
现在仅出于说明的目的，参考以下附图描述本发明的优选特征，附图中：
图1为常规的脉冲位置调制的波形，其中脉冲的位置超前或滞后于其平均位置，以表示符号；
图2为常规的脉冲双相调制以表示符号的波形；
图3为用于产生单周期脉冲的常规系统的电路图；
图4为用于产生单周期脉冲的可替换常规系统的电路图；
图5为用于产生单周期脉冲的另一可替换常规系统的电路图；
图6为常规脉冲发生器的电路图；
图7为依据本发明第一实施例的用于产生单周期脉冲的系统电路图；
图8a为由图7所示的电路中的SRD产生的波形；
图8b为示出由图7的电路产生的输出脉冲的仿真波形；
图9为示出由图7的电路产生的输出脉冲的测量波形；
图10为依据本发明第二实施例的用于产生单周期脉冲的系统电路图；
图11为示出由图10的电路产生的输出脉冲的仿真波形；
图12为示出由图10的电路产生的输出脉冲的测量波形；
图13为依据本发明第三实施例的用于产生单周期脉冲的系统电路图；
图14为由图13所示的电路中的SRD产生的波形；
图15为示出由图13的电路产生的输出脉冲的仿真波形；
图16为示出由图13的电路产生的输出脉冲的测量波形；
图17为依据本发明第四实施例的用于产生单周期脉冲的系统电路图；
图18为示出由图17的电路产生的输出脉冲的仿真波形；
图19为依据本发明第五实施例的用于产生单周期脉冲的系统电路图；
图20为示出由图19的电路产生的输出脉冲的仿真波形；
图21为依据本发明第六实施例的用于产生单周期脉冲的系统电路图；
图22为示出由图21的电路产生的输出脉冲的仿真波形；以及
图23为依据本发明第七实施例的用于产生单周期脉冲的系统的示意性电路图。
具体实施方式
图1至图6示出用于产生单周期脉冲和/或脉冲以及相关波形的常规电路。这些电路已在以上本发明的背景部分中进行了描述。
以下参考图7至图23，对阐明本发明优选实施例的方法和装置进行描述。
本发明的优选实施例涉及使用阶跃恢复二极管(SRD)产生窄的单周期脉冲。这些单周期脉冲适合于超宽带应用。较佳地，本发明的实施例使用SRD的反演恢复现象产生快速转换，且优选使用分布式微带元件根据这些转换产生极窄的单周期脉冲。
SRD能够储存电荷，并很快地改变阻抗水平。在正向偏置条件下，SRD导通并储存电荷。当偏置电荷从正向偏置条件变为反向偏置条件时，SRD导通很短的时间，直到将储存的电荷移去，之后二极管不再导通。这种从导通到不导通状态的转换非常快，在几十皮秒的范围内。
图7为依据本发明第一实施例的用于产生窄的单周期脉冲的系统的示意性电路图。该电路利用SRD与包括分布式微带元件的脉冲形成网络之间的电阻匹配来减小激振。可以是任意形式双极性信号的输入信号源76，如正弦波、方波或脉冲，连接至第一传输线78，该第一传输线78的输出端连接至SRD 80的阳极。SRD 80的阴极连接至接地的电阻器88。SRD 80的阴极还连接至分布式电容器92，电容器92的输出端连接至电阻器100和分布式电感器形式的短路传输线96。分布式电感器96还接地。
在图7的电路中，当输入信号将SRD 80的偏压从正向改为反向时，SRD80产生快速转换。电阻器88用于提供电阻匹配并帮助减小激振。
电阻器88还为SRD 80提供DC通路。短路传输线96用作电感器，该传输线和分布式电容器92都用作微分器。电阻器100表示负载电阻。
SRD 80的输出提供给包括每个都作为微分器的传输线96和电容器92的脉冲形成网络，以产生冲激脉冲和单周期脉冲。
微分器的输出电压由Vout＝TdVin/dt给定，其中Vout为微分器的输出，Vin为输入电压，而T为时间微分系数。
这样，微分器就将SRD输出的快速转换转换为脉冲。微分之后SRD输出的剩余部分可以忽略。
图7所示的系统可以产生宽度小于300ps左右且激振可忽略的高几何对称的单周期脉冲。
在图7的电路中，SRD 80输出端的波形示于图8a中，形成在A点的脉冲示于图8a中。
使用Agilent Technologies的先进设计系统(ADS)对图7所示的电路进行仿真，仿真之后获得的脉冲示于图8b中。还装配并测试了该电路，且测量的脉冲示于图9中。将图7的单周期脉冲发生器制作在32mil的、介电常数为3.38的杜劳特铬合金刚(Duroid)衬底上。使用的SRD 80为来自M/s Mpulse Microwave的MP4023。使用50GHz数字采样示波器(DigitalSampling Oscilloscope)进行测量。可以看出，从图7的系统获得的测量脉冲在正负部分都具有很好的几何对称性，且具有260ps的宽度。激振的量很小，对于大多数实际系统是可以接受的。图9所示单周期脉冲的脉冲重复率为250MHz。可以发现，脉冲发生器能够以大约10MHz至大约1GHz范围内的重复频率产生单周期脉冲。
图10为依据本发明第二实施例的用于产生窄单周期脉冲的系统的示意性电路图。图10的电路与图7所示电路的不同之处在于图10的电路省略了集总无源电阻器88，且具有单个的SRD和分布式微带元件。
图10中示出的、与图7中所示电路元件完全相应的电路元件被分配以相同的附图标记。
图10的电路包括连接至第一传输线78的信号源76。第一传输线78的输出端连接至SRD 80的阳极，且SRD 80的阴极连接至第二传输线102的第一端子，该第二传输线102包括短路的分布式电感器。第二传输线102的第二端子接地，并作为SRD 80的DC回路。SRD 80的阴极还连接至分布式电容器92，电容器92的输出端终接电阻器100。电阻器100的另一端子接地。
在图10的电路中，单周期脉冲的产生开始于首先由SRD 80形成的冲激脉冲。该冲激脉冲由作为分流电感器的第二传输线102微分一次，且微分后的脉冲再一次由分布式电容器92进行微分。于是，通过负载(电阻器100)看到的波形是单周期脉冲。
使用Agilent Technologies的ADS对图10的电路进行仿真。仿真结果示于图11中。仿真的脉冲宽度大约为250ps，且脉冲重复频率为250MHz。然而，脉冲重复频率可在不影响性能的情况下增加到更高的频率。通过改变作为分流电感器的第二传输线102的长度，可以改变电感，以调整单周期脉冲的形状。这样，与现有的系统相比，在图7和图10的电路中，至少一个传输线用作电感器，而不是延迟线。
图10的电路也制作在32mil的、介电常数为3.38的Duroid衬底上。测量结果示于图12中。
脉冲重复频率是250MHz，且测量的脉冲宽度大约是290ps。可以发现，图10的脉冲发生器76能够以超过1GHz的重复频率产生单周期脉冲。
图12与图9所示测量结果(分别涉及图10和图7的电路)的比较，表明在图10的电路中由于缺少在图7电路中出现的匹配电阻元件而有少量附加的激振。这导致性能有少许下降。然而，由于使用单纯分布式元件，所以对于图7的电路来说，图10的电路是一个低成本的选择，且图10的电路可以在系统需求允许以少量的附加激振换取成本的降低时使用。尽管缺少电阻匹配，由图10的电路产生的单周期脉冲也可以比得上图7电路产生的单周期脉冲。
这样，图7和图10的电路为单周期脉冲产生提供了两种低成本、高性能的电路。图7的电路提供了极好的性能，同时在电路中使用了两个集总元件，即SRD和分流电阻器。图10的电路通过只使用一个集总元件SRD而使得以性能的极小牺牲换得更低成本的实现。
图7和图10的电路可以用于实现超出1GHz的脉冲重复频率。图7的电路可以产生宽度小于300ps左右、激振可以忽略的高几何对称性的单周期脉冲。图10的电路牺牲了极少量的性能换得制造成本的减少。单纯分布式元件在图10电路中的使用也增加了电路性能的可重复性。这在批量生产时非常有利。
目前，由本发明优选实施例展示的、具有这种高脉冲重复频率的亚纳秒脉冲宽度单周期脉冲发生器在商业上无法获得。此外，本发明优选实施例可使用极低成本的组件来制作。而且，与常规系统不同，本发明优选实施例优选不使用任何其它有源器件，从而减小激振。
图13为依据本发明另一个优选实施例的系统的示意性电路图。图13的电路与图7的电路不同之处在于，图7电路的分布式电容器92和分布式电感器96由集总电容器110和集总电感器112形式的集总无源元件替代。图13中所示的、与图7所示的电路元件完全相应的电路元件被分配以相同的附图标记。
图13的电路包括连接至SRD 80阳极的信号源76，SRD 80的阴极连接至电阻器88的第一端子，电阻器88为SRD 80提供了DC通路。电阻器88的另一端子接地。SRD 80的阴极还连接至集总电容器110的输入端，电容器110的输出端连接至集总电感器112的第一端子，且连接至负载电阻器100的第一端子。电感器112的另一端子接地，负载电阻器100的另一端子也接地。
在图13的电路中，单周期脉冲的产生开始于由SRD 80首先形成的冲激脉冲。该冲激脉冲由包括电容器110和分流电感器112的二阶电感电容微分器进行微分，以产生单周期脉冲。因此，通过负载电阻器100看到的波形是单周期脉冲。由SRD 80产生的波形示于图14中。
使用Agilent Technologies的ADS对图13的电路进行仿真。仿真结果示于图15中。仿真的脉冲宽度大约是250ps，脉冲重复频率为250MHz。
图13的电路也制作在32mil的、介电常数为3.38的Duroid衬底上。测量结果示于图16中。脉冲重复频率为250MHz，测量的脉冲宽度大约为290ps。
图17为依据另一个优选实施例的系统的示意性电路图，该电路类似于图10的电路。然而，在图17的电路中，图10电路的分布式电容器92由集总电容器114代替，而分布式电感器102由集总分流电感器116代替。集总分流电感器116为SRD 80提供了DC回路。
图17的电路包括连接至SRD 80阳极的信号源76，SRD 80的阴极连接至集总电感器116的第一端子和集总电容器114的输入端。电感器116的第二端子接地，电容器114的输出端连接至负载电阻器100，电阻器100的另一端接地。
在图17的电路中，SRD 80产生尖锐的电压转换，该电压转换由包括电容器114和电感器116的二阶电感-电容(L-C)微分器进行微分，以产生通过负载电阻器100的单周期脉冲。
使用Agilent Technologies的ADS对图17的电路进行仿真。仿真结果示于图18中。仿真的脉冲宽度大约为250ps，脉冲重复频率为250MHz。
图19为使用两个一阶微分器产生单周期脉冲的本发明的另一可选实施例。图19的电路包括连接至SRD 80阳极的信号源76。SRD 80的阴极连接至电阻器88，电阻器88提供到地的DC回路。SRD 80的阴极还连接至集总电容器118的输入端，集总电容器118的输出端连接至电阻器120的第一端子。电阻器120的另一端子接地。电容器118的输出端连接至另一电容器122的输入端。另一电容器122的输出端连接至负载电阻器100的第一端子，负载电阻器100的另一端子接地。
使用Agilent Technologies的ADS对图19的电路进行仿真。仿真结果示于图20中。SRD 80产生尖锐的电压转换，该电压转换由包括电容器118和电阻器120的第一微分器进行微分，以产生冲激脉冲，并由包括电容器122和电阻器100的第二微分器进行微分，以产生单周期脉冲。
本发明的另一优选实施例示于图21中。在该实施例中，使用了两个一阶微分器，但是图19电路的集总电容器118和122由分布式电容器124和126代替。
图21的电路包括连接至SRD 80阳极的信号源76，SRD 80的阴极连接至电阻器88，电阻器88提供到地的DC回路。SRD 80的阴极进一步连接至分布式电容器124的输入端，电容器124的输出端连接至电阻器120的第一端子。电阻器120的第二端子接地。电容器124的输出端连接至另一分布式电容器126的输入端。分布式电容器126的输出端连接至负载电阻器100的第一端子，负载电阻器100的第二端子接地。
SRD 80产生尖锐的电压转换，该电压转换由电容器124和电阻器120形成的以及电容器126和电阻器100形成的阻-容(R-C)网络进行两次微分，以在输出端产生单周期脉冲。
使用Agilent Technologies的ADS对图21的电路进行仿真。仿真结果示于图22中。仿真脉冲宽度大约为250ps，脉冲重复频率为250MHz。
图23为用于多频带工作的系统的示意图，该系统可以包括图7、10、13、17、19和21的电路中所示的任意一个脉冲产生系统。在图23的实施例中，依据图7、10、13、17、19和21的电路所示的任意一个实施例的脉冲产生系统128连接至多个(1至n)带通滤波器130，每个带通滤波器130的输出端连接至对应调制器132的输入端。调制器132的输出端合并产生多频带超宽带信号134。脉冲发生器128的输出为覆盖带通滤波器130所限定的频带的单周期脉冲。所以可以使用带通滤波器130在该频域中对该输出进行解复用。每个解复用的信号可以在对应的调制器132中进行调制，以产生处于不同波段的一系列调制信号，这些调制信号可以合并产生多频带超宽带信号输出134。
可使用图7、10、13、17、19和21的电路从输入信号源76产生单周期脉冲，该信号源76可以是，例如，正弦波形、方波、脉冲或任意其它的双极性信号。
依据本发明的系统和方法在用于例如通信、雷达、测距、图像、深度测量及定位领域中的装置的生产中尤其适用。
以上所描述的本发明实施例可进行各种修改。例如，可以增加其它组件、材料和方法步骤，或替代以上描述的那些组件、材料和方法步骤。因此，尽管已经使用特定的实施例对本发明进行了描述，但在权利要求的范围内，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种变化，这对于本领域的读者是显而易见的。

Claims (48)

1.一种用于产生单周期脉冲的设备，包括：
用于提供输入信号的输入信号源；
用于接收所述输入信号并产生冲激脉冲的阶跃恢复二极管(SRD)，所述阶跃恢复二极管具有输入端和输出端；以及
被设置成对所述冲激脉冲进行两次微分以产生单周期脉冲的一个或多个微分器。
2.如权利要求1所述的设备，其中，所述输入信号源包括双极性信号的源。
3.如权利要求1所述的设备，其中，所述一个或多个微分器包括用于提供第一微分器的分流电感器和用于提供第二微分器的、串联连接至阶跃恢复二极管输出端的电容器，所述电容器具有输入端和输出端，所述分流电感器具有输入端和输出端，其中，所述第一和第二微分器被设置成对所述冲激脉冲进行两次微分，以产生单周期脉冲。
4.如权利要求2所述的设备，其中，所述双极性信号包括正弦波、方波或脉冲中的任意一种。
5.如权利要求3所述的设备，其中，所述分流电感器包括短路传输线。
6.如权利要求3所述的设备，其中，所述分流电感器包括集总电感器。
7.如权利要求3所述的设备，其中，所述电容器包括集总电容器或分布式电容器。
8.如权利要求3所述的设备，进一步包括可连接至所述电容器输出端的、用于提供负载的电阻器，所述电阻器被设置成与所述分流电感器形成所述第一微分器，并与所述电容器形成所述第二微分器。
9.如权利要求3所述的设备，其中，所述分流电感器可连接至所述阶跃恢复二极管的输出端。
10.如权利要求9所述的设备，其中，所述分流电感器被设置成为所述阶跃恢复二极管提供DC通路。
11.如权利要求9所述的设备，其中，所述分流电感器、所述电容器以及所述分流电感器与所述电容器之间的一个或多个连接元件由一个或多个分布式微带元件形成。
12.如权利要求5所述的设备，进一步包括连接在所述输入信号源和所述阶跃恢复二极管之间的第二传输线。
13.如权利要求12所述的设备，其中，所述传输线由分布式微带元件形成。
14.如权利要求3所述的设备，其中，所述分流电感器可连接至所述电容器的输出端。
15.如权利要求14所述的设备，进一步包括可连接至所述阶跃恢复二极管输出端的匹配电阻器，所述电阻器被设置成为所述阶跃恢复二极管提供DC通路，所述阶跃恢复二极管的所述输出端可连接至所述电容器的输入端，且所述电容器的所述输出端可连接至所述分流电感器和一负载电阻器。
16.如权利要求15所述的设备，其中，所述匹配电阻器包括分立元件。
17.如权利要求15或16所述的设备，进一步包括可连接在所述输入信号源和所述阶跃恢复二极管之间的传输线。
18.如权利要求3所述的设备，其中，所述电容器和/或分流电感器包括一个或多个集总元件。
19.如权利要求3所述的设备，其中，所述一个或多个微分器包括两个或多个R-C网络。
20.如权利要求3所述的设备，其中，所述分流电感器为分布式电感器。
21.如权利要求3所述的设备，其中，所述阶跃恢复二极管(SRD)的所述输出端连接至所述分流电感器，且所述分流电感器包括集总或分布式电感器，所述阶跃恢复二极管(SRD)的所述输出端还连接至所述电容器的输入端。
22.如权利要求3所述的设备，其中，所述第一微分器的所述分流电感器包括连接至所述阶跃恢复二极管(SRD)的输出端并接地的集总或分布式电感器。
23.如权利要求22所述的设备，其中，所述第二微分器的所述电容器包括连接在所述阶跃恢复二极管(SRD)的输出端和一负载之间的集总或分布式电容器。
24.如权利要求3所述的设备，其中，所述第一和/或所述第二微分器包括两个或多个级联的阻-容网络。
25.如权利要求24所述的设备，其中，所述一个或多个级联阻-容网络中的一个或多个包括集总和/或分布式元件。
26.如权利要求24所述的设备，其中，所述第一和第二微分器的一个或另一个连接至所述阶跃恢复二极管(SRD)的输出端。
27.如权利要求24所述的设备，其中，所述第一微分器具有一输出端，且所述第二微分器连接至所述第一微分器的输出端。
28.如权利要求3所述的设备，其中，所述电容器的输入端连接至所述阶跃恢复二极管(SRD)的所述输出端，且所述电容器的所述输出端连接至所述分流电感器的所述输入端和一负载。
29.一种超宽带系统，包括权利要求1所述的设备。
30.一种用于产生多带信号的系统，包括如权利要求1所述的设备，该设备具有一输出端，该系统进一步包括一个或多个具有输出端和关联输入端的带通滤波器，其中，该设备的输出端连接至所述一个或多个带通滤波器的输入端，所述系统进一步包括一个或多个调制器，每个调制器都具有关联的输出端，所述一个或多个调制器用于调制带通滤波器的输出，且所述一个或多个调制器被设置成使所述一个或多个调制器的输出端合并产生多频带超宽带信号。
31.如权利要求30所述的系统，其中，所述一个或多个调制器被设置成使所述一个或多个带通滤波器的输出在所述一个或多个调制器中分别进行调制。
32.一种用于产生单周期脉冲的方法，包括：
向阶跃恢复二极管提供来自输入信号源的输入信号；
使用所述阶跃恢复二极管产生冲激脉冲；
对所述冲激脉冲进行两次微分，以产生单周期脉冲。
33.如权利要求32所述的方法，其中，对所述冲激脉冲进行两次微分的步骤包括使用分流电感器对所述冲激脉冲微分一次，并使用电容器对所述冲激脉冲微分一次，以产生所述单周期脉冲。
34.如权利要求32所述的方法，其中，提供输入信号的步骤包括提供双极性信号。
35.如权利要求34所述的方法，其中，提供输入信号的步骤包括提供正弦波信号、方波信号或脉冲中的任意一种。
36.如权利要求33所述的方法，其中，使用分流电感器对所述冲激脉冲进行微分的步骤包括使用短路传输线对所述冲激脉冲进行微分。
37.如权利要求33所述的方法，其中，所述电容器具有一输出端，该方法进一步包括将一电阻器连接至所述电容器的输出端，用于提供负载，由所述分流电感器形成第一微分器，并由所述电容器形成第二微分器。
38.如权利要求36所述的方法，其中，所述电容器具有一输出端，该方法进一步包括将一电阻器连接至所述电容器的输出端以提供负载，由所述分流电感器形成第一微分器，并由所述电容器形成第二微分器。
39.如权利要求33所述的方法，其中，所述阶跃恢复二极管具有一输出端，该方法进一步包括将所述分流电感器连接至所述阶跃恢复二极管的输出端。
40.如权利要求39所述的方法，进一步包括将所述分流电感器设置成为所述阶跃恢复二极管提供DC通路。
41.如权利要求40所述的方法，进一步包括由一个或多个分布式微带元件形成所述分流电感器、所述电容器以及所述分流电感器与所述电容器之间的一个或多个连接元件。
42.如权利要求39所述的方法，进一步包括在所述输入信号源和所述阶跃恢复二极管之间连接传输线。
43.如权利要求42所述的方法，进一步包括由一个或多个分布式微带元件形成所述传输线。
44.如权利要求37所述的方法，进一步包括将所述分流电感器连接至所述电容器的输出端。
45.如权利要求44所述的方法，进一步包括将一匹配电阻器连接至所述阶跃恢复二极管的所述输出端，以便为所述阶跃恢复二极管提供DC通路；将所述阶跃恢复二极管的所述输入端连接至所述电容器的所述输入端；以及将所述电容器的输出端连接至所述分流电感器和一负载电阻器。
46.如权利要求45所述的方法，包括将所述匹配电阻器形成为分立元件。
47.如权利要求45所述的方法，进一步包括在所述输入信号源和所述阶跃恢复二极管之间连接传输线。
48.一种用于产生多频带信号的方法，包括：
(a)通过以下步骤产生单周期脉冲：
(i)向阶跃恢复二极管提供来自输入信号源的输入信号；
(ii)使用所述阶跃恢复二极管产生冲激脉冲；以及
(iii)对所述冲激脉冲进行两次微分，以产生单周期脉冲；
(b)用所述单周期脉冲作为一个或多个带通滤波器的输入，所述一个或多个带通滤波器具有一个或多个输出端；
(c)使用一个或多个调制器，对所述一个或多个带通滤波器的一个或多个输出进行调制，以产生一个或多个经调制的输出信号；以及
(d)合并所述一个或多个经调制的输出信号来产生多频带超宽带信号。
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