CN101527541B - 基于共面波导和槽线的皮秒脉冲发生器 - Google Patents
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Abstract
基于共面波导和槽线的皮秒脉冲发生器，属于脉冲发生器。本发明的目的是为解决现有的脉冲信号发生器不能满足超宽带通信技术对极窄脉冲宽度要求的问题。本发明由介质基板、金箔、激励信号共面波导、阶跃恢复二极管、槽线和薄膜吸收电阻组成，介质基板表面覆有金箔，激励信号共面波导和槽线分布于介质基板和金箔上，激励信号共面波导由第一基板、输入中间导带和接地导带组成，槽线由第二基板、终端短路槽、内侧金箔和外侧金箔组成，输入中间导带的一端连接阶跃恢复二极管的正极，阶跃恢复二极管的负极连接槽线的外侧金箔，槽线左端设置有薄膜吸收电阻，激励信号共面波导右侧的槽线上开有终端短路槽。本发明能够产生皮秒数量级的脉冲。
Description
技术领域
本发明涉及一种脉冲发生器，具体涉及一种基于共面波导和槽线的皮秒脉冲发生器。
背景技术
超宽带和超宽带雷达是未来通信和雷达的发展方向。在这类通信和雷达体制中，基带信号不必调制到载波上，而是调制纳秒、亚纳秒(皮秒)脉冲的位置，实现通信和探测目标。因此这种体制信号带宽可达数GHz数量级，从而可极大的提高通信速率和探测目标的分辨能力，特别是隐形目标。而皮秒脉冲发生器是上述两种体制中硬件的核心部件。现有的脉冲发生器满足不了这种日新月异的系统对脉冲宽度的要求。
在微波、毫米波宽带测量中，矢量网络分析仪(VNA)是重要的测量仪器。VNA正在向非线性矢量网络分析仪(N-VNA)发展，并有可能逐步替代现有的VNA。基于混频器的非线性矢量网络分析仪的参考信道需要有谐波相位参考源，此外，各类非线性矢量网络分析仪在测量前必须进行宽带谐波相位绝对校准，需要可用作宽带谐波相位量值的传递标准。然而这些目前尚属空白。
发明内容
本发明的目的是为解决现有的脉冲发生器不能满足超宽带通信技术对极窄脉冲宽度要求的问题，进而提供的一种基于共面波导和槽线的皮秒脉冲发生器。
本发明由介质基板、金箔、激励信号共面波导、阶跃恢复二极管、槽线和薄膜吸收电阻组成，介质基板表面覆有金箔，激励信号共面波导和槽线分布于介质基板上，激励信号共面波导由第一基板、输入中间导带和接地导带组成，槽线由第二基板、终端短路槽、内侧金箔和外侧金箔组成，输入中间导带的一端连接阶跃恢复二极管的正极，阶跃恢复二极管的负极跨过槽线的内侧金箔和第二基板连接在外侧金箔上，激励信号共面波导左侧的槽线的终端设置有薄膜吸收电阻，激励信号共面波导右侧的槽线上开有终端短路槽，终端短路槽位于外侧金箔上；介质基板的介电常数为10±0.2。
本发明的优点是：
本发明能够产生极窄脉冲信号，利用微波电路得到的这个脉冲信号发生器由于其时域宽度很窄，在频率域上能够得到丰富的谐波分量。当输入正弦波信号到激励信号共面波导，由于阶跃恢复二极管SRD(Step Recovery Diode)的特性，在输入信号的正半周，SRD处于开启的状态；当输入信号刚进入负半周时，在SRD的生存期内SRD仍然保持开启的状态，生存期时间结束后，在输入信号的负半周内，SRD迅速的进入关闭状态，因而产生一个阶跃函数，这个阶跃函数的边沿是否陡峭取决于SRD的过渡时间，过渡时间越短边沿就越陡峭；由电路结构可知输入信号遇到阶跃恢复二极管后分成两路，一路向左侧，被薄膜吸收电阻吸收，另一路向右侧传输，遇到终端短路槽信号被反射回来，经过延时和倒相之后与接下来沿着右侧传输的信号迭加抵消，产生需要的脉冲序列，脉冲序列的频率同激励信号的频率相同。产生的脉冲信号序列继续向右传输，通过槽线的信号输出端口取出信号。此脉冲的宽度取决于终端短路槽的长度和SRD的过渡时间，终端短路槽越短、SRD的过渡时间越小，产生的脉冲宽度就越窄，也就是说谐波分量越丰富。由此，通过改变终端短路槽的长度和选用不同参数过渡时间的阶跃恢复二极管SRD，可以调节输出脉冲宽度从纳秒到皮秒数量级之间的变化，得到丰富的谐波分量，以满足不同用户的需求。
本发明于基片上的结构设计而成，具有体积小、功耗低、输入频率可调、输出信号不确定度小、可重复性高等优点。并且本发明能够产生中宽为80ps左右的皮秒量级脉冲，信号带宽可达20GHz。这使得产生的脉冲更加接近于理想的δ函数，使其频谱信息更加的丰富。
附图说明
图1是本发明的结构示意图，图中带有剖面线的部分表示金箔，没有剖面线的部分表示介质基板，图2是沿图1中A-A线的剖视图，图3是本发明信号沿槽线正向传播和经终端短路全反射回来的波形图，图中曲线A为槽线的信号波形图，曲线B为经过终端短路槽反射回来经过延时和倒相的信号波形图，图4是本发明的输出脉冲信号序列图，图5是本发明输出的信号经处理之后得到的宽带谐波相位参考图。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1、图2、图3、图4和图5说明本实施方式，本实施方式由介质基板1、金箔6、激励信号共面波导2、阶跃恢复二极管3、槽线4和薄膜吸收电阻5组成，介质基板1表面覆有金箔6，激励信号共面波导2和槽线4分布于介质基板1上，激励信号共面波导2由第一基板2-1、输入中间导带2-2和接地导带2-3组成，槽线4由第二基板4-1、终端短路槽4-2、内侧金箔4-3和外侧金箔4-4组成，输入中间导带2-2的一端连接阶跃恢复二极管3的正极，阶跃恢复二极管3的负极跨过槽线4的内侧金箔4-3和第二基板4-1连接在外侧金箔4-4上，激励信号共面波导2左侧的槽线4的终端设置有薄膜吸收电阻5，激励信号共面波导2右侧的槽线4上开有终端短路槽4-2，终端短路槽4-2位于外侧金箔4-4上。激励信号共面波导2和输出端槽线4的阻抗均为50Ω。
本发明采用一种构建于共面波导与槽线之上，结合SRD阶跃恢复二极管3的新型的脉冲序列信号发生器。这个电路包括一个SRD以及终端短路槽4-2。槽线4终端呈开路，小型同轴线与槽线终端垂直，外导体同槽线的一边金属相连，内导体跨过槽线同槽线的另一边金属相连，按此连接方法取出输出信号。
本实施方式中，终端短路槽4-2开在槽线4上，输出的脉冲信号也在槽线4上传播，槽线4的输出部分可以和其他微波电路直接相连，例如槽线、共面波导等等，这样脉冲信号可以直接与后面电路里的信号相互作用，它的独特结构使它成为其他共面电路的前置电路。
由信号与系统理论知道，为了求得一个系统的传递函数，理论上应该对其输入一个δ函数，也就是时域上是冲击信号，能量积分为1，它经过傅立叶变换得到的频谱是一条直线。实际上这样的信号只是理论上存在，实际工程当中很难实现。本发明产生的极窄脉冲信号可用来代替传统意义上的δ函数。δ函数在工程上很难实现，但是在求一个系统的传递函数上却很有价值。也就是说，利用微波电路得到的脉冲信号发生器是一个优质的替代品，对6函数是很好的近似。在电子测量领域里，为了合成理想的脉冲信号，不仅需要知道各个频率分量的幅值信息，还要获得它们的相位信息，对于一个初相位随机的信号源， 每一次测量的各个频率分量的相位其实是无意义的，各次谐波相对于基波的相位更具有参考价值，尤其在微波、毫米波宽带测量中，矢量网络分析仪(VNA)是重要的测量仪器。VNA正在向非线性矢量网络分析仪(N-VNA)发展，并有可能逐步替代现有的VNA。本发明得到的脉冲信号的谐波相对相位可作为基于混频器的非线性矢量网络分析仪的参考信道必用的谐波相位参考源。此外，各类非线性矢量网络分析仪在测量前还必须进行宽带谐波相位绝对校准，本发明可用作宽带谐波相位量值的传递标准。其精度可溯源到基于NTN校准的企业标准和光电采样的国家标准，如图5所示。
具体实施方式二：本实施方式与实施方式一的不同之处在于介质基板1的表面积为6mm×6mm-8mm×8mm。其它组成及连接方式与实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与实施方式一的不同之处在于介质基板1的表面积为6mm×6mm。其它组成及连接方式与实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式与实施方式一的不同之处在于介质基板1的表面积为7mm×7mm。其它组成及连接方式与实施方式一相同。
具体实施方式五：本实施方式与实施方式一的不同之处在于介质基板1的表面积为8mm×8mm。其它组成及连接方式与实施方式一相同。
具体实施方式六：本实施方式与实施方式一的不同之处在于介质基板1的表面积为8mm×8mm-10mm×10mm。其它组成及连接方式与实施方式一相同。
具体实施方式七：本实施方式与实施方式一的不同之处在于介质基板1的表面积为9mm×9mm或10mm×10mm。其它组成及连接方式与实施方式一相同。
具体实施方式八：本实施方式与实施方式一的不同之处在于介质基板1的表面积为8.5mm×8.5mm。其它组成及连接方式与实施方式一相同。
具体实施方式九：本实施方式与实施方式一、二、三、四、五、六、七或八的不同之处在于介质基板1的厚度为508um，金箔6的厚度为4um，介质基板1的介电常数为10±0.2。其它组成及连接方式与实施方式一、二、三、四、五、六、七或八相同。
介质基板尺寸以实际需要来定，一般不会超过1cm×1cm，金箔厚度和介质基板厚度没有绝对要求，因所选板材而异，不影响设计。
Claims (3)
1.一种基于共面波导和槽线的皮秒脉冲发生器，它由介质基板(1)、金箔(6)、激励信号共面波导(2)、阶跃恢复二极管(3)、槽线(4)和薄膜吸收电阻(5)组成，介质基板(1)表面覆有金箔(6)，激励信号共面波导(2)和槽线(4)分布于介质基板(1)上，激励信号共面波导(2)由第一基板(2-1)、输入中间导带(2-2)和接地导带(2-3)组成，槽线(4)由第二基板(4-1)、终端短路槽(4-2)、内侧金箔(4-3)和外侧金箔(4-4)组成，输入中间导带(2-2)的一端连接阶跃恢复二极管(3)的正极，阶跃恢复二极管(3)的负极跨过槽线(4)的内侧金箔(4-3)和第二基板(4-1)连接在外侧金箔(4-4)上，激励信号共面波导(2)左侧的槽线(4)的终端设置有薄膜吸收电阻(5)，激励信号共面波导(2)右侧的槽线(4)上开有终端短路槽(4-2)，终端短路槽(4-2)位于外侧金箔(4-4)上；其特征在于：介质基板(1)的介电常数为10±0.2。
2.根据权利要求1所述的基于共面波导和槽线的皮秒脉冲发生器，其特征在于介质基板(1)的表面积为6mm×6mm-8mm×8mm。
3.根据权利要求1所述的基于共面波导和槽线的皮秒脉冲发生器，其特征在于介质基板(1)的表面积为8mm×8mm-10mm×10mm。
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