CN106067786A - 微功率高幅度纳秒级极窄脉冲产生电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种微功率高幅度纳秒级极窄脉冲产生电路，包括两个产生正负脉冲信号的触发信号电路，两个触发信号中的负脉冲信号输入变压器组中进行反相放大，以及将变压器组中输出的反相放大信号形成雪崩效应的雪崩形成电路，以及与雪崩形成电路连接输出高幅度、极窄脉冲的脉冲输出端。本发明带来的有益效果是，超低功耗，脉冲极窄，脉冲幅度高，脉冲拖尾小，稳定可靠，对于微功率冲击雷达的应用领域的拓展会有一定贡献。
Description
技术领域
本发明涉及一种微功率高幅度纳秒级极窄脉冲产生电路。
背景技术
极窄脉冲产生电路是雷达发射机中最核心的部分，它的主要功能就是产生稳定的脉冲信号，并且脉宽越窄幅度越高雷达的性能也就越好。微功率的雷达中还要求功耗要很低，这就很大程度上提高了脉冲源电路的设计难度。在脉冲源电路中脉冲的幅度和宽度以及功耗是个矛盾，常规的脉冲产生电路中调整电路参数总是幅度高了脉宽就变宽了功耗也高了，把脉宽窄了幅度又降低了(参考图1)。很难再保证在功耗很低的情况下输出脉宽极窄幅度很高的脉冲。
伴随着微功率冲击雷达技术的整体发展，微功率的冲击雷达已经渗透到包括生物医学，管道探测，生命救援，安检成像等各个领域，因此对于雷达的性能指标要求也就越来越苛刻，而雷达最主要的性能指标就是分辨率以及探测距离，这两种指标就是由雷达发射机中的脉冲产生电路来决定的，针对这种特殊需求的极窄脉冲产生电路的研究也是目前的一个研究热点，特别是在功耗约束条件下实现高幅度窄脉宽的脉冲产生电路设计。
发明内容
本发明的目的是提供一种应用在微功率冲击雷达发射机中的极窄脉冲产生电路，可以在平均功耗很低的情况下输出高幅度的纳秒级的极窄脉冲。
实现本发明目的的技术方案如下：
微功率高幅度纳秒级极窄脉冲产生电路，包括两个产生正负脉冲信号的触发信号电路，两个触发信号中的负脉冲信号输入变压器组中进行反相放大，以及
将变压器组中输出的反相放大信号形成雪崩效应的雪崩形成电路，以及
与雪崩形成电路连接输出高幅度、极窄脉冲的脉冲输出端。
进一步地，所述触发信号电路包括对触发信号变成正负脉冲信号的RC电路，以及与RC电路连接滤除正脉冲信号的二极管。
进一步地，所述变压器组包括六个变压器，其中，每三个变压器并联构成一组，每个变压器的输出端与雪崩形成电路连接。
进一步地，所述雪崩形成电路包括三个构成一组的六个雪崩三极管，两组变压器与两组雪崩三极管相对应，六个变压器输出的反相放大信号一一对应的输入六个雪崩三极管基极，六个雪崩三极管并联且相邻雪崩三极管之间通过极间电容连接前后的集电极与发射极。
进一步地，一组雪崩三极管中的一雪崩三极管发射极输出正脉冲与另一组雪崩三极管中的一雪崩三极管发射极输出负脉冲形成所述输出高幅度、极窄脉冲的脉冲输出端。
进一步地，所述脉冲输出端连接有LC滤波电路。
进一步地，该脉冲产生电路还包括高压偏置电路，其包括高压输入端，高压输入端与每一个雪崩三极管集电极之间连接有阻流电阻，以及置于高压输入端与限流电阻之间的LC滤波电路。
进一步地，所述触发信号电路产生的信号经过变压器反相放大同时触发六路触发雪崩三极管。
采用了上述技术方案，触发信号经过RC电路变成正负脉冲信号，再经过二极管滤除正脉冲，只有负脉冲信号进入变压器，经过各个变压器的反相放大输入到每个雪崩三极管的基极，使六个三极管能同时触发；六个雪崩三极管之间通过极间电容相连，雪崩效应过程中对极间电容充电和放电，一般为获得较窄的脉冲，极间电容都是用的小容值的耐高压电容；高压偏置电压经过两级的LC滤波电路，再经过限流电阻输出到雪崩三极管的集电极，限流电阻选用高功率的大电阻；脉冲输出时，从一端输出正脉冲，另一端输出负脉冲，出口处两路合一路就能输出高幅度的极窄脉冲，末端加上了LC滤波电路是脉冲更平稳。本发明带来的有益效果是，超低功耗，脉冲极窄，脉冲幅度高，脉冲拖尾小，稳定可靠，对于微功率冲击雷达的应用领域的拓展会有一定贡献。
附图说明
图1为传统脉冲源的电路图；
图2为本发明的原理图；
图3为本发明的电路图；
图4为本发明脉冲输出接60db衰减器衰减100倍得到的波形图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图2、3，微功率高幅度纳秒级极窄脉冲产生电路，包括两个产生正负脉冲信号的触发信号电路，两个触发信号中的负脉冲信号输入变压器组中进行反相放大，以及将变压器组中输出的反相放大信号形成雪崩效应的雪崩形成电路，以及与雪崩形成电路连接输出高幅度、极窄脉冲的脉冲输出端。脉冲占空比极低，触发时间极短，从而具有超低的功耗。
其中，触发信号电路包括对触发信号变成正负脉冲信号的RC电路，以及与RC电路连接滤除正脉冲信号的二极管。
变压器组包括六个变压器T1、T2、T3、T4、T5、T6，其中，每三个变压器并联构成一组，每个变压器的输出端与雪崩形成电路连接。雪崩形成电路包括三个构成一组的六个雪崩三极管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6，两组变压器与两组雪崩三极管相对应，六个变压器输出的反相放大信号一一对应的输入六个雪崩三极管基极，六个雪崩三极管并联且相邻雪崩三极管之间通过极间电容连接前后的集电极与发射极。一组雪崩三极管中的一雪崩三极管发射极输出正脉冲与另一组雪崩三极管中的一雪崩三极管发射极输出负脉冲形成所述输出高幅度、极窄脉冲的脉冲输出端。两组雪崩三极管的发射极输出正、负脉冲，输出接匹配电阻后能从脉冲输出端输出250V以上2ns以内单极脉冲。脉冲输出端连接有LC滤波电路，使输出更稳定。
该脉冲产生电路还包括高压偏置电路，其包括高压输入端，高压输入端与每一个雪崩三极管集电极之间连接有阻流电阻，以及置于高压输入端与限流电阻之间的LC滤波电路；采用稳定300V高压，并通过10K的高功率限流电阻输出到三极管的集电极。
触发信号电路产生的信号经过变压器反相放大同时触发六路触发雪崩三极管。
在本例中将参照晶体管雪崩电路的基本形式描述本发明的电路，所述原理适用于多种晶体管或场效应晶体管的脉冲产生电路。
基本的晶体管雪崩电路中，当给雪崩三极管的集电极与发射极之间加高电压时，集电结空间电荷区中的电场随之加强，在强电场的作用下将形成电子空穴对。新产生的电子和空穴与原有的电子空穴一样向相反的方向运动，重新获得足够的能量后，又可通过碰撞再产生电子空穴对，当反向电压增大到某一数值后，载流子的倍增情况就像发生雪崩一样增加得又多又快，而使反向电流急剧增大，造成集电结雪崩击穿，即一次击穿。
由于集电极被击穿，集电极与发射极之间的电阻实际上仅取决于发射结的导电率，对大部分晶体管来说，在击穿的瞬间阻值约为几十欧姆。由于此时结电阻很小，在较高电压作用下，当电流达到某一较大数值时，便出现二次击穿。这时，晶体管压降减小，由于通过了很大的电流，PN结温度急剧升高，造成热击穿。集电极击穿后，集射极间电阻取决于发射极的导电率，一般仅有几十欧姆，高电压将产生大电流，消耗在PN结上的功率增大，当超过晶体管允许的耗散功率时，会导致PN结热击穿。虽然雪崩管热击穿状态会造成晶体管不可修复的损坏，但是雪崩击穿是可逆的，当及时限制晶体管发热功率，反向电压降低之后，晶体管仍然能恢复原有的特性，就可以让晶体管安全地工作在雪崩状态，多次反复而不会引起损坏；而热击穿却会造成永久性的损坏。如果能够限制雪崩击穿时的反向电流，使电压和电流的乘积不超过管子允许的耗散功率，就可以让晶体管安全地工作在雪崩状态，多次反复而不会引起损坏。
参见图2，触发信号线1和2要求完全等长能保证两路脉冲信号同步输出以及较小的震荡，并且触发信号周围必须有完整良好的参考地。上下两路正负脉冲也必须尽量对称，高速信号必须严格遵守阻抗匹配原则来设计制板，严格计算信号传输线距离以及阻抗。从而才可能在末端的脉冲输出部分得到一个高幅度的极窄脉冲，并且脉冲拖尾很小(如图4)。
图4是脉冲输出接60db衰减器衰减100倍得到的波形，实际的佐证了本发明的原理。
本发明能够产生250V以上2ns以内的微功率极窄脉冲产生电路，旨在为微功率的探测雷达提供稳定可靠的发射脉冲源。本发明首先通过前级产生的触发信号经过变压器的反相使之触发雪崩三极管，然后三极管所加的高压偏置导通出现雪崩效应，通过六级雪崩三级管级联形成脉冲电荷的累加放电，最后分别从首末级输出高幅度的负脉冲和正脉冲。本发明能够利用射频电路设计的优化技术，选择合适的雪崩三极管，从而实现产生微功耗的高幅度极窄脉冲。
Claims (8)
1.微功率高幅度纳秒级极窄脉冲产生电路，其特征在于，该脉冲产生电路包括两个产生正负脉冲信号的触发信号电路，两个触发信号中的负脉冲信号输入变压器组中进行反相放大，以及
将变压器组中输出的反相放大信号形成雪崩效应的雪崩形成电路，以及
与雪崩形成电路连接输出高幅度、极窄脉冲的脉冲输出端。
2.根据权利要求1所述的微功率高幅度纳秒级极窄脉冲产生电路，其特征在于，所述触发信号电路包括对触发信号变成正负脉冲信号的RC电路，以及与RC电路连接滤除正脉冲信号的二极管。
3.根据权利要求1所述的微功率高幅度纳秒级极窄脉冲产生电路，其特征在于，所述变压器组包括六个变压器，其中，每三个变压器并联构成一组，每个变压器的输出端与雪崩形成电路连接。
4.根据权利要求3所述的微功率高幅度纳秒级极窄脉冲产生电路，其特征在于，所述雪崩形成电路包括三个构成一组的六个雪崩三极管，两组变压器与两组雪崩三极管相对应，六个变压器输出的反相放大信号一一对应的输入六个雪崩三极管基极，六个雪崩三极管并联且相邻雪崩三极管之间通过极间电容连接前后的集电极与发射极。
5.根据权利要求4所述的微功率高幅度纳秒级极窄脉冲产生电路，其特征在于，一组雪崩三极管中的一雪崩三极管发射极输出正脉冲与另一组雪崩三极管中的一雪崩三极管发射极输出负脉冲形成所述输出高幅度、极窄脉冲的脉冲输出端。
6.根据权利要求5所述的微功率高幅度纳秒级极窄脉冲产生电路，其特征在于，所述脉冲输出端连接有LC滤波电路。
7.根据权利要求4或者6所述的微功率高幅度纳秒级极窄脉冲产生电路，其特征在于，该脉冲产生电路还包括高压偏置电路，其包括高压输入端，高压输入端与每一个雪崩三极管集电极之间连接有阻流电阻，以及置于高压输入端与限流电阻之间的LC滤波电路。
8.根据权利要求4-7中任一项所述的微功率高幅度纳秒级极窄脉冲产生电路，其特征在于，所述触发信号电路产生的信号经过变压器反相放大同时触发六路触发雪崩三极管。
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