CN112526459A - 基于mesfet的超宽带雷达采样接收机 - Google Patents

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谭小明
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Abstract

本发明提供了一种基于MESFET的超宽带雷达采样接收机。该接收机包括：取样脉冲信号产生电路，用于对单端触发脉冲信号进行驱动整形产生一皮秒级负极性取样脉冲信号；取样积分保持电路，用于利用皮秒级负极性取样脉冲信号对待取样的信号进行降频取样，以展宽并重构待取样的脉冲雷达回波信号；差分放大电路，用于对重构的脉冲雷达回波信号进行滤波和差分放大，获得时间域上被展宽放大的低频脉冲雷达回波信号，方便低速ADC芯片对其进行采样。本发明提供的基于MESFET的超宽带雷达采样接收机利用MESFET优良的高频特性，及很高的隔离度，显著提高采样带宽，重构完整的脉冲雷达回波信号。

Description

基于MESFET的超宽带雷达采样接收机
技术领域
本发明涉及雷达接收机技术领域，特别是涉及一种基于MESFET的超宽带雷达采样接收机。
背景技术
超宽带雷达作为一种新体制的雷达，其瞬时绝对带宽不小于500MHz或工作相对带宽不小于中心频率的20％，它常采用亚纳秒或皮秒级窄脉冲信号作为传输载体获取信息，具有带宽高、功耗低、成本低、发射信号功率谱密度低、距离分辨率高、穿透能力强等优点，在探地雷达、穿墙雷达、雷达定位、安检、灾害搜救等诸多领域具有广泛的应用。
在超宽带雷达系统中，接收机常用的实时数字采样技术往往受限于高速或超高速ADC(模数转换)芯片的性能，所以实时数字采样技术一般应用于低频探测系统中。对于超宽带脉冲雷达，发射机发射的冲激脉冲信号宽度极窄，常规数字接收机很难满足其实时采样需求，因此，目前应用最广泛的是模拟采样接收技术，即利用模拟取样门电路将周期重复的高频冲激脉冲信号降频为低频基带信号，将窄脉冲信号进行展宽，然后通过低速ADC芯片进行数据采样，以降低系统对ADC芯片的性能要求，从而降低成本。现有常用的取样门一般由肖特基二极管作为高速开关组成，通过肖特基二极管的快速开关实现对雷达回波信号的高带宽取样，常用的取样门有平衡对管取样门(二管)、二极管全桥式取样门(四管)以及二极管半桥式取样门(二管)。
肖特基二极管的特性决定了采用此技术的取样门开关操作频率不易过高，而导致其采样带宽不高，并且肖特基二极管的反向漏电流较大，隔离度较低，导致取样门在关闭状态还会有部分信号耦合进来，引入杂波，另外其功耗也相对比较高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于MESFET的超宽带雷达采样接收机，利用MESFET优良的高频特性，及很高的隔离度，使得接收具有工作频率高、噪音低、隔离度高、功耗低、可靠性高，显著提高采样带宽，重构完整的脉冲雷达回波信号。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于MESFET的超宽带雷达采样接收机，所述接收机包括：取样脉冲信号产生电路，用于对单端触发脉冲信号进行驱动整形产生一皮秒级负极性取样脉冲信号；取样积分保持电路，用于利用皮秒级负极性取样脉冲信号对待取样的信号进行降频取样，以展宽并重构待取样的脉冲雷达回波信号；差分放大电路，用于对重构的脉冲雷达回波信号进行滤波和差分放大，获得时间域上被展宽放大的低频脉冲雷达回波信号，方便低速ADC芯片对其进行采样。
在一些实施方式中，取样脉冲信号产生电路包括：触发信号驱动电路和脉冲信号整形电路。
在一些实施方式中，触发信号驱动电路，其中，第一耦合电容C1的第一端连接至单端触发信号输入端，第二端连接至第一射频三极管Q1的基极和第一电阻R1的第一端，第一电阻R1的第二端连接至电源地GND，第一射频三极管Q1的发射极连接至电源地GND，其集电极通过第二电阻R2连接至电源正极+VCC和第二电容C2的第一端以及第三电阻R3的第一端，第二电容C2的第二端以及第三电阻R3的第二端连接至第二射频三极管Q2的基极，第二射频三极管Q2的发射极连接至电源正极+VCC，其集电极通过第四电阻连接至电源地GND，并连接至第三电容C3的第一端和第一电感L1的第二端，第一电感L1的第一端连接至电源地GND，第三电容C3的第二端连接至第一功率放大三极管Q3的基极，第一功率放大三极管Q3的发射极通过第六电阻R6连接至电源地GND，其集电极通过第五电阻R5连接至电源正极+VCC2，并连接至第四电容C4的第一端，第四电容C4的第二端输出驱动后的脉冲信号给脉冲信号整形电路。
在一些实施方式中，脉冲信号整形电路，其中，第二电感L2的第一端连接至触发信号驱动电路中的第四电容C4的第二端以接收驱动后的触发信号，第二电感L2的第二端连接至第一阶跃恢复二极管D1第一端，第一阶跃恢复二极管D1第二端连接至电源地GND，其第一端连接至第五电容C5的第一端，第五电容C5的第二端连接至第二阶跃恢复二极管D2的第一端和第七电阻R7的第二端，第七电阻R7的第一端连接至第一滑动变阻器RP1的第三端，第一滑动变阻器RP1的第二端与其第一端一起连接至电源正极+VCC，第二阶跃恢复二极管D2的第二端连接至第六电容C6的第一端，第六电容C6的第二端输出整形后的取样脉冲信号给下一级的取样积分保持电路。
在一些实施方式中，取样积分保持电路，其中，第九电阻R9的第二端连接电源地GND，其第一端连接至取样脉冲产生电路的输出端第六电容C6的第二端，以接收经过驱动和整形后的取样脉冲信号，并连接至第一金属半导体场效应晶体管Q4的栅极和第二金属半导体场效应晶体管Q5的栅极以及第二可调电阻RP2的第三端，第二可调电阻RP2的第一端与第二端共同连接至电源正极+VCC，并通过第七电容C7连接至电源地GND，第一金属半导体场效应晶体管Q4的漏极连接至第八电容C8的第二端，第八电容C8的第一端连接至待取样信号的负极性脉冲信号输出端，并通过第十电阻R10连接至电源地GND，第二金属半导体场效应晶体管Q5的源极连接至第九电容C9的第二端，第九电容C9的第一端连接至待取样信号的正极性脉冲信号输出端，并通过第十一电阻R11连接至电源地GND，第一金属半导体场效应晶体管Q4的源极连接至第一积分电容C10的第一端，并通过第十二电阻R12连接至电源地GND，第二金属半导体场效应晶体管Q5的漏极连接至第一积分电容C10的第二端，并通过第十三电阻R13连接至电源地GND，第一积分电容C10的两端输出为取样积分后的脉冲雷达回波信号的负极性信号和正极性信号。
在一些实施方式中，差分放大电路，其中，经过取样积分后的负极性脉冲雷达回波信号和正极性脉冲雷达回波信号分别通过第十四电阻R14和第十五电阻R15连接至第一低噪音差分放大器U1的负相输入端和同相输入端，并分别通过第十一电容C11和第十二电容C12连接至电源地GND，第一低噪音差分放大器U1的第一管脚和第八管脚之间跨接第十六电阻R16，其第七管脚连接至电源正极+VCC，并通过第十三电容C13连接至电源地GND，其第四管脚连接至电源负极-VCC，并通过第十四电容C14连接至电源地。
采用这样的设计后，本发明至少具有以下优点：
采用射频三级管、功率放大三极管和阶跃恢复二极管(SRD)构成取样脉冲信号产生电路，利用MESFET、取样积分电容构成平衡取样积分保持电路，采用低噪音差分放大器构成差分放大电路，对取样重构的雷达回波信号进行差分放大，获得时间域上被展宽放大的低频雷达回波信号，方便低速ADC芯片对其进行采样，降低系统对ADC芯片的性能要求；该接收机具有工作频率高、噪音低、隔离度高、功耗低、可靠性高等优点，能显著提高采样带宽(采样带宽可调)，可重构完整的雷达回波信号，在超宽带雷达领域具有良好的应用前景。
附图说明
上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
图1是本发明实施例提供的基于MESFET的超宽带雷达采样接收机的原理框图；
图2是本发明实施例提供的基于MESFET的超宽带雷达采样接收机中的取样脉冲信号产生电路原理图；
图3是本发明实施例提供的基于MESFET的超宽带雷达采样接收机中的取样积分保持电路原理图；
图4是本发明实施例提供的基于MESFET的超宽带雷达采样接收机中的差分放大电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
针对上述问题，本发明提供了一种基于MESFET的超宽带雷达采样接收机。金属半导体场效应晶体管(MESFET)是一种开关时间非常短的高频器件，其高频特性主要取决于载流子在沟道中的渡越时间，与肖特基二极管相比，MESFET不仅具有优良的高频特性，而且具有很高的隔离度，另外，MESFET比肖特基二极管功耗更低。所以，这种结构的接收机具有工作频率高(可达60GHz)、噪音低、隔离度高、功耗低、可靠性高等优点，能显著提高采样带宽，重构完整的脉冲雷达回波信号，在超宽带雷达领域具有良好的应用前景。
本发明提供的一种基于MESFET的超宽带雷达采样接收机包括：取样脉冲信号产生电路，用于对单端触发脉冲信号进行驱动整形产生一皮秒级负极性取样脉冲信号；取样积分保持电路，用于利用皮秒级负极性取样脉冲信号对待取样的信号进行降频取样，以展宽并重构待取样的脉冲雷达回波信号；差分放大电路，用于对重构的脉冲雷达回波信号进行滤波和差分放大，获得时间域上被展宽放大的低频脉冲雷达回波信号，方便低速ADC芯片对其进行采样。
本发明提供的一种基于MESFET的超宽带雷达采样接收机，采用射频三级管、功率放大三极管和阶跃恢复二极管(SRD)构成取样脉冲信号产生电路，利用MESFET、取样积分电容构成平衡取样积分保持电路，采用低噪音差分放大器构成差分放大电路，对取样重构的雷达回波信号进行差分放大，获得时间域上被展宽放大的低频雷达回波信号，方便低速ADC芯片对其进行采样，降低系统对ADC芯片的性能要求。该接收机具有工作频率高、噪音低、隔离度高、功耗低、可靠性高等优点，能显著提高采样带宽(采样带宽可调)，可重构完整的雷达回波信号，在超宽带雷达领域具有良好的应用前景。
在本发明的一个示例性实施例中，提供了一种基于MESFET的超宽带雷达采样接收机。图1为根据本发明实施例一种基于MESFET的超宽带雷达采样接收机的原理框图。
本实施例中，采用一对极性相反的正负脉冲雷达回波信号作为待取样信号，该脉冲雷达回波信号的幅度为±1V，脉冲底宽200ps,重复频率为1MHz，本发明并不以此为限，该待取样信号可以为任意一对极性相反的正弦信号、三角波信号、方波信号或其他周期性信号，其幅度介于±0.1V～±2.0V之间，重复频率介于10KHz～3MHz之间。
本实施例一种基于MESFET的超宽带雷达采样接收机包括：取样脉冲信号产生电路，用于对单端触发脉冲信号进行驱动整形，产生一皮秒级负极性取样脉冲信号；取样积分保持电路，用于利用皮秒级负极性取样脉冲信号对待取样脉冲雷达回波信号进行降频取样，展宽并重构待取样的脉冲雷达回波信号；差分放大电路，用于对重构的脉冲雷达回波信号进行滤波和差分放大，获得时间域上被展宽放大的低频脉冲雷达回波信号，方便低速ADC芯片对其进行采样。
本实施例中，触发信号采用幅度峰值3.3V、偏置电压1.65V、重复频率为1MHz、占空比50％的方波信号。本发明并不以此为限，该触发信号的幅度峰值可介于2.4V～10V之间，偏置电压介于1.2V～5V之间，重复频率介于10KHz～3MHz之间，占空比介于10％～90％之间。
图2为图1原理框图中取样脉冲信号产生电路的原理图。请参照图2，该取样脉冲信号产生电路包括触发信号驱动电路和脉冲信号整形电路。
触发信号驱动电路，其中，第一耦合电容C1的第一端连接至单端触发信号输入端，第二端连接至第一射频三极管Q1的基极和第一电阻R1的第一端，第一电阻R1的第二端连接至电源地GND，第一射频三极管Q1的发射极连接至电源地GND，其集电极通过第二电阻R2连接至电源正极+VCC和第二电容C2的第一端以及第三电阻R3的第一端，第二电容C2的第二端以及第三电阻R3的第二端连接至第二射频三极管Q2的基极，第二射频三极管Q2的发射极连接至电源正极+VCC，其集电极通过第四电阻连接至电源地GND，并连接至第三电容C3的第一端和第一电感L1的第二端，第一电感L1的第一端连接至电源地GND，第三电容C3的第二端连接至第一功率放大三极管Q3的基极，第一功率放大三极管Q3的发射极通过第六电阻R6连接至电源地GND，其集电极通过第五电阻R5连接至电源正极+VCC2，并连接至第四电容C4的第一端，第四电容C4的第二端输出驱动后的脉冲信号给脉冲信号整形电路。
脉冲信号整形电路，其中，第二电感L2的第一端连接至触发信号驱动电路中的第四电容C4的第二端以接收驱动后的触发信号，第二电感L2的第二端连接至第一阶跃恢复二极管D1第一端，第一阶跃恢复二极管D1第二端连接至电源地GND，其第一端连接至第五电容C5的第一端，第五电容C5的第二端连接至第二阶跃恢复二极管D2的第一端和第七电阻R7的第二端，第七电阻R7的第一端连接至第一滑动变阻器RP1的第三端，第一滑动变阻器RP1的第二端与其第一端一起连接至电源正极+VCC，第二阶跃恢复二极管D2的第二端连接至第六电容C6的第一端，第六电容C6的第二端输出整形后的取样脉冲信号给下一级的取样积分保持电路。
2.取样积分保持电路
图3为图1原理框图中取样积分保持电路的原理图，请参照图3。其中：
第九电阻R9的第二端连接电源地GND，其第一端连接至取样脉冲产生电路的输出端第六电容C6的第二端，以接收经过驱动和整形后的取样脉冲信号，并连接至第一金属半导体场效应晶体管Q4的栅极和第二金属半导体场效应晶体管Q5的栅极以及第二可调电阻RP2的第三端，第二可调电阻RP2的第一端与第二端共同连接至电源正极+VCC，并通过第七电容C7连接至电源地GND，第一金属半导体场效应晶体管Q4的漏极连接至第八电容C8的第二端，第八电容C8的第一端连接至待取样信号的负极性脉冲信号输出端，并通过第十电阻R10连接至电源地GND，第二金属半导体场效应晶体管Q5的源极连接至第九电容C9的第二端，第九电容C9的第一端连接至待取样信号的正极性脉冲信号输出端，并通过第十一电阻R11连接至电源地GND，第一金属半导体场效应晶体管Q4的源极连接至第一积分电容C10的第一端，并通过第十二电阻R12连接至电源地GND，第二金属半导体场效应晶体管Q5的漏极连接至第一积分电容C10的第二端，并通过第十三电阻R13连接至电源地GND，第一积分电容C10的两端输出为取样积分后的脉冲雷达回波信号的负极性信号和正极性信号。
3.差分放大电路
图4为图1原理框图中差分放大电路的原理图，请参照图4。其中：
经过取样积分后的负极性脉冲雷达回波信号和正极性脉冲雷达回波信号分别通过第十四电阻R14和第十五电阻R15连接至第一低噪音差分放大器U1的负相输入端(第二管脚)和同相输入端(第三管脚)，并分别通过第十一电容C11和第十二电容C12连接至电源地GND，第一低噪音差分放大器U1的第一管脚和第八管脚之间跨接第十六电阻R16，其第七管脚连接至电源正极+VCC，并通过第十三电容C13连接至电源地GND，其第四管脚连接至电源负极-VCC，并通过第十四电容C14连接至电源地。
本实施例一种基于MESFET的超宽带雷达采样接收机，利用射频三极管Q1和Q2的快速开关特性依次对输入的触发信号进行整形，产生快边沿的正极性触发脉冲信号，该信号输入功率放大三极管Q3的基极，经过放大及整形过程，产生大幅度纳秒级负极性驱动脉冲信号，满足后级SRD脉冲整形电路的输入要求；利用阶跃恢复二极管的阶跃效应，脉冲信号整形电路对驱动后的触发脉冲信号进行整形，在输出端产生一皮秒级负极性取样脉冲信号；取样脉冲信号产生电路的输出端与取样积分保持电路的输入端相连接，提供高质量的取样脉冲信号，取样门电路通过MESFET的快速开关对待取样脉冲雷达回波信号进行取样，取样后的脉冲雷达回波信号在积分电容上进行累积，经过低通滤波器滤除MESFET的快速开关带来的高频噪音，再经过差分放大电路进行增益放大，最终获得时间域上被展宽的低频脉冲雷达回波信号，送入低速ADC芯片进行采样，重构完整的脉冲雷达回波信号。
本实施例一种基于MESFET的超宽带雷达采样接收机中取样脉冲信号产生电路的工作过程如下：
步骤一：当触发信号处于低电平时，射频三极管Q1、Q2均处于关闭截止状态，电源正极+VCC通过第二电阻R2对第二电容C2进行充电，功率放大三极管Q3处于关闭截止状态，电源正极+VCC2通过第五电阻R5对第四电容C4进行充电，第一阶跃恢复二极管D1和第二阶跃恢复二极管D2在+VCC、第一可调电阻RP1、第七电阻R7、第八电阻R8提供的偏置电压下均处于正向偏置状态，少数载流子存储于SRD的pn结附近；
步骤二：当触发信号由低电平跳变为高电平时，第一电容C1对输入的触发脉冲信号隔离直流信号并锐化边沿，耦合送入第一射频三极管Q1的基极，触发第一射频三极管Q1快速导通，第二电容C2上的电荷通过第一射频三极管Q1进行快速放电，在第一射频三极管Q1的集电极产生一负极性驱动脉冲信号，并通过第二电容C2传送到第二射频三级管Q2的基极；
步骤三：第一射频三极管Q1集电极上产生的负极性驱动脉冲信号通过第二电容C2传送到第二射频三极管Q2的基极，在第二射频三极管Q2的基极和发射极之间产生触发信号，触发第二射频三极管Q2快速导通，在其集电极上产生一个快边沿的正极性驱动脉冲信号，其中，第三电阻R3用来限制第二射频三极管Q2的基极电流；
步骤四：第二射频三极管Q2集电极上产生的快边沿的正极性驱动脉冲信号通过第三电容C3耦合入第一功率放大三极管Q3的基极，触发第一功率放大三极管Q3导通，第四电容C4上的电荷通过第一功率放大三极管Q3快速放电，在第一功率放大三极管Q3的集电极上产生一个大幅度纳秒级负极性驱动脉冲信号，满足后级SRD脉冲整形电路的输入要求；第六电阻R6用来限制流经第一功率放大三极管Q3的电流，使第一功率放大三极管Q3工作在额定功率范围内，第一电感L1为绕线电感，可利用其储能特性增强后级的驱动能力，同时其短接特性能加速第三电容C3的充放电过程，加快第二射频三极管Q2的导通和关断速度，增强其整形能力；
步骤五：当负极性驱动脉冲信号到达时，第一阶跃恢复二极管D1和第二阶跃恢复二极管D2在反向电场的作用下，少数载流子不断被提取，形成反向电流，当存储的少数载流子被提取完毕时，反向电流快速下降为零，在极短的时间内，两个阶跃恢复二极管反向截止，产生电流的阶跃，第一阶跃恢复二极管D1用于产生下降沿陡峭的负极性脉冲信号，第二阶跃恢复二极D2用于对第一阶跃恢复二极管D1产生的信号的后沿进行整形，从而在第二阶跃恢复二极管D2的第二端产生脉宽极窄的负极性脉冲信号；第二电感L2用于能量存储，增强触发脉冲信号的驱动能力；
步骤六：调节供电电压+VCC、+VVC2以及第一充放电电容C2和第二充放电电容C4的取值大小，可以调节取样脉冲信号的电压幅度与底宽，电容值越大，脉冲幅度越大，但脉冲信号的底宽也就越宽；+VCC、+VCC2的大小，第一可调电阻RP1、第七电阻R7、第八电阻R8的阻值大小均与所选取的阶跃恢复二极管的型号有关；第一充放电电容C2和第二充放电电容C4的取值相等，介于100pF～1nF之间，耦合电容第一电容C1、第三电容C3、第五电容C5、第六电容C6的取值介于100pF～1nF之间，第三电阻R3和第六电阻R6的阻值大小分别根据第二射频三极管Q2和第一功率放大三极管Q3的型号确定，取值介于1K～500K欧姆之间，+VCC的大小介于10V～20V之间，+VCC2的大小介于40V～90V之间。
本实施例一种基于MESFET的超宽带雷达采样接收机中取样积分保持电路的工作过程如下：
步骤一：当负极性取样脉冲信号没有到来时，第一金属半导体场效应晶体管Q4和第二金属半导体场效应晶体管Q5在电源正极+VCC、第二可调电阻RP2、第九电阻R9共同设置的偏置电压下均处于关闭截止状态，第七电容C7对电源正极+VCC进行滤波，防止电源中的噪音耦合进来而误触发MESFET导通；
步骤二：当负极性取样脉冲信号到来时，第一金属半导体场效应晶体管Q4和第二金属半导体场效应晶体管Q5导通，开关打开，第一积分电容C10对正负极性待取样脉冲雷达回波信号进行取样积分，经过多次取样积分，实现对信号的累积，获得待取样脉冲雷达回波信号在时间域上被展宽的低频基带信号，第十电阻R10和第十一电阻R11用于实现待取样脉冲雷达回波信号的输入阻抗匹配，一般取值介于50～100欧姆之间，第八电容C8和第九电容C9用于实现对待取样脉冲雷达回波信号的输入耦合，并隔离直流分量，第十电容C10为取样电容，实现对取样后的脉冲雷达回波信号的积分保持，一般取值3～50pF之间，第十二电阻R12和第十三电阻R13取值相等，一般取值1M～10M欧姆之间；
步骤三：通过电源正极+VCC、第二可调电阻RP2和第九电阻R9可设置第一金属半导体场效应晶体管Q4和第二金属半导体场效应晶体管Q5的栅极输入触发信号的偏置电压，结合调节取样脉冲信号的幅度大小、底宽时间，可以调节取样门的开门孔径时间，从而调节接收机的采样带宽，取样脉冲信号的底宽越窄，则取样门的开门孔径时间越小，接收机的采样带宽也就越宽；取样脉冲信号的底宽一般不大于500ps，电压幅度不小于5V，+VCC的大小介于10V～20V之间。
本实施例一种基于MESFET的超宽带雷达采样接收机中差分放大电路的工作过程如下：
步骤一：取样后的脉冲雷达回波信号在第一积分电容C10上进行累积，其负极性脉冲雷达回波信号和正极性脉冲雷达回波信号分别通过第十四电阻R14和第十五电阻R15送入第一低噪音差分放大器U1的反相输入端(第二管脚)和同相输入端(第3管脚)，并分别通过滤波电容第十一电容C11和第十二电容C12连接到电源地GND，滤除MESFET高速开关带来的高频开关噪音，通过调节第十六电阻R16阻值的大小来调节增益放大倍数，最后通过耦合电容第十五电容C15输出展宽重构放大后的低频脉冲雷达回波信号，送入低速ADC芯片进行采样；
步骤二：滤波电容第十一电容C11和第十二电容C12取值相同，用来滤除MESFET高速开关带来的高频开关噪音，一般取值10pF～100pF之间，第十六电阻R16阻值用来确定增益放大倍数，一般取值1K～100K欧姆之间，与所选低噪音差分放大器的型号有关，本领域技术人员可根据所选择低噪音差分放大器型号的不同灵活选择其阻值。
实际测试表明，本实施例一种基于MESFET的超宽带雷达采样接收机中取样脉冲信号产生电路所产生的取样脉冲信号质量高，脉冲底宽在200～400ps之间(底宽可调)，峰值电压幅度在9.0～10.0V之间，主脉冲后端拖尾很小，振铃水平极低，可为取样门电路提供较高的采样带宽；实施例一种基于MESFET的超宽带雷达采样接收机中取样积分保持电路与基于肖特基二极管的取样积分电路相比，取样重构后的波形与原始待取样脉冲雷达回波信号一致性更好，这是因为MESFET具有更快的开关速度、更低的噪音以及更高的隔离度；实施例一种基于MESFET的超宽带雷达采样接收机中差分放大电路增益可调，可对取样重构后的信号进行低噪音增益放大，增大采样接收机的动态范围。
本发明一种基于MESFET的超宽带雷达采样接收机具有采样带宽高(采样带宽可调)、噪音低、隔离度高、功耗低等优点，重构后的低频脉冲雷达回波信号与原始待取样脉冲雷达回波信号几乎一致，无杂波和噪声引入，适合高重频、大带宽的超宽带雷达系统，具有广阔的应用前景。
本发明一种基于MESFET的超宽带雷达采样接收机，利用射频三极管的快速开关特性依次对输入的触发信号进行整形，产生快边沿正极性触发脉冲信号，输入功率放大三极管，经过放大及整形，产生大幅度纳秒级负极性驱动脉冲信号，满足后级SRD脉冲整形电路的输入要求；利用阶跃恢复二极管的阶跃效应，对驱动脉冲信号进行整形，在输出端产生一皮秒级负极性取样脉冲信号，为后级取样积分保持电路提供高质量的取样信号；利用MESFET优良的高频特性、高隔离度、低噪音、低功耗等特点，对待取样脉冲雷达回波信号进行取样，取样后的脉冲雷达回波信号在积分电容上进行累积积分并经差分放大电路进行滤波放大，获得时间域上被展宽的低频脉冲雷达回波信号，降低了对ADC芯片的性能要求，节省了成本并降低了功耗。
该发明结构简单、性能优良、隔离度高、功耗低，能显著提高采样带宽(采样带宽可调)，可完整重构待取样脉冲雷达回波信号，适合高重频、大带宽的超宽带雷达系统，具有广阔的应用前景。
本发明技术方案有以下的关键点：
(1)利用MESFET优良的高频特性、高隔离度、低噪音、低功耗等特点，对待取样脉冲雷达回波信号进行取样，取样后的脉冲雷达回波信号在积分电容上进行累积积分并经差分放大电路进行滤波放大，获得时间域上被展宽的低频脉冲雷达回波信号，降低了对ADC芯片的性能要求，节省了成本并降低了功耗；
(2)利用射频三极管的快速开关特性依次对输入的触发信号进行整形，产生快边沿正极性触发脉冲信号，输入功率放大三极管，经过放大及整形，产生大幅度纳秒级负极性驱动脉冲信号，满足后级SRD脉冲整形电路的输入要求；
(3)利用阶跃恢复二极管的阶跃效应，对驱动脉冲信号进行整形，在输出端产生一皮秒级负极性取样脉冲信号，为后级取样积分保持电路提供高质量的取样信号。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于MESFET的超宽带雷达采样接收机，其特征在于，包括：
取样脉冲信号产生电路，用于对单端触发脉冲信号进行驱动整形产生一皮秒级负极性取样脉冲信号；
取样积分保持电路，用于利用皮秒级负极性取样脉冲信号对待取样的信号进行降频取样，以展宽并重构待取样的脉冲雷达回波信号；
差分放大电路，用于对重构的脉冲雷达回波信号进行滤波和差分放大，获得时间域上被展宽放大的低频脉冲雷达回波信号，方便低速ADC芯片对其进行采样。
2.根据权利要求1所述的基于MESFET的超宽带雷达采样接收机，其特征在于，取样脉冲信号产生电路包括：触发信号驱动电路和脉冲信号整形电路。
3.根据权利要求2所述的基于MESFET的超宽带雷达采样接收机，其特征在于，触发信号驱动电路，其中，第一耦合电容C1的第一端连接至单端触发信号输入端，第二端连接至第一射频三极管Q1的基极和第一电阻R1的第一端，第一电阻R1的第二端连接至电源地GND，第一射频三极管Q1的发射极连接至电源地GND，其集电极通过第二电阻R2连接至电源正极+VCC和第二电容C2的第一端以及第三电阻R3的第一端，第二电容C2的第二端以及第三电阻R3的第二端连接至第二射频三极管Q2的基极，第二射频三极管Q2的发射极连接至电源正极+VCC，其集电极通过第四电阻连接至电源地GND，并连接至第三电容C3的第一端和第一电感L1的第二端，第一电感L1的第一端连接至电源地GND，第三电容C3的第二端连接至第一功率放大三极管Q3的基极，第一功率放大三极管Q3的发射极通过第六电阻R6连接至电源地GND，其集电极通过第五电阻R5连接至电源正极+VCC2，并连接至第四电容C4的第一端，第四电容C4的第二端输出驱动后的脉冲信号给脉冲信号整形电路。
4.根据权利要求2所述的基于MESFET的超宽带雷达采样接收机，其特征在于，脉冲信号整形电路，其中，第二电感L2的第一端连接至触发信号驱动电路中的第四电容C4的第二端以接收驱动后的触发信号，第二电感L2的第二端连接至第一阶跃恢复二极管D1第一端，第一阶跃恢复二极管D1第二端连接至电源地GND，其第一端连接至第五电容C5的第一端，第五电容C5的第二端连接至第二阶跃恢复二极管D2的第一端和第七电阻R7的第二端，第七电阻R7的第一端连接至第一滑动变阻器RP1的第三端，第一滑动变阻器RP1的第二端与其第一端一起连接至电源正极+VCC，第二阶跃恢复二极管D2的第二端连接至第六电容C6的第一端，第六电容C6的第二端输出整形后的取样脉冲信号给下一级的取样积分保持电路。
5.根据权利要求1所述的基于MESFET的超宽带雷达采样接收机，其特征在于，取样积分保持电路，其中，第九电阻R9的第二端连接电源地GND，其第一端连接至取样脉冲产生电路的输出端第六电容C6的第二端，以接收经过驱动和整形后的取样脉冲信号，并连接至第一金属半导体场效应晶体管Q4的栅极和第二金属半导体场效应晶体管Q5的栅极以及第二可调电阻RP2的第三端，第二可调电阻RP2的第一端与第二端共同连接至电源正极+VCC，并通过第七电容C7连接至电源地GND，第一金属半导体场效应晶体管Q4的漏极连接至第八电容C8的第二端，第八电容C8的第一端连接至待取样信号的负极性脉冲信号输出端，并通过第十电阻R10连接至电源地GND，第二金属半导体场效应晶体管Q5的源极连接至第九电容C9的第二端，第九电容C9的第一端连接至待取样信号的正极性脉冲信号输出端，并通过第十一电阻R11连接至电源地GND，第一金属半导体场效应晶体管Q4的源极连接至第一积分电容C10的第一端，并通过第十二电阻R12连接至电源地GND，第二金属半导体场效应晶体管Q5的漏极连接至第一积分电容C10的第二端，并通过第十三电阻R13连接至电源地GND，第一积分电容C10的两端输出为取样积分后的脉冲雷达回波信号的负极性信号和正极性信号。
6.根据权利要求1所述的基于MESFET的超宽带雷达采样接收机，其特征在于，差分放大电路，其中，经过取样积分后的负极性脉冲雷达回波信号和正极性脉冲雷达回波信号分别通过第十四电阻R14和第十五电阻R15连接至第一低噪音差分放大器U1的负相输入端和同相输入端，并分别通过第十一电容C11和第十二电容C12连接至电源地GND，第一低噪音差分放大器U1的第一管脚和第八管脚之间跨接第十六电阻R16，其第七管脚连接至电源正极+VCC，并通过第十三电容C13连接至电源地GND，其第四管脚连接至电源负极-VCC，并通过第十四电容C14连接至电源地。
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