CN205610598U - 一种基于晶体管的超宽带脉冲发生器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及超宽带脉冲无线电领域，特别涉及一种基于晶体管的超宽带脉冲发生器，该脉冲发生器是由脉冲整形电路和振荡器组成，所述的脉冲整形电路是由RC微分电路、反相电路、输出耦合电路依次串联，电源电路连接反相电路；所述的振荡器是由电阻R4、电感L1、f₀振荡器、一级隔直电容C6、Π型衰减器和二级隔直电容C7依次串联，f₀振荡器通过正反馈电感L4接地，并且振荡器电源电路和f₀振荡器相连组成。本实用新型实现了低功耗、低成本、高幅值、脉冲频谱宽的功能，振荡器采用三极管共基极配置，能够起到功率放大的作用，可用于低电源电压、低功耗的便携式设备中。

Description

一种基于晶体管的超宽带脉冲发生器

技术领域

本实用新型涉及超宽带脉冲无线电领域，特别涉及一种基于晶体管的超宽带脉冲发生器。

背景技术

美联邦通信委员会(FCC)规定：相对带宽(信号带宽与中心频率之比)大于20％，或在传输的任何时刻绝对带宽不小于500MHz的信号，其中信号带宽为低于最高发射功率10dB的截止频率间的带宽。超宽带信号，类似噪声信号，用于通信保密性较好、数据传输速率较高、抗多径干扰能力强、有较好的时间分辨力，可以用于定位、跟踪及雷达成像。

超宽带脉冲无线电的核心之一就是超宽带脉冲的产生技术。数字电路产生方式，可以得到很高的脉冲重复频率，同时对脉冲宽度也能进行一定的控制，并且还可利用电路集成技术来使脉冲生成电路更简单紧凑，但其突出的缺点是脉冲幅值低，对数字电路作匹配操作相对因难，并且要想较精确的控制脉冲宽度还需建立在对门电路延迟特性精确控制的基础之上。并且只有高速的数字电路，才能产生符合带宽要求的脉冲波形。阶跃恢复二极管产生方式，重复频率低，不稳定，也不适合高速传输。采用阶跃管电路可以得到较为陡峭的脉冲沿(10ps量级)，脉冲宽度也能做到很窄(100ps量级)，但由于器件性能的限制，脉冲输出幅值较小(一般较大时可做到几伏量级)。雪崩三极管产生方式，需要极高的偏置电压，限制了应用范围，并且电路中的电容值与生成脉冲的幅度有关，当电容值大时脉冲幅值高，但脉冲宽度也会变大，在应用时要根据实际情况作调整。并且上述产生方式，所产生脉冲均含有低频分量，不利于辐射及频谱利用。

实用新型内容

本实用新型提供了一种基于晶体管的超宽带脉冲发生器，实现了低功耗、低成本、高幅值、脉冲频谱宽的功能，可用于低电源电压、低功耗的便携式设备中。

综上所述，为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案，一种基于晶体管的超宽带脉冲发生器，其特征在于，该脉冲发生器是由脉冲整形电路和振荡器组成，所述的脉冲整形电路是由RC微分电路、反相电路、输出耦合电路依次串联，电源电路连接反相电路；所述的振荡器是由电阻R4、电感L1、f₀振荡器、一级隔直电容C6、Π型衰减器和二级隔直电容C7依次串联，f₀振荡器通过正反馈电感L4接地，并且振荡器电源电路和f₀振荡器相连组成；

所述RC微分电路，用于将输入的矩形波转换为尖脉冲波；

所述反相电路，用于将来自于RC微分电路的尖脉冲波通过三极管Q1进行电压反相，得到反相电压波形；

所述输出耦合电路，用于滤除来自于反相电路的反相电压波形中的直流分量；

所述f₀振荡器，用于将来自于输出耦合电路的反向电压波形进行中心频率为f₀的振荡，得到正弦波；

所述Π型衰减器，用于减小来自于f₀振荡器的正弦波的输出幅度，同时用于减小脉冲发生器和负载之间的不匹配，减小负载对f₀振荡器的中心频率的牵引。

进一步，所述的f₀振荡器包括晶体管Q2，晶体管Q2为共基极配置，晶体管Q2的射极串联电容C4并通过电阻R5接地，晶体管Q2的集电极并联了两个电感L2和L3。

进一步，所述的正反馈电感L4，连接晶体管Q2的基极。

进一步，所述的正反馈电感L4是指微带电感。

本实用新型所产生的有益效果如下：

本实用新型提供了一种基于晶体管的超宽带脉冲发生器，实现了低功耗、低成本、高幅值、低频分量少、中心频率可调、脉冲频谱宽的功能。振荡器采用三极管共基极配置，利用共基极配置的高频特性好，能够放大电压，从而能够起到功率放大的作用，因此不需要另加昂贵的功率放大器即可满足便携式设备之用。本脉冲发生器所含元器件少，且成本低，输出脉冲谱的中心频率可通过改变振荡器谐振电感L3进行调谐。

附图说明

图1为本实用新型的整体框图；

图2为本实用新型的波形示意图；

图3为本实用新型的电路原理图；

图4为利用示波器实测本实用新型的输出波形；

图5为利用示波器实测本实用新型的输出功率谱。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例来详细的描述本实用新型，但本实用新型的保护范围并不限于此。

如图1所示，一种基于晶体管的超宽带脉冲发生器，该脉冲发生器是由脉冲整形电路1和振荡器2串联而成，信号由输入端In进入脉冲整形电路1，由脉冲整形电路1变换整形后的信号从节点b进入振荡器2，由节点c输出脉冲信号。

实施例1

如图3所示，一种基于晶体管的超宽带脉冲发生器，其特征在于，该脉冲发生器由脉冲整形电路1和振荡器2串联而成。In端为触发信号输入端口，Out端为超宽带脉冲信号输出端口。触发信号经由In端输入脉冲整形电路1的输入端即电容C1的一端，脉冲整形电路1是专门用来对脉冲进行变换和整形的电路，脉冲整形电路1是由RC微分电路4、反相电路5和输出耦合电路6依次串联，并且脉冲整形电源电路7连接反相电路5组成。触发信号从In端输入，经过微分电路4，微分电路4由电容C1串联电阻R1并接地组成，电容C1和电阻R1的节点a作为微分电路4的输出端，微分电路4用于将输入的矩形波转换为尖脉冲波，微分电路4的输出端与反相电路5的输入端即与微波双极性晶体管Q1的基极相接，基极接电阻R1能够控制Q1的开关时间。反相电路5是由微波双极性晶体管Q1和电阻R2组成，晶体管Q1的射极直接接地，晶体管Q1的集电极通过电阻R2连接电源Vcc，反相电路5用于将来自于RC微分电路的尖脉冲波通过三极管Q1进行电压反相，得到反相电压波形。电源Vcc通过高频去耦电容C3接地，电源Vcc和高频去耦电容C3组成脉冲整形电源电路7。反相电路5的输出端连接输出耦合电路6的输入端即晶体管Q1的集电极连接电容C2的一端，输出耦合电路6是由电容C2串联电阻R3并接地组成的，电容C2的另一端和电阻R3的节点b同时作为输出耦合电路6和脉冲整形电路1的输出端，输出耦合电路6用于滤除来自于反相电路的反相电压波形中的直流分量，得到电阻R3、电阻R2和电容C2相互配合控制微波双极性晶体管Q2在触发周期的末尾有效截止。节点b作为脉冲整形电路1的输出端连接振荡电路的输入端即电阻R4的一端，振荡器2是由电阻R4、电感L1、f₀振荡器8、一级隔直电容C6、Π型衰减器3和二级隔直电容C7依次串联，并且振荡器电源电路9和f₀振荡器8相连组成。f₀振荡器8包括微波双极性晶体管Q2，晶体管Q2为共基极配置，与电容C4、电阻R5、电感L3、电感L2、电感L4一起构成了中心频率为f₀的f₀振荡器8，f₀振荡器8用于将来自于脉冲整形电路的尖脉冲波进行振荡，得到正弦波形，电感L1连接晶体管Q2的射极，晶体管Q2的射极串联电容C4并通过电阻R5接地，在集电极提供一个易于匹配的负阻抗；晶体管Q2的集电极并联了电感L2和电感L3。晶体管Q2的基极通过正反馈电感L4接地，L4是由微带短路线实现的。电感L2与电源Vcc连接，电源Vcc通过高频去耦电容C3接地，电源Vcc和高频去耦电容C5组成振荡器电源电路9。f₀振荡器8的输出端即电感L3的另一端与一级隔直电容C6相连，一级隔直电容C6的另一端连接Π型衰减器3的输入端即电阻R7的一端，Π型衰减器3是由电阻R6、电阻R7、电阻R8组成，R7的一端作为Π型衰减器3的输入，另一端作为Π型衰减器3的输出，R6和R8分别接地，Π型衰减器3用来缓冲脉冲发生器和负载之间的不匹配，并减少来自于f₀振荡器的正弦波的振幅，减小负载对f₀振荡器的中心频率的牵引，Π型衰减器3的输出端即电阻R7的另一端连接二级隔直电容C7的一端，二级隔直电容C7的另一端即为Out端，Out端最终输出超宽带脉冲信号。

该脉冲发生器供电电源为3.3V，因而可以方便的移植到低电源电压、低功耗的便携式设备中。使用触发脉冲来控制振荡器2的振荡，当脉冲到来时，振荡器2开始起振，脉冲结束时，振荡器2也随之停振。由于触发脉冲通常比较宽，本实用新型采用微分电路4和微波晶体管Q1来进行脉冲整形。

如图2所示，In波形为触发信号在In端的波形，此时为不标准的方波信号；a波形为触发信号在经过微分电路后节点a处的波形，触发信号在经过微分电路后转换为了尖脉冲波形；b波形为触发信号在经过脉冲整形电路1后，节点b处的波形，经过微分电路和反相电路后，触发信号已经由最初的方波信号转换为了反相的尖脉冲信号，其中有用信号为负电压信号，该负电压信号通过节点b馈给振荡电路2，利用晶体管Q2的发射结进一步整形，并同时触发晶体管Q2开始起振。当邻近b波形中负峰值时，振荡幅度达到最大，随之开始减小，b波形中正电压信号可以加快停振时的衰减速度。c波形为经过处理后的最终输出的脉冲波形，也即Out端的波形。振荡起振时间和振荡衰减时间由电路中的电感电容储能元件控制，振荡中心频率f₀会受到脉冲整形电路的加载效应的牵引。

触发信号为CMOS电平，可以是一个时钟信号或者经过调制的单极性归零码数据信号。该电路可应用于脉冲幅度调制(OOK)或者脉冲位置调制(PPM)。

本实用新型已经实现，如图4和图5所示，图4为本实用新型利用示波器实际测得的输出的脉冲波形，脉冲宽度为2ns，峰峰值约为2.4V；图5为利用示波器实际测得的输出的脉冲功率谱，功率谱10dB带宽约为1GHz，中心频率为4GHz。

要说明的是，上述实施例是对本实用新型技术方案的说明而非限制，所属技术领域普通技术人员的等同替换或者根据现有技术而做的其它修改，只要没超出本实用新型技术方案的思路和范围，均应包含在本实用新型所要求的权利范围之内。

Claims (4)

1.一种基于晶体管的超宽带脉冲发生器，其特征在于，该脉冲发生器是由脉冲整形电路和振荡器组成，所述的脉冲整形电路是由RC微分电路、反相电路、输出耦合电路依次串联，电源电路连接反相电路；所述的振荡器是由电阻R4、电感L1、f₀振荡器、一级隔直电容C6、Π型衰减器和二级隔直电容C7依次串联，f₀振荡器通过正反馈电感L4接地，并且振荡器电源电路和f₀振荡器相连组成；

所述RC微分电路，用于将输入的矩形波转换为尖脉冲波；

所述反相电路，用于将来自于RC微分电路的尖脉冲波通过三极管Q1进行电压反相，得到反相电压波形；

所述输出耦合电路，用于滤除来自于反相电路的反相电压波形中的直流分量；

所述f₀振荡器，用于将来自于输出耦合电路的反向电压波形进行中心频率为f₀的振荡，得到正弦波；

所述Π型衰减器，用于减小来自f₀振荡器的正弦波的输出幅度，同时用于减小脉冲发生器和负载之间的不匹配，减小负载对f₀振荡器的中心频率的牵引。

2.根据权利要求1所述的一种基于晶体管的超宽带脉冲发生器，其特征在于，所述的f₀振荡器包括晶体管Q2，晶体管Q2为共基极配置，晶体管Q2的射极串联电容C4并通过电阻R5接地，晶体管Q2的集电极并联了两个电感L2和L3。

3.根据权利要求1所述的一种基于晶体管的超宽带脉冲发生器，其特征在于，所述的正反馈电感L4，连接晶体管Q2的基极。

4.根据权利要求1或2所述的一种基于晶体管的超宽带脉冲发生器，其特征在于，所述的正反馈电感L4是指微带电感。