ES2374936B2 - PULSED WAVE SHAPE OSCILLATOR. - Google Patents

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ES2374936B2 ES201000636A ES201000636A ES2374936B2 ES 2374936 B2 ES2374936 B2 ES 2374936B2 ES 201000636 A ES201000636 A ES 201000636A ES 201000636 A ES201000636 A ES 201000636A ES 2374936 B2 ES2374936 B2 ES 2374936B2
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Franco Ariel Ramírez Terán
María Isabel Pontón Lobete
Almudena Suárez Rodríguez
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03BGENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/08Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance

Abstract

Un oscilador eléctrico no lineal para generar pulsos que comprende: al menos un dispositivo activo (101, 151, Q{sub,1}); una red de polarización (120, 170, 470) para polarizar y alimentar a dicho dispositivo activo (101, 151, Q{sub,1}); una red de realimentación (110, 160, 460) conectada a al menos un puerto (451b, 451e) de dicho dispositivo activo (101, 151, Q{sub,1}); una línea de transmisión no lineal (102, 152, 452). La línea de transmisión no lineal (102, 152, 452) tiene un primer extremo conectado a un puerto (451c) de dicho dispositivo activo (101, 151, Q{sub,1}) diferente del al menos un puerto (451b, 451e) al que se conecta la red de realimentación (110, 160, 460), siendo el extremo opuesto de dicha línea de transmisión no lineal (102, 152, 452) la salida del oscilador, estando el oscilador configurado para propagar a lo largo de dicha línea de transmisión no lineal (102, 152, 452) una forma de onda pulsada.A non-linear electric oscillator for generating pulses comprising: at least one active device (101, 151, Q {sub, 1}); a polarization network (120, 170, 470) to polarize and feed said active device (101, 151, Q {sub, 1}); a feedback network (110, 160, 460) connected to at least one port (451b, 451e) of said active device (101, 151, Q {sub, 1}); a non-linear transmission line (102, 152, 452). The non-linear transmission line (102, 152, 452) has a first end connected to a port (451c) of said active device (101, 151, Q {sub, 1}) different from the at least one port (451b, 451e ) to which the feedback network (110, 160, 460) is connected, the opposite end of said nonlinear transmission line (102, 152, 452) being the oscillator output, the oscillator being configured to propagate along said nonlinear transmission line (102, 152, 452) a pulsed waveform.

Description

Oscilador de forma de onda pulsada. Pulsed waveform oscillator.

Campo de la invención Field of the Invention

La presente invención pertenece al campo de los osciladores y, más concretamente, al de los osciladores eléctricos que generan un tren periódico de pulsos de duración corta. The present invention belongs to the field of oscillators and, more specifically, to the electric oscillators that generate a periodic train of short duration pulses.

Antecedentes de la invención Background of the invention

En muchas aplicaciones de electrónica se necesitan osciladores que proporcionen a su salida un tren de pulsos de alta velocidad (habitualmente varios gigahercios, GHz). Para conseguirlo, en ocasiones se usan sistemas lineales que utilizan una línea de transmisión lineal sobre la que se propagan las ondas periódicas a la frecuencia de interés. En estos sistemas, se usan amplificadores lineales para compensar las pérdidas producidas en la línea de transmisión lineal, de forma que se mantenga la intensidad de la señal sinusoidal a la salida del sistema y se consiga la deseada oscilación. Estos osciladores lineales se aplican en el área de la electrónica de alta velocidad. In many electronics applications oscillators are needed that provide a high-speed pulse train (usually several gigahertz, GHz). To achieve this, sometimes linear systems are used that use a linear transmission line on which periodic waves propagate at the frequency of interest. In these systems, linear amplifiers are used to compensate for losses in the linear transmission line, so that the intensity of the sinusoidal signal is maintained at the output of the system and the desired oscillation is achieved. These linear oscillators are applied in the area of high speed electronics.

Investigaciones más recientes en el campo de los sistemas no lineales han mostrado que éstos son una alternativa real a los sistemas lineales y han abierto la puerta a posibles aplicaciones que usen formas de onda no sinusoidales en medios no lineales. Así, las líneas de transmisión no lineales (del inglés nonlinear transmission lines, NLTL) pueden usarse para generar un tren de pulsos de corta duración (short-duration pulses) y aplicarse a varios campos, como el de la reflectometría en el dominio temporal, el muestreo a alta velocidad o aplicaciones radar de banda ultra ancha (ultrawideband). More recent research in the field of non-linear systems has shown that these are a real alternative to linear systems and have opened the door to possible applications that use non-sinusoidal waveforms in non-linear media. Thus, nonlinear transmission lines (NLTL) can be used to generate a short-duration pulse train and be applied to various fields, such as time domain reflectivity, High-speed sampling or ultra-wideband radar applications.

Una línea de transmisión no lineal (NLTL) está compuesta por un cierto número de celdas varactor-bobina (del inglés, inductance-varactor cell). La generación de la forma de onda pulsada se debe a los efectos combinados de la capacitancia no lineal C(v) y de la dispersión de la línea periódica LC. Esto daría lugar a una o más ondas localizadas robustas con perfil permanente, también llamadas solitones (del inglés, solitons). Un pulso de entrada con anchura de pulso medida en un valor de amplitud igual a la mitad de la amplitud máxima (del inglés, full width at half maximum) TFWHM se descompone en N = 2fBTFWHM pulsos individuales o solitones, donde fB es la frecuencia de Bragg de la NLTL yfB = 1/(π\ √(LCeff )), donde Ceff es la capacitancia del varactor efectiva y L es la inductancia de la celda. Cada uno de los N pulsos o solitones viaja a su propia velocidad y su propagación en este medio cumple unas reglas generales. Para amplitudes de pulso altas, la velocidad de propagación aumenta, mientras que TFWHM disminuye. Los solitones pasan uno a través de otro sin perder sus características, aunque durante el tiempo de solapamiento sus amplitudes conjuntas decrecen (crecen) cuando viajan en la misma (contraria) dirección. Para la generación de una forma de onda pulsada de ciclo de trabajo corto o pequeño (del inglés, short-duty cycle), el objetivo es obtener un único pulso estrecho, lo que requiere una cuidadosa selección del número de celdas. Despreciando la disipación, la forma de onda de entrada original se recompone después de un cierto número de celdas, en lo que se conoce como fenómeno de recurrencia. El período de recurrencia es menor para una frecuencia de entrada más alta y amplitud más alta. Para evitar la necesidad de una señal de entrada periódica, se han propuesto algunas técnicas de diseño para osciladores de solitones. A nonlinear transmission line (NLTL) is made up of a certain number of varactor-coil cells (in English, inductance-varactor cell). The generation of the pulsed waveform is due to the combined effects of the nonlinear capacitance C (v) and the dispersion of the periodic line LC. This would result in one or more robust localized waves with permanent profile, also called solitons. An input pulse with pulse width measured at an amplitude value equal to half of the maximum amplitude (in English, full width at half maximum) TFWHM decomposes into N = 2fBTFWHM individual pulses or solitons, where fB is the frequency of Bragg of the NLTL and fB = 1 / (π \ √ (LCe ff)), where Ce ff is the capacitance of the effective varactor and L is the inductance of the cell. Each of the N pulses or solitons travels at their own speed and their propagation in this medium complies with some general rules. For high pulse amplitudes, the propagation speed increases, while TFWHM decreases. The solitons pass through each other without losing their characteristics, although during the time of overlap their joint amplitudes decrease (grow) when they travel in the same (opposite) direction. For the generation of a pulsed waveform of short or small duty cycle (in English, short-duty cycle), the objective is to obtain a single narrow pulse, which requires careful selection of the number of cells. Disregarding dissipation, the original input waveform is recomposed after a certain number of cells, in what is known as a recurrence phenomenon. The recurrence period is shorter for a higher input frequency and higher amplitude. To avoid the need for a periodic input signal, some design techniques for soliton oscillators have been proposed.

En esta línea, David S. Ricketts et al. describen en On the Self-Generatrion of Electrical Soliton Pulses, IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol. 42, Nº 8, August 2007, un oscilador de solitones (o generador de solitones) eléctrico que genera un tren periódico y estable de pulsos de solitones eléctricos. En concreto, en esta publicación se usa una línea de transmisión no lineal (NLTL) de 30 celdas como red de realimentación paralela de un amplificador que incorpora un mecanismo de atenuación de ganancia dependiente del umbral. El objetivo es atenuar los solitones de amplitud más pequeña, a la vez que se amplifica aquellos con amplitud superior a un determinado umbral, y así eliminar el riesgo de inestabilidades producidas por la coexistencia de múltiples modos de oscilación. In this line, David S. Ricketts et al. described in On the Self-Generation of Electrical Soliton Pulses, IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol. 42, No. 8, August 2007, an electric soliton oscillator (or soliton generator) that generates a periodic and stable pulse train of electric solitons. Specifically, in this publication a 30-cell nonlinear transmission line (NLTL) is used as a parallel feedback network of an amplifier that incorporates a threshold-dependent gain attenuation mechanism. The objective is to attenuate the solitons of smaller amplitude, while amplifying those with amplitude greater than a certain threshold, and thus eliminate the risk of instabilities caused by the coexistence of multiple oscillation modes.

Sin embargo, este oscilador presenta una serie de limitaciones: Por una parte, para su funcionamiento, necesita un amplificador muy específico, que además es dependiente de la polarización. Por otra parte, resulta imprescindible realimentar el amplificador usando la línea de transmisión no lineal. Todo ello hace que la implementación real del oscilador sea muy complicada. Debido a que a frecuencias de microondas o en bandas milimétricas, las técnicas de diseño más extendidas son las del dominio de la frecuencia, la aplicación del amplificador propuesto por Ricketts dificulta el trabajo de los ingenieros de diseño, ya que su descripción y funcionamiento deben verificarse en el dominio del tiempo. Por otra parte, los osciladores diseñados según ese método, no pueden utilizarse de manera directa. Requieren de circuitería adicional para la extracción de la señal y su posterior utilización. Además, al trabajar con una topología realimentada, en la cual pulsos a otras frecuencias también podrían generarse, no se puede asegurar que la única solución posible sea la que se ha planteado como objetivo de diseño. Esto involucra que se hacen precisos análisis complementarios sobre la estabilidad y la robustez del diseño con respecto a variaciones en los distintos parámetros del circuito. However, this oscillator has a series of limitations: On the one hand, for its operation, it needs a very specific amplifier, which is also dependent on polarization. On the other hand, it is essential to feedback the ampli fi er using the non-linear transmission line. All this makes the actual implementation of the oscillator very complicated. Because at microwave frequencies or in millimeter bands, the most widespread design techniques are those of the frequency domain, the application of the amplifier proposed by Ricketts makes the work of design engineers difficult, since their description and operation must be verified in the domain of time. On the other hand, oscillators designed according to that method cannot be used directly. They require additional circuitry for the extraction of the signal and its subsequent use. Furthermore, when working with a feedback topology, in which pulses at other frequencies could also be generated, it cannot be guaranteed that the only possible solution is the one that has been proposed as a design objective. This implies that precise complementary analyzes are made on the stability and robustness of the design with respect to variations in the different parameters of the circuit.

La topología de oscilador en reflexión (del inglés, reflection oscillator topology) ha sido estudiada por O.O. Yildirim et al.en Reflection Soliton Oscillator, IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 57, nº 10, pages 2344-2353, Oct 2009, donde la línea de transmisión no lineal constituye la carga de un amplificador en reflexión con un esquema de alimentación adaptativo, similar al de Ricketts et al.en On the Self-Generatrion of Electrical Soliton Pulses. The oscillator topology in reflection (from English, re fl ection oscillator topology) has been studied by O.O. Yildirim et al. In Re fl ection Soliton Oscillator, IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 57, nº 10, pages 2344-2353, Oct 2009, where the non-linear transmission line constitutes the load of a reflection amplifier with an adaptive power scheme, similar to that of Ricketts et al. On On the Self-Generation of Electrical Soliton Pulses.

La solicitud de patente internacional WO 2007/030485 A2, de la que David S. Ricketts es inventor, también se refiere a un oscilador pulsado no lineal implementado mediante un circuito cerrado (realimentado) formado por una línea de transmisión no lineal y un amplificador no lineal distribuido. Este oscilador presenta los mismos inconvenientes que el anterior. International patent application WO 2007/030485 A2, of which David S. Ricketts is an inventor, also refers to a non-linear pulsed oscillator implemented by a closed (feedback) circuit formed by a non-linear transmission line and a non-ampli fi er linear distributed. This oscillator has the same disadvantages as the previous one.

Resumen de la invención Summary of the Invention

La presente invención trata de resolver los inconvenientes mencionados anteriormente mediante un oscilador eléctrico pulsado no lineal. The present invention seeks to solve the aforementioned drawbacks by means of a non-linear pulsed electric oscillator.

Concretamente, en un primer aspecto de la presente invención, se proporciona un oscilador eléctrico no lineal para generar pulsos que comprende: al menos un dispositivo activo; una red de polarización para polarizar y alimentar a dicho dispositivo activo; una red de realimentación conectada a al menos un puerto de dicho dispositivo activo; y una línea de transmisión no lineal. La línea de transmisión no lineal tiene un primer extremo conectado a un puerto de dicho dispositivo activo diferente del al menos un puerto al que se conecta la red de realimentación, siendo el extremo opuesto de dicha línea de transmisión no lineal la salida del oscilador, estando el oscilador configurado para propagar a lo largo de dicha línea de transmisión no lineal una forma de onda pulsada. Specifically, in a first aspect of the present invention, a non-linear electric oscillator is provided to generate pulses comprising: at least one active device; a polarization network to polarize and feed said active device; a feedback network connected to at least one port of said active device; and a nonlinear transmission line. The non-linear transmission line has a first end connected to a port of said active device other than at least one port to which the feedback network is connected, the opposite end of said non-linear transmission line being the oscillator output, being the oscillator configured to propagate a pulsed waveform along said nonlinear transmission line.

Preferentemente, el al menos un dispositivo activo se implementa mediante uno o más transistores. Preferably, the at least one active device is implemented by one or more transistors.

La red de realimentación está configurada para asegurar el arranque de la oscilación en condiciones de pequeña señal y la oscilación estable en régimen permanente. The feedback network is configured to ensure that the oscillation starts in small signal conditions and the stable oscillation in permanent mode.

Preferentemente, la línea de transmisión no lineal comprende una pluralidad de celdas varactor-bobina. Preferably, the non-linear transmission line comprises a plurality of varactor-coil cells.

En el caso anterior, cada pulso de salida tiene una duración mínima (TFWHM) dada por TFWHM = 1/(2fB), donde fB es la frecuencia de Bragg de la línea de transmisión no lineal y fB = 1/(π √(LCeff )), donde Ceff es la capacitancia efectiva del varactor de cada celda de la NLTLyLesla inductancia de dicha celda. In the previous case, each output pulse has a minimum duration (TFWHM) given by TFWHM = 1 / (2fB), where fB is the Bragg frequency of the nonlinear transmission line and fB = 1 / (π √ (LCe ff )), where Ce ff is the effective capacitance of the varactor of each cell of the NLTL and the inductance of said cell.

El número de celdas varactor bobina de dicha línea de transmisión no lineal se elige teniendo en cuenta el retardo equivalente que produce cada una de ellas y de la relación del retardo total con la frecuencia a la que se desea que el oscilador genere los pulsos. The number of coil varactor cells of said non-linear transmission line is chosen taking into account the equivalent delay produced by each of them and the ratio of the total delay to the frequency at which it is desired that the oscillator generates the pulses.

Concretamente, el número de celdas varactor bobina de dicha línea de transmisión no lineal es el número de celdas que producen un retardo total aproximado al período de oscilación deseado T0, donde T0=1/f0, siendo f0 la frecuencia de oscilación. Specifically, the number of coil varactor cells of said non-linear transmission line is the number of cells that produce a total delay approximate to the desired oscillation period T0, where T0 = 1 / f0, where f0 is the oscillation frequency.

Preferentemente, la impedancia característica de la línea de transmisión no lineal se configura para que tenga un valor lo suficientemente bajo para poder conectar el extremo de dicha línea de transmisión no lineal que coincide con la salida del oscilador sobre una carga de valor sustancialmente mayor que dicha impedancia característica. Preferably, the characteristic impedance of the non-linear transmission line is set to have a sufficiently low value to be able to connect the end of said non-linear transmission line that coincides with the output of the oscillator on a load of substantially greater value than said characteristic impedance

Preferentemente, el valor de los componentes que forman la red de realimentación se elige de forma que la parte real de la admitancia presentada por el al menos un dispositivo activo conectado a la línea de transmisión no lineal sea menor que cero a la frecuencia de oscilación. Preferably, the value of the components that form the feedback network is chosen so that the real part of the admittance presented by the at least one active device connected to the non-linear transmission line is less than zero at the oscillation frequency.

Preferentemente, el oscilador está configurado para proporcionar una señal pulsada a una frecuencia de microondas. Preferably, the oscillator is set to provide a pulsed signal at a microwave frequency.

El oscilador proporciona preferentemente una señal pulsada a una frecuencia que se encuentra en la banda comprendida entre los 300 MHz y los 30 GHz. The oscillator preferably provides a pulsed signal at a frequency that is in the band between 300 MHz and 30 GHz.

Como puede observarse, las condiciones de inicio de oscilación se imponen en un puerto del transistor diferente del puerto al que se conecta la NLTL, de forma que se aumenta la flexibilidad en el diseño de la NLTL. Preferentemente, se usa una sección NLTL corta, con un número pequeño de celdas varactor-bobina y se optimiza la terminación reactiva para reducir el ciclo de trabajo. No se necesita control adaptativo porque la forma de onda vista por la red del transistor no exhibe pulsos de amplitud baja. Además, la señal pulsada del oscilador, puede utilizarse directamente sin necesidad de etapas de amplificación ni adaptación de impedancia. El problema de posible coexistencia de otros modos de oscilación se minimiza ya que desde la primera etapa de diseño se impone que las condiciones de arranque se cumplan sólo a la frecuencia de oscilación deseada. As can be seen, the oscillation start conditions are imposed on a port of the transistor different from the port to which the NLTL is connected, so that the flexibility in the design of the NLTL is increased. Preferably, a short NLTL section is used, with a small number of varactor-coil cells and the reactive termination is optimized to reduce the duty cycle. No adaptive control is necessary because the waveform seen by the transistor network does not exhibit low amplitude pulses. In addition, the pulsed oscillator signal can be used directly without the need for amplification stages or impedance matching. The problem of possible coexistence of other oscillation modes is minimized since since the first design stage it is imposed that the starting conditions be met only at the desired oscillation frequency.

Las ventajas de la invención se harán evidentes en la descripción siguiente. The advantages of the invention will become apparent in the following description.

Breve descripción de las figuras Brief description of the fi gures

Con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, y para complementar esta descripción, se acompaña como parte integrante de la misma, un juego de dibujos, cuyo carácter es ilustrativo y no limitativo. En estos dibujos: In order to help a better understanding of the characteristics of the invention, in accordance with a preferred example of practical realization thereof, and to complement this description, a set of drawings is attached as an integral part thereof, whose character is Illustrative and not limiting. In these drawings:

Las figuras 1a y 1b muestran el esquema básico de dos posibles implementaciones del oscilador de la invención. Figures 1a and 1b show the basic scheme of two possible implementations of the oscillator of the invention.

La figura 2 muestra una línea de transmisión no lineal, implementada con bobinas discretas y varactores con capacidad no lineal C(V). Figure 2 shows a non-linear transmission line, implemented with discrete coils and varactors with non-linear capacity C (V).

La figura 3 muestra un esquema del oscilador según una realización de la invención, separando la subred activa de la subred pasiva, para el diseño del oscilador. Figure 3 shows an oscillator scheme according to an embodiment of the invention, separating the active subnet from the passive subnet, for the oscillator design.

La figura 4 muestra un ejemplo de implementación de un oscilador según la invención. El oscilador del ejemplo se ha implementado con un transistor BJT y elementos discretos en tecnología híbrida, sobre un sustrato de fibra de vidrio. Figure 4 shows an example of an oscillator implementation according to the invention. The oscillator in the example has been implemented with a BJT transistor and discrete elements in hybrid technology, on a glass fiber substrate.

La figura 5 muestra la forma de onda a la salida del oscilador de la figura 4. Figure 5 shows the waveform at the output of the oscillator in Figure 4.

Descripción detallada de la invención Detailed description of the invention

En este texto, el término “comprende” y sus derivados (tales como “que comprende”, etc.) no deben entenderse en un sentido excluyente, es decir, estos términos no deben interpretarse como que excluyen la posibilidad de que lo que se ha descrito y definido pueda incluir elementos, etapas, etc. adicionales. In this text, the term "comprises" and its derivatives (such as "comprising", etc.) should not be understood in an exclusive sense, that is, these terms should not be construed as excluding the possibility that what has been described and defined may include elements, stages, etc. additional.

Además, los términos “aproximadamente”, “sustancialmente”, “alrededor de”, “unos”, etc. deben entenderse como indicando valores próximos a los que dichos términos acompañen. In addition, the terms "approximately", "substantially", "around", "ones", etc. they should be understood as indicating values close to which these terms accompany.

A continuación se describe el circuito oscilador, cuya forma de onda a la salida corresponde con un tren de pulsos de corta duración y se repiten a intervalos T0=1/f0, donde fo es la frecuencia de oscilación. El rango de frecuencias de oscilación que puede obtenerse con el circuito aquí descrito puede variar entre los límites comprendidos en la banda de 3 kHz -300 GHz (radiofrecuencia) Preferentemente, este rango varía en la banda comprendida entre los 300 MHz y los 30 GHz. The oscillator circuit is described below, whose output waveform corresponds to a short-lived pulse train and is repeated at intervals T0 = 1 / f0, where fo is the oscillation frequency. The range of oscillation frequencies that can be obtained with the circuit described herein may vary between the limits comprised in the band of 3 kHz -300 GHz (radiofrequency) Preferably, this range varies in the band comprised between 300 MHz and 30 GHz.

Para una mejor descripción del circuito, el oscilador se separa en dos subredes, una activa y otra pasiva. For a better description of the circuit, the oscillator is separated into two subnets, one active and one passive.

La figura 1A representa una posible implementación del oscilador propuesto, formado por una subred activa 100, una subred pasiva 110 y una red de polarización 120. La subred activa 100 a su vez comprende uno o más dispositivos activos 101 y una línea de transmisión no lineal NLTL 102. El diseño está basado en una topología realimentada, donde la subred pasiva 110 es la red de realimentación. Nótese, en comparación con el circuito propuesto por Ricketts et al y mencionado en el apartado de estado de la técnica, que la línea de transmisión no lineal NLTL de aquel circuito es una parte explícita e integrante de la red de realimentación del oscilador, mientras que en este caso, la línea de transmisión no lineal 102 no forma parte de la red de realimentación 110 (subred pasiva). El extremo de la línea de transmisión no lineal 102 que no va unido al elemento o elementos activos 101 se conecta a la salida del oscilador, como muestra la figura 1A. Figure 1A represents a possible implementation of the proposed oscillator, consisting of an active subnet 100, a passive subnet 110 and a polarization network 120. The active subnet 100 in turn comprises one or more active devices 101 and a non-linear transmission line NLTL 102. The design is based on a feedback topology, where passive subnet 110 is the feedback network. Note, in comparison with the circuit proposed by Ricketts et al and mentioned in the state of the art section, that the NLTL nonlinear transmission line of that circuit is an explicit and integral part of the oscillator feedback network, while in this case, the non-linear transmission line 102 is not part of the feedback network 110 (passive subnet). The end of the non-linear transmission line 102 that is not attached to the active element or elements 101 is connected to the output of the oscillator, as shown in Figure 1A.

La figura 1B representa una variante del oscilador propuesto, formado por una subred activa 150, una subred pasiva 160 y una red de polarización 170. La subred activa 150 a su vez comprende uno o más dispositivos activos Figure 1B represents a variant of the proposed oscillator, consisting of an active subnet 150, a passive subnet 160 and a polarization network 170. The active subnet 150 in turn comprises one or more active devices

151. 151.
En una posible realización, la subred activa 150 comprende también una línea de transmisión no lineal NLTL In a possible embodiment, the active subnet 150 also comprises a non-linear transmission line NLTL

152. 152.
Alternativamente, esta línea de transmisión no lineal NLTL 152 queda fuera de la subred activa 150. La figura 1B recoge ambas posibilidades expresadas con sendas líneas punteadas. La subred pasiva 160 es la red de realimentación del oscilador. Al igual que en la implementación de la figura 1A, la línea de transmisión no lineal 152 no forma parte de la red de realimentación 160 (subred pasiva). El extremo de la línea de transmisión no lineal 152 que no va unido al dispositivo o dispositivos activos 151 se conecta a la salida del oscilador, como muestra la figura 1B. Alternatively, this NLTL 152 nonlinear transmission line is outside the active subnet 150. Figure 1B shows both possibilities expressed with dashed lines. Passive subnet 160 is the oscillator feedback network. As in the implementation of Figure 1A, the nonlinear transmission line 152 is not part of the feedback network 160 (passive subnet). The end of the non-linear transmission line 152 that is not attached to the active device or devices 151 is connected to the output of the oscillator, as shown in Figure 1B.

La figura 2 muestra una posible implementación de la línea de transmisión no lineal (NLTL) de los circuitos de las figuras 1A y 1B, implementada con bobinas discretas y varactores con capacidad no lineal C(V). Cada par L-C Figure 2 shows a possible implementation of the non-linear transmission line (NLTL) of the circuits of Figures 1A and 1B, implemented with discrete coils and varactors with non-linear capacity C (V). Each pair L-C

(V) es conocido como celda varactor-bobina. Esta implementación de la NLTL no debe considerarse limitativa, sino meramente ilustrativa. Alternativamente, pueden usarse otras formas de implementación de la NLTL. (V) is known as varactor-coil cell. This implementation of the NLTL should not be considered limiting, but merely illustrative. Alternatively, other forms of NLTL implementation can be used.

La figura 3 es similar a la figura 1B. La figura 3 muestra además la impedancia a la salida de la subred pasiva 360 Ypas y la impedancia a la entrada de la subred activa 350 Yact. Además, el esquema de la figura 3 corresponde al caso particular de la figura 1B en que la línea de transmisión no lineal 352 no forma parte de la subred activa 350. Por tanto, la subred activa 350 es también el dispositivo o dispositivos activos 351. Figure 3 is similar to Figure 1B. Figure 3 also shows the impedance at the output of the passive subnet 360 Ypas and the impedance at the input of the active subnet 350 Yact. In addition, the scheme in Figure 3 corresponds to the particular case of Figure 1B in which the non-linear transmission line 352 is not part of the active subnet 350. Therefore, the active subnet 350 is also the active device or devices 351.

En cualquiera de las realizaciones representadas, el dispositivo activo 101 151 351 se implementa mediante uno o más transistores. En todas las posibles implementaciones, las condiciones de arranque de la oscilación se imponen en un puerto del transistor diferente del puerto al que se conecta la NLTL, de forma que se aumenta la flexibilidad en el diseño de la NLTL. Además, se impone que las condiciones de arranque se cumplan sólo a la frecuencia de oscilación deseada. In any of the embodiments represented, the active device 101 151 351 is implemented by one or more transistors. In all possible implementations, the starting conditions of the oscillation are imposed on a port of the transistor different from the port to which the NLTL is connected, so that the flexibility in the design of the NLTL is increased. In addition, it is imposed that the starting conditions be met only at the desired oscillation frequency.

Preferentemente, se usa una sección NLTL corta, con un número pequeño de celdas varactor-bobina y se optimiza la terminación reactiva para reducir el ciclo de trabajo. El número de celdas está determinado generalmente por el retardo equivalente que produce cada una de ellas y de la relación del retardo total con la frecuencia a la que se desea que el circuito genere los pulsos y depende tanto del valor L como del valor efectivo de C. En este caso, el tamaño de la NLTL queda reducido al número de celdas que produzcan un retardo total aproximado al período de oscilación deseado T0. Así, se minimiza el problema de posible coexistencia de otros modos de oscilación. Otros trabajos, como el de Ricketts, utilizan NLTLs de longitudes que sobrepasan muchas veces el valor de T0, eso produce que sea posible la aparición de otros modos de operación a frecuencias distintas del objetivo de diseño. Por ese motivo el oscilador de Ricketts requiere de un amplificador adaptativo para intentar eliminar esos otros modos. Preferably, a short NLTL section is used, with a small number of varactor-coil cells and the reactive termination is optimized to reduce the duty cycle. The number of cells is generally determined by the equivalent delay produced by each of them and the ratio of the total delay to the frequency at which it is desired that the circuit generates the pulses and depends on both the L value and the effective value of C In this case, the size of the NLTL is reduced to the number of cells that produce a total delay approximate to the desired oscillation period T0. Thus, the problem of possible coexistence of other oscillation modes is minimized. Other works, such as Ricketts, use NLTLs of lengths that often exceed the value of T0, which makes it possible for other modes of operation to appear at frequencies other than the design objective. For this reason, the Ricketts oscillator requires an adaptive amplifier to try to eliminate those other modes.

La subred activa 100 150 350 comprende un dispositivo de tres puertas (transistor), adecuadamente polarizado mediante la correspondiente red de polarización 120 170 370 para operar en la zona lineal de sus curvas características. Dependiendo de las características del oscilador y de las especificaciones de diseño, es posible utilizar dos o más transistores en la subred activa (p. ej. osciladores en anillo, osciladores diferenciales, etc.). Dado que los dispositivos de tres puertas se fabrican en distintas tecnologías (SiGe, AsGa, CMOS, etc.) también es posible elegir un punto de operación distinto al de la zona lineal (corte, saturación, pinch-off, etc.). The active subnet 100 150 350 comprises a three-door device (transistor), properly polarized by means of the corresponding polarization network 120 170 370 to operate in the linear zone of its characteristic curves. Depending on the characteristics of the oscillator and the design specifications, it is possible to use two or more transistors in the active subnet (eg ring oscillators, differential oscillators, etc.). Since the three-door devices are manufactured in different technologies (SiGe, AsGa, CMOS, etc.) it is also possible to choose a different operating point than the linear zone (cut, saturation, pinch-off, etc.).

La subred pasiva 110 160 360 del oscilador está formada por aquellos componentes discretos (resistencias, bobinas, capacidades, etc.) y distribuidos (líneas de transmisión) que no están incluidos en la subred activa. En esta subred 110 160 360, están incluidos todos los elementos que constituyen la red de realimentación del oscilador y que son necesarios para asegurar el arranque de la oscilación en condiciones de pequeña señal y la oscilación estable en régimen permanente. The passive subnet 110 160 360 of the oscillator consists of discrete components (resistors, coils, capacities, etc.) and distributed (transmission lines) that are not included in the active subnet. In this subnet 110 160 360, all the elements that constitute the oscillator feedback network and which are necessary to ensure the start of the oscillation in small signal conditions and the stable oscillation in permanent regime are included.

La red de realimentación del oscilador puede considerarse en serie o paralelo. Un ejemplo de red de realimentación en serie es la representada en la figura 1A (110), mientras que un ejemplo de red de realimentación en paralelo es la representada en la figura 1B (160). En la realimentación en serie, no existe conexión evidente entre los tres terminales del transistor, mientras que en la realimentación en paralelo, los elementos discretos o distribuidos de la subred pasiva interconectan dichos terminales de manera explícita. Estas dos configuraciones de la red de realimentación, están descritas en la literatura y los valores de los componentes que la conforman deben elegirse de tal manera que se asegure la oscilación a la frecuencia deseada, siendo muy común el uso de distintos tipos de circuitos resonantes en torno a dicha frecuencia. La configuración concreta de red de realimentación 110 160 360 que se elija queda fuera del alcance de la invención. The oscillator feedback network can be considered in series or parallel. An example of a series feedback network is that shown in Figure 1A (110), while an example of a parallel feedback network is that shown in Figure 1B (160). In series feedback, there is no obvious connection between the three terminals of the transistor, while in parallel feedback, discrete or distributed elements of the passive subnet interconnect said terminals explicitly. These two configurations of the feedback network are described in the literature and the values of the components that comprise it must be chosen in such a way that the oscillation at the desired frequency is ensured, the use of different types of resonant circuits being very common in around that frequency. The specific configuration of the feedback network 110 160 360 that is chosen is outside the scope of the invention.

Anteriormente se ha mencionado la red de polarización 120 170 370 del o de los dispositivos activos o subred activa. Esta red se diseña para proporcionar a la subred activa 100 150 350 la alimentación eléctrica adecuada (voltaje y corriente) para que el punto de operación del transistor o transistores sea el adecuado. Salvo que se utilice alguna topología diferencial (modo de rechazo común), la red de polarización debe estar adecuadamente diseñada para presentar el máximo aislamiento entre la oscilación periódica, y sus respectivos armónicos, y la corriente continua. En el caso de utilizar elementos discretos, es común utilizar elementos inductivos que presenten una impedancia muy alta a la frecuencia de la señal periódica (DC feeds) en combinación con capacitores que presenten una impedancia baja a la misma frecuencia. Si la red de polarización se diseña con líneas de transmisión microstrip, pueden utilizarse líneas de cuarto de onda en combinación con secciones radiales o rectangulares que resuenen a la frecuencia de oscilación. La configuración concreta de red de polarización 100 150350 que se elija queda fuera del alcance de la invención. The polarization network 120 170 370 of the active device or active subnet was mentioned previously. This network is designed to provide the active subnet 100 150 350 with adequate power supply (voltage and current) so that the operating point of the transistor or transistors is adequate. Unless some differential topology is used (common rejection mode), the polarization network must be properly designed to present the maximum isolation between the periodic oscillation, and their respective harmonics, and the direct current. In the case of using discrete elements, it is common to use inductive elements that have a very high impedance at the frequency of the periodic signal (DC feeds) in combination with capacitors that have a low impedance at the same frequency. If the polarization network is designed with microstrip transmission lines, quarter wave lines can be used in combination with radial or rectangular sections that resonate with the oscillation frequency. The specific configuration of polarization network 100 150350 that is chosen is outside the scope of the invention.

Para obtener la forma de onda pulsada a la salida del oscilador, se utiliza una línea de transmisión no lineal NLTL. A diferencia del oscilador descrito por Ricketts et al., la línea de transmisión no lineal 102 152 352 del presente oscilador no forma parte de la red de realimentación o subred pasiva. Por el contrario, el extremo de la línea de transmisión no lineal en el oscilador aquí descrito que no va unido al transistor forma la salida del oscilador, como muestran las figuras 1A, 1B y3. To obtain the pulsed waveform at the oscillator output, a non-linear NLTL transmission line is used. Unlike the oscillator described by Ricketts et al., The nonlinear transmission line 102 152 352 of the present oscillator is not part of the feedback network or passive subnet. On the contrary, the end of the nonlinear transmission line in the oscillator described herein that is not attached to the transistor forms the output of the oscillator, as shown in Figures 1A, 1B and 3.

Como se ha indicado en el apartado relativo al estado de la técnica, en el caso de circuitos eléctricos, como es el caso del presente oscilador, la línea de transmisión no lineal está generalmente formada por una conexión en serie de elementos inductivos (bobinas, líneas de transmisión, etc.) con una inductancia equivalente L, periódicamente cargadas con capacidades no lineales (p. ej. varactores) con capacidad dependiente del voltaje entre sus terminales C(V). En una línea sin pérdidas, si los valores de los elementos L-C(V) de la NLTL se eligen adecuadamente, de manera que la no linealidad se compensa con la dispersión de la línea de transmisión, una familia de pulsos con características similares, llamados solitones, pueden viajar por la línea de transmisión sin alterar su forma ni amplitud. Esta familia de pulsos, corresponde a las soluciones de la ecuación de Korteweg-de Vries (KdV). En la práctica, los componentes inductivos y capacitivos de la NLTL tienen asociado algún tipo de elemento resistivo, lo que se traduce en la atenuación paulatina del pulso a medida que viaja por la NLTL. Como se ha dicho ya, el número de celdas está determinado generalmente por el retardo equivalente que produce cada una de ellas y de la relación del retardo total con la frecuencia a la que se desea que el circuito genere los pulsos y depende tanto del valor L como del valor efectivo de C. As indicated in the section related to the state of the art, in the case of electrical circuits, such as this oscillator, the non-linear transmission line is generally formed by a series connection of inductive elements (coils, lines of transmission, etc.) with an equivalent inductance L, periodically charged with non-linear capacities (eg varactors) with voltage-dependent capacity between their terminals C (V). In a lossless line, if the values of the LC (V) elements of the NLTL are properly chosen, so that nonlinearity is compensated with the dispersion of the transmission line, a family of pulses with similar characteristics, called solitons , can travel along the transmission line without altering its shape or amplitude. This family of pulses corresponds to the solutions of the Korteweg-de Vries equation (KdV). In practice, the inductive and capacitive components of the NLTL have some type of resistive element associated, which translates into the gradual attenuation of the pulse as it travels through the NLTL. As it has already been said, the number of cells is generally determined by the equivalent delay produced by each of them and the ratio of the total delay to the frequency at which it is desired that the circuit generates the pulses and depends so much on the value L as of the effective value of C.

Para facilitar la extracción y utilización directa de la señal pulsada del oscilador, la impedancia característica de la To facilitate the extraction and direct use of the oscillator pulsed signal, the characteristic impedance of the

NLTLZc= L/Co, donde Co=C(0), se fija en un valor lo suficientemente bajo para poder conectar el extremo final de la NLTL (salida del oscilador) sobre una carga de valor Zc << ZL. Los valores elegidos de L y C también se eligen teniendo en cuenta que para valores de la frecuencia de Bragg fB muy altos, se necesita un número mayor de celdas L-C para conformar el pulso. NLTLZc = L / Co, where Co = C (0), is set at a sufficiently low value to be able to connect the end end of the NLTL (oscillator output) on a load of value Zc << ZL. The chosen values of L and C are also chosen taking into account that for very high Bragg fB frequency values, a larger number of L-C cells is needed to form the pulse.

Una vez definidos los valores de la NLTL 102 152 352, se calculan los valores de los componentes de red de la realimentación 110 160 360, de manera que la parte real de la admitancia presentada por la subred activa 101 151 351, conectada a la NLTL 102 152 352, sea menor que cero a la frecuencia de oscilación f0. Es decir: Once the values of the NLTL 102 152 352 are defined, the values of the feedback network components 110 160 360 are calculated, so that the real part of the admittance presented by the active subnet 101 151 351, connected to the NLTL 102 152 352, be less than zero at the oscillation frequency f0. That is to say:

Para esto, se realiza un proceso de ajuste de los valores de la red de realimentación 110 160 360 del transistor (dispositivo activo 101 151 351), a la vez que la NLTL 102 152 352 está conectada en el puerto del cual se va a extraer la señal pulsada y cargada en el otro extremo por una carga reactiva ideal. Durante este proceso de ajuste de valores, se debe asegurar que para todas las terminaciones reactivas posibles, la impedancia de la subred activa es negativa a la frecuencia de oscilación f0. Cumplida la condición Re(Yact) < 0, se calculan los componentes restantes de la subred pasiva de manera que se cumplan las condiciones de arranque de la oscilación a f0 en régimen de pequeña señal. Es decir: For this, a process of adjusting the values of the feedback network 110 160 360 of the transistor (active device 101 151 351) is performed, while the NLTL 102 152 352 is connected to the port from which it is to be extracted the signal pulsed and charged at the other end by an ideal reactive load. During this value adjustment process, it must be ensured that for all possible reactive terminations, the impedance of the active subnet is negative at the oscillation frequency f0. Once the condition Re (Yact) <0 is fulfilled, the remaining components of the passive subnet are calculated so that the starting conditions of the oscillation at f0 are met in a small signal mode. That is to say:

Para obtener la forma de onda deseada, se necesita que la amplitud a la entrada de la NLTL 102 152 352 sea lo suficientemente grande. Este requisito se cumple por la propia oscilación del circuito, que en cambio sí depende de los parámetros de la NLTL. Calculada la forma de onda estacionaria de la oscilación, se recalcula el valor de la carga reactiva de la NLTL para reducir la duración de los pulsos, manteniendo la frecuencia de oscilación en el valor f0. Este proceso se lleva a cabo utilizando un generador auxiliar hasta que se obtiene el valor de duración de pulso deseado. La duración mínima de pulso que puede obtenerse está determinada por el parámetro TFWHM, que se calcula como TFWHM =1/(2fB). Al haber diseñado la NLTL teniendo en cuenta que Zc es significativamente menor que ZL, la conexión de la carga terminal, no afecta a la oscilación ni a la duración del pulso. En caso de ser necesario, es posible utilizar un transformador de impedancia para conectar cargas de un valor ZL particular. To obtain the desired waveform, the amplitude at the input of the NLTL 102 152 352 needs to be large enough. This requirement is met by the circuit's own oscillation, which instead depends on the parameters of the NLTL. Calculated the oscillation stationary waveform, the value of the reactive load of the NLTL is recalculated to reduce the duration of the pulses, maintaining the oscillation frequency at the value f0. This process is carried out using an auxiliary generator until the desired pulse duration value is obtained. The minimum pulse duration that can be obtained is determined by the TFWHM parameter, which is calculated as TFWHM = 1 / (2fB). Having designed the NLTL taking into account that Zc is significantly less than ZL, the connection of the terminal load does not affect the oscillation or the duration of the pulse. If necessary, it is possible to use an impedance transformer to connect loads of a particular ZL value.

La figura 4 muestra un ejemplo de circuito oscilador a 1.2 GHz (f0) de acuerdo con la descripción anterior. En este caso, el dispositivo activo es un transistor bipolar Q1 polarizado en la zona lineal de sus curvas características. Las tensiones de polarización Vcc yVbb se aplican a colector y base mediante las resistencias Ra yRb, respectivamente. La polarización también puede realizarse con una sola tensión de corriente continua si las resistencias Ra yRb se reemplazan por un divisor resistivo equivalente. Las bobinas Lb están calculadas para ofrecer el suficiente aislamiento entre la polarización y la oscilación. Figure 4 shows an example of a 1.2 GHz oscillator circuit (f0) according to the previous description. In this case, the active device is a bipolar transistor Q1 polarized in the linear zone of its characteristic curves. The polarization voltages Vcc and Vbb are applied to the collector and base by means of the resistors Ra and Rb, respectively. The polarization can also be carried out with a single direct current voltage if the Ra and Rb resistors are replaced by an equivalent resistive divider. The coils Lb are calculated to offer sufficient insulation between polarization and oscillation.

En este caso, la línea de transmisión no lineal NLTL 452 se ha conectado al terminal de colector 451c y se encuentra aislada de la red de polarización 470 mediante las capacidades Cb. A pesar de no estar representada, la NLTL 452 también incluye una red de polarización para ajustar el valor de capacidad que presentan los varactores que la conforman. Los valores de las bobinas L y de capacidad Cj0 de los varactores, se ha calculado para que la frecuencia de Bragg se encuentre entorno a los 11 GHz y la impedancia característica de la NLTL 452 sea aproximadamente 10 Ohm. La subred activa, formada por el transistor, la carga Ze, la bobina L2 y la NLTL 452, (nótese que en este ejemplo la línea de transmisión no lineal NLTL sí forma parte de la subred activa) presenta parte real negativa de la admitancia de entrada a la frecuencia de oscilación, tal y como se describió anteriormente. El circuito LC paralelo (Cp y Lp) conectado en el terminal de base 451b del transistor, se ha calculado de manera que se cumplan las condiciones de arranque de oscilación. In this case, the non-linear transmission line NLTL 452 has been connected to the collector terminal 451c and is isolated from the polarization network 470 by means of the capacities Cb. Despite not being represented, the NLTL 452 also includes a polarization network to adjust the capacity value of the varactors that comprise it. The values of the coils L and the capacity Cj0 of the varactors have been calculated so that the Bragg frequency is around 11 GHz and the characteristic impedance of the NLTL 452 is approximately 10 Ohm. The active subnet, formed by the transistor, the Ze load, the L2 coil and the NLTL 452, (note that in this example the NLTL nonlinear transmission line does form part of the active subnet) has a negative real part of the admittance of input to the oscillation frequency, as described above. The parallel LC circuit (Cp and Lp) connected to the base terminal 451b of the transistor has been calculated so that the oscillation start conditions are met.

Una vez obtenida la oscilación de estado estacionario, se ha optimizado el valor de la carga reactiva conectada en el otro extremo de la NLTL 452, determinándose que el valor óptimo en este caso es de 2 L. Después de este proceso de optimización, se obtiene una reducción en la duración del pulso, resultando un ciclo de trabajo de alrededor del 5%. Finalmente, se completa el diseño conectando al extremo de la NLTL una carga de 50 Ohm. Al ser este valor superior a la impedancia característica de la línea, no afecta al ciclo de trabajo, ni a la amplitud de la oscilación. Once the steady state oscillation is obtained, the value of the reactive load connected at the other end of the NLTL 452 has been optimized, determining that the optimum value in this case is 2 L. After this optimization process, it is obtained a reduction in pulse duration, resulting in a duty cycle of about 5%. Finally, the design is completed by connecting a 50 Ohm load to the end of the NLTL. Since this value is higher than the characteristic impedance of the line, it does not affect the duty cycle or the amplitude of the oscillation.

La forma de onda a la salida del oscilador se presenta en la figura 5. La duración del pulso, definida en función del TFWHM es de 43.85 ps, resultando un ciclo de trabajo en torno al 5%. Este valor se aproxima a la mínima duración de pulso definida anteriormente TFWHM =1/(2fB). The waveform at the output of the oscillator is presented in Figure 5. The pulse duration, defined according to the TFWHM, is 43.85 ps, resulting in a duty cycle of around 5%. This value approximates the minimum pulse duration previously defined TFWHM = 1 / (2fB).

Como puede observarse, las condiciones de inicio de oscilación se imponen en un puerto del transistor diferente del puerto al que se conecta la NLTL, de forma que se aumenta la flexibilidad en el diseño de la NLTL. Como se usa una sección NLTL corta, con un número pequeño de celdas varactor-bobina, se optimiza la terminación reactiva para reducir el ciclo de trabajo. Al utilizar un número de celdas de retardo total aproximadamente igual al período de la oscilación, se evita que sea posible la propagación de otros modos de oscilación. Por lo tanto, no se necesita un amplificador de ganancia dependiente de la polarización, como en el trabajo de Ricketts, porque no existen otros modos de operación a frecuencia distinta de fo. Además, la señal pulsada ofrecida por el oscilador, puede utilizarse directamente sin necesidad de etapas de amplificación ni adaptación de impedancia. El problema de posible coexistencia de otros modos de oscilación se minimiza ya que desde la primera etapa de diseño se impone que las condiciones de arranque se cumplan sólo a la frecuencia de oscilación deseada. Además, el oscilador propuesto permite obtener una forma de onda pulsada con un ciclo de trabajo del 5% a 1.2 GHz. As can be seen, the oscillation start conditions are imposed on a port of the transistor different from the port to which the NLTL is connected, so that the flexibility in the design of the NLTL is increased. As a short NLTL section is used, with a small number of varactor-coil cells, reactive termination is optimized to reduce the duty cycle. By using a number of total delay cells approximately equal to the period of the oscillation, the propagation of other oscillation modes is avoided. Therefore, a polarization dependent gain amplifier is not needed, as in Ricketts' work, because there are no other modes of operation at a frequency other than fo. In addition, the pulsed signal offered by the oscillator can be used directly without the need for amplification stages or impedance matching. The problem of possible coexistence of other oscillation modes is minimized since since the first design stage it is imposed that the starting conditions be met only at the desired oscillation frequency. In addition, the proposed oscillator allows obtaining a pulsed waveform with a duty cycle of 5% at 1.2 GHz.

El oscilador propuesto puede implementarse en tecnología híbrida o monolítica. El oscilador del ejemplo se ha construido con tecnología híbrida, utilizando un transistor NPN de silicio (BFP405-Infineon), montado sobre substrato de fibra de vidrio CuCladTM (εr=2.17, h=0.8 mm), utilizando técnicas mecánicas, en lugar de un proceso químico, para incrementar la precisión de las dimensiones físicas de las líneas de transmisión. Se han utilizado varactores Schottky e inductores discretos para la implementación de la NLTL. The proposed oscillator can be implemented in hybrid or monolithic technology. The oscillator in the example has been constructed using hybrid technology, using a silicon NPN transistor (BFP405-In fi neon), mounted on a CuCladTM glass fiber substrate (εr = 2.17, h = 0.8 mm), using mechanical techniques, instead of chemical process, to increase the accuracy of the physical dimensions of the transmission lines. Schottky varactors and discrete inductors have been used for the implementation of the NLTL.

La invención puede aplicarse, por ejemplo, a reflectometría en el dominio temporal, muestreo a alta velocidad o en aplicaciones radar de banda ultra ancha (ultrawideband). The invention can be applied, for example, to re fl ectometry in the temporal domain, high-speed sampling or in ultra-wideband radar applications.

Claims (10)

REIVINDICACIONES 1. Un oscilador eléctrico no lineal para generar pulsos que comprende: 1. A nonlinear electric oscillator for generating pulses comprising:
--
al menos un dispositivo activo (101, 151, Q1); at least one active device (101, 151, Q1);
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una red de polarización (120, 170, 470) para polarizar y alimentar a dicho dispositivo activo (101, 151, Q1); a polarization network (120, 170, 470) to polarize and feed said active device (101, 151, Q1);
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una red de realimentación (110, 160, 460) conectada a al menos un puerto (451b, 45le) de dicho dispositivo activo (101, 151, Q1); a feedback network (110, 160, 460) connected to at least one port (451b, 45le) of said active device (101, 151, Q1);
--
una línea de transmisión no lineal (102, 152, 452); a non-linear transmission line (102, 152, 452);
caracterizado por que dicha línea de transmisión no lineal (102, 152, 452) tiene un primer extremo conectado a un puerto (451c) de dicho dispositivo activo (101, 151, Q1) diferente del al menos un puerto (451b, 45le) al que se conecta la red de realimentación (110, 160, 460), siendo el extremo opuesto de dicha línea de transmisión no lineal (102, 152, 452) la salida del oscilador, estando el oscilador configurado para propagar a lo largo de dicha línea de transmisión no lineal (102, 152, 452) una forma de onda pulsada. characterized in that said non-linear transmission line (102, 152, 452) has a first end connected to a port (451c) of said active device (101, 151, Q1) different from at least one port (451b, 45le) to the that the feedback network (110, 160, 460) is connected, the opposite end of said non-linear transmission line (102, 152, 452) being the oscillator output, the oscillator being configured to propagate along said line Nonlinear transmission (102, 152, 452) a pulsed waveform.
2. 2.
El oscilador de la reivindicación 1, donde dicho al menos un dispositivo activo (101, 151, Q1) se implementa mediante uno o más transistores. The oscillator of claim 1, wherein said at least one active device (101, 151, Q1) is implemented by one or more transistors.
3. 3.
El oscilador de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde dicha línea de transmisión no lineal (102, 152, 452) comprende una pluralidad de celdas varactor-bobina. The oscillator of any of the preceding claims, wherein said non-linear transmission line (102, 152, 452) comprises a plurality of varactor-coil cells.
4. Four.
El oscilador de la reivindicación 3, donde cada pulso de salida tiene una duración mínima (TFWHM) dada por TFWHM = 1/(2fB), donde fB es la frecuencia de Bragg de la línea de transmisión no lineal (102, 152, 452) y fB =1/(π √(LCeff )), donde Ceff es la capacitancia del varactor efectiva de cada celda varactor-bobina y L es la inThe oscillator of claim 3, wherein each output pulse has a minimum duration (TFWHM) given by TFWHM = 1 / (2fB), wherein fB is the Bragg frequency of the nonlinear transmission line (102, 152, 452) and fB = 1 / (π √ (LCe ff)), where Ce ff is the capacitance of the effective varactor of each varactor-coil cell and L is the in
ductancia de dicha celda. ductance of said cell.
5. 5.
El oscilador de las reivindicaciones 3 ó 4, donde el número de celdas varactor bobina de dicha línea de transmisión no lineal (102, 152, 452) se elige teniendo en cuenta el retardo equivalente que produce cada una de ellas y de la relación del retardo total con la frecuencia a la que se desea que el oscilador genere los pulsos. The oscillator of claims 3 or 4, wherein the number of coil varactor cells of said non-linear transmission line (102, 152, 452) is chosen taking into account the equivalent delay produced by each of them and the ratio of the delay total with the frequency at which you want the oscillator to generate the pulses.
6. 6.
El oscilador de cualquiera de las reivindicaciones 3 a 5, donde el número de celdas varactor bobina de dicha línea de transmisión no lineal (102, 152, 452) es el número de celdas que producen un retardo total aproximado al período de oscilación deseado T0, donde T0=1/f0, siendo f0 la frecuencia de oscilación. The oscillator of any one of claims 3 to 5, wherein the number of coil varactor cells of said non-linear transmission line (102, 152, 452) is the number of cells that produce a total delay approximate to the desired oscillation period T0, where T0 = 1 / f0, where f0 is the oscillation frequency.
7. 7.
El oscilador de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el valor de los componentes que forman la red de realimentación (110, 160, 460) se eligen de forma que la parte real de la admitancia presentada por el al menos un dispositivo activo (101, 151, Q1) conectado a la línea de transmisión no lineal (102, 152, 452) sea menor que cero. The oscillator of any of the preceding claims, wherein the value of the components that form the feedback network (110, 160, 460) are chosen so that the real part of the admittance presented by the at least one active device (101, 151, Q1) connected to the non-linear transmission line (102, 152, 452) is less than zero.
8. 8.
El oscilador de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, configurado para proporcionar una señal pulsada a una frecuencia de microondas. The oscillator of any of the preceding claims, configured to provide a pulsed signal at a microwave frequency.
9. 9.
El oscilador de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, configurado para proporcionar una señal pulsada a una frecuencia que se encuentra en la banda comprendida entre los 300 MHz y los 30 GHz. The oscillator of any of the preceding claims, configured to provide a pulsed signal at a frequency in the band between 300 MHz and 30 GHz.
OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS SPANISH OFFICE OF THE PATENTS AND BRAND N.º solicitud: 201000636 Application no .: 201000636 ESPAÑA SPAIN Fecha de presentación de la solicitud: 14.05.2010 Date of submission of the application: 14.05.2010 Fecha de prioridad: Priority Date: INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA REPORT ON THE STATE OF THE TECHNIQUE 51 Int. Cl. : H03B5/08 (2006.01) 51 Int. Cl.: H03B5 / 08 (2006.01) DOCUMENTOS RELEVANTES RELEVANT DOCUMENTS
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56 Documentos citados Reivindicaciones afectadas 56 Documents cited Claims Affected
A TO
WO 2007030485 A2 (HARVARD COLLEGE et al.) 15.03.2007, párrafos [0040-0052]; figuras. 1-9 WO 2007030485 A2 (HARVARD COLLEGE et al.) 15.03.2007, paragraphs [0040-0052]; figures. 1-9
A TO
"Reflection Soliton Oscillator" (YILDIRIM O O; RICKETTS D S; HAM D). 01.10.2009. IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, Vol 57, Nr 10, Pág 2344-2353. ISSN 0018-9480. 1-9 "Reflection Soliton Oscillator" (YILDIRIM O O; RICKETTS D S; HAM D). 01.10.2009. IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, Vol 57, Nr 10, Page 2344-2353. ISSN 0018-9480. 1-9
A TO
"On the Self-Generation of Electrical Soliton Pulses" (RICKETTS D S; XIAOFENG LI; NAN SUN; KYOUNGHO WOO; HAM D). 01.08.2007. IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS, Vol 42, Nr 8, Pág 1657-1668. ISSN 0018-9200. 1-9 "On the Self-Generation of Electrical Soliton Pulses" (RICKETTS D S; XIAOFENG LI; NAN SUN; KYOUNGHO WOO; HAM D). 01.08.2007. IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS, Vol 42, Nr 8, p 1657-1668. ISSN 0018-9200. 1-9
A TO
"Applications of Pulsed-Waveform Oscillators in Different Operation Regimes" (PONTON M; RAMIREZ F; SUAREZ A; PASCUAL J P). 01.12.2009. IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, Vol 57, Nr 12, Pág 3362-3372. ISSN 0018-9480. 1-9 "Applications of Pulsed-Waveform Oscillators in Different Operation Regimes" (PONTON M; RAMIREZ F; SUAREZ A; PASCUAL J P). 01.12.2009. IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, Vol 57, Nr 12, Page 3362-3372. ISSN 0018-9480. 1-9
A TO
"Analysis and design of soliton oscillators using harmonic balance" (PONTON M; RAMIREZ F; SUAREZ A; PASCUAL J P). 07.06.2009. Microwave Symposium Digest, 2009. MTT '09. IEEE MTT-S International, Pág 1485-1488. ISBN 978-1-4244-2803-8; ISBN 1-4244-2803-3. 1-9 "Analysis and design of soliton oscillators using harmonic balance" (PONTON M; RAMIREZ F; SUAREZ A; PASCUAL J P). 07.06.2009. Microwave Symposium Digest, 2009. MTT '09. IEEE MTT-S International, p. 1485-1488. ISBN 978-1-4244-2803-8; ISBN 1-4244-2803-3. 1-9
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"Modelling Soliton Pulses in Nonlinear Transmission Lines for Millimeter Wave Generation" (FERRAN MARTIN). 01.10.2000. European Microwave Conference, 2000. 30th, Pág 1-4. 1-9 "Modeling Soliton Pulses in Nonlinear Transmission Lines for Millimeter Wave Generation" (FERRAN MARTIN). 01.10.2000. European Microwave Conference, 2000. 30th, p. 1-4. 1-9
Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud Category of the documents cited X: of particular relevance Y: of particular relevance combined with other / s of the same category A: reflects the state of the art O: refers to unwritten disclosure P: published between the priority date and the date of priority submission of the application E: previous document, but published after the date of submission of the application
El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nº: This report has been prepared • for all claims • for claims no:
Fecha de realización del informe 01.02.2012 Date of realization of the report 01.02.2012
Examinador J. Calvo Herrando Página 1/4 Examiner J. Calvo Herrando Page 1/4
INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA REPORT OF THE STATE OF THE TECHNIQUE Nº de solicitud: 201000636 Application number: 201000636 Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación) H03B Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de Minimum documentation searched (classification system followed by classification symbols) H03B Electronic databases consulted during the search (name of the database and, if possible, terms of búsqueda utilizados) INVENES, EPODOC, WPI search used) INVENES, EPODOC, WPI Informe del Estado de la Técnica Página 2/4 State of the Art Report Page 2/4 OPINIÓN ESCRITA  WRITTEN OPINION Nº de solicitud: 201000636 Application number: 201000636 Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 01.02.2012 Date of Written Opinion: 01.02.2012 Declaración Statement
Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986) Novelty (Art. 6.1 LP 11/1986)
Reivindicaciones Reivindicaciones 1-9 SI NO Claims Claims 1-9 IF NOT
Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986) Inventive activity (Art. 8.1 LP11 / 1986)
Reivindicaciones Reivindicaciones 1-9 SI NO Claims Claims 1-9 IF NOT
Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986). The application is considered to comply with the industrial application requirement. This requirement was evaluated during the formal and technical examination phase of the application (Article 31.2 Law 11/1986). Base de la Opinión.-  Opinion Base.- La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica. This opinion has been made on the basis of the patent application as published. Informe del Estado de la Técnica Página 3/4 State of the Art Report Page 3/4 OPINIÓN ESCRITA  WRITTEN OPINION Nº de solicitud: 201000636 Application number: 201000636 1. Documentos considerados.-1. Documents considered.- A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión. The documents belonging to the state of the art taken into consideration for the realization of this opinion are listed below.
Documento Document
Número Publicación o Identificación Fecha Publicación Publication or Identification Number publication date
D01 D01
WO 2007030485 A2 (HARVARD COLLEGE et al.) 15.03.2007 WO 2007030485 A2 (HARVARD COLLEGE et al.) 03.15.2007
D02 D02
"Reflection Soliton Oscillator" (YILDIRIM O O; RICKETTS D S; HAM D). 01.10.2009 "Reflection Soliton Oscillator" (YILDIRIM O O; RICKETTS D S; HAM D). 01.10.2009
D03 D03
"On the Self-Generation of Electrical Soliton Pulses" (RICKETTS D S; XIAOFENG LI; NAN SUN; KYOUNGHO WOO; HAM D) 01.08.2007 "On the Self-Generation of Electrical Soliton Pulses" (RICKETTS D S; XIAOFENG LI; NAN SUN; KYOUNGHO WOO; HAM D) 01.08.2007
D04 D04
"Applications of Pulsed-Waveform Oscillators in Different Operation Regimes" (PONTON M; RAMIREZ F; SUAREZ A; PASCUAL J P) 01.12.2009 "Applications of Pulsed-Waveform Oscillators in Different Operation Regimes" (PONTON M; RAMIREZ F; SUAREZ A; PASCUAL J P) 01.12.2009
D05 D05
"Analysis and design of soliton oscillators using harmonic balance" (PONTON M; RAMIREZ F; SUAREZ A; PASCUAL J P). 07.06.2009 "Analysis and design of soliton oscillators using harmonic balance" (PONTON M; RAMIREZ F; SUAREZ A; PASCUAL J P). 07.06.2009
D06 D06
"Modelling Soliton Pulses in Nonlinear Transmission Lines for Millimeter Wave Generation" (FERRAN MARTIN). 01.10.2000 "Modeling Soliton Pulses in Nonlinear Transmission Lines for Millimeter Wave Generation" (FERRAN MARTIN). 01.10.2000
2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración 2. Statement motivated according to articles 29.6 and 29.7 of the Regulations for the execution of Law 11/1986, of March 20, on Patents on novelty and inventive activity; quotes and explanations in support of this statement La invención reivindicada trata sobre un oscilador no lineal de onda pulsada. Se considera como el documento del estado de la técnica anterior más próximo al objeto reivindicado el documento D01. The claimed invention is about a non-linear pulsed wave oscillator. Document D01 is considered to be the closest prior art document to the object claimed. Reivindicación independiente R1  R1 independent claim La invención reivindicada difiere principalmente de los documentos citados en que los osciladores no lineales de onda pulsada descritos por dichos documentos necesitan realimentación y dependen de la polarización. Sin embargo, la invención reivindicada implica un efecto mejorado comparado con el estado de la técnica ya que no necesita realimentar el amplificador usando la línea de transmisión no lineal (NLTL), lo que facilita la implementación real del oscilador. Además, no se considera obvio que un experto en la materia obtenga la invención a partir de los documentos mencionados. The claimed invention differs mainly from the cited documents in that the nonlinear pulsed wave oscillators described by said documents need feedback and depend on polarization. However, the claimed invention implies an improved effect compared to the state of the art since it does not need to feedback the amplifier using the nonlinear transmission line (NLTL), which facilitates the actual implementation of the oscillator. Furthermore, it is not considered obvious that a person skilled in the art obtains the invention from the aforementioned documents. Por tanto, el objeto de la reivindicación R1 cumple con los requisitos de novedad y actividad inventiva (Art. 6.1 y Art. 8.1 LP). Therefore, the object of claim R1 meets the requirements of novelty and inventive activity (Art. 6.1 and Art. 8.1 LP). Reivindicaciones R2-R9  Claims R2-R9 Las reivindicaciones R2-R9 son dependientes de la reivindicación R1 que añaden características de alcance más limitado y como ella también cumplen los requisitos de novedad y actividad inventiva establecidos en el Art. 6.1 y Art. 8.1 LP Claims R2-R9 are dependent on claim R1 which add features of more limited scope and as they also meet the requirements of novelty and inventive activity set forth in Art. 6.1 and Art. 8.1 LP Informe del Estado de la Técnica Página 4/4 State of the Art Report Page 4/4
ES201000636A 2010-05-14 2010-05-14 PULSED WAVE SHAPE OSCILLATOR. Active ES2374936B2 (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2007030485A2 (en) * 2005-09-06 2007-03-15 President And Fellows Of Harvard College Nonlinear pulse oscillator methods and apparatus

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