一种UWB脉冲发生器的设计与实现
发布时间:2008/5/29 0:00:00 访问次数:350
引言
传统数字通信是通过在信道中发送包含信息的模拟波形来实现通信的，而超宽带(uwb)通信是通过发送和检测极窄脉冲序列来实现通信。这种脉冲的脉宽只有1个多ns，有的甚至小到lns，并目．其带宽可以达到或者超过3ghz。
从本质上讲，产生ns级宽度短脉冲的信号源是uwb技术的前提条件。单个无载波窄脉冲信号有两个特点：是激励信号的波形为具有陡峭前后沿的单个短脉冲，是激励信号具有从直流到微波的很宽的频谱。目前产生脉冲源的两类方法为：1．光电方法，基本原理是利用光导开关的陡峭上升，下降沿获得脉冲信号，是最有发展前景的一种方法。2．电子方法，基本原理是利用晶体管p n结反向加电，在雪崩状态的导通瞬间获得陡峭上升沿，整形后获得极短脉冲，这是目前应用最厂一泛的方案。受晶体管耐压特性的限制，这种方法一般只能产生几十v到上百v的脉冲，脉冲宽度可以达到lns以下。
阶跃恢复一二极管(srd)也是一种pn结二极管，但它在管芯设计和结构工艺上采取了一些特殊的措施，能够获得电流的"阶跃"，可以用来产生很窄的脉冲。本文就着重讨论使用阶跃恢复二极管产生窄脉冲的方法。
脉冲发生器的设计与实现
阶跃二极管产生极窄脉冲的原理传统窄脉冲产生的基本原理是通过器件所存储能量经由高速开关器件快速放电而得到。提高输出脉冲性能的途径有两个：增加器件存储的能量，加快器件放电速度。这两种方法都依赖于高速开关器件，因此，高速开关器件是超宽带脉冲信号产生的关键。
阶跃恢复二极管是一种充分利用少子储存效应的器件。作为一种pn结二极管，普通整流管要求正向时管子导通，反向截至，因此少子储存效应对整流器件显然是不利的。而对阶跃二极管，当加上正向电压时，大量少数载流子注入i层并储存起来，反向时由于少子基本上被反向电场提取完毕，器件在极短的阶跃时间内关断，关断瞬间产生了电流跳变，形成一个很窄的脉冲。
理想的阶跃恢复二极管在正向和反向偏置时，具有两种阻抗状态。正向：相当于低阻抗短路状态；反向为高阻抗状态。简化的脉冲串发生器电路如图1所示。频率为f，的激励信号使阶跃管正向导通，直至二极管的储存电荷释放完为止，脉冲发生器的等效电路如图2所示。此时输出电压维持在阶跃管的接触电势φ。与此同时，激励电感l中储存输人信号的能量。当输入信号电压同阶跃管的偏压大小相等、符号相反，而储存电荷又降为零时，阶跃二极管自低阻抗状态转为高阻抗状态。脉冲发生器的等效电路如图3在r'上造成如下形式的阻尼振荡 所示，激励电感释放其储存能量，电压：
而p是阻尼振荡角频率
(3)
脉冲产生电路及分析
阶跃恢复二极管的工作依赖于载流子的复合，在设计电路时，为了获得高效率与高输出功率，二极管的载流子寿命τ愈长愈好，阶跃时间tst愈短愈好。τ下与tst；。是一对互相制约的参数，在选管子时应综合考虑，τ主要决定阶跃二极管的输入信
阶跃时间则决定了二极管高次谐波的上限，tst越小，则高次谐波越丰富，倍频效率越高。二极管产生谐波的上限频率以阶跃时间的倒数来定义，存在以下关系：
为避免传输线对脉冲发生器过载，在50ω系统中，阶跃管阻抗的要求为l0(q)<xd<20(q)；由此可以确定所需的c反向值：xd=1／2／tfnc反向。因此，本方案最终选取了电子五十五所生产的wy411c型阶跃恢复二极管。
电路原理图
实际的脉冲发生器电路包括阶跃管、激励电感、高频调谐电容、阻抗匹配网络、偏置电路等，如图4所不。
引言 从本质上讲，产生ns级宽度短脉冲的信号源是uwb技术的前提条件。单个无载波窄脉冲信号有两个特点：是激励信号的波形为具有陡峭前后沿的单个短脉冲，是激励信号具有从直流到微波的很宽的频谱。目前产生脉冲源的两类方法为：1．光电方法，基本原理是利用光导开关的陡峭上升，下降沿获得脉冲信号，是最有发展前景的一种方法。2．电子方法，基本原理是利用晶体管p n结反向加电，在雪崩状态的导通瞬间获得陡峭上升沿，整形后获得极短脉冲，这是目前应用最厂一泛的方案。受晶体管耐压特性的限制，这种方法一般只能产生几十v到上百v的脉冲，脉冲宽度可以达到lns以下。 阶跃恢复一二极管(srd)也是一种pn结二极管，但它在管芯设计和结构工艺上采取了一些特殊的措施，能够获得电流的"阶跃"，可以用来产生很窄的脉冲。本文就着重讨论使用阶跃恢复二极管产生窄脉冲的方法。 脉冲发生器的设计与实现 阶跃恢复二极管是一种充分利用少子储存效应的器件。作为一种pn结二极管，普通整流管要求正向时管子导通，反向截至，因此少子储存效应对整流器件显然是不利的。而对阶跃二极管，当加上正向电压时，大量少数载流子注入i层并储存起来，反向时由于少子基本上被反向电场提取完毕，器件在极短的阶跃时间内关断，关断瞬间产生了电流跳变，形成一个很窄的脉冲。 理想的阶跃恢复二极管在正向和反向偏置时，具有两种阻抗状态。正向：相当于低阻抗短路状态；反向为高阻抗状态。简化的脉冲串发生器电路如图1所示。频率为f，的激励信号使阶跃管正向导通，直至二极管的储存电荷释放完为止，脉冲发生器的等效电路如图2所示。此时输出电压维持在阶跃管的接触电势φ。与此同时，激励电感l中储存输人信号的能量。当输入信号电压同阶跃管的偏压大小相等、符号相反，而储存电荷又降为零时，阶跃二极管自低阻抗状态转为高阻抗状态。脉冲发生器的等效电路如图3在r'上造成如下形式的阻尼振荡 所示，激励电感释放其储存能量，电压： 脉冲产生电路及分析 阶跃恢复二极管的工作依赖于载流子的复合，在设计电路时，为了获得高效率与高输出功率，二极管的载流子寿命τ愈长愈好，阶跃时间tst愈短愈好。τ下与tst；。是一对互相制约的参数，在选管子时应综合考虑，τ主要决定阶跃二极管的输入信 阶跃时间则决定了二极管高次谐波的上限，tst越小，则高次谐波越丰富，倍频效率越高。二极管产生谐波的上限频率以阶跃时间的倒数来定义，存在以下关系： 为避免传输线对脉冲发生器过载，在50ω系统中，阶跃管阻抗的要求为l0(q)<xd<20(q)；由此可以确定所需的c反向值：xd=1／2／tfnc反向。因此，本方案最终选取了电子五十五所生产的wy411c型阶跃恢复二极管。 电路原理图
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