一種超寬帶脈沖產生電路的設計及實現

馮清娟 唐勝春 任小軍

摘 要 本文首先提出了一種雪崩晶體管超寬帶脈沖發生電路的優化方法，該方法可以在確保輸出功率的同時，不產生級間延遲，為超寬帶脈沖產生技術提供了一種新的實現方法。然后對改進和優化后的雪崩晶體管脈沖發生電路進行了設計和實現，從測試統計結果可以看出，優化后的脈沖發生電路可以在較低的電源電壓下穩定工作，并輸出一定幅度和寬度的超寬帶脈沖，能滿足超寬帶脈沖發生電路的要求。

【關鍵詞】超寬帶 脈沖電路 雪崩晶體管 脈沖觸發源

超寬帶技術是一種新型無線通信技術。因其具有數據傳輸速率高，功耗極低、透視能力很強等優勢，近年來被廣泛應用于無線局域網、無線傳感網、雷達定位和成像系統等多個領域。因此超寬帶脈沖產生電路的研究就顯得尤為重要。

目前的超寬帶脈沖產生方法有很多，但都存在不足之處，例如隧道二極管所產生的脈沖，上升時間短，但幅度較小；雪崩三極管脈沖產生電路的幅度比較高，但脈沖寬度較大；高壓皮秒光導開關技術可以產生質量很高的皮秒脈沖，但工作時需要皮秒激光，限制了其使用范圍。因此，本文提出了一種雪崩晶體管超寬帶脈沖發生電路的優化方法，該方法可以在確保輸出功率的同時，不產生級間延遲。為超寬帶脈沖產生技術提供了一種新的實現方法。

1 總體設計方案

本文以一階高斯脈沖為設計目標，提出一種以振蕩源、儲能元件和高速開關為主體的超寬帶脈沖產生電路模型，其工作原理是，觸發信號控制高速開關，當觸發信號的上升沿到達時，高速開關迅速打開，對儲能元件進行充電，形成窄脈沖信號的上升沿，然后迅速關斷，形成窄脈沖信號的下降沿。

2 雪崩晶體管脈沖發生電路的優化及電路參數的確定

由雪崩晶體管電路的工作原理可知，其產生的脈沖寬度較大，輸出功率較小，很難直接應用。要想提高輸出功率，一般采用多管聯合工作方式，但對于產生皮秒量級的脈沖電路而言，任何一級上的時間延遲都會影響產生的輸出脈沖的質量。

為了消除電路中存在的雪崩依次延時，本文對電路進行了改進，在多個晶體管的基極加入了同步觸發脈沖信號，使晶體管同時產生雪崩擊穿，加快負載獲得脈沖的上升過程，使其更為陡直。

雪崩晶體管電路中應確定的電路元件參數主要為雪崩晶體管、偏置電壓Vcc、雪崩電容C、負載電阻R四個參數。雪崩晶體管選擇金屬殼TO-18封裝的2N2369A型晶體管，其開關速度比較快，雪崩電流較大，擊穿電壓較低；Vcc的選擇應使雪崩晶體管能夠發生雪崩效應，并同時滿足Vcc≤BVCBO；雪崩電容選取為幾皮法的瓷片電容；集電極電阻Rc應保證雪崩電路能夠在靜止期內恢復完畢。

3 負載電阻和雪崩電容對輸出信號的影響分析

為了盡量消除電路其他模塊對脈沖發生電路的影響，測量中使用Agilent 33220A標準發生器代替觸發信號源，觸發脈沖信號頻率5MHz，占空比10%，觸發脈沖信號脈寬20ns，使用標準直流電壓源做直流偏置電源，輸出電壓設置為雪崩晶體管的臨界雪崩電壓。表1和表2分別統計了負載電阻R和雪崩電容C對輸出脈沖信號的電壓幅度U和脈沖寬度Td的影響情況。

從以上測量統計結果可以看出，本文設計的脈沖發生電路可以在較低的電源電壓下可靠工作，能穩定地輸出一定幅度和寬度的超寬帶脈沖，輸出脈沖的電壓幅度基本在10V以上，脈沖寬度可達0.68ns，能滿足超寬帶脈沖發生電路的要求。

4 結論

本文首先提出了一種雪崩晶體管超寬帶脈沖發生電路的優化方法，該方法可以在確保輸出功率的同時，不產生級間延遲，為超寬帶脈沖產生技術提供了一種新的實現方法。從測試統計結果可以看出，優化后的脈沖發生電路可以在較低的電源電壓下穩定工作，并輸出一定幅度和寬度的超寬帶脈沖，可滿足超寬帶脈沖發生電路的要求。

參考文獻

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作者單位

北京信息科技大學 北京市 100192