[实用新型]一种超宽带脉冲产生电路

说明书

技术领域

本实用新型涉及通信领域，特别在探地雷达、通信方面的应用非常广泛。

技术背景

UWB(Ultra-wide Bandwidth)是一种无载波通信技术，利用纳秒(ns)至皮秒(ps)级的非正弦波窄脉冲传输数据,而时间调变技术令其传送速度可以大大提高，而且耗电量相对地低，并有较精确的定位能力。与常见的通信使用的连续载波方式不同，UWB采用极短的脉冲信号来传送数据。这些脉冲所占用的带宽甚至达到几GHz，因此最大数据传输速率可以达到几百Mb/ps。因为使用的是极短脉冲，在高速通信的同时，UWB设备的发射功率却很小，仅仅只有目前的连续载波系统的几百分之一。

根据美国联邦通信委员会(FCC)的定义，超宽带信号是指在-10dB处绝对带宽大于500MHz或相对带宽大于20％且中心频率大于500MHz的信号。超宽带信号在时域表现为持续时间极短的脉冲，通常只有几百皮秒或几百纳秒。超宽带脉冲常由具有高速开关特性的半导体器件和传输线产生。常用于产生超宽带脉冲的器件有隧道二极管、阶跃恢复二极管、雪崩三极管和光导开关等，其中，隧道二极管和阶跃恢复二极管所产生的脉冲上升时间可达几十到几百皮秒，但其幅度很小，只有几十到几百毫伏。基于火花隙的光导开关能产生千伏以上的脉冲，但产生的脉冲重复频率太低，而且工作时需要几百至几千伏的电源电压，体积庞大，不利于小型化的设计要求。采用非线性传输线也能产生皮秒量级的极窄脉冲信号，但对工艺要求很高，成本昂贵，限制了其使用范围。雪崩三极管能产生纳秒级的脉冲，可触发频率高，幅度可达几十伏，电路实现简单，能满足一般收发系统的技术要求，较为实用，因此被经常用于超宽带脉冲产生器的设计。但是，现有的基于雪崩三极管的脉冲产生电路要求电源电压较高，不利于设备的小型化和移动便携，并且，一般的基于雪崩三极管的脉冲产生电路只能直接产生高斯脉冲，而高斯脉冲含有直流分量和较多低频分量，不适合天线发射，所以还需要添加额外的脉冲整形电路将产生的高斯脉冲进行微分和滤波，以得到适合天线发射的高阶高斯脉冲或其他波形，而且传统的脉冲产生电路功率较小，产生的脉冲幅度较低，往往需要添加额外的宽带放大器，这些均增加了电路的复杂度和成本。

综述所述，现有的超宽带脉冲技术复杂，脉冲幅度低，脉冲波形不适合天线的发射。

实用新型内容

本实用新型主要涉及一款适合于天线发射的超宽带脉冲信号，整个设计包括：微分电路，负反馈网络，直流偏置模块、开关电路、放大电路、整形网络。所述微分电路与外部数字信号相连接；放大电路与开关电路相连接将脉冲信号的幅度放大；最后我们用整形网络的两级微分电路将放大的脉冲信号整形成一个纳秒级的超宽带脉冲信号。所述开关电路是利用三极管的开关特性产生一个开关控制的方波信号；所述放大电路是将产生的幅度较高方波信号的经过三极管和储能电感进行放大，使输出波形的幅度比较大；所述整形网络将幅度较大的脉冲信号经过两级微分电路整形成一个纳秒级的超宽带脉冲信号。根据上述方案产生一个不含直流分量的超宽带脉冲信号，很适合天线发射，降低了整个电路的复杂性。

具体技术方案如下：

一种超宽带脉冲产生电路，包括微分电路、开关电路、直流偏置模块、负反馈网络、放大电路、整形网络；

所述微分电路、开关电路、放大电路、整形网络依次连接，所述负反馈网络分别与微分电路及开关电路相连接，直流偏置模块分别与开关电路及放大电路相连接；

所述的微分电路用于接收外部数字信号的边缘信号；微分电路与开关电路和负反馈网络相连，提取的方波信号边缘用于控制开关电路的导通与关闭；负反馈网络与开关电路相连接，这样可以提高开关管的稳定性；

所述开关电路用于形成一个高电压幅度的方波信号；开关电路与直流偏置模块相连接，当开关关闭时跟随器的集电极电压等于所加的直流偏置模块电压，当开关打开时直流设计跟随器的发射极与集电极电压几乎相等约为零。这样就可以形成一个电压幅度较高方波信号。

所述放大电路用于放大输出的电压值；超宽带脉冲的主要特征在于放大电路及其储能电感的设计。储能电感与放大电路中三极管Q3的集电极相连接，对于交流电流来说电感相当于一个较大的电阻，因此具有高的电压增益。当放大电路处于放大状态时此时储能电感能存储更多的能量，输出电压值较大；由于超宽带脉冲的脉冲宽度和幅度是一对相互制约的值，因此储能电感的能量储存越多越有利于超宽带脉冲的形成；

所述的整形网络用于最终形成负相超宽带脉冲信号，脉冲的幅度和宽度取决于RC常数τ。