[发明专利]一种皮秒级脉冲发生装置

说明书

一种皮秒级脉冲发生装置，属于脉冲功率技术领域。本发明提供的皮秒级脉冲发生装置，包括若干个高速开关电路串行级联，并且和储能电容器间隔设置，通过等长度传输线或延时器实现触发信号分配器同步触发高速开关电路。通过上述技术手段，加快了获得脉冲的上升过程，同时相比传统脉冲级联电路也有效减少了时间延迟，保证时域脉冲在皮秒级范围内精确叠加。本发明能够在保持脉冲上升时间达到皮秒量级(10ps)的同时，通过脉冲级联方式获得高功率(高达千伏)的脉冲幅度。本发明装置得到的脉冲信号由于持续时间短，脉冲幅度高，信号带宽大，将其用于超宽带通讯和定位领域、以及探地雷达等领域，可满足毫米级高精度定位或高分辨率雷达探测的特殊应用需求。

技术领域

本发明属于脉冲功率技术领域，特别涉及一种皮秒级脉冲发生装置。

背景技术

超短脉冲发生装置，可以用于产生无载波的时域脉冲，由于上升时间极短，脉冲信号拥有高达10GHz的带宽。这种超宽带时域脉冲以其信息容量大，分辨力高，保密性强等优点，广泛用于超宽带探地雷达、超宽带通讯与定位等领域。从某种程度上来讲，超短脉冲的形成技术已成为许多宽带应用中的核心技术。

产生超短脉冲源的种类很多，按所用高速开关电路器件不同，可以分为水银浸润开关脉冲源、隧道二极管脉冲源、雪崩三极管脉冲源和光电转换器件脉冲源等。水银浸润开关脉冲源可获得波形良好的矩形脉冲，且具有幅度高、对称性好的特点，但由于使用条件苛刻(必须垂直放置)，同时由于机械惯性的存在，有触发响应慢，重复性差的缺点，重复频率比较低。隧道二极管脉冲源工作速度很高，脉宽可达几十皮秒，缺点是脉冲幅度有限，通常为几百毫伏量级。雪崩三极管作为高速开关器件做成的脉冲源，具有重复性好的特点，重复频率高，且单级幅度可以达到百伏量级，脉冲宽度则可小于百皮秒。雪崩三极管脉冲源一般需要采用电脉冲作为触发信号，触发精度会限制其在需要精确控制脉冲产生时间的领域应用。

根据电磁波传输理论，时域脉冲形式的电磁波在通过一段空间、一段电路以及一定厚度的介质层，都会发生时间延迟。真空中的传播速度为光速，即每传输0.3毫米延迟1皮秒，而传输线路中传播速度慢于光速，随介电常数不同，减慢的程度不同，传播路径越长、传播介质的介电常数越大，则时间延迟量越大，通常每传输0.2毫米延迟1皮秒。普通电路板上的线路长度远远大于毫米量级，当需要产生皮秒级脉冲时，线路长度已经不能忽视，例如10mm的线路长度将延迟50皮秒。电路中的时间延迟会影响输出脉冲，因此，必须设计精确的脉冲产生电路，控制信号的时间延迟精度，保持脉冲前沿的陡峭度，才能有效的保持时间信息传递准确性，从而保证获取信息的高精度。

现有的超短脉冲发生装置，一般采用单个高速开关电路产生纳秒至百皮秒级脉冲，脉冲幅度较小，进一步提高脉冲幅度通常使用级联(Marx电路)方式，顺序触发高速开关电路，电路本身的时间延迟量较大，使级联后产生的输出脉冲的上升时间变长和脉冲变宽，无法达到皮秒级的时间精度。可见，传统脉冲发生装置，无法满足毫米级高精度定位或高分辨率雷达探测的特殊要求。

发明内容

针对现有超短脉冲发生装置的时间精度亟待提高的需求，本发明提供一种基于同步触发工作方式的皮秒级脉冲发生装置，实现多路高速开关电路的同步触发，显著减少了时间延迟和上升时间，进而保证时域脉冲在皮秒级范围内精确叠加，获得上升沿陡峭的高幅度时域脉冲。

为了实现上述目的，本发明具体采用如下技术方案：

技术方案一：

一种皮秒级脉冲发生装置，包括触发信号分配器、触发线、储能电容器和高速开关电路；若干个高速开关电路串行级联，并且和储能电容器间隔设置，触发信号分配器通过多段等长的触发线分别与对应高速开关电路相连，使其产生的多路触发信号同步触发后端的高速开关电路。

进一步地，高速开关电路与储能电容器间隔设置在一段圆弧上串行级联，所述触发信号分配器设置在所述圆弧的圆心处，使得高速开关电路断开期间，储能电容器并联充电。