增幅减宽电路单元及应用其的脉冲信号发生电路和发生器的制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种增幅减宽电路单元及应用其的脉冲信号发生电路和发生器。在增幅减宽电路单元中，利用两级级联的雪崩三极管作为一个基础单元电路构建纳秒平衡脉冲信号发生器，与单级雪崩三极管构成的脉冲产生电路相比，该纳秒脉冲信号发生器产生的脉冲信号幅度大，脉冲前沿陡峭，电路可靠性高。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电子【技术领域】，尤其涉及一种增幅减宽电路单元及应用其的脉冲信号 发生电路和发生器。 增幅减宽电路单元及应用其的脉冲信号发生电路和发生器
【背景技术】
[0002] 超宽带技术是一种通过亚纳秒级或皮秒级窄脉冲信号进行数据通信的无线技术， 其具有高数据传输速率、高带宽、抗多径能力强、被截获与检测的概率低、定位精度高等优 点，可以有效地应用于无线局域网、透视成像、精确定位、无损检测、医疗系统（如远程医疗 服务、非接触式探测心跳和呼吸）、武器控制系统（如抗干扰保密军事通信、导航、电子对 抗、大型军械防撞、反恐战斗）等多个领域。
[0003] 窄脉冲技术的产生是超宽带技术的一个关键。如何获得脉宽窄、峰值幅度大的脉 冲是现行超宽带技术发展的一个核心内容。常见的脉冲产生方法分为两类：一类是采用低 功率CMOS电路来设计生成脉冲信号，该方法电路实现简单。另一类是利用各种高速的模拟 开关器件的导通与截止状态控制电容充放电形成脉冲信号。
[0004] 上述两种脉冲产生方式分别存在各自的缺陷。采用低功率CMOS电路来设计生成 脉冲信号的方法，脉冲输出幅度较低，且重复频率通常不高。利用各种高速的模拟开关器件 的导通与截止状态控制电容充放电形成脉冲信号的方法，各种器件单独产生脉冲信号时， 阶跃恢复二极管能产生皮秒级的极窄脉冲，且脉冲重复频率通常较高，但脉冲幅度较小；单 级雪崩三级管和高频BJT晶体管等可以利用雪崩效应产生较大幅度的脉冲信号，但脉冲宽 度通常在纳秒量级，且电路可靠性较低。
[0005] 然而，现有的增幅减宽电路单元是由单级雪崩三极管构成的，由其产生的平衡脉 冲信号，幅度较小，且脉冲底宽相对较宽，可靠性相对较低；同时，较多增幅减宽电路单元采 用串联型级联形式，只需对最基层的单一雪崩三极管提供触发信号，然而，这种类型的电路 可靠性较差，电路器件损坏率较高，实现的效果不理想。
【发明内容】
[0006] (一）要解决的技术问题
[0007] 鉴于上述技术问题，本发明提供了一种增幅减宽电路单元及应用其的脉冲信号发 生电路和发生器，产生不同电压幅度和脉冲宽度的平衡脉冲信号，满足不同超宽带雷达系 统的使用需求。
[0008] (二）技术方案
[0009] 根据本发明的一个方面，提供了一种增幅减宽电路单元。该增幅减宽电路单元包 括：变压器电路，包括：第一变压器T nl和第二变压器L，其中：第一变压器Tnl，其次级线圈 的非同名端通过第二电阻Rn2连接至地电极；第二变压器T n2，其次级线圈的非同名端通过第 六电阻Rn6连接至地电极；雪崩三极管脉冲产生电路，包括：第一雪崩三极管Q nl和第二雪崩 三极管I，其中，第一雪崩三极管Qnl，其基极连接至第一变压器Tnl次级线圈的同名端；其 发射极连接至第一变压器Tnl次级线圈的非同名端；第二雪崩三极管Qn2，其基极连接至第二 变压器Tn2次级线圈的同名端，其发射极连接至第二变压器Tc次级线圈的非同名端；以及充 放电电路，包括：第一充放电电容C nl和第二充放电电容Q，其中，第一充放电电容Cnl的第 二端连接至第二雪崩三极管Q n2的集电极，并通过第五电阻Rn5连接至高压供电电压HV ;第 二充放电电容Cn2的第一端连接至第一雪崩三极管Qnl的集电极，并通过第三电阻R n3连接至 高压供电电压HV。
[0010] 根据本发明的另一个方面，还提供了一种脉冲信号发生电路。该脉冲信号发生电 路包括：增幅减宽模块和耦合电路。增幅减宽模块，包括：N个级联的上述的增幅减宽电路 单元，其中，N > 1 ;对于第1级增幅减宽电路单元而言，第一变压器Tn初级线圈的非同名端 通过第一充放电电容C1连接至负极性触发脉冲信号的输入端；第二变压器Τ 12初级线圈的 同名端连接至地电极；第一充放电电容Cn的第一端连接至第一雪崩三极管Q n的发射极； 对于第i级增幅减宽电路单元而言，第一变压器Τη初级线圈的非同名端连接至第i-Ι级增 幅减宽电路单元第一变压器T (i_m初级线圈同名端，第二变压器Ti2初级线圈的同名端连接 至第i-Ι级增幅减宽电路单元第二变压器T (i_1)2初级线圈非同名端；第一充放电电容Cn的 第一端连接至第i-Ι级增幅减宽电路单元第二雪崩三极管Q (h)2的发射极；第一变压器Tn 次级线圈的非同名端连接至第i-Ι级增幅减宽电路单元第二充放电电容C(i_1)2的第二端， 其中，i尹1 ;对于第N级增幅减宽电路单元而言，第一变压器TN1初级线圈的同名端连接至 第二变压器TN2初级线圈的非同名端。耦合电路，用于根据负载对增幅减宽模块输出的信号 进行阻抗匹配。
[0011] 根据本发明的再一个方面，还提供了一种脉冲信号发生器。该脉冲信号发生器包 括：单端触发信号产生电路，用于产生一单端触发信号；触发信号整形电路，连接于所述单 端触发信号产生电路的后端，用于对所述单端触发信号进行整形；以及上述的脉冲信号发 生电路，其中，第1级增幅减宽电路单元的第一变压器τ η初级线圈的非同名端通过第一充 放电电容C1连接至触发信号整形电路的输出端。
[0012] (三）有益效果
[0013] 由以上技术方案可知，本发明增幅减宽电路单元及应用其的脉冲信号发生电路和 发生器具有以下有益效果：
[0014] (1)在增幅减宽电路单元中，利用两级级联的雪崩三极管作为一个基础单元电路 构建纳秒平衡脉冲信号发生器，与单级雪崩三极管构成的脉冲产生电路相比，该纳秒脉冲 信号发生器产生的脉冲信号幅度大，脉冲前沿陡峭，电路可靠性高；
[0015] (2)在脉冲信号发生电路中，利用单元叠加的模式，将多级雪崩三极管级联起来构 建大幅度纳秒平衡脉冲信号发生器和大幅度毫微秒平衡脉冲信号发生器，产生的脉冲信号 幅度更大，前沿更陡峭，且可以根据需要选择合适的级联级数，电路可靠性高，且采用变压 器构造的并行触发模式，可以同步提供触发信号，避免触发信号间的不同步效应引起的拖 尾；
[0016] (3)在脉冲信号发生电路中，通过调节高压电源的供电电压、雪崩三极管级联的级 数以及充放电电容的大小，可以调节输出脉冲的幅度与脉冲宽度，产生不同频带的脉冲信 号。以克服现有的脉冲产生电路结构复杂，电压幅度与脉冲宽度不能同时兼顾的窘境，本发 明的发射机结构简单、电路结构小巧，产生的平衡脉冲波形对称性好、拖尾小、幅度大，可应 用于脉冲型超宽带雷达系统中，满足脉冲型雷达系统对不同深度和分辨率的探测需求。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 图1为本发明大幅度毫微秒平衡脉冲信号发生器的结构示意图；
[0018] 图2为根据本发明第一实施例纳秒平衡脉冲信号发生器的电路图；
[0019] 图3为根据本发明第二实施例大幅度纳秒平衡脉冲信号发生器的电路图；
[0020] 图4为根据本发明第三实施例大幅度毫微秒平衡脉冲信号发生器的电路图。
【具体实施方式】
[0021] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照 附图，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部 分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属【技术领域】中普通技术人员 所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等 于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。实施例中提到的 方向用语，例如"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"等，仅是参考附图的方向。因此，使用的 方向用语是用来说明并非用来限制本发明的保护范围。
[0022] 本发明提供了一种增幅减宽电路单元及应用其的脉冲信号发生电路和发生器。由 于增幅减宽电路单元是应用于脉冲信号发生电路的，而脉冲信号发生电路是应用于脉冲信 号发生器的，因此以下多个实施例重点对脉冲信号发生器进行表述，其中也会对增幅减宽 电路单元和脉冲信号发生电路的相关部分进行详细说明。本领域技术人员可以根据对脉冲 信号发生器的描述清楚的得知本发明增幅减宽电路单元和脉冲信号发生电路的相关构成， 此处不再对增幅减宽电路单元和脉冲信号发生电路进行单独说明。
[0023] 一、第一实施例
[0024] 在本发明的第一个示例性实施例中，提供了一种纳秒平衡脉冲信号发生器。图1 为本发明脉冲信号发生器的结构示意图。图2为根据本发明第一实施例纳秒平衡脉冲信号 发生器的电路图。
[0025] 请参照图1和图2,本实施例纳秒平衡脉冲信号发生器包括：触发信号产生电路， 用于产生触发信号；触发信号整形电路，其前端电性连接至触发信号产生电路，用于对触发 信号进行整形处理；脉冲信号发生电路，其前端电性连接至触发信号整形电路，用于利用整 形处理后的触发脉冲信号触发产生纳秒平衡脉冲信号。
[0026] 以下分别对本实施例纳秒平衡脉冲信号发生器的各个组成部分进行详细说明。
[0027] 1、单端触发信号产生电路
[0028] 本实施例中，单端触发信号产生电路为一方波发生器，其产生幅度为5V，脉冲宽度 为100ns，信号重复频率为100kHz的方波信号。
[0029] 本发明并不以此为限，该触发信号的幅度可以介于5V?10V之间，脉冲宽度可以 介于30ns?300ns之间，信号重复频率可以介于20KHz?200KHz之间。
[0030] 此外，本发明中也可以不包含该单端触发信号产生电路，而直接由外界输入满足 上述条件的一触发信号，同样可以实现本发明。
[0031] 2、触发信号整形电路
[0032] 请参照图2,触发信号整形电路包括：射频三极管Q1 (BFR96)。其中，射频三极管 Q1 (BFR96)基极连接至触发信号输入端，发射极连接至地，集电极通过第一电阻R1连接至 电源正极VCC1 (+12V)，整形后的触发信号由射频三极管Q1的集电极和发射极输出。
[0033] 该触发信号整形电路中，射频三极管Q1有快速导通和闭合的功能，可以对触发信 号进行整形，从而在集电极产生边沿快、相位相反的一负极性触发脉冲信号。
[0034] 本发明并不以此为限，触发信号整形电路还可以直接由PNP型射频三极管开关电 路替代，去掉后端的变压器电路，在PNP型射频三极管的集电极产生边沿快、相位相反的一 正极性触发脉冲信号，同时提供给第一雪崩三极管Q n和第二雪崩三极管Q12的基极；
[0035] 触发信号整形电路输出的触发脉冲信号幅度可以介于2V?12V之间，脉冲宽度可 以介于30ns?100ns之间，脉冲重复频率可以介于20KHz?200KHz之间。
[0036] 此外，本发明中也可以不包含该触发信号整形电路，而直接由外界输入一满足上 述条件的双端触发脉冲信号，同样可以实现本发明。
[0037] 3、脉冲信号发生电路
[0038] 请参照图2,该脉冲信号发生电路包括：第一增幅减宽电路单元和耦合电路。其 中，第一增幅减宽电路单元包括：变压器电路、雪崩三极管脉冲产生电路、充放电电路。该第 一增幅减宽电路单元单独构成增幅减宽模块。
[0039] 变压器电路包括：第一变压器Tn和第二变压器T12。
[0040] 第一变压器τη，其初级线圈的非同名端通过第一充放电电容Cl连接至负极性触 发脉冲信号的输入端，其次级线圈的非同名端通过第二电阻R 12连接至地电极。
[0041] 第二变压器T12，其初级线圈的非同名端连接至第一变压器Tn的初级线圈的同名 端，同名端连接至地；次级线圈的非同名端通过第六电阻r 16连接至地电极。
[0042] 雪崩三极管脉冲产生电路包括：第一雪崩三极管Qn和第二雪崩三极管Q12。第一 雪崩三极管Q i i，其基极连接至第一变压器Tn次级线圈的同名端；其发射极连接至第一变 压器Τη次级线圈的非同名端。第二雪崩三极管Q 12，其基极连接至第二变压器Τ12次级线圈 的同名端，其发射极连接至第二变压器Τ12次级线圈的非同名端。
[0043] 充放电电路包括：第一充放电电容Cn和第二充放电电容C12。第一充放电电容C n 的第一端连接至第一变压器Tn次级线圈的非同名端，其第二端连接至第二雪崩三极管Q12 的集电极，并通过第五电阻R15连接至高压供电电压HV(取值在200V?300V之间）。第二 充放电电容C12的第一端连接至第一雪崩三极管Q n的集电极，并通过第三电阻R13连接至 高压供电电压HV(取值在200V?300V之间）。
[0044] f禹合电路，包括：第五f禹合电容C5、第四f禹合电容C4和第六f禹合电容C6。第六奉禹 合电容C6的第一端通过第五耦合电容C5连接至第二变压器T 12次级线圈的非同名端，并通 过第七电阻R7连接至地，其第二端作为本实施例纳秒平衡脉冲信号发生器的第一信号输 出端。第四耦合电容C4的第一端连接至第二充放电电容C 12的第二端，并通过第四电阻R4 连接至地，其第二端作为本实施例纳秒平衡脉冲信号发生器的第二信号输出端。
[0045] 该脉冲信号发生电路中，第一变压器Tn和第二变压器T12将整形后的负极性触发 脉冲信号转换为双端触发信号，为雪崩三极管提供触发信号。雪崩三极管在整形触发脉冲 信号的作用下快速导通，产生雪崩击穿效应，通过第一充放电电容c n和第二充放电电容c12 的充放电过程，在第一雪崩三极管Qn的集电极和第二雪崩三极管Q12的发射极分别产生负 极性和正极性的纳秒脉冲信号。该纳秒平衡脉冲信号的脉冲前沿由雪崩三极管的雪崩时间 决定，脉冲后沿由第一充放电电容cn、第二充放电电容C12、第三电阻R13和第五电阻R 15的 大小决定。
[0046] 所述的纳秒平衡脉冲信号发生器的工作方法，其改变高压供电电压、充放电电容 Cn、C12和电阻R13、R15的大小，可以调节输出脉冲的宽度和幅度，实现脉冲可调性。
[0047] 本实施例纳秒平衡脉冲信号发生器的工作过程如下：
[0048] 步骤一、当触发信号处于低电平状态时，射频三极管Q1、第一雪崩三极管Qn和第 二雪崩三极管Q 12均处于闭合状态，高压电源HV通过第三电阻R13和第五电阻R15分别对第 二充放电电容C 12和第一充放电电容C i i进行充电；
[0049] 步骤二、当触发信号处于高电平时，射频三极管Q1快速导通，在其集电极产生一 个前沿快的负极性触发脉冲信号，该触发信号经过变压器电路的信号变换作用为雪崩三极 管脉冲产生电路提供触发脉冲信号；
[0050] 步骤三、第一雪崩三极管Qn和第二雪崩三极管Q12在触发脉冲信号的作用下产生 雪崩击穿效应，形成雪崩电流，在第一充放电电容C n和第二充放电电容C12的充放电过程 中，Qn的集电极和Q12的发射极分别形成负极性纳秒脉冲信号和正极性纳秒脉冲信号；
[0051] 步骤四、调节电容cn、c12和电阻R13、R 15的取值大小，其中cn和c12的取值相等，在 50pf?180pf之间，电阻R 13和R15的取值相等，在ΙΟΙ?Ω?501?Ω之间，可以调节输出的纳 秒平衡脉冲信号的脉冲宽度和电压幅度，取值越大，则脉冲宽度越大，电压幅度也越大。第 二电阻R 12、第六电阻R16的阻值均与所选取的雪崩三极管的型号相关。本领域技术人员可以 根据选取雪崩三极管的型号选取合适的阻值。第一充放电电容C1的取值为100pf?lnf， 第一电阻R1的取值为560Ω?3kQ。第四电阻R4和第七电阻R7的电阻相等，取50Ω? 100Ω。第四耦合电容C4和第六耦合电容C6的电容相等，取100pF?500pF。
[0052] 实际测试表明，本实施例产生的纳秒平衡脉冲信号，脉冲宽度为2ns?5ns，为纳 秒量级，峰值电压幅度为±50V?± 100V，正负脉冲对称性好，主脉冲后端拖尾小、振铃水 平低，满足超宽带雷达系统的浅层探测需求。
[0053] 本实施例中，采用射频三极管和雪崩三极管构成大幅度毫微秒平衡脉冲信号发生 器，实现脉冲宽度和电压幅度可调，适合于脉冲型超宽带雷达系统的浅层探测应用。（这一 段是多余的还是特意放置在此处的？）
[0054] 二、第二实施例
[0055] 在本发明的第二个示例性实施例中，又提供了 一种大幅度纳秒平衡脉冲信号发生 器。图3为根据本发明第二实施例大幅度纳秒平衡脉冲信号发生器的电路图。请参照图1 和图3,本实施例大幅度纳秒平衡脉冲信号发生器相比于第一实施例纳秒平衡脉冲信号发 生器，不同之处在于：本实施例在第一实施例第一增幅减宽电路和耦合电路之间增加了第 二增幅减宽电路单元。两个增幅减宽电路单元构成增幅减宽模块。
[0056] 请参照图3,该第二增幅减宽电路单元包括：变压器电路、雪崩三极管脉冲产生电 路和第二充放电电路。
[0057] 变压器电路，包括：第二增幅减宽电路单元中的第一变压器T21和第二变压器T 22。 其中，第二增幅减宽电路单元中的第一变压器T21的初级线圈的非同名端连接至第一增幅 减宽电路单元中的第一变压器T n的初级线圈的同名端，其次级线圈的非同名端连接至第 一增幅减宽电路单元中的第二充放电电容c12的第二端，并通过第二增幅减宽电路单元中 的第二电阻r22连接至地电极。第二增幅减宽电路单元中的第二变压器τ22的初级线圈的同 名端连接至第一增幅减宽电路单元中的第二变压器τ 12初级线圈的非同名端，其非同名端 连接至第二增幅减宽电路单元中的第一变压器T21初级线圈的同名端，其次级线圈的非同 名端连接至耦合电路中第五电容C5的第一端。
[0058] 雪崩三极管脉冲产生电路，包括：第二增幅减宽电路单元中的第一雪崩三极管Q21 和第二雪崩三极管Q22。其中，第一雪崩三极管Q21的基极连接至第二增幅减宽电路单元中 的第一变压器T 21次级线圈的同名端；其发射极连接至第二增幅减宽电路单元中的第一变 压器T21次级线圈的非同名端。第二雪崩三极管Q 22，其基极连接至第二增幅减宽电路单元 中的第二变压器T22次级线圈的同名端，其发射极连接至第二增幅减宽电路单元中的第二 变压器Τ 22的次级线圈的非同名端，并通过第二增幅减宽电路单元中的第六电阻R26连接至 地。
[0059] 第二充放电电路，包括：第二增幅减宽电路单元中的第一充放电电容C21和第二充 放电电容C 22。第二充放电电容C22，其第一端连接至第二增幅减宽电路单元中的第一雪崩 三极管Q 21的集电极，并通过第二增幅减宽电路单元中的第三电阻R23连接至高压供电电压 HV，其第二端连接至耦合电路中第四耦合电容C4的第一端。第一充放电电容C21，其第一端 连接至第一增幅减宽电路单元中的第二变压器T 12次级线圈的非同名端，其第二端连接至 第二增幅减宽电路单元中的第二雪崩三极管Q22的集电极，并通过第二增幅减宽电路单元 中的第五电阻R 25连接至高压供电电压HV。
[0060] 本实施例中，增幅减宽电路单元前端的电路和后端的电路在第一实施例中均已经 进行了详细描述，此处不再详细说明。
[0061] 该脉冲信号发生电路中，第一增幅减宽电路单元中的第一变压器Th、第二变压 器T12、第二增幅减宽电路单元中的第一变压器T 21、第二变压器τ22将整形后的负极性触发 脉冲信号转换为双端触发信号，为雪崩三极管提供触发信号。雪崩三极管在整形触发脉冲 信号的作用下快速导通，产生雪崩击穿效应，通过第一增幅减宽电路单元中的第一充放电 电容C n、第二充放电电容C12、第二增幅减宽电路单元中的第一充放电电容C21、第二充放电 电容c 22的充放电过程，在第二增幅减宽电路单元中的第一雪崩三极管Q21的集电极和第二 雪崩三极管Q 22的发射极分别产生负极性和正极性的大幅度纳秒脉冲信号。该大幅度纳秒 平衡脉冲信号的脉冲前沿由雪崩三极管的雪崩时间决定，脉冲后沿由第一增幅减宽电路单 元中的第一充放电电容c n、第二充放电电容c12、第二增幅减宽电路单元中的第一充放电电 容C21、第二充放电电容C 22、第一增幅减宽电路单元中的第五电阻R15、第三电阻R13以及第二 增幅减宽电路单元中的第五电阻R2 5、第三电阻R23的大小决定。
[0062] 所述的大幅度纳秒平衡脉冲信号发生器的工作方法，其改变高压供电电压、充放 电电容c n、C12、C21、C22和电阻R15、R 13、R25、R23的大小，可以调节输出脉冲的宽度和幅度，实 现脉冲可调性。
[0063] 本实施例大幅度纳秒平衡脉冲信号发生器的工作过程如下：
[0064] 步骤一、当触发信号处于低电平状态时，射频三极管Q1、第一增幅减宽电路单元 中的第一雪崩三极管Q n、第二雪崩三极管Q12、第二增幅减宽电路单元中的第一雪崩三极管 Q21、第二雪崩三极管Q22均处于闭合状态，高压电源HV通过第一增幅减宽电路单元中的第五 电阻R15、第三电阻R13以及第二增幅减宽电路单元中的第五电阻R25、第三电阻R 23分别对第 一增幅减宽电路单元中的第一充放电电容cn、第二充放电电容c12以及第二增幅减宽电路 单元中的第一充放电电容c 21、第二充放电电容c22进行充电；
[0065] 步骤二、当触发信号处于高电平时，射频三极管Q1快速导通，在其集电极产生一 个前沿快的负极性触发脉冲信号，该触发信号经过变压器电路的信号变换作用为雪崩三极 管脉冲产生电路提供触发脉冲信号；
[0066] 步骤三、第一增幅减宽电路单元中的第一雪崩三极管Qn、第二雪崩三极管Q 12、第 二增幅减宽电路单元中的第一雪崩三极管Q21、第二雪崩三极管Q22在触发脉冲信号的作用 下产生雪崩击穿效应，形成雪崩电流，在第一增幅减宽电路单元中的第一充放电电容c n、第 二充放电电容c12以及第二增幅减宽电路单元中的第一充放电电容C21、第二充放电电容c 22 的充放电过程中，Q21的集电极和Q22的发射极分别形成负极性大幅度纳秒脉冲信号和正极 性大幅度纳秒脉冲信号；
[0067] 步骤四、调节电容Cn、C12、C21、(^和电阻R 15、R13、R25、R23的取值大小，其中cn、c 12、 C21、（^的取值相等，在50pf?180pf之间，电阻R15、R13、R 25、R23的取值相等，在ΙΟΙ?Ω? 50kQ之间，可以调节输出的大幅度纳秒平衡脉冲信号的脉冲宽度和电压幅度，取值越大， 则脉冲宽度越大，电压幅度也越大。第一增幅减宽电路单元中的第二电阻R 12、第六电阻R16 以及第二增幅减宽电路单元中的第二电阻R22、第六电阻R26的阻值均与所选取的雪崩三极 管的型号相关。本领域技术人员可以根据选取雪崩三极管的型号选取合适的阻值。第一充 放电电容C1的取值为100pf?lnf，第一电阻R1的取值为560Ω?3kQ。第四电阻R4和 第七电阻R7的电阻相等，取50Ω?100Ω。第四耦合电容C4和第六耦合电容C6的电容相 等，取 100pF ?500pF。
[0068] 实际测试表明，本实施例产生的大幅度纳秒平衡脉冲信号，脉冲宽度为2ns? 5ns，为纳秒量级，峰值电压幅度为+80V?±300V，正负脉冲对称性好，主脉冲后端拖尾小、 振铃水平低，满足超宽带雷达系统的浅层探测需求。
[0069] 三、第三实施例
[0070] 在本发明的第三个示例性实施例中，提供了一种大幅度毫微秒平衡脉冲信号发生 器。图4为根据本发明第三实施例大幅度毫微秒平衡脉冲信号发生器的电路图。请参照图 1和图4,本实施例在第二实施例的基础上，在第二增幅减宽电路和耦合电路之间增加了第 三增幅减宽电路单元和第四增幅减宽电路单元。四个增幅减宽电路单元共同构成增幅减宽 模块。
[0071] 该两个增幅减宽电路单元的结构与上述实施例中增幅减宽电路单元的结构相同， 此处不再进行详细说明。
[0072] 请参照图4,该脉冲信号发生电路中，第一增幅减宽电路单元中的第一变压器Tn、 第二变压器Τ 12、第二增幅减宽电路单元中的第一变压器T21、第二变压器Τ22、第三增幅减宽 电路单元中的第一变压器T 31、第二变压器Τ32、第四增幅减宽电路单元中的第一变压器Τ41、 第二变压器Τ 42将整形后的负极性触发脉冲信号转换为双端触发信号，为雪崩三极管提供 触发信号。雪崩三极管在整形触发脉冲信号的作用下快速导通，产生雪崩击穿效应，通过第 一增幅减宽电路单元中的第一充放电电容C n、第二充放电电容C12、第二增幅减宽电路单元 中的第一充放电电容C21、第二充放电电容C 22、第三增幅减宽电路单元中的第一充放电电容 c31、第二充放电电容c32、第四增幅减宽电路单元中的第一充放电电容C41、第二充放电电容 c42的充放电过程，在第四增幅减宽电路单元中的第一雪崩三极管Q41的集电极和第二雪崩 三极管Q 42的发射极分别产生负极性和正极性的大幅度毫微秒脉冲信号。该大幅度毫微秒 平衡脉冲信号的脉冲前沿由雪崩三极管的雪崩时间决定，脉冲后沿由第一增幅减宽电路单 元中的第一充放电电容c n、第二充放电电容c12、第二增幅减宽电路单元中的第一充放电电 容C21、第二充放电电容C 22、第三增幅减宽电路单元中的第一充放电电容C31、第二充放电电 容C32、第四增幅减宽电路单元中的第一充放电电容C 41、第二充放电电容c42、第一增幅减宽 电路单元中的第五电阻r15、第三电阻r 13、第二增幅减宽电路单元中的第五电阻r25、第三电 阻r23、第三增幅减宽电路单元中的第五电阻r 35、第三电阻r33、第四增幅减宽电路单元中的 第五电阻R 45、第三电阻R 43的大小决定。
[0073] 所述的大幅度毫微秒平衡脉冲信号发生器的工作方法，其改变高压供电电压、充 放电电容 cn、C12、C21、C22、C31、C 32、C41、C42 和电阻 R15、R13、R25、R23、R35、R 33、R 45、R 43 的大小， 可以调节输出脉冲的宽度和幅度，实现脉冲可调性。
[0074] 本实施例大幅度毫微秒平衡脉冲信号发生器的工作过程如下：
[0075] 步骤一、当触发信号处于低电平状态时，射频三极管Q1、第一增幅减宽电路单元 中的第一雪崩三极管Q n、第二雪崩三极管Q12、第二增幅减宽电路单元中的第一雪崩三极管 Q21、第二雪崩三极管Q22、第三增幅减宽电路单元中的第一雪崩三极管Q31、第二雪崩三极管 Q32、第四增幅减宽电路单元中的第一雪崩三极管Q41、第二雪崩三极管Q42均处于闭合状态， 高压电源HV通过第一增幅减宽电路单元中的第五电阻R 15、第三电阻R13、第二增幅减宽电 路单元中的第五电阻R25、第三电阻R 23、第三增幅减宽电路单元中的第五电阻R35、第三电阻 R33、第四增幅减宽电路单元中的第五电阻R45、第三电阻R43分别对第一增幅减宽电路单元 中的第一充放电电容C n、第二充放电电容C12、第二增幅减宽电路单元中的第一充放电电容 c21、第二充放电电容c 22、第三增幅减宽电路单元中的第一充放电电容C31、第二充放电电容 c32、第四增幅减宽电路单元中的第一充放电电容c 41、第二充放电电容c42进行充电；
[0076] 步骤二、当触发信号处于高电平时，射频三极管Q1快速导通，在其集电极产生一 个前沿快的负极性触发脉冲信号，该触发信号经过变压器电路的信号变换作用为雪崩三极 管脉冲产生电路提供触发脉冲信号；
[0077] 步骤三、第一增幅减宽电路单元中的第一雪崩三极管Qn、第二雪崩三极管Q 12、第 二增幅减宽电路单元中的第一雪崩三极管Q21、第二雪崩三极管Q22、第三增幅减宽电路单元 中的第一雪崩三极管Q 31、第二雪崩三极管Q32、第四增幅减宽电路单元中的第一雪崩三极管 Q41、第二雪崩三极管Q42在触发脉冲信号的作用下产生雪崩击穿效应，形成雪崩电流，在第 一增幅减宽电路单元中的第一充放电电容c n、第二充放电电容c12、第二增幅减宽电路单元 中的第一充放电电容c21、第二充放电电容c 22、第三增幅减宽电路单元中的第一充放电电容 c31、第二充放电电容c32、第四增幅减宽电路单元中的第一充放电电容C 41、第二充放电电容 c42的充放电过程中，Q41的集电极和Q 42的发射极分别形成负极性大幅度毫微秒脉冲信号和 正极性大幅度毫微秒脉冲信号；
[0078] 步骤四、调节电容 Cn、C12、C21、C22、C31、C 32、C41、C42 和电阻 R15、R13、R25、R23、R35、R 33、 R 45、R 43 的取值大小，其中 Cn、C12、C21、C22、C31、C 32、C41、C42 的取值相等，在 50pf ?180pf 之 间，电阻1?15』13、1?25、1?23為 5為3、1^45、1^43的取值相等，在101^?501^之间，可以调节输 出的大幅度毫微秒平衡脉冲信号的脉冲宽度和电压幅度，取值越大，则脉冲宽度越大，电压 幅度也越大。第一增幅减宽电路单元中的第二电阻r12、第六电阻r16、第二增幅减宽电路单 元中的第二电阻r 22、第六电阻r26、第三增幅减宽电路单元中的第二电阻r32、第六电阻r 36、 第四增幅减宽电路单元中的第二电阻r42、第六电阻r46的阻值均与所选取的雪崩三极管的 型号相关。本领域技术人员可以根据选取雪崩三极管的型号选取合适的阻值。第一充放电 电容C1的取值为lOOpf?lnf，第一电阻R1的取值为560Ω?31?Ω。第四电阻R4和第七 电阻R7的电阻相等，取50 Ω?100 Ω。第四耦合电容C4和第六耦合电容C6的电容相等， 取 100pF ?500pF。
[0079] 实际测试表明，本实施例产生的大幅度毫微秒平衡脉冲信号，脉冲宽度为 800ps?10ns，峰值电压幅度为±300V?±800V，正负脉冲对称性好，这种脉冲幅度大，渗 透能力更强，适合于探测深度较大的超宽带系统的应用。
[0080] 至此，已经结合附图对3个实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人 员应当对本发明增幅减宽电路单元及应用其的脉冲信号发生电路和发生器有了清楚的认 识。
[0081] 此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形 状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换，例如：
[0082] (1)在三个实施例中，触发信号产生电路也可以由FPGA芯片产生，便于系统集成；
[0083] (2)触发信号整形电路还可以直接由PNP型射频三极管开关电路替代，在集电极 产生正极性的触发脉冲信号同时送给串联的各个雪崩三极管的基极；
[0084] 综上所述，本发明首先利用两级级联的雪崩三极管作为一个基础单元电路构建纳 秒平衡脉冲信号发生器，其次，利用单元叠加的模式，将多级雪崩三极管级联起来构建大幅 度纳秒平衡脉冲信号发生器和大幅度毫微秒平衡脉冲信号发生器，产生的脉冲信号幅度 大，前沿陡峭，且可以根据需要选择合适的级联级数，电路可靠性高；通过调节高压电源的 供电电压、雪崩三极管级联的级数以及充放电电容的大小，可以调节输出脉冲的幅度与脉 冲宽度，产生不同频带的平衡脉冲信号，可与发射天线直接相连，减小发射机与天线间的反 射效应，适用于不同频带的脉冲型超宽带雷达系统的应用。
[〇〇85] 以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详 细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡 在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保 护范围之内。
【权利要求】
1. 一种增幅减宽电路单元，其特征在于，包括： 变压器电路，包括：第一变压器（τη1)和第二变压器（τη2)，其中：第一变压器（τ η1)，其次 级线圈的非同名端通过第二电阻（Rn2)连接至地电极；第二变压器（τη2)，其次级线圈的非同 名端通过第六电阻（R n6)连接至地电极； 雪崩三极管脉冲产生电路，包括：第一雪崩三极管（Qnl)和第二雪崩三极管（Qn2)，其中， 第一雪崩三极管（Qnl)，其基极连接至第一变压器（Tnl)次级线圈的同名端；其发射极连接至 第一变压器（Τ η1)次级线圈的非同名端；第二雪崩三极管（Qn2)，其基极连接至第二变压器 (TJ次级线圈的同名端，其发射极连接至第二变压器（T n2)次级线圈的非同名端；以及 充放电电路，包括：第一充放电电容（CN1)和第二充放电电容（Cn2)，其中，第一充放电电 容（Cnl)的第二端连接至第二雪崩三极管（QJ的集电极，并通过第五电阻（Rn5)连接至高压 供电电压HV;第二充放电电容（CJ的第一端连接至第一雪崩三极管（Q nl)的集电极，并通 过第三电阻（Rn3)连接至高压供电电压HV。
2. 根据权利要求1所述的增幅减宽电路单元，其特征在于，所述第一充放电电容（Cnl) 的电容介于50pf?180pf之间；所述第二充放电电容（CJ的电容介于50pf?180pf之 间。
3. 根据权利要求2所述的增幅减宽电路单元，其特征在于，所述第一变压器（Tnl)和第 二变压器（Τη2)的变压比介于1 :1· 5?1 :4之间。
4. 根据权利要求3所述的增幅减宽电路单元，其特征在于，所述第三电阻（Rn3)和第五 电阻0U的阻值介于l〇kΩ?50kΩ之间。
5. -种脉冲信号发生电路，其特征在于，包括： 增幅减宽模块，包括：N个级联的权利要求1所述的增幅减宽电路单元，其中，N > 1 ; 对于第1级增幅减宽电路单元而言，第一变压器（Tn)初级线圈的非同名端通过第一充 放电电容（C1)连接至负极性触发脉冲信号的输入端；第二变压器（Τ12)初级线圈的同名端 连接至地电极；第一充放电电容（C n)的第一端连接至第一雪崩三极管（Qn)的发射极； 对于第i级增幅减宽电路单元而言，第一变压器（Τη)初级线圈的非同名端连接至第 i-Ι级增幅减宽电路单元第一变压器（T(i_m)初级线圈同名端，第二变压器（Ti2)初级线圈 的同名端连接至第i-Ι级增幅减宽电路单元第二变压器（T (i_1)2)初级线圈非同名端；第一 充放电电容（Cn)的第一端连接至第i-Ι级增幅减宽电路单元第二雪崩三极管（Q (i_1)2)的 发射极；第一变压器（Τη)次级线圈的非同名端连接至第i-Ι级增幅减宽电路单元第二充放 电电容（C (i_1)2)的第二端，其中，i关1 ; 对于第N级增幅减宽电路单元而言，第一变压器（TN1)初级线圈的同名端连接至第二变 压器（TN2)初级线圈的非同名端；以及 一耦合电路，用于根据负载对增幅减宽模块输出的信号进行阻抗匹配。
6. 根据权利要求5所述的脉冲信号发生电路，其特征在于，所述耦合电路包括：第五耦 合电容（C5)、第四耦合电容（C4)和第六耦合电容（C6)，其中： 第六耦合电容（C6)，其第一端通过第五耦合电容（C5)连接至第N级增幅减宽电路单元 中第二变压器（TN2)次级线圈的非同名端，并通过第七电阻（R7)连接至地，其第二端作为该 脉冲信号发生器的第一信号输出端； 第四耦合电容（C4)，第一端连接至第N级增幅减宽电路单元中第二充放电电容（CN2)的 第二端，并通过第四电阻（R4)连接至地，其第二端作为该脉冲信号发生器的第二信号输出 端。
7. 根据权利要求6所述的脉冲信号发生电路，其特征在于，所述第四耦合电容（C4)和 第六耦合电容（C6)的电容相等，介于lOOpF?500pF之间。
8. -种脉冲信号发生器，其特征在于，包括： 单端触发信号产生电路，用于产生一单端触发信号； 触发信号整形电路，连接于所述单端触发信号产生电路的后端，用于对所述单端触发 信号进行整形；以及 权利要求5-7中任一项所述的脉冲信号发生电路，其中，第1级增幅减宽电路单元的第 一变压器（Tn)初级线圈的非同名端通过第一充放电电容（C1)连接至触发信号整形电路的 输出端。
9. 根据权利要求8所述的脉冲信号发生器，其特征在于，经由所述触发信号整形电路 整形后的单端触发信号的幅度介于2V?12V之间，脉冲宽度介于30ns?100ns之间，脉冲 重复频率介于20KHz?200KHz之间。
10. 根据权利要求8或9所述的脉冲信号发生器，其特征在于： 所述单端触发信号产生电路为一方波发生器； 所述触发信号整形电路包括：射频三极管（Q1)，其中，射频三极管（Q1)的基极连接 至单端触发信号输入端，发射极连接至地，集电极通过第一电阻（R1)连接至电源正极 (VCC1)，整形后的触发信号由射频三极管（Q1)的集电极和发射极输出。
【文档编号】H03K5/13GK104052435SQ201410267267
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年6月16日 优先权日:2014年6月16日
【发明者】刘丽华, 夏新凡, 管洪飞, 张群英, 方广有 申请人:中国科学院电子学研究所