一种基于开关和延时控制的频率/波形可调的高压脉冲源

本发明属于电子电路领域，涉及脉冲信号源设计，具体提供一种基于开关和延时控制的频率/波形可调的高压脉冲源。

背景技术：

1、作为超宽带系统的关键性组成部分，超宽频带电磁脉冲信号源的设计与研发一直占据着重要地位。超宽带脉冲信号包含非常丰富的频率分量，在通信、探测、成像等许多领域都受到广泛关注且具有十分广阔的应用前景。

2、基于电容并联充电、串联放电原理所研制的m级marx电路可以产生电压幅度较高的输出电压，常被用于产生超宽带脉冲信号。随着半导体技术的发展，m级marx电路也常与高速固态开关器件相结合以提高电路性能；相较于其他开关器件，固态开关在开关体积、速度、频率及寿命等方面有着极大优势，其中，雪崩三极管作为一种具有响应速度快、抖动小、寿命长、成本低、体积小等优点的固态开关器件，在脉冲源设计中应用较多。基于雪崩三极管m级marx电路的脉冲源不仅产生的脉冲信号具有上升沿快、脉宽窄、输出电压幅值高等优点，也对于脉冲源向模块化、小型化、实用化发展具有重要意义。

3、在实际应用时，高压脉冲源的选择需要根据目标的各种实际情况以及任务的不同进行综合考虑，如通信应用中需要对波形进行调制、雷达应用中需要根据探测距离和分辨率调整工作带宽、电子对抗中需要根据目标特点调整中心频率；选择合适的脉冲源，才能达到预期的效果。但基于雪崩三极管m级marx电路的脉冲源缺少波形调节能力，只能对幅度、重复频率进行范围有限的改变，这样的脉冲源不足以实现对输出脉冲信号的波形、中心频率和带宽进行任意调整的功能。

技术实现思路

1、为解决现有技术的不足，本发明提供了一种基于开关和延时控制的频率/波形可调的高压脉冲源，该脉冲源能够对多路脉冲信号分别进行极性调整、延时并合成，可以实现输出幅值可调、输出波形可调、输出频率可调及信号带宽可调等功能，可按照不同应用场景要求，设计相应输出高压脉冲信号；另外，本发明的脉冲源具有结构简单、便于控制的优点，能够在提高控制效率和灵活性的同时，满足更多应用场景的需求。

2、本发明的具体技术方案如下：

3、一种基于开关和延时控制的频率/波形可调的高压脉冲源，包括：触发及延时控制电路、多路极性可调marx脉冲发生器及宽带高压脉冲合成器。

4、其特征在于，所述触发及延时控制电路，包括触发产生单元和多路并联设置的延时控制单元；其中，所述触发产生单元用于产生数字触发信号，并输入至各延时控制单元；各路所述延时控制单元，分别对输入的数字触发信号进行不同延时，并输入至多路极性可调marx脉冲发生器。

5、所述多路极性可调marx脉冲发生器，由多路并联设置的极性可调marx脉冲发生单元构成；所述极性可调marx脉冲发生单元，由添加了2m-2个开关器件的m级marx电路实现极性转换，且各路所述极性可调marx脉冲发生单元在不同时延的数字触发信号触发下，产生不同时延的抖动小、幅值高的脉冲信号，并输入至宽带高压脉冲合成器。

6、所述宽带高压脉冲合成器，将接收到的不同时延的脉冲信号合成为一路输出，实现信号的输出幅值可调、输出波形可调、输出频率可调及输出带宽可调。

7、进一步地，所述极性可调marx脉冲发生单元，包括变压器、m级marx电路以及2m-2个开关器件；其中，数字触发信号输入至变压器原边，变压器的副边连接雪崩三极管q1的发射极与基极；第m级marx电路(m＝2，3，…，m)中的电容cm一端与开关spdt2m-3相连接，另一端与开关spdt2m-2相连接。

8、当开关spdt2m-3置于连接雪崩三极管qm-1集电极的一端、开关spdt2m-2置于连接雪崩三极管qm基极与发射极的一端时，各级电容串联放电，产生的脉冲输出为负脉冲；当开关spdt2m-3置于连接雪崩三极管qm-1基极与发射极的一端、开关spdt2m-2置于连接雪崩三极管qm集电极的一端时，各级电容串联放电，产生的脉冲输出为正脉冲。

9、进一步地，在m级marx电路中，每级电路均包括雪崩三极管qm、限流电阻r2m-1、电容cm及限流电阻r2m，m＝1、2、3、…、m。

10、其中，雪崩三极管qm的发射极通过限流电阻r2m接地；限流电阻r2m-1的一端连接雪崩三极管qm的集电极，另一端则连接高电压直流电源vcc；当m＝1时，雪崩三极管q1的集电极还连接电容c1一端，电容c1另一端接地；当m＝2、3、…、m时，雪崩三极管qm的发射极与基极相连；当m＝m时，第m级marx电路中雪崩三极管qm的集电极还连接电容c的一端，电容c的另一端连接负载电阻rl，负载电阻另一端接地。

11、进一步地，当所述极性可调marx脉冲发生单元产生的脉冲为负脉冲时，当m＝2、3、…、m，电容cm的一端连接雪崩三极管qm-1的集电极，另一端连接雪崩三极管qm的发射极与基极以及限流电阻r2m。

12、当所述极性可调marx脉冲发生单元产生的脉冲为正脉冲时，当m＝2、3、…、m，电容cm的一端连接雪崩三极管qm-1的发射极，另一端连接雪崩三极管qm的集电极以及限流电阻r2m-1。

13、进一步地，所述数字触发信号到各延时控制电路输入端的路径长度相等。

14、进一步地，所述各路极性可调marx高压脉冲发生单元输出端到宽带高压脉冲合成器输入端的路径长度相等。

15、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

16、本发明提供一种基于开关和延时控制的频率/波形可调的高压脉冲源，基于延时控制电路及开关器件实现对高压脉冲源的设计；各延时控制单元对输入的数字触发信号进行相应延时后分别作为多路脉冲发生单元的输入；各脉冲发生单元结构相同，通过在m级marx电路的基础上添加2m-2个开关器件，实现输出脉冲信号的极性转换；多路脉冲发生单元的输出经过宽带高压脉冲合成器合成后，实现信号的输出幅值可调、输出波形可调、输出频率可调及输出带宽可调等功能。本发明能够按照不同应用场景要求，设计相应输出高压脉冲信号；另外，本发明的脉冲源具有结构简单、便于控制的优点，能够在提高控制效率和灵活性的同时，满足更多应用场景的需求。

技术特征：

1.一种基于开关和延时控制的频率/波形可调的高压脉冲源，包括：触发及延时控制电路、多路极性可调marx脉冲发生器及宽带高压脉冲合成器；

2.如权利要求1所述的一种基于开关和延时控制的频率/波形可调的高压脉冲源，其特征在于，所述极性可调marx脉冲发生单元，包括变压器、m级marx电路以及2m-2个开关器件；其中，数字触发信号输入至变压器原边，变压器的副边连接雪崩三极管q1的发射极与基极；当m＝2，3，…，m，第m级marx电路中的电容cm一端与开关spdt2m-3相连接，另一端与开关spdt2m-2相连接；

3.如权利要求2所述的一种基于开关和延时控制的频率/波形可调的高压脉冲源，其特征在于，在m级marx电路中，每级电路均包括雪崩三极管qm、限流电阻r2m-1、电容cm及限流电阻r2m，m＝1、2、3、…、m；

4.如权利要求3所述的一种基于开关和延时控制的频率/波形可调的高压脉冲源，其特征在于，当所述极性可调marx脉冲发生单元产生的脉冲为负脉冲时，当m＝2、3、…、m，电容cm的一端连接雪崩三极管qm-1的集电极，另一端连接雪崩三极管qm的发射极与基极以及限流电阻r2m；

5.如权利要求4所述的一种基于开关和延时控制的频率/波形可调的高压脉冲源，其特征在于，所述数字触发信号到各延时控制电路输入端的路径长度相等。

6.如权利要求4所述的一种基于开关和延时控制的频率/波形可调的高压脉冲源，其特征在于，所述各路极性可调marx高压脉冲发生单元输出端到宽带高压脉冲合成器输入端的路径长度相等。

技术总结
本发明公开了一种基于开关和延时控制的频率/波形可调的高压脉冲源，属于电子电路领域。该脉冲源包括触发及延时控制电路、多路极性可调Marx脉冲发生器及宽带高压脉冲合成器。本发明采用延时控制单元对输入的数字触发信号进行相应延时后作为多路脉冲发生单元的输入；各脉冲发生单元采用M级Marx电路并添加了2M‑2个开关器件，实现输出脉冲信号的极性转换；多路脉冲发生单元的输出经过宽带高压脉冲合成器合成后，实现信号的输出幅值可调、输出波形可调、输出频率可调及输出带宽可调等功能。本发明具有结构简单、便于控制的优点，能够在提高控制效率和灵活性的同时，按照不同要求，设计相应输出高压脉冲信号，满足更多应用场景的需求。

技术研发人员：李杨,陈波宇,杨宏春,崔海娟,姜宝钧
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1