本實(shí)用新型涉及一種微功率高幅度納秒級(jí)極窄脈沖產(chǎn)生電路。

背景技術(shù)：

極窄脈沖產(chǎn)生電路是雷達(dá)發(fā)射機(jī)中最核心的部分，它的主要功能就是產(chǎn)生穩(wěn)定的脈沖信號(hào)，并且脈寬越窄幅度越高雷達(dá)的性能也就越好。微功率的雷達(dá)中還要求功耗要很低，這就很大程度上提高了脈沖源電路的設(shè)計(jì)難度。在脈沖源電路中脈沖的幅度和寬度以及功耗是個(gè)矛盾，常規(guī)的脈沖產(chǎn)生電路中調(diào)整電路參數(shù)總是幅度高了脈寬就變寬了功耗也高了，把脈寬窄了幅度又降低了(參考圖1)。很難再保證在功耗很低的情況下輸出脈寬極窄幅度很高的脈沖。

伴隨著微功率沖擊雷達(dá)技術(shù)的整體發(fā)展，微功率的沖擊雷達(dá)已經(jīng)滲透到包括生物醫(yī)學(xué)，管道探測(cè)，生命救援，安檢成像等各個(gè)領(lǐng)域，因此對(duì)于雷達(dá)的性能指標(biāo)要求也就越來(lái)越苛刻，而雷達(dá)最主要的性能指標(biāo)就是分辨率以及探測(cè)距離，這兩種指標(biāo)就是由雷達(dá)發(fā)射機(jī)中的脈沖產(chǎn)生電路來(lái)決定的，針對(duì)這種特殊需求的極窄脈沖產(chǎn)生電路的研究也是目前的一個(gè)研究熱點(diǎn)，特別是在功耗約束條件下實(shí)現(xiàn)高幅度窄脈寬的脈沖產(chǎn)生電路設(shè)計(jì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種應(yīng)用在微功率沖擊雷達(dá)發(fā)射機(jī)中的極窄脈沖產(chǎn)生電路，可以在平均功耗很低的情況下輸出高幅度的納秒級(jí)的極窄脈沖。

實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的的技術(shù)方案如下：

微功率高幅度納秒級(jí)極窄脈沖產(chǎn)生電路，包括兩個(gè)產(chǎn)生正負(fù)脈沖信號(hào)的觸發(fā)信號(hào)電路，兩個(gè)觸發(fā)信號(hào)中的負(fù)脈沖信號(hào)輸入變壓器組中進(jìn)行反相放大，以及

將變壓器組中輸出的反相放大信號(hào)形成雪崩效應(yīng)的雪崩形成電路，以及

與雪崩形成電路連接輸出高幅度、極窄脈沖的脈沖輸出端。

進(jìn)一步地，所述觸發(fā)信號(hào)電路包括對(duì)觸發(fā)信號(hào)變成正負(fù)脈沖信號(hào)的RC電路，以及與RC電路連接濾除正脈沖信號(hào)的二極管。

進(jìn)一步地，所述變壓器組包括六個(gè)變壓器，其中，每三個(gè)變壓器并聯(lián)構(gòu)成一組，每個(gè)變壓器的輸出端與雪崩形成電路連接。

進(jìn)一步地，所述雪崩形成電路包括三個(gè)構(gòu)成一組的六個(gè)雪崩三極管，兩組變壓器與兩組雪崩三極管相對(duì)應(yīng)，六個(gè)變壓器輸出的反相放大信號(hào)一一對(duì)應(yīng)的輸入六個(gè)雪崩三極管基極，六個(gè)雪崩三極管并聯(lián)且相鄰雪崩三極管之間通過(guò)極間電容連接前后的集電極與發(fā)射極。

進(jìn)一步地，一組雪崩三極管中的一雪崩三極管發(fā)射極輸出正脈沖與另一組雪崩三極管中的一雪崩三極管發(fā)射極輸出負(fù)脈沖形成所述輸出高幅度、極窄脈沖的脈沖輸出端。

進(jìn)一步地，所述脈沖輸出端連接有LC濾波電路。

進(jìn)一步地，該脈沖產(chǎn)生電路還包括高壓偏置電路，其包括高壓輸入端，高壓輸入端與每一個(gè)雪崩三極管集電極之間連接有阻流電阻，以及置于高壓輸入端與限流電阻之間的LC濾波電路。

進(jìn)一步地，所述觸發(fā)信號(hào)電路產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)過(guò)變壓器反相放大同時(shí)觸發(fā)六路觸發(fā)雪崩三極管。

采用了上述技術(shù)方案，觸發(fā)信號(hào)經(jīng)過(guò)RC電路變成正負(fù)脈沖信號(hào)，再經(jīng)過(guò)二極管濾除正脈沖，只有負(fù)脈沖信號(hào)進(jìn)入變壓器，經(jīng)過(guò)各個(gè)變壓器的反相放大輸入到每個(gè)雪崩三極管的基極，使六個(gè)三極管能同時(shí)觸發(fā)；六個(gè)雪崩三極管之間通過(guò)極間電容相連，雪崩效應(yīng)過(guò)程中對(duì)極間電容充電和放電，一般為獲得較窄的脈沖，極間電容都是用的小容值的耐高壓電容；高壓偏置電壓經(jīng)過(guò)兩級(jí)的LC濾波電路，再經(jīng)過(guò)限流電阻輸出到雪崩三極管的集電極，限流電阻選用高功率的大電阻；脈沖輸出時(shí)，從一端輸出正脈沖，另一端輸出負(fù)脈沖，出口處兩路合一路就能輸出高幅度的極窄脈沖，末端加上了LC濾波電路是脈沖更平穩(wěn)。本實(shí)用新型帶來(lái)的有益效果是，超低功耗，脈沖極窄，脈沖幅度高，脈沖拖尾小，穩(wěn)定可靠，對(duì)于微功率沖擊雷達(dá)的應(yīng)用領(lǐng)域的拓展會(huì)有一定貢獻(xiàn)。

附圖說(shuō)明

圖1為傳統(tǒng)脈沖源的電路圖；

圖2為本實(shí)用新型的原理圖；

圖3為本實(shí)用新型的電路圖。

具體實(shí)施方式

為使本實(shí)用新型實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實(shí)施例是本實(shí)用新型的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；谒枋龅谋緦?shí)用新型的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在無(wú)需創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

參見圖2、3，微功率高幅度納秒級(jí)極窄脈沖產(chǎn)生電路，包括兩個(gè)產(chǎn)生正負(fù)脈沖信號(hào)的觸發(fā)信號(hào)電路，兩個(gè)觸發(fā)信號(hào)中的負(fù)脈沖信號(hào)輸入變壓器組中進(jìn)行反相放大，以及將變壓器組中輸出的反相放大信號(hào)形成雪崩效應(yīng)的雪崩形成電路，以及與雪崩形成電路連接輸出高幅度、極窄脈沖的脈沖輸出端。脈沖占空比極低，觸發(fā)時(shí)間極短，從而具有超低的功耗。

其中，觸發(fā)信號(hào)電路包括對(duì)觸發(fā)信號(hào)變成正負(fù)脈沖信號(hào)的RC電路，以及與RC電路連接濾除正脈沖信號(hào)的二極管。

變壓器組包括六個(gè)變壓器T1、T2、T3、T4、T5、T6，其中，每三個(gè)變壓器并聯(lián)構(gòu)成一組，每個(gè)變壓器的輸出端與雪崩形成電路連接。雪崩形成電路包括三個(gè)構(gòu)成一組的六個(gè)雪崩三極管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6，兩組變壓器與兩組雪崩三極管相對(duì)應(yīng)，六個(gè)變壓器輸出的反相放大信號(hào)一一對(duì)應(yīng)的輸入六個(gè)雪崩三極管基極，六個(gè)雪崩三極管并聯(lián)且相鄰雪崩三極管之間通過(guò)極間電容連接前后的集電極與發(fā)射極。一組雪崩三極管中的一雪崩三極管發(fā)射極輸出正脈沖與另一組雪崩三極管中的一雪崩三極管發(fā)射極輸出負(fù)脈沖形成所述輸出高幅度、極窄脈沖的脈沖輸出端。兩組雪崩三極管的發(fā)射極輸出正、負(fù)脈沖，輸出接匹配電阻后能從脈沖輸出端輸出250V以上2ns以內(nèi)單極脈沖。脈沖輸出端連接有LC濾波電路，使輸出更穩(wěn)定。

該脈沖產(chǎn)生電路還包括高壓偏置電路，其包括高壓輸入端，高壓輸入端與每一個(gè)雪崩三極管集電極之間連接有阻流電阻，以及置于高壓輸入端與限流電阻之間的LC濾波電路；采用穩(wěn)定300V高壓，并通過(guò)10K的高功率限流電阻輸出到三極管的集電極。

觸發(fā)信號(hào)電路產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)過(guò)變壓器反相放大同時(shí)觸發(fā)六路觸發(fā)雪崩三極管。

在本例中將參照晶體管雪崩電路的基本形式描述本實(shí)用新型的電路，所述原理適用于多種晶體管或場(chǎng)效應(yīng)晶體管的脈沖產(chǎn)生電路。

基本的晶體管雪崩電路中，當(dāng)給雪崩三極管的集電極與發(fā)射極之間加高電壓時(shí)，集電結(jié)空間電荷區(qū)中的電場(chǎng)隨之加強(qiáng)，在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下將形成電子空穴對(duì)。新產(chǎn)生的電子和空穴與原有的電子空穴一樣向相反的方向運(yùn)動(dòng)，重新獲得足夠的能量后，又可通過(guò)碰撞再產(chǎn)生電子空穴對(duì)，當(dāng)反向電壓增大到某一數(shù)值后，載流子的倍增情況就像發(fā)生雪崩一樣增加得又多又快，而使反向電流急劇增大，造成集電結(jié)雪崩擊穿，即一次擊穿。

由于集電極被擊穿，集電極與發(fā)射極之間的電阻實(shí)際上僅取決于發(fā)射結(jié)的導(dǎo)電率，對(duì)大部分晶體管來(lái)說(shuō)，在擊穿的瞬間阻值約為幾十歐姆。由于此時(shí)結(jié)電阻很小，在較高電壓作用下，當(dāng)電流達(dá)到某一較大數(shù)值時(shí)，便出現(xiàn)二次擊穿。這時(shí)，晶體管壓降減小，由于通過(guò)了很大的電流，PN結(jié)溫度急劇升高，造成熱擊穿。集電極擊穿后，集射極間電阻取決于發(fā)射極的導(dǎo)電率，一般僅有幾十歐姆，高電壓將產(chǎn)生大電流，消耗在PN結(jié)上的功率增大，當(dāng)超過(guò)晶體管允許的耗散功率時(shí)，會(huì)導(dǎo)致PN結(jié)熱擊穿。雖然雪崩管熱擊穿狀態(tài)會(huì)造成晶體管不可修復(fù)的損壞，但是雪崩擊穿是可逆的，當(dāng)及時(shí)限制晶體管發(fā)熱功率，反向電壓降低之后，晶體管仍然能恢復(fù)原有的特性，就可以讓晶體管安全地工作在雪崩狀態(tài)，多次反復(fù)而不會(huì)引起損壞；而熱擊穿卻會(huì)造成永久性的損壞。如果能夠限制雪崩擊穿時(shí)的反向電流，使電壓和電流的乘積不超過(guò)管子允許的耗散功率，就可以讓晶體管安全地工作在雪崩狀態(tài)，多次反復(fù)而不會(huì)引起損壞。

參見圖2，觸發(fā)信號(hào)線1和2要求完全等長(zhǎng)能保證兩路脈沖信號(hào)同步輸出以及較小的震蕩，并且觸發(fā)信號(hào)周圍必須有完整良好的參考地。上下兩路正負(fù)脈沖也必須盡量對(duì)稱，高速信號(hào)必須嚴(yán)格遵守阻抗匹配原則來(lái)設(shè)計(jì)制板，嚴(yán)格計(jì)算信號(hào)傳輸線距離以及阻抗。從而才可能在末端的脈沖輸出部分得到一個(gè)高幅度的極窄脈沖，并且脈沖拖尾很小。

本實(shí)用新型能夠產(chǎn)生250V以上2ns以內(nèi)的微功率極窄脈沖產(chǎn)生電路，旨在為微功率的探測(cè)雷達(dá)提供穩(wěn)定可靠的發(fā)射脈沖源。本實(shí)用新型首先通過(guò)前級(jí)產(chǎn)生的觸發(fā)信號(hào)經(jīng)過(guò)變壓器的反相使之觸發(fā)雪崩三極管，然后三極管所加的高壓偏置導(dǎo)通出現(xiàn)雪崩效應(yīng)，通過(guò)六級(jí)雪崩三級(jí)管級(jí)聯(lián)形成脈沖電荷的累加放電，最后分別從首末級(jí)輸出高幅度的負(fù)脈沖和正脈沖。本實(shí)用新型能夠利用射頻電路設(shè)計(jì)的優(yōu)化技術(shù)，選擇合適的雪崩三極管，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生微功耗的高幅度極窄脈沖。