一種基于晶體管的超寬帶脈沖發(fā)生器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及超寬帶脈沖無線電領(lǐng)域，特別涉及一種基于晶體管的超寬帶脈沖發(fā)生器，該脈沖發(fā)生器是由脈沖整形電路和振蕩器組成，所述的脈沖整形電路是由RC微分電路、反相電路、輸出耦合電路依次串聯(lián)，電源電路連接反相電路；所述的振蕩器是由電阻R4、電感L1、f0振蕩器、一級(jí)隔直電容C6、Π型衰減器和二級(jí)隔直電容C7依次串聯(lián)，f0振蕩器通過正反饋電感L4接地，并且振蕩器電源電路和f0振蕩器相連組成。本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了低功耗、低成本、高幅值、脈沖頻譜寬的功能，振蕩器采用三極管共基極配置，能夠起到功率放大的作用，可用于低電源電壓、低功耗的便攜式設(shè)備中。
【專利說明】
一種基于晶體管的超寬帶脈沖發(fā)生器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及超寬帶脈沖無線電領(lǐng)域，特別涉及一種基于晶體管的超寬帶脈沖發(fā)生器。
【背景技術(shù)】
[0002]美聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)規(guī)定:相對(duì)帶寬(信號(hào)帶寬與中心頻率之比)大于20%，或在傳輸?shù)娜魏螘r(shí)刻絕對(duì)帶寬不小于500MHz的信號(hào)，其中信號(hào)帶寬為低于最高發(fā)射功率1dB的截止頻率間的帶寬。超寬帶信號(hào)，類似噪聲信號(hào)，用于通信保密性較好、數(shù)據(jù)傳輸速率較高、抗多徑干擾能力強(qiáng)、有較好的時(shí)間分辨力，可以用于定位、跟蹤及雷達(dá)成像。
[0003]超寬帶脈沖無線電的核心之一就是超寬帶脈沖的產(chǎn)生技術(shù)。數(shù)字電路產(chǎn)生方式，可以得到很高的脈沖重復(fù)頻率，同時(shí)對(duì)脈沖寬度也能進(jìn)行一定的控制，并且還可利用電路集成技術(shù)來使脈沖生成電路更簡單緊湊，但其突出的缺點(diǎn)是脈沖幅值低，對(duì)數(shù)字電路作匹配操作相對(duì)因難，并且要想較精確的控制脈沖寬度還需建立在對(duì)門電路延遲特性精確控制的基礎(chǔ)之上。并且只有高速的數(shù)字電路，才能產(chǎn)生符合帶寬要求的脈沖波形。階躍恢復(fù)二極管產(chǎn)生方式，重復(fù)頻率低，不穩(wěn)定，也不適合高速傳輸。采用階躍管電路可以得到較為陡峭的脈沖沿(1ps量級(jí))，脈沖寬度也能做到很窄(10ps量級(jí))，但由于器件性能的限制，脈沖輸出幅值較小(一般較大時(shí)可做到幾伏量級(jí))。雪崩三極管產(chǎn)生方式，需要極高的偏置電壓，限制了應(yīng)用范圍，并且電路中的電容值與生成脈沖的幅度有關(guān)，當(dāng)電容值大時(shí)脈沖幅值高，但脈沖寬度也會(huì)變大，在應(yīng)用時(shí)要根據(jù)實(shí)際情況作調(diào)整。并且上述產(chǎn)生方式，所產(chǎn)生脈沖均含有低頻分量，不利于輻射及頻譜利用。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型提供了一種基于晶體管的超寬帶脈沖發(fā)生器，實(shí)現(xiàn)了低功耗、低成本、高幅值、脈沖頻譜寬的功能，可用于低電源電壓、低功耗的便攜式設(shè)備中。
[0005]綜上所述，為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案，一種基于晶體管的超寬帶脈沖發(fā)生器，其特征在于，該脈沖發(fā)生器是由脈沖整形電路和振蕩器組成，所述的脈沖整形電路是由RC微分電路、反相電路、輸出耦合電路依次串聯(lián)，電源電路連接反相電路；所述的振蕩器是由電阻R4、電感Ll、fo振蕩器、一級(jí)隔直電容C6、n型衰減器和二級(jí)隔直電容C7依次串聯(lián)，fQ振蕩器通過正反饋電感L4接地，并且振蕩器電源電路和fQ振蕩器相連組成；
[0006]所述RC微分電路，用于將輸入的矩形波轉(zhuǎn)換為尖脈沖波；
[0007]所述反相電路，用于將來自于RC微分電路的尖脈沖波通過三極管Ql進(jìn)行電壓反相，得到反相電壓波形；
[0008]所述輸出耦合電路，用于濾除來自于反相電路的反相電壓波形中的直流分量；
[0009]所述fQ振蕩器，用于將來自于輸出耦合電路的反向電壓波形進(jìn)行中心頻率為fo的振蕩，得到正弦波；
[0010]所述Π型衰減器，用于減小來自于fQ振蕩器的正弦波的輸出幅度，同時(shí)用于減小脈沖發(fā)生器和負(fù)載之間的不匹配，減小負(fù)載對(duì)fo振蕩器的中心頻率的牽引。
[0011 ]進(jìn)一步，所述的f O振蕩器包括晶體管Q2，晶體管Q2為共基極配置，晶體管Q2的射極串聯(lián)電容C4并通過電阻R5接地，晶體管Q2的集電極并聯(lián)了兩個(gè)電感L2和L3。
[0012]進(jìn)一步，所述的正反饋電感L4，連接晶體管Q2的基極。
[0013]進(jìn)一步，所述的正反饋電感L4是指微帶電感。
[0014]本實(shí)用新型所產(chǎn)生的有益效果如下:
[0015]本實(shí)用新型提供了一種基于晶體管的超寬帶脈沖發(fā)生器，實(shí)現(xiàn)了低功耗、低成本、高幅值、低頻分量少、中心頻率可調(diào)、脈沖頻譜寬的功能。振蕩器采用三極管共基極配置，利用共基極配置的高頻特性好，能夠放大電壓，從而能夠起到功率放大的作用，因此不需要另加昂貴的功率放大器即可滿足便攜式設(shè)備之用。本脈沖發(fā)生器所含元器件少，且成本低，輸出脈沖譜的中心頻率可通過改變振蕩器諧振電感L3進(jìn)行調(diào)諧。
【附圖說明】
[0016]圖1為本實(shí)用新型的整體框圖；
[0017]圖2為本實(shí)用新型的波形示意圖；
[0018]圖3為本實(shí)用新型的電路原理圖；
[0019]圖4為利用示波器實(shí)測(cè)本實(shí)用新型的輸出波形；
[0020]圖5為利用示波器實(shí)測(cè)本實(shí)用新型的輸出功率譜。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例來詳細(xì)的描述本實(shí)用新型，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不限于此。
[0022]如圖1所示，一種基于晶體管的超寬帶脈沖發(fā)生器，該脈沖發(fā)生器是由脈沖整形電路I和振蕩器2串聯(lián)而成，信號(hào)由輸入端In進(jìn)入脈沖整形電路I，由脈沖整形電路I變換整形后的信號(hào)從節(jié)點(diǎn)b進(jìn)入振蕩器2，由節(jié)點(diǎn)c輸出脈沖信號(hào)。
[0023]實(shí)施例1
[0024]如圖3所示，一種基于晶體管的超寬帶脈沖發(fā)生器，其特征在于，該脈沖發(fā)生器由脈沖整形電路I和振蕩器2串聯(lián)而成。In端為觸發(fā)信號(hào)輸入端口，Out端為超寬帶脈沖信號(hào)輸出端口。觸發(fā)信號(hào)經(jīng)由In端輸入脈沖整形電路I的輸入端即電容Cl的一端，脈沖整形電路I是專門用來對(duì)脈沖進(jìn)行變換和整形的電路，脈沖整形電路I是由RC微分電路4、反相電路5和輸出耦合電路6依次串聯(lián)，并且脈沖整形電源電路7連接反相電路5組成。觸發(fā)信號(hào)從In端輸入，經(jīng)過微分電路4，微分電路4由電容Cl串聯(lián)電阻Rl并接地組成，電容CI和電阻Rl的節(jié)點(diǎn)a作為微分電路4的輸出端，微分電路4用于將輸入的矩形波轉(zhuǎn)換為尖脈沖波，微分電路4的輸出端與反相電路5的輸入端即與微波雙極性晶體管Ql的基極相接，基極接電阻Rl能夠控制Ql的開關(guān)時(shí)間。反相電路5是由微波雙極性晶體管Ql和電阻R2組成，晶體管Ql的射極直接接地，晶體管Ql的集電極通過電阻R2連接電源Vcc，反相電路5用于將來自于RC微分電路的尖脈沖波通過三極管Ql進(jìn)行電壓反相，得到反相電壓波形。電源Vcc通過高頻去耦電容C3接地，電源Vcc和高頻去耦電容C3組成脈沖整形電源電路7。反相電路5的輸出端連接輸出耦合電路6的輸入端即晶體管Ql的集電極連接電容C2的一端，輸出耦合電路6是由電容C2串聯(lián)電阻R3并接地組成的，電容C2的另一端和電阻R3的節(jié)點(diǎn)b同時(shí)作為輸出耦合電路6和脈沖整形電路I的輸出端，輸出耦合電路6用于濾除來自于反相電路的反相電壓波形中的直流分量，得到電阻R3、電阻R2和電容C2相互配合控制微波雙極性晶體管Q2在觸發(fā)周期的末尾有效截止。節(jié)點(diǎn)b作為脈沖整形電路I的輸出端連接振蕩電路的輸入端即電阻R4的一端，振蕩器2是由電阻R4、電感Ll、fo振蕩器8、一級(jí)隔直電容C6、n型衰減器3和二級(jí)隔直電容C7依次串聯(lián)，并且振蕩器電源電路9和fo振蕩器8相連組成。fo振蕩器8包括微波雙極性晶體管Q2，晶體管Q2為共基極配置，與電容C4、電阻R5、電感L3、電感L2、電感L4一起構(gòu)成了中心頻率為fο的fo振蕩器8，f ο振蕩器8用于將來自于脈沖整形電路的尖脈沖波進(jìn)行振蕩，得到正弦波形，電感LI連接晶體管Q2的射極，晶體管Q2的射極串聯(lián)電容C4并通過電阻R5接地，在集電極提供一個(gè)易于匹配的負(fù)阻抗；晶體管Q2的集電極并聯(lián)了電感L2和電感L3。晶體管Q2的基極通過正反饋電感L4接地，L4是由微帶短路線實(shí)現(xiàn)的。電感L2與電源Vcc連接，電源Vcc通過高頻去親電容C3接地，電源Vcc和高頻去耦電容C5組成振蕩器電源電路9。&振蕩器8的輸出端即電感L3的另一端與一級(jí)隔直電容C6相連，一級(jí)隔直電容C6的另一端連接Π型衰減器3的輸入端即電阻R7的一端，Π型衰減器3是由電阻R6、電阻R7、電阻R8組成，R7的一端作為Π型衰減器3的輸入，另一端作為Π型衰減器3的輸出，R6和R8分別接地，Π型衰減器3用來緩沖脈沖發(fā)生器和負(fù)載之間的不匹配，并減少來自于fo振蕩器的正弦波的振幅，減小負(fù)載對(duì)fo振蕩器的中心頻率的牽引，Π型衰減器3的輸出端即電阻R7的另一端連接二級(jí)隔直電容C7的一端，二級(jí)隔直電容C7的另一端即為Out端，Out端最終輸出超寬帶脈沖信號(hào)。
[0025]該脈沖發(fā)生器供電電源為3.3V，因而可以方便的移植到低電源電壓、低功耗的便攜式設(shè)備中。使用觸發(fā)脈沖來控制振蕩器2的振蕩，當(dāng)脈沖到來時(shí)，振蕩器2開始起振，脈沖結(jié)束時(shí)，振蕩器2也隨之停振。由于觸發(fā)脈沖通常比較寬，本實(shí)用新型采用微分電路4和微波晶體管Ql來進(jìn)行脈沖整形。
[0026]如圖2所示，In波形為觸發(fā)信號(hào)在In端的波形，此時(shí)為不標(biāo)準(zhǔn)的方波信號(hào);a波形為觸發(fā)信號(hào)在經(jīng)過微分電路后節(jié)點(diǎn)a處的波形，觸發(fā)信號(hào)在經(jīng)過微分電路后轉(zhuǎn)換為了尖脈沖波形;b波形為觸發(fā)信號(hào)在經(jīng)過脈沖整形電路I后，節(jié)點(diǎn)b處的波形，經(jīng)過微分電路和反相電路后，觸發(fā)信號(hào)已經(jīng)由最初的方波信號(hào)轉(zhuǎn)換為了反相的尖脈沖信號(hào)，其中有用信號(hào)為負(fù)電壓信號(hào)，該負(fù)電壓信號(hào)通過節(jié)點(diǎn)b饋給振蕩電路2，利用晶體管Q2的發(fā)射結(jié)進(jìn)一步整形，并同時(shí)觸發(fā)晶體管Q2開始起振。當(dāng)鄰近b波形中負(fù)峰值時(shí)，振蕩幅度達(dá)到最大，隨之開始減小，b波形中正電壓信號(hào)可以加快停振時(shí)的衰減速度。c波形為經(jīng)過處理后的最終輸出的脈沖波形，也即Out端的波形。振蕩起振時(shí)間和振蕩衰減時(shí)間由電路中的電感電容儲(chǔ)能元件控制，振蕩中心頻率fο會(huì)受到脈沖整形電路的加載效應(yīng)的牽引。
[0027]觸發(fā)信號(hào)為CMOS電平，可以是一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)或者經(jīng)過調(diào)制的單極性歸零碼數(shù)據(jù)信號(hào)。該電路可應(yīng)用于脈沖幅度調(diào)制(00K)或者脈沖位置調(diào)制(PPM)。
[0028]本實(shí)用新型已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，如圖4和圖5所示，圖4為本實(shí)用新型利用示波器實(shí)際測(cè)得的輸出的脈沖波形，脈沖寬度為2ns，峰峰值約為2.4V;圖5為利用示波器實(shí)際測(cè)得的輸出的脈沖功率譜，功率譜1dB帶寬約為IGHz，中心頻率為4GHz。
[0029]要說明的是，上述實(shí)施例是對(duì)本實(shí)用新型技術(shù)方案的說明而非限制，所屬技術(shù)領(lǐng)域普通技術(shù)人員的等同替換或者根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)而做的其它修改，只要沒超出本實(shí)用新型技術(shù)方案的思路和范圍，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型所要求的權(quán)利范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于晶體管的超寬帶脈沖發(fā)生器，其特征在于，該脈沖發(fā)生器是由脈沖整形電路和振蕩器組成，所述的脈沖整形電路是由RC微分電路、反相電路、輸出耦合電路依次串聯(lián)，電源電路連接反相電路;所述的振蕩器是由電阻R4、電感Ll、fo振蕩器、一級(jí)隔直電容C6、n型衰減器和二級(jí)隔直電容C7依次串聯(lián)，fQ振蕩器通過正反饋電感L4接地，并且振蕩器電源電路和f ο振蕩器相連組成； 所述RC微分電路，用于將輸入的矩形波轉(zhuǎn)換為尖脈沖波； 所述反相電路，用于將來自于RC微分電路的尖脈沖波通過三極管Ql進(jìn)行電壓反相，得到反相電壓波形； 所述輸出耦合電路，用于濾除來自于反相電路的反相電壓波形中的直流分量； 所述f ο振蕩器，用于將來自于輸出耦合電路的反向電壓波形進(jìn)行中心頻率為fo的振蕩，得到正弦波； 所述Π型衰減器，用于減小來自fQ振蕩器的正弦波的輸出幅度，同時(shí)用于減小脈沖發(fā)生器和負(fù)載之間的不匹配，減小負(fù)載對(duì)fo振蕩器的中心頻率的牽引。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于晶體管的超寬帶脈沖發(fā)生器，其特征在于，所述的fo振蕩器包括晶體管Q2，晶體管Q2為共基極配置，晶體管Q2的射極串聯(lián)電容C4并通過電阻R5接地，晶體管Q2的集電極并聯(lián)了兩個(gè)電感L2和L3。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于晶體管的超寬帶脈沖發(fā)生器，其特征在于，所述的正反饋電感L4，連接晶體管Q2的基極。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于晶體管的超寬帶脈沖發(fā)生器，其特征在于，所述的正反饋電感L4是指微帶電感。
【文檔編號(hào)】H03K3/02GK205610598SQ201620433673
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年5月13日
【發(fā)明人】袁子倫, 韓艷偉, 唐朝云, 李冀, 肖巖
【申請(qǐng)人】鄭州聯(lián)睿電子科技有限公司