基于UWB技術(shù)的脈沖發(fā)生器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

傳統(tǒng)數(shù)字通信是通過(guò)在信道中發(fā)送包含信息的模擬波形來(lái)實(shí)現(xiàn)通信的，而超寬帶(UWB)通信是通過(guò)發(fā)送和檢測(cè)極窄脈沖序列來(lái)實(shí)現(xiàn)通信。這種脈沖的脈寬只有1個(gè)多ns，有的甚至小到lns，并目.其帶寬可以達(dá)到或者超過(guò)3GHz。

　　從本質(zhì)上講，產(chǎn)生ns級(jí)寬度短脈沖的信號(hào)源是UWB技術(shù)的前提條件。單個(gè)無(wú)載波窄脈沖信號(hào)有兩個(gè)特點(diǎn)：是激勵(lì)信號(hào)的波形為具有陡峭前后沿的單個(gè)短脈沖，是激勵(lì)信號(hào)具有從直流到微波的很寬的頻譜。目前產(chǎn)生脈沖源的兩類(lèi)方法為：1.光電方法，基本原理是利用光導(dǎo)開(kāi)關(guān)的陡峭上升，下降沿獲得脈沖信號(hào)，是最有發(fā)展前景的一種方法。2.電子方法，基本原理是利用晶體管P N結(jié)反向加電，在雪崩狀態(tài)的導(dǎo)通瞬間獲得陡峭上升沿，整形后獲得極短脈沖，這是目前應(yīng)用最廠一泛的方案。受晶體管耐壓特性的限制，這種方法一般只能產(chǎn)生幾十V到上百V的脈沖，脈沖寬度可以達(dá)到lns以下。

　　階躍恢復(fù)一二極管(SRD)也是一種PN結(jié)二極管，但它在管芯設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)工藝上采取了一些特殊的措施，能夠獲得電流的階躍，可以用來(lái)產(chǎn)生很窄的脈沖。本文就著重討論使用階躍恢復(fù)二極管產(chǎn)生窄脈沖的方法。

　　脈沖發(fā)生器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　階躍二極管產(chǎn)生極窄脈沖的原理傳統(tǒng)窄脈沖產(chǎn)生的基本原理是通過(guò)器件所存儲(chǔ)能量經(jīng)由高速開(kāi)關(guān)器件快速放電而得到。提高輸出脈沖性能的途徑有兩個(gè)：增加器件存儲(chǔ)的能量，加快器件放電速度。這兩種方法都依賴(lài)于高速開(kāi)關(guān)器件，因此，高速開(kāi)關(guān)器件是超寬帶脈沖信號(hào)產(chǎn)生的關(guān)鍵。

　　階躍恢復(fù)二極管是一種充分利用少子儲(chǔ)存效應(yīng)的器件。作為一種PN結(jié)二極管，普通整流管要求正向時(shí)管子導(dǎo)通，反向截至，因此少子儲(chǔ)存效應(yīng)對(duì)整流器件顯然是不利的。而對(duì)階躍二極管，當(dāng)加上正向電壓時(shí)，大量少數(shù)載流子注入I層并儲(chǔ)存起來(lái)，反向時(shí)由于少子基本上被反向電場(chǎng)提取完畢，器件在極短的階躍時(shí)間內(nèi)關(guān)斷，關(guān)斷瞬間產(chǎn)生了電流跳變，形成一個(gè)很窄的脈沖。

　　理想的階躍恢復(fù)二極管在正向和反向偏置時(shí)，具有兩種阻抗?fàn)顟B(tài)。正向：

　　相當(dāng)于低阻抗短路狀態(tài);反向

　　為高阻抗?fàn)顟B(tài)。簡(jiǎn)化的脈沖串發(fā)生器電路如圖1所示。頻率為f，的激勵(lì)信號(hào)使階躍管正向?qū)?，直至二極管的儲(chǔ)存電荷釋放完為止，脈沖發(fā)生器的等效電路如圖2所示。此時(shí)輸出電壓維持在階躍管的接觸電勢(shì)Φ。與此同時(shí)，激勵(lì)電感L中儲(chǔ)存輸人信號(hào)的能量。當(dāng)輸入信號(hào)電壓同階躍管的偏壓大小相等、符號(hào)相反，而儲(chǔ)存電荷又降為零時(shí)，階躍二極管自低阻抗?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)為高阻抗?fàn)顟B(tài)。脈沖發(fā)生器的等效電路如圖3在R'上造成如下形式的阻尼振蕩 所示，激勵(lì)電感釋放其儲(chǔ)存能量，電壓：而p是阻尼振蕩角頻率

(3)

　　實(shí)際上，在負(fù)載R'上能觀察到半周期的僅僅是此阻尼振蕩波形的第一個(gè)，因?yàn)殡妷撼^(guò)管子的接觸電勢(shì)時(shí)，階躍二極管又重新處于低阻抗?fàn)顟B(tài)，輸出電壓將維持在Φ。所以在輸入頻率為f1的連續(xù)信號(hào)作用下，脈沖發(fā)生器的輸出電壓波形將是窄脈沖串，每個(gè)脈沖之間的間隔為1/f1，脈沖根部寬度為

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