基于UWB技术的脉冲发生器的设计与实现

　　阶跃恢复二极管的工作依赖于载流子的复合，在设计电路时，为了获得高效率与高输出功率，二极管的载流子寿命τ愈长愈好，阶跃时间tst愈短愈好。τ下与tst;。是一对互相制约的参数，在选管子时应综合考虑，τ主要决定阶跃二极管的输入信

　　阶跃时间则决定了二极管高次谐波的上限，tst越小，则高次谐波越丰富，倍频效率越高。二极管产生谐波的上限频率以阶跃时间的倒数来定义，存在以下关系：

　　为避免传输线对脉冲发生器过载，在50Ω系统中，阶跃管阻抗的要求为l0(Q)

　　为避免传输线对脉冲发生器过载，在50Ω系统中，阶跃管阻抗的要求为l0(Q)
电路原理图

　　实际的脉冲发生器电路包括阶跃管、激励电感、高频调谐电容、阻抗匹配网络、偏置电路等，如图4所不。

　　(4)匹配网络设计

　　为了使脉冲发生器的输入电阻与信号源内阻(一般为50Ω)匹配，较简便的办法是采用变阻低通滤波器。匹配电路的简化等效电路如图5所示，该电路可看成是集中参数半节Г形阻抗变换器。对于这种电路，

　　(5)偏置电路设计

　　一般采用自偏置电路。自给偏置的产生过程简述如下：在外加交流电压超过二极管的接触电位差Φ的时间间隔内，二极管的正向电阻远小于R，信号源通过小的正向电阻向电容c.充电;当外加交流电压小于D值并使二极管进入反向工作区域时，二极管呈现很大的电阻(与R比较而言)，电容C1通过电阻R放电。如果C1R的时间常数比基波电压的周期大得多，则放电电流可以认为是一常数;于是在电阻R上就产生一个压降，其值为I0R，并反向地加在二极管上。由于这一偏压是整流电流引起的，所以随着激励电压幅度的变化，偏压随之改变，从而可以自动调节工作点。偏压电阻值可按下式估算：

　　c3的原理与c1一样，但其充放电过程与C1相反。如果电路中去掉c3则电路的输出端就没有一个压降，所得的脉冲就是一个高斯脉冲波形;如果电路中有C3，所得脉冲就是一个高斯脉冲的一阶导数。

　　实验结果

　　上述公式只能对元器件的值进行大概的估算，还要通过反复实践进行修正。笔者在电路调试过程中，为了得到较窄的脉冲宽度，反复实践修正元器件的值。利用信号发生器产生31MHz，24dBm的正弦波作为电路的触发信号源，c1和cc可选用几万pF的大电容，偏置电容C3的容值尽可能小。自偏置电阻R为几十Ω或几百Ω，通过对R的微调，可以改变产生脉冲的重复周期。cm和ct分别为7 8 0 p F和390+45pF。LM和L分别为30nH和70nH的空心电感线圈。其中微调激励电感L的感值对脉冲的波形影响尤为明显。图6是从示波器上观察到的高斯脉冲的一阶导数波形(有偏置电容c3)，脉宽1.5ns左右，Vpp为7V。

　　实践表明，有时理论计算的数值与实际电路的数值相差颇大，其可能的原因是：管子参数的误差及离散性较大;设计中没有考虑寄生参量以及输入回路与输出回路之间的影响;大信号(特别是过激励)的理论尚不完善。