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、一級隔直電容C6、Π型衰減器和二級隔直電容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。本實用新型實現(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(FCC)規(guī)定:相對帶寬(信號帶寬與中心頻率之比)大于20%，或在傳輸?shù)娜魏螘r刻絕對帶寬不小于500MHz的信號，其中信號帶寬為低于最高發(fā)射功率1dB的截止頻率間的帶寬。超寬帶信號，類似噪聲信號，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、有較好的時間分辨力，可以用于定位、跟蹤及雷達成像。
[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頻率，同時對脈沖寬度也能進行一定的控制，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，但其突出的缺點是脈沖幅值低，對數(shù)字電路作匹配操作相對因難，并且要想較精確的控制脈沖寬度還需建立在對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。階躍恢復二極管產(chǎn)生方式，重復頻率低，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)，脈沖寬度也能做到很窄(10ps量級)，但由于器件性能的限制，脈沖輸出幅值較小(一般較大時可做到幾伏量級)。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)，當電容值大時脈沖幅值高，但脈沖寬度也會變大，在應(yīng)用時要根據(jù)實際情況作調(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。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型提供了一種基于晶體管的超寬帶脈沖發(fā)生器，實現(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，為了達到上述目的，本實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、一級隔直電容C6、n型衰減器和二級隔直電容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，同時用于減小脈沖發(fā)生器和負載之間的不匹配，減小負載對fo振蕩器的中心頻率的牽引。
[0011 ]進一步，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)了兩個電感L2和L3。
[0012]進一步，所述的正反饋電感L4，連接晶體管Q2的基極。
[0013]進一步，所述的正反饋電感L4是指微帶電感。
[0014]本實用新型所產(chǎn)生的有益效果如下:
[0015]本實用新型提供了一種基于晶體管的超寬帶脈沖發(fā)生器，實現(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進行調(diào)諧。
【附圖說明】
[0016]圖1為本實用新型的整體框圖；
[0017]圖2為本實用新型的波形示意圖；
[0018]圖3為本實用新型的電路原理圖；
[0019]圖4為利用示波器實測本實用新型的輸出波形；
[0020]圖5為利用示波器實測本實用新型的輸出功率譜。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和具體的實施例來詳細的描述本實用新型，但本實用新型的保護范圍并不限于此。
[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，信號由輸入端In進入脈沖整形電路I，由脈沖整形電路I變換整形后的信號從節(jié)點b進入振蕩器2，由節(jié)點c輸出脈沖信號。
[0023]實施例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)信號輸入端口，Out端為超寬帶脈沖信號輸出端口。觸發(fā)信號經(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是專門用來對脈沖進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b同時作為輸出耦合電路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、一級隔直電容C6、n型衰減器3和二級隔直電容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，在集電極提供一個易于匹配的負阻抗；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的另一端與一級隔直電容C6相連，一級隔直電容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，減小負載對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的另一端連接二級隔直電容C7的一端，二級隔直電容C7的另一端即為Out端，Out端最終輸出超寬帶脈沖信號。
[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，當脈沖到來時，振蕩器2開始起振，脈沖結(jié)束時，振蕩器2也隨之停振。由于觸發(fā)脈沖通常比較寬，本實用新型采用微分電路4和微波晶體管Ql來進行脈沖整形。
[0026]如圖2所示，In波形為觸發(fā)信號在In端的波形，此時為不標準的方波信號;a波形為觸發(fā)信號在經(jīng)過微分電路后節(jié)點a處的波形，觸發(fā)信號在經(jīng)過微分電路后轉(zhuǎn)換為了尖脈沖波形;b波形為觸發(fā)信號在經(jīng)過脈沖整形電路I后，節(jié)點b處的波形，經(jīng)過微分電路和反相電路后，觸發(fā)信號已經(jīng)由最初的方波信號轉(zhuǎn)換為了反相的尖脈沖信號，其中有用信號為負電壓信號，該負電壓信號通過節(jié)點b饋給振蕩電路2，利用晶體管Q2的發(fā)射結(jié)進一步整形，并同時觸發(fā)晶體管Q2開始起振。當鄰近b波形中負峰值時，振蕩幅度達到最大，隨之開始減小，b波形中正電壓信號可以加快停振時的衰減速度。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。振蕩起振時間和振蕩衰減時間由電路中的電感電容儲能元件控制，振蕩中心頻率fο會受到脈沖整形電路的加載效應(yīng)的牽引。
[0027]觸發(fā)信號為CMOS電平，可以是一個時鐘信號或者經(jīng)過調(diào)制的單極性歸零碼數(shù)據(jù)信號。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]本實用新型已經(jīng)實現(xiàn)，如圖4和圖5所示，圖4為本實用新型利用示波器實際測得的輸出的脈沖波形，脈沖寬度為2ns，峰峰值約為2.4V;圖5為利用示波器實際測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，上述實施例是對本實用新型技術(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，只要沒超出本實用新型技術(shù)方案的思路和范圍，均應(yīng)包含在本實用新型所要求的權(quán)利范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
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、一級隔直電容C6、n型衰減器和二級隔直電容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，同時用于減小脈沖發(fā)生器和負載之間的不匹配，減小負載對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】H03K3/02GK205610598SQ201620433673
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月13日
【發(fā)明人】袁子倫, 韓艷偉, 唐朝云, 李冀, 肖巖
【申請人】鄭州聯(lián)睿電子科技有限公司