超宽带极窄脉冲的产生及实现(晶体管雪崩效应)讲课教案
000基于脉冲形成网络的超宽带脉冲产生与设计
文章编号：1001-893X（2009）02-0029-04基于脉冲形成网络的超宽带脉冲产生与设计∗田波，邓茗春（空军工程大学导弹学院，陕西三原713800）摘要：分析了超宽带天线对冲击脉冲波形的要求。
利用阶跃恢复二极管和微带传输线，通过延迟的方法设计并制作了超宽带双极脉冲发生器。
根据超宽带脉冲发生器产生的脉冲参数，通过理论分析和时域有限差分法（FDTD）仿真，给出了一种微带脉冲形成网络的设计方法，并利用该方法成功地产生了纳秒级宽度的双极性超宽带窄脉冲信号。
测量结果表明：经过脉冲形成网络产生的信号具有良好的波形，且拖尾振荡小，有利于提高天线的辐射效率。
关键词：超宽带天线；脉冲形成网络；冲击脉冲；时域有限差分法中图分类号：TN914.3 文献标示码：AUWB Pulse Generation Based on Pulse Forming NetworkTIAN Bo，DENG Ming-chun（The Missile Institute，Air Force Engineering University，Sanyuan 713800，China）Abstract：The requirement of ultra wideband（UWB）antenna for pulse waveform is analyzed. Then using step recovery diode（SRD）and microstrip transmission line，a UWB monocycle pulse generator is designed by means of intervention and elimination. According to the parameters of the generated pulse and theory analysis and FDTD simulation results，a method based on pulse forming network is presented. The measured result shows that the waveform of bipolar pulse is good，and the ringing level is low. This pulse generator can be used to improve the radiation efficiency of UWB antenna.Key words：ultra wideband（UWB）antenna；pulse forming network；impulse；FDTD method1 引言随着微电子技术的进步和高速器件的发展，超宽带（UWB）无线技术开始走向商业化。
宽带匹配的低失真单周期超窄脉冲发生器
宽带匹配的低失真单周期超窄脉冲发生器黄辉;李楚宝;欧阳缮【摘要】针对传统单周期超窄脉冲发生器存在脉冲振铃大、拖尾长、对称性差以及与天线匹配特性不好导致波形失真而影响系统性能的问题,提出了宽带匹配的低失真单周期超窄脉冲发生器.该发生器由阶跃恢复二极管产生下降沿锐化的高斯脉冲后,利用肖特基二极管压制高斯脉冲的振荡以抑制振铃,采用微带滤波器对整形后的高斯脉冲高通滤波并保证输出端口的宽带匹配特性以消除拖尾.实测结果表明,所设计发生器能够产生峰峰值为 7.64 V,脉宽小于 500 ps且无拖尾,振铃小于 10%、对称性为 90%的单周期超窄脉冲,从而在保证波形质量的前提下提高了脉冲幅度,设计简单、低成本的特点使其具有较高的工程价值.%A wide-band matched low distortion ultra-short monocycle pulse generator was proposed to conquer the high ringing,long trailing,poor pulse symmetry and deteriorate of the system performance because of mis-match with antenna.Firstly,a SRD was used as a waveform edge sharpener to generate a fast falling edge Gaussian-like pulse.Then a schottky was employed to suppress the rounding of the Gaussian-like pulse to mini-mum theringing.Meanwhile,the trailing was eliminated with the formed Gaussian-like pulse highpass-filtered by a microstrip filter to ensure the wide-band matching of the output port.The measured results showed that the output waveform of the generator had 7.64 V peak-to-peak amplitude,less than 500 ps pulse duration with no trailing,10% of the ringing level and 90% symmetry.So the pulse amplitude increased without the waveform quality loss.【期刊名称】《探测与控制学报》【年(卷),期】2018(040)003【总页数】6页(P103-107,113)【关键词】冲激雷达;低失真;单周期超窄脉冲;宽带匹配【作者】黄辉;李楚宝;欧阳缮【作者单位】西安机电信息技术研究所,陕西西安 710065;西安机电信息技术研究所,陕西西安 710065;西安电子科学大学电子工程学院,陕西西安 710071【正文语种】中文【中图分类】TN911.230 引言单周期超窄脉冲发生器是高精度冲激脉冲定距超宽带雷达的关键电路，要求所产生脉冲具有较大的发射功率(探测距离)、较窄的脉宽(皮秒级)和高质量的波形即对称性好、振铃低[1-2]。
新型超宽带穿墙雷达单周期窄脉冲产生技术
收稿日期：２０１０－０３－２６基金项目：国家“八六三”计划项目（２００７ＡＡ１２Ｚ１２４）作者简介：刘丽华（１９８１—），女，博士生，Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉｕｌｉｈｕａ．ｉｅ＠ｇｍａｉｌ．ｃｏｍ；方广有（１９６３—），男，研究员，博士生导师．第３１卷 第１期２０１１年１月北京理工大学学报Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＶｏｌ．３１ Ｎｏ．１Ｊａｎ．２０１１新型超宽带穿墙雷达单周期窄脉冲产生技术刘丽华１，２， 戴舜１，２， 谢义方３， 方广有１（１．中国科学院电子学研究所，北京 １００１９０；２．中国科学院研究生院，北京 １００１９０；３．中国科学院空间科学与应用研究中心，北京 １００１９０）摘 要：提出了一种电路结构简单、成本低廉的新型单周期窄脉冲产生方法，设计的脉冲产生电路主要由基于阶跃恢复二极管和微波三极管的脉冲产生电路，基于肖特基二极管和终端并联短截线的脉冲整形电路以及ＲＣ微分电路三部分组成．分析了电路各部分的工作原理和设计方法，并利用ＡＤＳ软件对整个电路进行仿真．实验测试结果表明，设计的脉冲产生电路能够产生峰峰值为７．６Ｖ、脉宽为５００ｐｓ的单周期脉冲信号，且脉冲振铃小、波形质量高，与软件仿真结果基本吻合，是一种适用于超宽带穿墙探测雷达系统的单周期脉冲发射机电路．关键词：超宽带雷达；单周期脉冲；阶跃恢复二极管；微波三极管；终端并联短截线中图分类号：ＴＮ ９５９．１ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００１－０６４５（２０１１）０１－００９２－０４Ａ Ｎｏｖｅｌ Ｕｌｔｒａ－Ｓｈｏｒｔ Ｍｏｎｏｃｙｃｌｅ Ｐｕｌｓｅ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｆｏｒ Ｕｌｔｒａ－ＷｉｄｅｂａｎｄＴｈｒｏｕｇｈ－Ｗａｌｌ Ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ ＲａｄａｒＬＩＵ Ｌｉ－ｈｕａ１，２， ＤＡＩ Ｓｈｕｎ１，２， ＸＩＥ Ｙｉ－ｆａｎｇ３， ＦＡＮＧ Ｇｕａｎｇ－ｙｏｕ１（１．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，ｔｈｅ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １００１９０，Ｃｈｉｎａ；２．Ｇｒａｄｕａｔｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ｔｈｅ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １００１９０，Ｃｈｉｎａ；３．Ｃｅｎｔｅｒ ｆｏｒ Ｓｐａｃｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，ｔｈｅ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １００１９０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｎｏｖｅｌ，ｃｏｍｐａｃｔ，ａｎｄ ｌｏｗ－ｃｏｓｔ ｕｌｔｒａ－ｓｈｏｒｔ ｍｏｎｏｃｙｃｌｅ ｐｕｌｓｅ ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｉｔ ｉｓ ｍａｉｎｌｙ ｃｏｎｓｉｓｔ ｏｆ ｔｈｒｅｅ ｐａｒｔｓ：ｔｈｅ ｐｕｌｓｅ ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ ｃｉｒｃｕｉｔ ｃｏｍｐｏｓｅｄ ｏｆ ｓｔｅｐｒｅｃｏｖｅｒｙ ｄｉｏｄｅ ａｎｄ ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ，ｔｈｅ ｐｕｌｓｅ ｓｈａｐｉｎｇ ｃｉｒｃｕｉｔ ｗｉｔｈ Ｓｃｈｏｔｔｋｙ ｄｉｏｄｅ ａｎｄｔｅｒｍｉｎａｔｅｄ ｓｈｕｎｔ ｓｔｕｂ，ａｎｄ ｔｈｅ ＲＣ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｃｉｒｃｕｉｔ．Ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ｗｈｏｌｅｃｉｒｃｕｉｔ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ｗａｓ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ＡＤＳ ｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｏｕｔｐｕｔ ｗａｖｅｆｏｒｍ ｈａｓ ７．６Ｖｐｅａｋ－ｔｏ－ｐｅａｋ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ａｎｄ ５００ｐｓ ｐｕｌｓｅ ｄｕｒａｔｉｏｎ ｗｉｔｈｖｅｒｙ ｌｏｗ ｒｉｎｇｉｎｇ ｌｅｖｅｌ．Ｇｏｏｄ ａｇｒｅｅｍｅｎｔ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ ａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｓ ａｃｈｉｅｖｅｄ．Ｔｈｅ ｍｏｎｏｃｙｃｌｅ ｐｕｌｓｅ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｉｓ ｖｅｒｙ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ ｔｈｒｏｕｇｈ－ｗａｌｌ ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ ｒａｄａｒ ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔｈｒｏｕｇｈ－ｗａｌｌ ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ ｒａｄａｒ；ｍｏｎｏｃｙｃｌｅ ｐｕｌｓｅ；ｓｔｅｐ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｄｉｏｄｅ；ｍｉｃｒｏｗａｖｅｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；ｔｅｒｍｉｎａｔｅｄ ｓｈｕｎｔ ｓｔｕｂ 近年来，超宽带技术得到了快速的发展，超宽带雷达由于发射脉冲信号的超宽频带特性，使其具有很强的穿透性和很高的距离分辨率．在超宽带雷达的各项关键技术中，窄脉冲信号发生器一直是射频电路研究领域中倍受关注的技术问题．窄脉冲产生的方法大致可以分为２类：①利用数字电路的逻辑器件特性［１］来实现所需脉冲信号的产生，利用这种方法产生单极性脉冲，方法简单，有利于与数字电路系统兼容，但所产生的脉冲宽度为纳秒量级，且幅度很低；②利用各种高速的模拟开关器件，结合脉冲整形网络产生满足要求的脉冲．目前大多采用后一类方法，常用器件包括阶跃恢复二极管（ＳＲＤ）［２－４］、雪崩晶体三极管［５－６］等．阶跃恢复二极管是利用它正向导通但反向并不能立即截止的渡越特性，可以生成幅度为几伏到几十伏、宽度为几百皮秒的脉冲；雪崩三极管是利用晶体管的雪崩击穿特性，生成脉冲的幅度可达几十伏到几百伏．但是，文献中介绍的脉冲方法绝大部分都是单极性高斯脉冲，在实际的应用中，单周期脉冲具有频带宽、辐射效率高的优点，在超宽带雷达系统中具有很好的应用前景．目前，单周期脉冲多在高斯脉冲的基础上通过短路型微带传输线［７－９］的反射得到，这种方法得到的脉冲幅度一般较小，多为毫伏量级，需要增加价格昂贵的宽带放大器才能满足系统对发射功率的指标要求．作者针对目前超宽带系统对单周期脉冲的切实需求，以及目前产生的单周期脉冲信号幅度小、波形差的现状，结合以上脉冲产生方法的优缺点，提出一种基于阶跃恢复二极管、微波三极管、肖特基二极管、终端并联短线和ＲＣ微分电路的单周期窄脉冲产生方法．其特点是形成的单周期脉冲幅度大、振铃小，且电路结构简单小巧．经测试，产生的单周期脉冲宽度为５００ｐｓ，电压幅度峰峰值为７．６Ｖ，比文献［３－４］中所提方法产生的皮秒级单周期脉冲在幅度上要大很多，满足超宽带穿墙雷达系统实现短距离探测对发射机对发射功率以及距离分辨率的应用要求，对实际的工程应用也有较好的参考价值．１ 冲激脉冲信号超宽带（ＵＷＢ）技术中最常用的脉冲波形是高斯脉冲或其微分形式．基本的单极性高斯脉冲时域表达式为ｓ（ｔ）＝１２槡πσｅｘｐ－ｔ２２σ（）２．（１）式中σ表示高斯信号的均方差，称为脉宽因子．高斯脉冲的功率谱密度为Ｓ（ω）２＝ｅｘｐ［－（２πωσ）２］．（２）直流分量Ｓ（０）２＝１，即信号频谱中直流分量最大．高斯脉冲的一次微分即为单周期脉冲，其表达式为ｓ１（ｔ）＝－ｔ２槡πσ３ｅｘｐ－ｔ２２σ（）２．（３） 对应的功率谱密度表达式为Ｓ１（ω）２＝（２πω）２ｅｘｐ［－（２πωσ）２］，（４）其中Ｓ１（０）２＝０，即单周期高斯脉冲直流分量为０．根据式（１）（３），当脉宽因子σ取值相同时，单极性高斯脉冲和单周期高斯脉冲的时域波形及其频谱如图１所示．图１ 单极性高斯脉冲与单周期脉冲时域波形及其频谱Ｆｉｇ．１ Ｗａｖｅｆｏｒｍ ａｎｄ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｏｆ ｍｏｎｏｐｏｌａｒ ｐｕｌｓｅ ｔｏｇｅｔｈｅｒｗｉｔｈ ｍｏｎｏｃｙｃｌｅ ｐｕｌｓｅ 从脉冲频谱可知，单极性高斯脉冲的主要频谱分量集中在低频部分，而单周期脉冲低频成分相对较少，具有更高的中心频率．在脉宽相同的情况下，单周期脉冲相比单极性高斯脉冲具有更宽的频带．在实际应用中，由于天线具有高通效应，低频能量无法辐射出去，同时在系统内部产生反射振荡，这种信号失真降低了系统的动态范围，尤其是近距离探测能力，因此，单周期脉冲作为发射信号是系统所期望的．２ 电路设计与仿真阶跃恢复二极管是产生窄脉冲的有效方法之一，本文中提出了一种基于普通二极管ｓｐｉｃｅ参数及非线性电容和非线性电阻的阶跃恢复二极管模型，如图２所示．模型中的二极管为普通二极管，Ｃｐ为二极管的封装电容，Ｌｐ为二极管的引线电感，Ｒｊ和Ｃｊ分别表示随二极管两端变化而变化的结电阻和结电容．该模型既表现了二极管的一般特性，又体现了ＳＲＤ的特殊性质，能较好地体现ＳＲＤ的电特性．设计中，ＳＲＤ选用Ｍｅｔｅｌｉｃｓ公司的ＳＭＭＤ８３０，经过测试，可以绘出ＳＲＤ的伏安特性曲线，并３９第１期刘丽华等：新型超宽带穿墙雷达单周期窄脉冲产生技术图２ 阶跃恢复二极管模型Ｆｉｇ．２ Ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｓｔｅｐ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｄｉｏｄｅ由伏安特性导出不同偏置下的结电阻Ｒｊ，可知ＳＲＤ的结电阻为可变电阻，电阻随偏置电压的增大而变小．ＳＲＤ结电容Ｃｊ与结电阻的性质类似，随着正向偏置电压的升高，结电容增大．图３所示为单周期脉冲产生电路原理图，由高斯脉冲形成电路、脉冲整形电路以及ＲＣ微分电路３部分组成，其中Ｑ１和Ｑ２为微波宽带三极管，Ｄ２为肖特基二极管，Ｄ３为ＳＲＤ，Ｃ１和Ｃ２为充放电电容．图３ 单周期超短脉冲产生电路原理图Ｆｉｇ．３ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｏｆ ｕｌｔｒａ－ｓｈｏｒｔ ｍｏｎｏｃｙｃｌｅ ｐｕｌｓｅ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ第１部分为高斯脉冲形成电路，由微波三极管开关电路、充放电电容以及ＳＲＤ组成．开始时，三极管Ｑ１和Ｑ２截止，偏置电压通过电阻Ｒ２对Ｃ２充电，ＳＲＤ管正向偏置；当ｃｌｏｃｋ脉冲到来时，Ｑ１和Ｑ２迅速由截止状态进入饱和状态，此时Ｃ２，Ｒ３，ＳＲＤ构成一个回路，Ｃ２上集聚的电荷通过电阻Ｒ３放电，在ＳＲＤ管的正极形成边沿较快的高斯脉冲信号．电路中Ｃ２和Ｒ３的取值共同决定了脉冲信号的脉宽与幅度，当它们的取值较大时，脉冲幅度较大，同时脉宽较宽．第２部分为脉冲整形电路，由肖特基二极管和终端并联短截线组成，对高斯脉冲进行两次整形，获得边沿很快的单极性高斯脉冲．肖特基二极管Ｄ２具有理想的开关特性，可以截去脉冲底部的一部分杂波．终端并联短截线的作用是在脉冲形成电路与ＲＣ微分电路之间形成阻抗匹配网络，可以消除很大一部分振铃，其代价是同时牺牲小部分脉冲幅度．电路中终端并联短截线长度Ｌ决定了反射信号相对入射信号的延时，从而决定了整形后的脉冲宽度，长度Ｌ须满足Ｌ＝ｃｔｇ２ε槡ｒ．（５）式中：εｒ为微带传输线的有效介电常数；ｔｇ为脉冲宽度；ｃ为真空中的光速．第３部分为微分电路［１０－１１］，由负载电阻及电容Ｃ３组成，将前级整形后的单极性高斯脉冲变换为幅度较大且波形质量好的单周期脉冲．微分电路的时间常数τ＝ＲＬＣ３，Ｖ２（ｔ）为整形后的波形，电容Ｃ３充放电过程中，负载电阻ＲＬ两端的电压Ｖ０（ｔ）随时间按指数规律变化，将Ｖ２（ｔ）的上升沿和下降沿变换为正负尖脉冲，其表达式为Ｖ０（ｔ）＝τｄＶ２（ｔ）ｄｔ．（６）可知，电路输出电压Ｖ０（ｔ）与Ｖ２（ｔ）的一阶微分成正比，所以，若不对前级单极性脉冲边沿进行整形，则经微分电路后的脉冲波形不仅脉冲幅度很小，且对称性很差，无法满足系统对发射信号的应用要求．基于ＳＲＤ模型，利用ＡＤＳ软件对图３所示电路进行仿真，激励信号为周期１ＭＨｚ，幅度２Ｖ的方波，图４为电路仿真输出波形，从仿真结果可以看出，输出脉冲宽度为４７０ｐｓ，脉冲幅度为±４．８Ｖ．图４ 周期脉冲产生电路仿真结果Ｆｉｇ．４ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ｍｏｎｏｃｙｃｌｅ ｐｕｌｓｅ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｃｉｒｃｕｉｔ３ 实际测试结果图５为单周期脉冲输出信号的实测结果，测量仪器为Ｔｅｋｔｒｏｎｉｘ ＴＤＳ６８０４Ｂ．电路的触发信号为１ＭＨｚ重复频率，幅度２Ｖ的方波信号．图５（ａ）为实测的脉冲时域波形，脉冲宽度为５００ｐｓ，电压幅度为±３．８Ｖ，图５（ｂ）为对应的幅频谱曲线，该脉冲－１０ｄＢ带宽为４．７ＧＨｚ．与图４对比，实测脉冲的幅度比仿真结果小，但脉冲宽度与仿真结果基本吻合．实验结果表明，实测的单周期脉冲不仅对称性很好，且脉冲振铃小，波形理想．４９北京理工大学学报第３１卷图５ 实际测量结果Ｆｉｇ．５ Ｍｅａｓｕｒｅｄ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｍｏｎｏｃｙｃｌｅ ｐｕｌｓｅ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｃｉｒｃｕｉｔ４ 结 论 采用阶跃恢复二极管、微波三极管、肖特基二极管为核心器件，以充放电电容以及终端并联短截线为辅助元件产生单周期脉冲．重点分析了电路各部分的工作原理，并利用ＡＤＳ软件进行ＳＲＤ建模和电路仿真．实验测试结果表明，该电路产生的单周期脉冲波形质量好，与仿真结果基本吻合．目前，该脉冲发生器已成功应用于穿墙探测雷达系统发射机中，该脉冲与天线的匹配性很好，辐射效率更高，且辐射信号的振铃得到了有效抑制，提高了穿墙探测雷达目标检测能力．参考文献：［１］Ｆｏｎｔａｎａ Ｒ Ｊ．Ｒｅｃｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｓｈｏｒｔ－ｐｕｌｓｅｕｌｔｒａ－ｗｉｄｅｂａｎｄ（ＵＷＢ）ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ［Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ Ｍｉ－ｃｒｏｗａｖｅ Ｔｈｅｏｒｙ Ｔｅｃｈ，２００４，５２（９）：２０８７－２１０４．［２］Ｐｒｏｔｉｖａ Ｐ，Ｍｒｋｖｉｃａ Ｉ，Ｍａｃｈａｃ Ｊ．Ａ ｃｏｍｐａｃｔ ｓｔｅｐ ｒｅｃｏｖ－ｅｒｙ ｄｉｏｄｅ ｓｕｂｎａｎｏｓｅｃｏｎｄ ｐｕｌｓｅ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ［Ｊ］．Ｍｉｃｒｏｗａｖｅａｎｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ，２０１０，５２（２）：４３８－４４０． ［３］Ｈａｎ Ｊｅｏｎｇｗｏｏ，Ｃａｍ Ｎｇｕｙｅｎ．Ａ ｎｅｗ ｕｌｔｒａ－ｗｉｄｅｂａｎｄ，ｕｌｔｒａ－ｓｈｏｒｔ ｍｏｎｏｃｙｃｌｅ ｐｕｌｓｅ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｗｉｔｈ ｒｅｄｕｃｅｄ ｒｉｎ－ｇｉｎｇ［Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｍｉｃｒｏｗ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｃｏｍｐｏｎ ｌｅｔｔ，２００２，１２（６）：２０６－２０８．［４］周建明，费元春．新型超宽带雷达发射机技术［Ｊ］．兵工学报，２００８，２９（２）：２４０－２４３．Ｚｈｏｕ Ｊｉａｎｍｉｎｇ，Ｆｅｉ Ｙｕａｎｃｈｕｎ．Ｎｏｖｅｌ ｕｌｔｒａ－ｗｉｄｅｂａｎｄ ｒａ－ｄａｒ ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ［Ｊ］．ＡＣＴＡ Ａｒｍａｍｅｎｔａｒｉｉ，２００８，２９（２）：２４０－２４３．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ）［５］杨峰，薛泉，陈志豪．一种基于射频三极管的高斯脉冲发生器的设计［Ｊ］．通信学报，２００５，２６（１０）：６９－７１．Ｙａｎｇ Ｆｅｎｇ，Ｘｕｅ Ｑｕａｎ，Ｃｈｅｎ Ｚｈｉｈａｏ．Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｓｕｂ－ｎａｎｏｓｅｃｏｎｄ Ｇａｕｓｓｉａｎ ｐｕｌｓｅ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ＲＦｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，２００５，２６（１０）：６９－７１．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ）［６］Ｒｅｉｓｅｎｚａｈｎ Ａ，Ｂｕｃｈｅｇｇｅｒ Ｔ，Ｋａｉｎｅｄｅｒ Ｇ，ｅｔ ａｌ．Ａ ｌｏｗ－ｃｏｓｔ ＵＷＢ ｒａｄａｒ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｓｅｎｓｉｎｇ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｃ］∥ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ Ｄｉｇｅｓｔ．Ｗａｌｔｈａｍ，ＵＳＡ：ＩＥＥＥ，２００６：２９９－３０２．［７］Ｌｅｅ Ｊ Ｓ，Ｎｇｕｙｅｎ Ｃ，Ｓｃｕｌｌｉｏｎ Ｔ．Ａ ｎｏｖｅｌ ｃｏｍｐａｃｔ ｌｏｗ－ｃｏｓｔ ｉｍｐｕｌｓｅ ｇｒｏｕｎｄ ｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇ ｒａｄａｒ ｆｏｒ ｎｏｎｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｐａｖｅｍｅｎｔｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＭｅａｓ，２００４，５３（６）：１５０２－１５０９．［８］周建明，费元春．ＳＲＤ建模及其在冲激脉冲产生电路中的应用［Ｊ］．北京理工大学学报，２００７，２７（１）：５５－５８．Ｚｈｏｕ Ｊｉａｎｍｉｎｇ，Ｆｅｉ Ｙｕａｎｃｈｕｎ．Ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｏｆ ＳＲＤ ａｎｄ ｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ｉｍｐｕｌｓｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｃｉｒｃｕｉｔ［Ｊ］．Ｔｒａｎｓａｃ－ｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００７，２７（１）：５５－５８．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ）［９］Ｚｈａｎｇ Ｃ，Ｎｇｕｙｅｎ Ａ Ｅ．Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ ｐｉｃｏ－ｐｕｌｓｅ ｇｅｎ－ｅｒａｔｏｒ ｆｏｒ ＵＷＢ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｃ］∥ＩＥＥＥ ＭＴＴ－Ｓ Ｉｎｔｅｒｎａ－ｔｉｏｎａｌ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ Ｄｉｇｅｓｔ．Ｓａｎ Ｆｒａｎｃｉｓｃｏ，ＵＳＡ：ＩＥＥＥ，２００６：４０７－４１０．［１０］倪原，郭玉平，杨辉．穿墙探测雷达中脉冲产生技术的研究［Ｊ］．西安工业大学学报，２００９，２９（１）：６７－７０．Ｎｉ Ｙｕａｎ，Ｇｕｏ Ｙｕｐｉｎｇ，Ｙａｎｇ Ｈｕｉ．Ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｉｍｐｕｌｓｅｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｉｎ ＴＷＳＲ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｘｉ ａｎ ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２００９，２９（１）：６７－７０．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ）［１１］Ｌｉｎ Ｗｕｎｂｉ，Ｌｉｕ Ｙｉｎｇｔｅ，Ｃｈｅｎ Ｆｕｃｈｉａｎｇ．Ａ ｎｅｗ ｕｌｔｒａ－ｗｉｄｅｂａｎｄ ｍｏｎｏｃｙｃｌｅ ｐｕｌｓｅ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｕｓｉｎｇ ｓｅｃｏｎｄ－ｏｒｄｅｒｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｃｉｒｃｕｉｔ［Ｃ］∥Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ３８ｔｈ ＥｕｒｏｐｅａｎＭｉｃｒｏｗａｖｅ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ．Ａｍｓｔｅｒｄａｍ，Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ：［ｓ．ｎ．］，２００８：１５８５－１５８８．（责任编辑：刘芳）５９第１期刘丽华等：新型超宽带穿墙雷达单周期窄脉冲产生技术。
超宽带实现技术-PPT
4-BOK:
S (t) (1 ai,1 )(2ai,2 1)C1 (t) ai,1 (1 2ai,2 )C2 (t)
ai,1, ai,2 0,1
C1(t)、C2 (t) 分别为正交脉冲串
不同组得正交脉 冲串可以对应不 同得用户(多址)
Input data: ai,2ai,1
00 01 10 11
4-DPIM 1
2
0
相对于 PPM,DPIM得传输速率更高。
脉冲波形调制(PSM, Pulse Shape
Modulation) 便于相干解调
脉冲形状也可以用于脉冲调制,一般使用正交得不同脉冲来实现调制。
S(t) ais0 (t) (1 ai )s1(t) p(t kTf ) k s0 (t)，s1(t) 代表相互正交的不同 脉冲
序列d得一般表达式如下:
d j c jTc a j
极窄脉冲发生器(不考虑脉冲形状)
脉冲发生器在超宽带无线通信系统中占据着极其重要得 地位,就是UWB系统中独特得关键部件之一
可以产生纳秒、皮秒级窄脉冲得高速器件有隧道二极管、 阶跃恢复二极管、雪崩晶体管等器件。
✓ 隧道二极管与阶跃恢复二极管所产生得脉冲,上升时间可以达到 几十到几百皮秒,但其幅度较小,一般为几百毫伏得量级。
没有离散谱线
由
Pe Q(
(a2 a1)2 Eb )
2(
2 a
a2 )
N0
Pe Q(
2Eb ) N0
比OOK有3dB得优势
脉冲位置调制(PPM)
典型得2-PPM:当调制数据为“0”得时候,脉冲位置不变, 脉冲间隔仍然就是脉冲周期;当调制数据为“1”得时候,出 现一个偏移。
s t p(t kTf bk p ) k
三极管雪崩窄脉冲电路设计
三极管雪崩窄脉冲电路设计雪崩窄脉冲电路是一种常见的电路设计，用于产生窄脉冲信号。
在设计这种电路之前，我们需要了解三极管的基本工作原理和雪崩效应。
1.三极管的基本原理三极管是一种功率放大器，由三个区域组成：发射区、基区和集电区。
在正常工作状态下，当向基区施加一个偏置电压时，就会形成一个基电流。
这个基电流会通过发射区流过三极管，并控制集电区的电流。
通过施加适当的电压和电流，我们可以控制三极管的工作状态。
2.雪崩效应雪崩效应是指当三极管的集电电压超过一定阈值时，由于电场引起的电子碰撞，电流会出现非线性增长。
这个阈值被称为雪崩电压。
下面我们将介绍如何设计一个简单的雪崩窄脉冲电路。
3.1电源首先，我们需要选择一个适当的电源，以供电给我们的电路。
通常，三极管工作时需要较高的电源电压。
选择一个适当的电源电压，比如12V或24V。
3.2驱动电路为了控制三极管的工作，我们需要设计一个驱动电路。
这个电路可以是一个晶体管开关电路，它可以将低电压输入转换为高电压输出。
这个驱动电路可以通过一个脉冲发生器产生一个窄脉冲信号。
3.3雪崩三极管选择一个合适的雪崩三极管，它必须具有合适的电流-电压特性。
选择一个具有较高的雪崩电压的三极管，以确保在工作条件下不会发生雪崩效应。
3.4放大电路设计一个放大电路，它可以将驱动电路产生的脉冲信号放大到足够的电平，以控制雪崩三极管的工作。
这个电路可以是一个共射放大器电路，其中三极管的集电极作为输出。
3.5雪崩电路保护为了防止雪崩电路的过电流和过电压，可以添加保护电路。
这个保护电路可以是一个限流电阻或一个熔断器。
3.6输出电路最后，设计一个输出电路，可以连接到雪崩三极管的集电极。
这个输出电路可以是一个电阻和一个负载，它可以将脉冲信号输出到外部电路。
总结：。
W波段雪崩管窄脉冲调制器的研究讲解过程
W波段雪崩管窄脉冲调制器的研究讲解过程
中心论题：脉冲调制器的基本组成和工作原理
电路设计
波形分析和实验测试
解决方案：利用方波发生器4060和触发单稳态触发器74LS123产生脉宽可调的脉冲周期信号
脉冲变换及调制脉冲产生
随着毫米波固态器件的发展，毫米波近程探测器逐渐从Ka波段转向W波段。
本文的应用背景就是一部W波段的主被动复合探测器系统，它是通过主动毫米波雷达和被动毫米波辐射计进行复合工作，对目标进行测距、定位和目标识别的微小型探测器。
脉冲调制器是本系统中的重要组成部分，它除了调制射频功率源外，还为系统的测距电路和信号处理电路提供基准信号和触发信号。
本系统的射频功率源由雪崩二极管振荡器产生，它与体效应管振荡器相比，工作频率高、功率大，但对脉冲调制器的瞬态驱动电流要求也高。
具体的指标要求是：瞬态脉冲电流不小于15A，此时电源电压不高于25V，脉冲宽度不大于100ns，脉冲占空比小于二百分之一，另外上升沿和下降沿时间为10ns左右，顶部的压降率不超过10%。
本文的重点就是研究如何产生这样的脉冲来达到系统的要求。
脉冲调制器的基本组成和工作原理
脉冲调制器主要由调制开关、储能元件、充电及隔离元件、旁通元件等四部分组成，如图1所示。
各部分的功能作用如下：
充电及隔离元件有电阻和电感两种。
其作用是：对储能元件按一定方式进行充电，把高压电源同调制开关隔开，避免在调制开关接通时高压电源过载。
储能元件一般为耐压值和容值较大的电容。
其作用是：在较长的脉冲间歇期间从高压电源获取能量并不断储存起来，而在极短的脉冲工作期间把能量转交给振荡器。
这样，高压电。
应用于超宽带穿墙雷达的极窄脉冲发生器设计
应用于超宽带穿墙雷达的极窄脉冲发生器设计作者：王帮耀刘晓云来源：《现代电子技术》2008年第19期摘要：介绍了一种可用于超宽带(UWB)穿墙雷达的脉冲发生电路，讨论并分析了UWB中几种常用窄脉冲产生方法的特点及其局限性。
基于雪崩三极管和射频双极性晶体管的雪崩特性，设计并制作了UWB脉冲电路发生器，指出电路中需要注意的事项及改进脉冲性能的方法，并获得亚纳秒级的超短、快速前沿的单极性UWB脉冲，幅度为28 V，宽度为0.95 ns。
关键词：超宽带；纳秒；脉冲发生器；雪崩特性；穿墙雷达；射频三极管中图分类号：TN911文献标识码：B文章编号：1004373X(2008)1900703Design of Ultra-narrow Pulse Generator in Ultra-wideband Through-wall RadarWANG Bangyao,LIU Xiaoyun(School of Automation Engineering,University of Electronic Science and Technology of China,Chengdu,610054,China)Abstract：A pulse generator used in through-wall Ultra Wideband (UWB) radar is introduced.Several kinds of commonly used narrow pulse generating methods are presented and their merits and limitations are analysed.Based on the avalanche characteristicof avlanch transistor and RF-BJT,sub-nanosecond UWB pulse is designed and fabricated with satisfying result of 28 V amplitude and pulse width of 0.95 ns.Key points and improvements are also discussed.Keywords：ultra-wideband;nanosecond;pulse generator;avalanche effect;through-wall radar;RF transistor1 引言超宽带(Ultra Wideband)，也叫作数据脉冲，指相对其中心频率有高比例的带宽。
超宽带窄脉冲的设计与实现
参考文献 1. 朱慧, 苏锐. 超宽带技术概述[J]. 信息技 术2006年11期, 2006-05-23 2. Kim H., Joo Y., All-digital low-power CMOS pulse generator for UWB system[J]. IEE Electronics Letters Vol. 40, No 24, pp. 1534– 1535, November 2004 3. 黄堂森. 用于超宽带穿墙雷达的窄脉冲 产生技术[J]. 电子科技2007年2期, 2006-08 4. 张海平. 超宽带(U W B)窄脉冲发生器 的研究[D]. 西南交通大学硕士学位论文, 2007-05
图4 重复频率2MHz的脉冲串 图5 晶体管方法生成窄脉冲的原理图
万方数据
69 Electronic Design & Application World-Nikkei Elect窄脉冲
可以实现宽度的实时可控。此外使 用一些集成度较高的成熟芯片，增 强了电路的简易性，也增加了整个 系统的集成度。缺点是脉冲信号功 率有限，而且脉宽也受限于集成芯 片速度，不易做到很窄。
参考文献(4条)
1.张海平 超宽带(UWB)窜脉冲发生器的研究 2007
2.黄堂森 用于超宽带穿墙雷达的窄脉冲产生技术[期刊论文]-电子科技 2007(02)
3.Kim H;Joo Y All-digital low-power CMOS pulse generator for UWB system[外文期刊] 2004(24)
4.朱慧;苏锐 超宽带技术概迷[期刊论文]-信息技术 2006(11)
本文读者也读过(10条) 1. 田野.孙宏宁.祖大鹏.Tian Ye.Sun Hongning.Zu Dapeng 基于MultisimV7平台的组合逻辑电路中竞争冒险的分析[期刊论文]-哈尔 滨师范大学自然科学学报2005,21(4) 2. 吴兰臻.Wu Lanzhen 基于三值模型的竞争冒险检测[期刊论文]-仪器仪表用户2001,8(1) 3. 崔瑞雪.张增良.周涛.CUI Rui-xue.ZHANG Zeng-liang.ZHOU Tao 可编程逻辑器件的竞争-冒险现象[期刊论文]-华北航天工业学院 学报2005,15(2) 4. 韩芳.张亚 EDA技术在竞争-冒险现象教学中的应用[期刊论文]-福建电脑2008,24(12) 5. 王春侠 CPLD应用中计数器竞争-冒险现象的一种消除方法[期刊论文]-陕西工学院学报(自然科学版)2003,19(2) 6. 张洁.宋晓丹.ZHANG Jie.SONG Xiao-dan 计数电路中竞争冒险消除的一种方法[期刊论文]-上饶师范学院学报2005,25(3) 7. 宁敏东.熊中朝.杨犀.NING Min-dong.XIONG Zhong-chao.YANG Xi 竞争冒险实验电路的设计与测试[期刊论文]-洛阳师范学院学报 2006,25(5) 8. 沈济民 组合逻辑电路中的竞争冒险现象[期刊论文]-南京广播电视大学学报2003(4) 9. 尹红卫.侯周国 电平异步时序电路的本质险象[期刊论文]-娄底师专学报2003(2) 10. 冼志妙.李廷洪 电位异步时序电路的冒险现象[期刊论文]-河南职业技术师范学院学报2004,32(4)
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超宽带极窄脉冲的产生及实现(晶体管雪崩效应)摘要：针对超宽带通信技术迅速发展的需要，详细分析了利用双极性晶体管的雪崩特性产生超宽带极窄脉冲信号的原理并介绍了技术现状。
本方案在微波双极性晶体管串行级联的基础上，采用了并行同步触发的工作方式，极大地减少了时延与上升时间，产生了皮秒级的极窄脉冲。
电路具有结构简单、成本低、性能好及应用价值高等优点。
关键词：超宽带雪崩倍增脉冲发生器同步触发超宽带UWB（Ultra Wideban）技术是一种全新的、与传统通信技术有着极大差异的通信新技术。
它不需要使用传统通信体制中的载波，而是通过发送和接收具有纳秒或纳秒级以下的极窄脉冲来传输数据，从而具有GHz量级的带宽。
超宽带技术解决了困扰传统无线技术多年的有关传播方面的重大难题，开发了一个具有千兆赫兹容量和最高空间容量的新无线信道；它还具有对信道衰落不敏感、发射信号功率谱密度低、被截获与检测的概率低、定位精度高等优点。
超宽带技术因其具体有优越的特性，越来越受到人们的普遍重视和研究。
该技术尤其适用于室内等密集多径场所的高速无线接入和军事通信应用中。
美国联邦通信委员会FCC（Federal Communications Commission）在2002年2月14日批准了民用的超宽带无线技术。
实现超宽带技术的首要任务是产生UWB脉冲信号。
按照FCC规定，超宽带（UWB）脉冲信号的部分带宽Bf=2(fH-fL)/(fH+fL)大于20%，其中fH、fL分别为-10dB辐射点所对应的上、下频率点或者是指其总的频谱带宽至少达到500MHz。
从本质上看，UWB是发射和接收超短电磁脉冲的技术，可以使用不同的方式来产生和接收这些信息，这些脉冲可以单独发射或成组发射，并且可以根据脉冲的幅度、相位和位置或它们之间的有效组合来对信息进行编码，实现多址通信。
1 UWB极窄脉冲的产生原理与传统的无线发射机结构相比，UWB发射机的结构相对比较简单，如图1所示。
从中可以发现，UW B发射机部分可以不包含功率放大器，替代它的是一个脉冲发生器，它根据要求产生时间宽度极短的窄脉冲直接激励超宽带天线进行辐射。
可编程时延实现了伪随机码的时域编码和时域调制。
驱动器主要用来提供一定的驱动能力，同时对前、后级电路进行有效的隔离。
脉冲发生器在超宽带无线通信系统中占据着极其重要的地位，是UWB系统中独特的关键部件之一。
UWB通信系统的超宽带特性直接与脉冲发生器的脉冲形状相关，显然，脉冲的持续时间越短，脉冲所占据的带宽就越宽。
能否成功地设计UWB系统的脉冲发生器，关系到整个系统的实现。
窄脉冲产生电路的性能与所使用的高速器件有关。
可以产生纳秒、皮秒级窄脉冲的高速器件有隧道二极管、雪崩晶体管等器件。
其中隧道二极管和阶跃恢复二极管所产生的脉冲，上升时间可达几十到百皮秒，但其幅度较小，一般为几百毫伏的量级。
而雪崩晶体管产生的脉冲，上升时间可以达1～2ns，输出脉冲幅度可达几十伏，但需要较高的电源电压。
本文利用微波双极性晶体管雪崩特性，在雪崩导通瞬间，电流呈“雪崩”式迅速增长，从而获得具有陡峭前沿的波形，成形后得到极短脉冲。
在电路设计中，采用多个晶体管串行级联，使用并行同步触发的方式，加快了雪崩过程，从而达到进一步降低脉冲宽度的目的。
经验证，成功地获得了脉宽为910ps，幅度为8V的极窄脉冲。
一般的晶体三级管的输出特性分为四个区域：饱和、线性、截止与雪崩区。
当晶体管的集电极电压很高时，集电结的载流子被强电场加速，从而获得很大能量，它们与晶格碰撞时产生了新的电子-空穴对，新生的电子、空穴又分别被强电场加速而重复上述过程。
于是流过集电结的电流便“雪崩”式迅速增长，这就是晶体管的雪崩倍增效应。
晶体管发生雪崩倍增效应之后，晶体管的共基极电流增益用α*表示如下：α*=Mα （1）式中，M为雪崩倍增因子，α是晶体管的共基极电流增益。
其物理意义是：若有一个载流子进入集电结空间电荷区，则就有M个载流子流出空间电荷区。
倍增因子M通常可用如下公式表示：式中Bvcbo是晶体管发射极开路时，集电极-基极雪崩击穿电压；Vc是集电极电压；n是与晶体管有着的密勒指数，通常硅材料为3～4。
图2给出了NPN型硅双极性晶体管的输出特性。
当基极电流为负值（IB<0）时，发射结处于反向偏置，集电极电流Ic随集电极电压Vce和-IB急剧变化的区域是雪崩区。
雪崩区运用时，晶体管集电极-发射极之间呈负阻特性。
2 脉冲发生器的电路与分析利用双极性晶体管工作在雪崩区的雪崩式开关特性，结合MARX电路的基本工作原理，设计了图3所示的UWB脉冲发生器。
首先采用了微波双极性晶体管取代了雪崩晶体管，使得电路在较低的电源电压下能够正常工作，满足实际的使用需要；其次采用了并行同步触发方式，即对多个晶体管的基极同时加入触发脉冲信号，当晶体管串行级联运用时，由于各个晶体管偏置临界雪崩状态，如果采用单管进行触发时，先产生雪山崩击穿的是基极受到触发信号的晶体管，接着才是后面级联的晶体管产生雪崩由穿效应。
对于产生皮秒量级的脉冲而言，电路中任何一个部分存在的时间延迟都会影响产生的输出脉冲，使得输出脉冲的上升时间变长和脉冲变宽。
为了消除电路中存在的雪崩依次延时，对电路中多个晶体管的基极加入了同步触发脉冲信号，使晶体管同时产生雪崩击穿，加快了负载上获得的脉冲的上升过程，获得了非常陡直的UWB脉冲。
该脉冲发生器可以在较低的电源电压下可靠工作，稳定地输出一定幅度和宽度的UWB脉冲，脉冲的重复工作频率可以达到50MHz以上，在超宽带技术中具有相当大的应用价值。
在没有加入触发脉冲信号时，电源电压Vcc通过电阻R1与R11、R2与R5、R5、R3与R6、R4与R7分别对电容C1、C2、C3、C4进行充电，使得4个微波双极性晶体管Q1、Q2、Q3、Q4的集电结偏置在临界雪崩状态，于是储能电容C1、C2、C3、C4的两端所充的电压约等于集电结雪崩击穿电压BVCBO。
当触发的脉冲信号Vi输入时，微波双极性晶体管同时雪崩击穿，储能电容C1、C2、C3、C4所所储存的电荷迅速地通过Q1、Q2、Q3、Q4和等效负载电阻R12放电，于是在负载电阻上得到需要的UWB脉冲信号。
图4是在负载电阻R12仿真计算得到的UWB脉冲信号。
3 UWB脉冲发生器参数设计图3所示的UWB脉冲发生器在晶体管雪崩状态下可以用图5所示的电路进行简化等效。
发生器中的串接电容在晶体管雪崩击穿状态下，可以等效一个电容，其值为C/N，同时所下降的电压为NΔV。
其中C为单个储能电容的值，ΔV为单个电容两端压降，N为串接电容的数目；Nron等效为所有串接晶体管雪崩状态下的导通电阻，其中Ron为单个双极性晶体管雪崩状态下的导通电阻。
根据RC电容的充放电特性可以得到负载电阻R12上获得的脉冲幅度峰值Vop和脉冲下降时间分别为：脉冲发生器的储能电容值为5pF,电阻R11与负载电阻R12为51Ω，晶体管在雪崩击穿状态下的导通电阻Ron一般为30～50Ω。
使用的微波双极性晶体管的主要参数如下：特征频率fT=24GHz，集电极-基极雪崩击穿电阻BVcbo=15V，集电极-发射极雪崩击穿电压BVceo=4.5V，集电极最大电流Ic=100mA。
晶体管在开关状态下，脉冲的上升时间可近似表示为：式中：fT指上升时间内特征频率的平均值；Cc指Vcc电压下集电结电容值；Icm指集电极电流的最大值；Rc为集电极负载电阻。
从公式（5）可看出基极触发电流Ib对输出脉冲的上升时间存在着影响。
当基极触发电流Ib增大时，脉冲的上升时间tr会减小。
为了加大基极触发电流，在实际工作的脉冲发生器中设计了驱动电路。
由于晶体管串行级联结构的使用相当于各级输出脉冲波形进行乘积，使脉冲的上升过程加快，上升时间tr得到了进一步的减小。
同时由于对多个晶体管的基极的并行同步触发，消除了各晶体管依靠传输依次延迟的雪崩时间，使得脉冲的上升时间tr更短。
UWB脉冲的上升沿主要取决于管子的雪崩导通开关的速度，而下降沿主要由放电回路的放电速度决定，这两个因素决定着最终产生的UWB脉冲信号的形状和宽度。
通过仿真计算获得的脉冲如图4所示，脉冲宽度Tp约为610ps，上升时间tr约为490p s，下降时间tf允为750ps，幅度约为8.25V。
4 实验与测试结果实验测试过程中，利用Aglient 81110脉冲发生器作为触发脉冲源，输出信号使用54830B数字存储示波器进行观测。
图6是在负载电阻R12上测试得到的波形，从图中可以看出脉冲的宽度为908.1ps，上升时间为519ps，下降时间为940.9ps，脉冲的幅度为8V。
测试中的数据与前面仿真计算的结果非常相似，但在存在着一些差异，主要由于仿真电路中的器件模型参数和器件在工作中实际参数存在着差异，以及分析过程对电路进行适当的近似。
可以看出图3所示的电路结构具有极大的实用性；同时，在实验中测试，该电路可以稳定地产生重复频率达到50MHz的UWB脉冲。
当在功率与脉冲的重复频率两者之间进行折衷选择时，可以通过改变电路中相应的元件与参数，获得满足不同需求的UWB脉冲信号。
本文利用微波双极性晶体管以雪崩型开关串行级联并行同步触发的方式工作，成功地产生了宽度达到皮秒量级的UWB脉冲。
随着人们对UWB技术的深入研究，能够可靠并且简便产生UWB脉冲信号的电路结构，越来越具有实用价值。
本文设计与制作的电路具有结构简单、制作成本低、性能好的特点，在UWB技术中具有较好的应用前景。