專利名稱：基于共面波導(dǎo)和槽線的皮秒脈沖發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種脈沖發(fā)生器，具體涉及一種基于共面波導(dǎo)和槽線的皮秒脈 沖發(fā)生器。
背景技術(shù)：
超寬帶和超寬帶雷達(dá)是未來通信和雷達(dá)的發(fā)展方向。在這類通信和雷達(dá)體 制中，基帶信號不必調(diào)制到載波上，而是調(diào)制納秒、亞納秒(皮秒)脈沖的位置,
實(shí)現(xiàn)通信和探測目標(biāo)。因此這種體制信號帶寬可達(dá)數(shù)GHz數(shù)量級，從而可極 大的提高通信速率和探測目標(biāo)的分辨能力，特別是隱形目標(biāo)。而皮秒脈沖發(fā)生 器是上述兩種體制中硬件的核心部件。現(xiàn)有的脈沖發(fā)生器滿足不了這種日新月 異的系統(tǒng)對脈沖寬度的要求。
在微波、毫米波寬帶測量中，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(VNA)是重要的測量儀 器。VNA正在向非線性矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(N-VNA)發(fā)展，并有可能逐步替代 現(xiàn)有的VNA?；诨祛l器的非線性矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的參考信道需要有諧波相 位參考源，此外，各類非線性矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀在測量前必須進(jìn)行寬帶諧波相位 絕對校準(zhǔn)，需要可用作寬帶諧波相位量值的傳遞標(biāo)準(zhǔn)。然而這些目前尚屬空白。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為解決現(xiàn)有的脈沖發(fā)生器不能滿足超寬帶通信技術(shù)對極 窄脈沖寬度要求的問題，進(jìn)而提供的一種基于共面波導(dǎo)和槽線的皮秒脈沖發(fā)生器。
本發(fā)明由介質(zhì)基板、金箔、激勵信號共面波導(dǎo)、階躍恢復(fù)二極管、槽線和 薄膜吸收電阻組成，介質(zhì)基板表面覆有金箔，激勵信號共面波導(dǎo)和槽線分布于 介質(zhì)基板上，激勵信號共面波導(dǎo)由第一基板、輸入中間導(dǎo)帶和接地導(dǎo)帶組成， 槽線由第二基板、終端短路槽、內(nèi)側(cè)金箔和外側(cè)金箔組成，輸入中間導(dǎo)帶的一 端連接階躍恢復(fù)二極管的正極，階躍恢復(fù)二極管的負(fù)極跨過槽線的內(nèi)側(cè)金箔和 第二基板連接在外側(cè)金箔上，激勵信號共面波導(dǎo)左側(cè)的槽線的終端設(shè)置有薄膜 吸收電阻，激勵信號共面波導(dǎo)右側(cè)的槽線上開有終端短路槽，終端短路槽位于外側(cè)金箔上。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是
本發(fā)明能夠產(chǎn)生極窄脈沖信號，利用微波電路得到的這個脈沖信號發(fā)生器 由于其時域?qū)挾群苷?，在頻率域上能夠得到豐富的諧波分量。當(dāng)輸入正弦波信
號到激勵信號共面波導(dǎo)，由于階躍恢復(fù)二極管SRD (Step Recovery Diode)的 特性，在輸入信號的正半周，SRD處于開啟的狀態(tài)；當(dāng)輸入信號剛進(jìn)入負(fù)半 周時，在SRD的生存期內(nèi)SRD仍然保持開啟的狀態(tài)，生存期時間結(jié)束后，在 輸入信號的負(fù)半周內(nèi)，SRD迅速的進(jìn)入關(guān)閉狀態(tài)，因而產(chǎn)生一個階躍函數(shù)， 這個階躍函數(shù)的邊沿是否陡峭取決于SRD的過渡時間，過渡時間越短邊沿就 越陡峭；由電路結(jié)構(gòu)可知輸入信號遇到階躍恢復(fù)二極管后分成兩路， 一路向左 側(cè)，被薄膜吸收電阻吸收，另一路向右側(cè)傳輸，遇到終端短路槽信號被反射回 來，經(jīng)過延時和倒相之后與接下來沿著右側(cè)傳輸?shù)男盘柕拥窒?，產(chǎn)生需要的 脈沖序列，脈沖序列的頻率同激勵信號的頻率相同。產(chǎn)生的脈沖信號序列繼續(xù) 向右傳輸，通過槽線的信號輸出端口取出信號。此脈沖的寬度取決于終端短路 槽的長度和SRD的過渡時間，終端短路槽越短、SRD的過渡時間越小，產(chǎn)生 的脈沖寬度就越窄，也就是說諧波分量越豐富。由此，通過改變終端短路槽的 長度和選用不同參數(shù)過渡時間的階躍恢復(fù)二極管SRD，可以調(diào)節(jié)輸出脈沖寬 度從納秒到皮秒數(shù)量級之間的變化，得到豐富的諧波分量，以滿足不同用戶的 需求。
本發(fā)明于基片上的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而成，具有體積小、功耗低、輸入頻率可調(diào)、 輸出信號不確定度小、可重復(fù)性高等優(yōu)點(diǎn)。并且本發(fā)明能夠產(chǎn)生中寬為80ps 左右的皮秒量級脈沖，信號帶寬可達(dá)20GHz。這使得產(chǎn)生的脈沖更加接近于理 想的S函數(shù)，使其頻譜信息更加的豐富。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中帶有剖面線的部分表示金箔，沒有剖面 線的部分表示介質(zhì)基板，圖2是沿圖1中A-A線的剖視圖，圖3是本發(fā)明信 號沿槽線正向傳播和經(jīng)終端短路全反射回來的波形圖，圖中曲線A為槽線的 信號波形圖，曲線B為經(jīng)過終端短路槽反射回來經(jīng)過延時和倒相的信號波形 圖，圖4是本發(fā)明的輸出脈沖信號序列圖，圖5是本發(fā)明輸出的信號經(jīng)處理之后得到的寬帶諧波相位參考圖。
具體實(shí)施例方式
具體實(shí)施方式
一下面結(jié)合圖1、圖2、圖3、圖4和圖5說明本實(shí)施方 式，本實(shí)施方式由介質(zhì)基板1、金箔6、激勵信號共面波導(dǎo)2、階躍恢復(fù)二極 管3、槽線4和薄膜吸收電阻5組成，介質(zhì)基板1表面覆有金箔6，激勵信號 共面波導(dǎo)2和槽線4分布于介質(zhì)基板1上，激勵信號共面波導(dǎo)2由第一基板 2-1、輸入中間導(dǎo)帶2-2和接地導(dǎo)帶2-3組成，槽線4由第二基板4-l、終端短 路槽4-2、內(nèi)側(cè)金箔4-3和外側(cè)金箔4-4組成，輸入中間導(dǎo)帶2-2的一端連接 階躍恢復(fù)二極管3的正極，階躍恢復(fù)二極管3的負(fù)極跨過槽線4的內(nèi)側(cè)金箔 4-3和第二基板4-1連接在外側(cè)金箔4-4上，激勵信號共面波導(dǎo)2'左側(cè)的槽線 4的終端設(shè)置有薄膜吸收電阻5，激勵信號共面波導(dǎo)2右側(cè)的槽線4上開有終 端短路槽4-2，終端短路槽4-2位于外側(cè)金箔4-4上。激勵信號共面波導(dǎo)2和 輸出端槽線4的阻抗均為50Q。
本發(fā)明采用一種構(gòu)建于共面波導(dǎo)與槽線之上，結(jié)合SRD階躍恢復(fù)二極管 3的新型的脈沖序列信號發(fā)生器。這個電路包括一個SRD以及終端短路槽4-2。 槽線4終端呈開路，小型同軸線與槽線終端垂直，外導(dǎo)體同槽線的一邊金屬相 連，內(nèi)導(dǎo)體跨過槽線同槽線的另一邊金屬相連，按此連接方法取出輸出信號。
本實(shí)施方式中，終端短路槽4-2開在槽線4上，輸出的脈沖信號也在槽線 4上傳播，槽線4的輸出部分可以和其他微波電路直接相連，例如槽線、共面 波導(dǎo)等等，這樣脈沖信號可以直接與后面電路里的信號相互作用，它的獨(dú)特結(jié) 構(gòu)使它成為其他共面電路的前置電路。
由信號與系統(tǒng)理論知道，為了求得一個系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，理論上應(yīng)該對其 輸入一個5函數(shù)，也就是時域上是沖擊信號，能量積分為l，它經(jīng)過傅立葉變 換得到的頻譜是一條直線。實(shí)際上這樣的信號只是理論上存在，實(shí)際工程當(dāng)中 很難實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明產(chǎn)生的極窄脈沖信號可用來代替?zhèn)鹘y(tǒng)意義上的5函數(shù)。8函 數(shù)在工程上很難實(shí)現(xiàn)，但是在求一個系統(tǒng)的傳遞函數(shù)上卻很有價(jià)值。也就是說， 利用微波電路得到的脈沖信號發(fā)生器是一個優(yōu)質(zhì)的替代品，對S函數(shù)是很好的 近似。在電子測量領(lǐng)域里，為了合成理想的脈沖信號，不僅需要知道各個頻率 分量的幅值信息，還要獲得它們的相位信息，對于一個初相位隨機(jī)的信號源，每一次測量的各個頻率分量的相位其實(shí)是無意義的，各次諧波相對于基波的相
位更具有參考價(jià)值，尤其在微波、毫米波寬帶測量中，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(VNA) 是重要的測量儀器。VNA正在向非線性矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(N-VNA)發(fā)展，并 有可能逐步替代現(xiàn)有的VNA。本發(fā)明得到的脈沖信號的諧波相對相位可作為 基于混頻器的非線性矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的參考信道必用的諧波相位參考源。此 外，各類非線性矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀在測量前還必須進(jìn)行寬帶諧波相位絕對校準(zhǔn)， 本發(fā)明可用作寬帶諧波相位量值的傳遞標(biāo)準(zhǔn)。其精度可溯源到基于NTN校準(zhǔn) 的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和光電采樣的國家標(biāo)準(zhǔn)，如圖5所示。
具體實(shí)施方式
二本實(shí)施方式與實(shí)施方式一的不同之處在于介質(zhì)基板1 的表面積為6mmX6mm—8mmx8mm。其它組成及連接方式與實(shí)施方式一相 同。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與實(shí)施方式一的不同之處在于介質(zhì)基板1
的表面積為6mmX6mm。其它組成及連接方式與實(shí)施方式一相同。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式與實(shí)施方式一的不同之處在于介質(zhì)基板1
的表面積為7mmX7mm。其它組成及連接方式與實(shí)施方式一相同。.
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式與實(shí)施方式一的不同之處在于介質(zhì)基板1
的表面積為8mmx8mm。其它組成及連接方式與實(shí)施方式一相同。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式與實(shí)施方式一的不同之處在于介質(zhì)基板1
的表面積為8mmX8mm—10mmxl0mm。其它組成及連接方式與實(shí)施方式一相同。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式與實(shí)施方式一的不同之處在于介質(zhì)基板1
的表面積為9mmX9mm或10mmxlOmm。其它組成及連接方式與實(shí)施方式一 相同。
具體實(shí)施方式
八本實(shí)施方式與實(shí)施方式一的不同之處在于介質(zhì)基板l 的表面積為8.5mmX8.5mm。其它組成及連接方式與實(shí)施方式一相同。
具體實(shí)施方式
九本實(shí)施方式與實(shí)施方式一、二、三、四、五、六、七或 八的不同之處在于介質(zhì)基板1的厚度為508rnn，金箔6的厚度為4um,介質(zhì)基 板1的介電常數(shù)為10±0.2。其它組成及連接方式與實(shí)施方式一、二、三、四、 五、六、七或八相同。介質(zhì)基板尺寸以實(shí)際需要來定， 一般不會超過lcmXlcm，金箔厚度和介
質(zhì)基板厚度沒有絕對要求，因所選板材而異，不影響設(shè)計(jì)。
權(quán)利要求
1、一種基于共面波導(dǎo)和槽線的皮秒脈沖發(fā)生器，其特征在于它由介質(zhì)基板(1)、金箔(6)、激勵信號共面波導(dǎo)(2)、階躍恢復(fù)二極管(3)、槽線(4)和薄膜吸收電阻(5)組成，介質(zhì)基板(1)表面覆有金箔(6)，激勵信號共面波導(dǎo)(2)和槽線(4)分布于介質(zhì)基板(1)上，激勵信號共面波導(dǎo)(2)由第一基板(2-1)、輸入中間導(dǎo)帶(2-2)和接地導(dǎo)帶(2-3)組成，槽線(4)由第二基板(4-1)、終端短路槽(4-2)、內(nèi)側(cè)金箔(4-3)和外側(cè)金箔(4-4)組成，輸入中間導(dǎo)帶(2-2)的一端連接階躍恢復(fù)二極管(3)的正極，階躍恢復(fù)二極管(3)的負(fù)極跨過槽線(4)的內(nèi)側(cè)金箔(4-3)和第二基板(4-1)連接在外側(cè)金箔(4-4)上，激勵信號共面波導(dǎo)(2)左側(cè)的槽線(4)的終端設(shè)置有薄膜吸收電阻(5)，激勵信號共面波導(dǎo)(2)右側(cè)的槽線(4)上開有終端短路槽(4-2)，終端短路槽(4-2)位于外側(cè)金箔(4-4)上。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于共面波導(dǎo)和槽線的皮秒脈沖發(fā)生器，其特 征在于介質(zhì)基板(1)的表面積為6mmX6mm—8mmx8mm。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于共面波導(dǎo)和槽線的皮秒脈沖發(fā)生器，其特 征在于介質(zhì)基板(1)的表面積為8mmX8mm—10mmxl0mm。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的基于共面波導(dǎo)和槽線的皮秒脈沖發(fā)生 器，其特征在于介質(zhì)基板(1)的介電常數(shù)為10±0.2。
全文摘要
基于共面波導(dǎo)和槽線的皮秒脈沖發(fā)生器，屬于脈沖發(fā)生器。本發(fā)明的目的是為解決現(xiàn)有的脈沖信號發(fā)生器不能滿足超寬帶通信技術(shù)對極窄脈沖寬度要求的問題。本發(fā)明由介質(zhì)基板、金箔、激勵信號共面波導(dǎo)、階躍恢復(fù)二極管、槽線和薄膜吸收電阻組成，介質(zhì)基板表面覆有金箔，激勵信號共面波導(dǎo)和槽線分布于介質(zhì)基板和金箔上，激勵信號共面波導(dǎo)由第一基板、輸入中間導(dǎo)帶和接地導(dǎo)帶組成，槽線由第二基板、終端短路槽、內(nèi)側(cè)金箔和外側(cè)金箔組成，輸入中間導(dǎo)帶的一端連接階躍恢復(fù)二極管的正極，階躍恢復(fù)二極管的負(fù)極連接槽線的外側(cè)金箔，槽線左端設(shè)置有薄膜吸收電阻，激勵信號共面波導(dǎo)右側(cè)的槽線上開有終端短路槽。本發(fā)明能夠產(chǎn)生皮秒數(shù)量級的脈沖。
文檔編號H03B28/00GK101527541SQ20091007187
公開日2009年9月9日 申請日期2009年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月23日
發(fā)明者張亦馳, 徐清華, 娟 李, 林茂六 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)