基于传输线的纳秒脉冲成形电路研究

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1、基于传输线的纳秒脉冲成形电路研究　　摘要：提出了一种脉冲成形和脉冲展宽的方法，在基于理想开关的纳秒脉冲成形电路基础上，使用MOS管代替理想开关，保证MOS管工作在饱和区实现了脉冲成形，分析了MOS开关进入饱和区后在不改变传输线延迟时间的情况下，改变电源电压可以实现脉冲展宽，并通过实验验证了仿真获得的结果。关键词：传输线；特征阻抗；拉普拉斯变换；时域；复频域：TN81?34：A：1004?373X（2013）13?0154?03Researchonnanosecondpulseshapingcircuitsbasedontransmissionli

2、neLIXian?cang1，ZHANGLiu?qiang1，JIANGShu?qing2，XIAOHai?jun1，ZHAOJun1（1.MinistryofEducationKeyLaboratoryofPhotoelectricTechnologyandSystem，ChongqingUniversity，Chongqing400044，China；2.InstituteofNuclearPhysicsandChemistry，ChinaAcademyofEngineeringPhysics，Mianyang621900，China）Abs

3、tract：Amethodofpulseshapingandpulsebroadeningisproposed.Baseonthenanosecondpulseshapingcircuitofidealseoftransmissionline.Theresultsareverifiedbyexperiments.Keyissionline；characteristicimpedance；Laplacetransform；timedomain；multiplexfrequencydomain0引言高频微波波段电磁波的传输过程不能够忽略沿线分布电阻、

4、电导、电感、电容，可以采用传输线等效电路理论分析信号的传播过程，传输线的研究主要分为两个方向，一是传输线的衰减与畸变，另一个是传输线脉冲成形。国内的国防科学技术大学、中国工程物理研究院、西北核技术研究所对获得脉宽更长的电压脉冲所需的脉冲成形线有更深的研究[1]。电压和电流脉冲在电磁脉冲辐射领域有很高的应用价值，中科院电子学研究所正在研究超短脉冲电压、超短脉冲电流在脉冲功率技术方向的应用[2]。获取传输线终端的瞬态过程对研究脉冲成形非常重要[3]，分析传输线方程导出负载端电压解有很多种方法，如NILT技术[4]、FDTD法[5]。本文重点研究了在开

5、关控制下传输线脉冲成形过程，在时域下直接求解偏微分方程非常困难，寻求拉普拉斯变换，将时域转变为复频域进行求解，传输线简化为无损均匀传输线。以往的研究者均是在理想开关下研究传输线成形理论，本文的创新之处则从实际出发，将理想开关由快速MOS管代替，从理论上不但分析了传输线效应，而且也分析了MOS管对负载端脉冲波形的影响，通过计算机对传输线成形电路进行仿真，发现传输线与MOS管结合还具有脉冲展宽的作用，并通过实验验证电路的可行性。1终端负载电压求解均匀传输线等效电路可用分布参数单位长度电阻[R]、电感[L]、电容[C]、电导[G]表示，传输线作为一系列

6、的电路模块如图1所示，时域下的传输线方程可以表示[6]为：[U（z+Δz，t）-U（z，t）=-RΔzI（z，t）+LΔz?I（z，t）?t]（1）[I（z+Δz，t）-I（z，t）=-GΔzU（z，t）+CΔz?U（z，t）?t]（2）将式（1），式（2）中[Δz→0]，得到传输线偏微分方程：[-?U（z，t）?z=RI（z，t）+L?I（z，t）?t]（3）[-?I（z，t）?z=GU（z，t）+C?U（z，t）?t]（4）<＼＼192.168

7、.0.25＼$d＼8月＼8-2＼补＼补！现代电子技术201313＼Image＼34t1.tif>图1传输线分布参数等效模型<＼＼192.168.0.25＼$d＼8月＼8-2＼补＼补！现代电子技术201313＼Image＼34t2.tif>图2理想开关控制的脉冲成形电路如图2所示，将开关视为理想开关，对传输线偏微分方程进行拉普拉斯变换：[-?i（z，S）?z=Gu（z，S）+CSu（z，S）-CU（z，0）]（5）[-?u（z，S）?z=Ri（z，S）+LSi（z，S）-LI（z，0）]（6）　　开关闭合前，传输线已充电至满，在[

8、t=0]时刻[U（z，0）=V]，[I（z，0）=0]。为了能够求解出复频域下负载端电压解，将式（5）进一步转换为：[?2u（z，S）?