高功率全固态微波纳秒级脉冲源的设计与应用

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1、国防科技大学学报第26卷第6期JOURNALOFNATIONALUNIVERSITYOFDEFENSETECHNOLOGYVoI.26No.62004文章编号：1001-2486（2004）06-0038-06*高功率全固态微波纳秒级脉冲源的设计与应用梁步阁，朱畅，张光甫，袁乃昌（国防科技大学电子科学与技术学院，湖南长沙410073）摘要：基于雪崩三极管雪崩效应，研制出了一种数千伏、纳秒级脉冲源。其为全固态微波PCB电路结构形式，利用数字电路产生可控重频触发信号，脉冲全底宽度400ps~2ns可调，重频1k~100

2、0kHz可调，脉冲幅度360~2600V可调，峰值功率可达135kW。详细讲述了电路设计、器件选择以及重要电路结构。针对高压窄脉冲引起的特殊问题，提出了新颖的欠电荷充电法以及有效的梳状PCB（印刷电路板）结构。电路性能优良、稳定可靠，已投入超宽带目标探测实验系统应用。关键词：纳秒；脉冲源；雪崩效应；欠电荷；梳状PCB；超宽带中图分类号：TN958文献标识码：ATheDesignofHigh-powerNanosecondPulserBasedonMicrowavePCBandItsApplicationLIANGB

3、u-ge，ZHUChang，ZHANGGuang-fu，YUANNai-chang（CoIIegeofEIectronicScienceandEngineering，NationaIUniv.ofDefenseTechnoIogy，Changsha410073，China）Abstract：BasedontheavaIancheeffect，akindofkiIo-voItnanosecondpuIsershasbeendesigned，byusingmicrowavePCB（printedcircuitboard

4、）.ItstriggersignaIwithtunabIerepetitionrateisgivenbyadigitaIcircuit.ThefuIIwidthofthepuIseistunabIebetween400psand2ns.ItsvoItagerangesfrom360to2600V.Andthepeakpowerreaches135kW.ThedesignofthesepuIsersisdiscussedindetaiI，incIudingthecircuitdesign，thecomponentse

5、Iection，andtheimportantphysicaIIayout.AnoveImethod，caIIeddeficit-chargemethod，andacombPCBIayoutarebroughtforward，aimingatsoIvingthespeciaIprobIemscausedbythehigh-powerbutuItra-narrowpuIser.BeingusedintheimpuIseradartestsystem，thecircuitperformanceisexceIIentan

6、dstabIe.Keywords：nanosecond；puIser；avaIancheeffect；deficit-chargemethod；combPCB；UWB超宽带通信、超宽带雷达等宽带系统近年来一直是电子学领域的研究热点。而这些系统均要求有纳秒级甚至是皮秒级快沿窄脉冲源。其波形、稳定度、频谱分量等指标也终将对整套系统实现的可行性产生决定性影响。其设计成为整个宽带通信或者雷达系统中的一项关键性技术。目前美国、俄［1］罗斯在超宽带系统研究方面投入较大，在技术上也积累出很大优势。我国宽带系统研究近年来也发展较快

7、，但是关于脉冲源设计的相关资料仍较难见到，几乎没有较为详尽系统的设计类文献。文章自行分析设计出系列纳秒级脉冲源，其各项指标均达到了国际先进水平。目前已应用于脉冲体制超宽带目标探测试验系统中。1方案设计比较经典的火花隙击穿放电方法可以产生较大功率脉冲，目前国际上已可以做到100吉瓦（GW）量级。但是基于火花隙击穿放电原理，很难将脉冲重频稳定度、波形一致性、重频上限等指标做得很高。而这些对超宽带目标探测识别是非常不利，甚至无法忍受的。因而，我们采用了全固态微波电路进行设计。利用雪崩三极管的雪崩效应产生纳秒级脉冲，用数字

8、电路产生可控重频触发信号。整体框图如图1所示。*收稿日期：2004-06-06基金项目：国家863高技术资助项目作者简介：梁步阁（1979—），男，博士生。梁步阁，等：高功率全固态微波纳秒级脉冲源的设计与应用39AvalancheAntenna/TriggerPulseLoa6Circuit图1脉冲源框图Fig.1Diagramofpulser!"雪崩电路设