PDF《高功率全固态微波纳秒级脉冲源的设计与应用》

国防科技大学学报第26 卷第

6 期JOURNAL OF NATIONAL UNIVERSITY OF DEFENSE TECHNOLOGY VoI.

26 No.

6 2004 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 ~ 1000kHz 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: A The Design of High-power Nanosecond Pulser Based on Microwave PCB and Its Application LIANG Bu-ge, ZHU Chang, ZHANG Guang-fu, YUAN Nai-chang (CoIIege of EIectronic Science and Engineering,NationaI Univ. of Defense TechnoIogy,Changsha 410073,China) Abstract: Based on the avaIanche effect,a kind of kiIo-voIt nanosecond puIsers has been designed,by using microwave PCB(printed circuit board) . Its trigger signaI with tunabIe repetition rate is given by a digitaI circuit. The fuII width of the puIse is tunabIe between 400ps and 2ns. Its voItage ranges from

360 to 2600V. And the peak power reaches 135kW. The design of these puIsers is discussed in detaiI, incIuding the circuit design, the component seIection, and the important physicaI Iayout. A noveI method,caIIed deficit-charge method,and a comb PCB Iayout are brought forward,aiming at soIving the speciaI probIems caused by the high-power butuItra-narrow puIser. Being used in the impuIse radar test system,the circuit performance is exceIIent and stabIe. Key words: nanosecond;

puIser;

avaIanche effect;

deficit-charge method;

comb PCB;

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 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 [1] .我国宽带系统研究近年来也 发展较快, 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 -