PDF《高功率全固态微波纳秒级脉冲源的设计与应用》

2 X I X T = l /

2 X

24 X l = l2nC 电容值应不大于 C = O/ U = l2 / l200 = 0. 0lnF = l0pF 实际中, 输出波形后沿截止将较前沿缓慢, 所以电容值应取得更小. (2)欠电荷充电法.由于上面的电容锐化截止方法必将在电路内部引入很大的反射, 驻波远远 大于 l, 甚至可能高达十几, 而所得输出均为高压脉冲, 如上例 l200V, 则当反射很大时, 反射脉冲与 电路输出脉冲叠加, 将可能得到高达两倍的输出脉冲, 即2400V, 导致波形变差, 拖尾大 (参照图 ) , 且最大的危害是极其容易烧毁电路.实验表明, 在表贴元件电路中, 500V 以下脉冲输出尚可使用此 方法, 当输出脉冲继续增大时, 电路将无法满足稳定可靠要求. 而这些均由于末端截止电容饱和后截止反射所引起, 为此我们寻求一种自行截止的弱反射工作 方式, 大幅度减小级间电容容值, 使其电荷在级联雪崩过程中迅速释放完毕.实际中这种方法获得极 大成功, 不妨称其为欠电荷充电法. 欠电荷充电法, 不要求各电容所充电荷在雪崩级联过程中均能够对末端负载放电, 相反只要求能 维持到相邻一级或几级雪崩管开始雪崩即可.而具体的级间电容值的计算应该如下进行: 举例 3: 同样对例 l 中脉冲源级间电容值进行计算.电容存储的电荷仅需维持一级雪崩: l

4 梁步阁, 等: 高功率全固态微波纳秒级脉冲源的设计与应用 O = I >

HH =

24 >

2 = 48nC 则C=O/ U =

48 /

300 = 0. I6nF = I60pF 实际中采取此方法, 无论在脉冲波形、 稳定性等各方面均要优于电容锐化法.图

6、 图7分别给 出了电容锐化法 350V、 600pS 脉冲源输出波形和欠电荷充电法 I200V、 InS 脉冲源输出波形.二者均 在Tektronix TDS5I04 示波器上分别加 50dB、 65dB 衰减进行测试.明显, 后者较前者脉冲拖尾起伏要 小得多, 这在超宽带目标探测中是非常重要的.当然后者这些优点是以欠电荷充电为代价的, 为获得 同样幅度的输出脉冲, 必将较前者增多电路级数.实际中欠电荷充电法 I200V、 InS 脉冲源采用了

22 级雪崩级联, 比电容锐化法理论计算值 I0 级整整多了 I 倍还多. 图6电容锐化法 350V、 600pS 脉冲 Fig.

6 PLISe by capacitor-Sharpen method 图7欠电荷充电法 I200V、 InS 脉冲 Fig.

7 PLISe by deficit-charge method 2.

4 器件选择 高压窄脉冲源属高速电路, 电路形式和器件的选择将严重影响其性能指标, 主要有电路物理结构 以及雪崩管、 电容、 电阻等的选择. (I) 电路物理结构: 采用微波电路印制板.Imm 厚微波印制基板, 其击穿电压可达 I5kV, 且电路损耗小、 易于制作、 方便调试维护、 成本低, 适于千伏脉冲源制作. (2) 雪崩管: 一般的开关三极管也具有雪崩效应, 但最好挑选专门的雪崩三极管.一般具有如下特征的管 子, 其雪崩特性有可能显著.BVCBO 、 BVCEO 较高, 且能在晶体管特性图示仪上看到负阻或二次击穿现 象, 雪崩区尽量宽;

! 值尽量大;

特性频率 fT 尽量高, 开关时间尽量小;

饱和压降尽量小. (3) 电容、 电阻: 为减小寄生参量, 缩小电路体积, 电路中均选取微波贴片电容、 电阻. 2.

5 梳状 PCB 结构 由于贴片电容、 电阻, 其最大耐压值一般不超过 I00V, 如63V.要在几百甚至上千伏的脉冲源电 路中稳定工作, 不致烧毁, 为此我们采取了特殊措施, 主要为多级电容、 电阻串联、 并联网络代替单个 电容、 电阻元件, 这样形成了如梳齿状的印制电路板结构 (PCB) .如图