本发明属于射频电路和超宽带微波检测领域，涉及一种新型的超宽带极窄脉冲发生电路的设计方案。
背景技术：
1、超宽带（uwb）技术具有高速率、高分辨率、低功耗、低成本的特点。近年来，它已成为一种前景广阔且发展迅速的技术，已应用于探地雷达、生命体征检测、乳腺癌检测和穿墙成像等领域。这种新方法通过超宽带发射机和接收机辐射和采集超宽带脉冲来完成对目标物的探测和成像。如何设计一个脉冲发生器来满足检测要求并替代大型和昂贵的商业设备，如矢量网络分析仪（vna）或任意波形发生器（awg）对于检测系统的搭建是至关重要的。为了提高检测分辨率，通常需要实现更窄的脉冲宽度。一般来说，使用的脉冲主要包括高斯脉冲及其一阶导数形式，即单周期脉冲。考虑到天线的尺寸和天线辐射特点，通常选择单周期脉冲作为激励。尽管在脉冲源的设计上国内外已开展了多年的研究，但获得具有良好对称性、低振铃和大带宽的高质量单周期窄脉冲在目前仍然是一个较大的挑战。
2、由于阶跃恢复二极管(srd)能够在没有额外放大电路的情况下在高脉冲重复频率（prf）下产生上升或下降时间为50-150 ps的脉冲。它是相对于基于互补金属氧化物半导体（cmos）技术的定制集成电路或采用雪崩晶体管这类分立器件生成脉冲的折衷替代，适用于当前超宽带脉冲发生器的设计。
3、与普通二极管不同，srd是一种电荷控制开关。当它处于正向偏压时，电荷存储在本征i层中。施加反向偏压后，在过渡时间内器件缓慢关断，之后其阻抗状态迅速从低变为高，处于截止状态。基于此原理，本发明提出了一种基于srd的超宽带单周期极窄脉冲发生器。它包含脉冲驱动电路、脉冲形成电路和脉冲整形电路。结果表明，所设计的电路产生了对称性好、振铃电平低、带宽高的单周期极窄脉冲，可作为小型超宽带检测系统中的发射机应用于多种检测场景。
技术实现思路
1、本专利提供了一种可以产生超宽带极窄脉冲的电路设计方案，电路框图如图1所示。它由驱动电路、基于srd的脉冲形成电路和单周期脉冲形成电路三部分组成。外部电源为脉冲发生器提供偏置电压，保证各部分正常工作。驱动电路采用双极结型晶体管（bjt）来加速触发信号。通过高规格和高过渡频率的射频晶体管产生幅度大、电平转换速度快、鲁棒性强的驱动脉冲。脉冲形成电路采用并联和串联srd组合的拓扑结构，进一步锐化驱动脉冲，产生时间跨度极短的高斯脉冲。最后，该脉冲通过由电感组成的高通滤波器构成单脉冲形成部分得到高质量的单周期脉冲输出。本发明的技术方案如下：
2、(1)在驱动电路的设计上，采用了两级bjt的方案以更有效地锐化和强化输入的原始阶跃脉冲。核心是射频晶体管bfp194和bfp420。图2左侧显示了驱动电路部分的电路图。其中，偏置bias2为第一级pnp晶体管提供负偏置电压，bias1为第二级提供正偏置电压。两个晶体管都用作共发射极开关。输入端串联的用于限流，主要用于隔离直流（dc）和耦合。和通过串联分压控制的基极电压，加速电容促进的开关速度。和的基极和发射极之间的肖特基二极管hsms-2820构成反馈电路，防止晶体管进入深度饱和，进一步提高开关速度。产生的驱动脉冲能够大幅度缩短触发脉冲的下降时间，同时保证了高幅度。
3、(2)此后采用组合srd方案作为核心器件构成脉冲形成电路，具体电路原理图如图2中间给出。为耦合电容。当输入信号为正时，大量的正电荷积聚在电容器的左侧，而等量的负电荷存在于电容器的右侧。同时，srd的正极也具有正电荷。输入信号突然变化后，电容放电，促使srd快速从低阻抗切换到高阻抗，并产生反向电流。由于并联的管子的分支上没有额外的电阻，因此先于关闭，率先形成下降沿，在同样处于截止状态后形成上升沿，两个边沿结合获得一个具有幅值小、脉宽窄等特性的完整的负高斯脉冲。此外，由于两个srd正极公共端存在偏置电压bias3，加速了组合srd的上述工作过程，与没有偏置电压存在情况相比，生成脉冲幅值更高、脉宽更窄、频宽更宽。
4、(3)电路的最后一个部分是单周期脉冲形成电路，它将高斯脉冲进一步转换为单周期脉冲，以提高天线的传输效率。本发明采用集总元件，以rl高通滤波器为微分器。如图2右侧所示，电感
5、所在支路产生低阻抗通路，将低频漏纹波分流至地，保留脉冲的高频分量，实现了脉冲转换。通过合理设计元件参数，调整触发信号和偏置电压，最终得到了振铃水平低、对称性好的极窄单周期脉冲。
6、基于外部输入偏置电压及采用重复频率为10 mhz的5 v单极性方波作为输入激励信号可以保证单周期脉冲发生电路的正常工作，通过电路输出结果测试并观察其工作性能，证明了本发明设计方案满足超宽带微波检测系统中对小型化高性能发射机的需求。
7、下面具体的以实际的工作流程说明本发明的技术方案：
8、1.配置外部电源，为脉冲发生电路提供稳定的bias1、bias2和bias3共三路电压偏置；
9、2.将bias1、bias2和bias3分别与脉冲发生电路的对应端口连接，bias2为pnp三极管提供负偏置电压，bias1为npn三极管提供正偏置电压，bias3加速srd工作状态转换以提高产生脉冲信号质量，多次调节外部电源以获得合适的偏置电压水平，保证脉冲发生电路的正常工作；
10、3.设置输入端激励的相关参数，产生一定幅值、频率、prf、边沿特性、极性的规则信号，与脉冲发生电路输入端连接，作为原始触发信号；
11、4.触发信号在驱动电路的作用下先转化为陡峭且幅值更高的驱动脉冲，经过脉冲生成电路形成高斯脉冲，最后在单周期脉冲形成部分的作用下进一步转化为单周期脉冲；
12、5.在50 ohm端口负载下可对电路的输出脉冲进行测试，在实际使用时该电路作为发射机可与天线或多路射频开关连接馈送超宽带亚纳秒脉冲信号，实现相应检测功能。
13、本发明提出了一种基于srd的极窄脉冲发生电路的新型解决方案，主要用于超宽带微波检测。它包括脉冲驱动电路、脉冲形成电路和脉冲整形电路。电路输出脉冲峰峰值为1.137 v，脉冲宽度为284 ps，脉冲带宽约16.1 ghz。同时，它具有良好的对称性和很低的振铃电平。生成脉冲时域和频域波形如图3所示，可见正负两部分脉冲对称，带宽大，显示出良好的uwb特性。该设计作为超宽带脉冲发射机，易于集成到有限的物理空间中，在超宽带微波小型化检测系统中具有广阔的应用前景。
14、对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。
1.一种可以产生超宽带极窄脉冲的电路设计方案，可作为超宽带检测小型系统中的发射机应用于多重检测场景，包括驱动电路、脉冲形成电路、单周期脉冲整形电路共三部分电路结构：
