專利名稱：基于共面波導(dǎo)的皮秒脈沖發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種脈沖發(fā)生器，具體涉及一種基于共面波導(dǎo)的皮秒脈沖發(fā)生
叫
奮o
背景技術(shù)：
超寬帶和超寬帶雷達(dá)是未來通信和雷達(dá)的發(fā)展方向。在這類通信和雷達(dá)體 制中，基帶信號不必調(diào)制到載波上，而是調(diào)制納秒、亞納秒(皮秒)脈沖的位置,
實現(xiàn)通信和探測目標(biāo)。因此這種體制信號帶寬可達(dá)數(shù)GHz數(shù)量級，從而可極 大的提高通信速率和探測目標(biāo)的分辨能力，特別是隱形目標(biāo)。而皮秒脈沖發(fā)生 器是上述兩種體制中硬件的核心部件?，F(xiàn)有的脈沖發(fā)生器滿足不了這種日新月 異的系統(tǒng)對脈沖寬度的要求。
在微波、毫米波寬帶測量中，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(VNA)是重要的測量儀 器。VNA正在向非線性矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(N-VNA)發(fā)展，并有可能逐步替代 現(xiàn)有的VNA?；诨祛l器的非線性矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的參考信道需要有諧波相 位參考源，此外，各類非線性矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀在測量前必須進(jìn)行寬帶諧波相位 絕對校準(zhǔn)，需要可用作寬帶諧波相位量值的傳遞標(biāo)準(zhǔn)。然而這些目前尚屬空白。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為解決現(xiàn)有的脈沖發(fā)生器不能滿足超寬帶通信技術(shù)對極 窄脈沖寬度要求的問題，進(jìn)而提供的一種基于共面波導(dǎo)的皮秒脈沖發(fā)生器。
本發(fā)明由介質(zhì)基板、金箔、激勵信號共面波導(dǎo)、階躍恢復(fù)二極管和輸出信 號共面波導(dǎo)組成，介質(zhì)基板表面覆有金箔，激勵信號共面波導(dǎo)和輸出信號共面 波導(dǎo)分布于介質(zhì)基板上，激勵信號共面波導(dǎo)和輸出信號共面波導(dǎo)之間呈垂直排 列，激勵信號共面波導(dǎo)由第一基板、輸入中間導(dǎo)帶和輸入接地導(dǎo)帶組成，輸出 信號共面波導(dǎo)由第二基板、輸出中間導(dǎo)帶、輸出接地導(dǎo)帶和終端短路傳輸線組 成，輸入中間導(dǎo)帶的一端連接階躍恢復(fù)二極管的正極，階躍恢復(fù)二極管的負(fù)極 連接在輸出中間導(dǎo)帶上，輸出信號共面波導(dǎo)位于階躍恢復(fù)二極管左側(cè)的部分為 終端短路傳輸線。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是
本發(fā)明能夠產(chǎn)生極窄脈沖信號，利用微波電路得到的這個脈沖信號發(fā)生器 由于其時域?qū)挾群苷?，在頻率域上能夠得到豐富的諧波分量。正弦波信號輸入
給激勵信號共面波導(dǎo)，由于階躍恢復(fù)二極管也就是SRD (Step Recovery Diode) 的特性，在輸入信號的正半周，SRD處于開啟的狀態(tài)；當(dāng)輸入信號剛進(jìn)入負(fù) 半周時，在SRD的生存期內(nèi)SRD仍然保持開啟的狀態(tài)，生存期時間結(jié)束后， 在輸入信號的負(fù)半周內(nèi)，SRD迅速的進(jìn)入關(guān)閉狀態(tài)，因而產(chǎn)生一個階躍函數(shù)， 這個階躍函數(shù)的邊沿是否陡峭取決于SRD的過渡時間，過渡時間越短邊沿就 越陡峭；由電路結(jié)構(gòu)可知輸入信號傳輸?shù)酱怪眳^(qū)時會分成兩路，第一路沿著輸 出信號共面波導(dǎo)繼續(xù)傳輸，第二路沿著終端短路傳輸線傳輸，會被終端短路結(jié) 構(gòu)反射回來，這里終端短路傳輸線的結(jié)構(gòu)能起到延遲及倒相的作用，反射回來 的信號同第一路信號相迭加抵消就會產(chǎn)生極窄脈沖序列。此脈沖的寬度取決于 終端短路傳輸線的長度和SRD的過渡時間，終端短路傳輸線越短、SRD的過 渡時間越小，產(chǎn)生的脈沖寬度就越窄，也就是說諧波分量越豐富。由此，通過 改變終端短路傳輸線的長度和選用不同過渡時間的階躍恢復(fù)二極管，可以調(diào)節(jié) 輸出脈沖寬度從納秒到皮秒數(shù)量級之間變化，得到豐富的諧波分量，以滿足不 同用戶的需求。
本發(fā)明于基片上的結(jié)構(gòu)設(shè)計而成，具有體積小、功耗低、輸入頻率可調(diào)、 輸出信號不確定度小、可重復(fù)性高等優(yōu)點(diǎn)。并且本發(fā)明能夠產(chǎn)生中寬為80ps 左右的脈沖，信號帶寬可達(dá)20GHz。這使得產(chǎn)生的脈沖更加接近于理想的5函 數(shù)，使其頻譜信息更加的豐富。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中帶有剖面線的部分表示金箔，沒有剖面 線的部分表示介質(zhì)基板，圖2是沿圖1中A-A線的剖視圖，圖3是本發(fā)明信 號沿輸出信號共面波導(dǎo)正向傳播和經(jīng)過終端短路傳輸線全反射回來被延時和 倒相的信號波形圖，圖中曲線A為輸出信號共面波導(dǎo)的信號波形圖，曲線B 為經(jīng)過終端短路傳輸線反射回來的信號波形圖，圖4是本發(fā)明的輸出脈沖信號 序列圖，圖5是本發(fā)明輸出的信號經(jīng)處理之后得到的寬帶諧波相位參考圖。
具體實施方式
具體實施方式
一下面結(jié)合圖1~圖5說明本實施方式，本實施方式由介 質(zhì)基板1、金箔2、激勵信號共面波導(dǎo)3、階躍恢復(fù)二極管4和輸出信號共面
波導(dǎo)5組成，介質(zhì)基板1表面覆有金箔2，激勵信號共面波導(dǎo)3和輸出信號共 面波導(dǎo)5分布于介質(zhì)基板1上，激勵信號共面波導(dǎo)3和輸出信號共面波導(dǎo)5 之間呈垂直排列，激勵信號共面波導(dǎo)3由第一基板3-l、輸入中間導(dǎo)帶3-2和 輸入接地導(dǎo)帶3-3組成，輸出信號共面波導(dǎo)5由第二基板5-l、輸出中間導(dǎo)帶 5-2、輸出接地導(dǎo)帶5-3和終端短路傳輸線5-4組成，輸入中間導(dǎo)帶3-2的一端 連接階躍恢復(fù)二極管4的正極，階躍恢復(fù)二極管4的負(fù)極連接在輸出中間導(dǎo)帶 5-2上，輸出信號共面波導(dǎo)5位于階躍恢復(fù)二極管3左側(cè)的部分為終端短路傳 輸線5-4。激勵信號共面波導(dǎo)3和輸出信號共面波導(dǎo)5的輸入輸出阻抗分別設(shè) 計為50Q。
由于共面波導(dǎo)獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，它的輸入端和輸出端可以分別與同軸電纜相 連，這樣的連接方式使得該電路成為一個獨(dú)立的脈沖信號發(fā)生器。
本發(fā)明是一種構(gòu)建于共面波導(dǎo)之上，結(jié)合SRD階躍恢復(fù)二極管4的新型 脈沖序列信號發(fā)生器。這個電路包括一個SRD以及終端短路傳輸線5-4。正弦 波輸入信號源通過阻抗為50Q的激勵信號共面波導(dǎo)3輸入，驅(qū)動階躍恢復(fù)二 極管SRD，由于SRD的特性，會產(chǎn)生一個階躍函數(shù)。當(dāng)激勵信號共面波導(dǎo)3 內(nèi)的信號傳輸?shù)酱怪眳^(qū)時，就會分成兩路， 一路向左側(cè)(圖3中曲線B所示)， 沿終端短路傳輸線5-4傳輸并被反射回來，與接下來沿著向右側(cè)傳輸?shù)男盘?圖 3中曲線A所示)迭加抵消，產(chǎn)生需要的脈沖序列，脈沖序列的重復(fù)頻率同輸 入激勵信號的頻率相同。產(chǎn)生的脈沖信號序列繼續(xù)向右傳輸，通過輸出信號共 面波導(dǎo)5輸出脈沖信號序列。
由信號與系統(tǒng)理論知道，為了求得一個系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，理論上應(yīng)該對其 輸入一個S函數(shù)，也就是時域上是沖擊信號，能量積分為l，它經(jīng)過傅立葉變 換得到的頻譜是一條直線。實際上這樣的信號只是理論上存在，實際工程當(dāng)中 很難實現(xiàn)。本發(fā)明產(chǎn)生的極窄脈沖信號可用來代替?zhèn)鹘y(tǒng)意義上的S函數(shù)。S函 數(shù)在工程上很難實現(xiàn)，但是在求一個系統(tǒng)的傳遞函數(shù)上卻很有價值。也就是說， 利用微波電路得到的脈沖信號發(fā)生器是一個優(yōu)質(zhì)的替代品，對S函數(shù)是很好的 近似。在電子測量領(lǐng)域里，為了合成理想的脈沖信號，不僅需要知道各個頻率
5分量的幅值信息，還要獲得它們的相位信息，對于一個初相位隨機(jī)的信號源， 每一次測量的各個頻率分量的相位其實是無意義的，各次諧波相對于基波的相
位更具有參考價值，尤其在微波、毫米波寬帶測量中，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(VNA) 是重要的測量儀器。VNA正在向非線性矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(NVNA)發(fā)展，并 有可能逐步替代現(xiàn)有的VNA。本發(fā)明得到的脈沖信號的諧波相對相位可作為 基于混頻器的非線性矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的參考信道必用的諧波相位參考源。此 外，各類非線性矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀在測量前還必須進(jìn)行寬帶諧波相位絕對校準(zhǔn)， 本發(fā)明可用作寬帶諧波相位量值的傳遞標(biāo)準(zhǔn)。其精度可溯源到基于NTN校準(zhǔn) 的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和光電采樣的國家標(biāo)準(zhǔn)，如圖5所示。
具體實施方式
二本實施方式與實施方式一的不同之處在于介質(zhì)基板1 的表面積為8mmx8mm—9mmx9mm。其它組成及連接方式與實施方式一相同。
具體實施方式
三本實施方式與實施方式一的不同之處在于介質(zhì)基板1 的表面積為8mmx8mm。其它組成及連接方式與實施方式一相同。
具體實施方式
四本實施方式與實施方式一的不同之處在于介質(zhì)基板1 的表面積為8.5mmx8.5mm。其它組成及連接方式與實施方式一相同。
具體實施方式
五本實施方式與實施方式一的不同之處在于介質(zhì)基板1 的表面積為9mmx9mm。其它組成及連接方式與實施方式一相同。
具體實施方式
六本實施方式與實施方式一的不同之處在于介質(zhì)基板1 的表面積為9mmx9mm—10mmxl0mm。其它組成及連接方式與實施方式一相 同。
具體實施方式
七本實施方式與實施方式一的不同之處在于介質(zhì)基板1
的表面積為9.5mmx9.5mm。其它組成及連接方式與實施方式一相同。
具體實施方式
八本實施方式與實施方式一的不同之處在于介質(zhì)基板1
的表面積為9.1mmx9.1mm。其它組成及連接方式與實施方式一相同。
具體實施方式
九本實施方式與實施方式一的不同之處在于介質(zhì)基板1
的表面積為10mmxlOmm。其它組成及連接方式與實施方式一相同。
具體實施方式
十本實施方式與實施方式一、二、三、四、五、六、七、
八或九的不同之處在于介質(zhì)基板1的厚度為508um，金箔6的厚度為4um，介
質(zhì)基板l的介電常數(shù)為10±0.2。其它組成及連接方式與實施方式一、二、三、四、五、六、七、八或九相同。
介質(zhì)基板尺寸以實際需要來定， 一般不會超過lcmxlcm，金箔厚度和介 質(zhì)基板厚度沒有絕對要求，因所選板材而異，不影響設(shè)計。
權(quán)利要求
1、一種基于共面波導(dǎo)的皮秒脈沖發(fā)生器，其特征在于它由介質(zhì)基板(1)、金箔(2)、激勵信號共面波導(dǎo)(3)、階躍恢復(fù)二極管(4)和輸出信號共面波導(dǎo)(5)組成，介質(zhì)基板(1)表面覆有金箔(2)，激勵信號共面波導(dǎo)(3)和輸出信號共面波導(dǎo)(5)分布于介質(zhì)基板(1)上，激勵信號共面波導(dǎo)(3)和輸出信號共面波導(dǎo)(5)之間呈垂直排列，激勵信號共面波導(dǎo)(3)由第一基板(3-1)、輸入中間導(dǎo)帶(3-2)和輸入接地導(dǎo)帶(3-3)組成，輸出信號共面波導(dǎo)(5)由第二基板(5-1)、輸出中間導(dǎo)帶(5-2)、輸出接地導(dǎo)帶(5-3)和終端短路傳輸線(5-4)組成，輸入中間導(dǎo)帶(3-2)的一端連接階躍恢復(fù)二極管(4)的正極，階躍恢復(fù)二極管(4)的負(fù)極連接在輸出中間導(dǎo)帶(5-2)上，輸出信號共面波導(dǎo)(5)位于階躍恢復(fù)二極管(3)左側(cè)的部分為終端短路傳輸線(5-4)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于共面波導(dǎo)的皮秒脈沖發(fā)生器，其特征在于 介質(zhì)基板(1)的表面積為8mmx8mm—9mmx9mm。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于共面波導(dǎo)的皮秒脈沖發(fā)生器，其特征在于 介質(zhì)基板(1)的表面積為9mmx9mm—10mmxl0mm。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的基于共面波導(dǎo)的皮秒脈沖發(fā)生器，其 特征在于介質(zhì)基板(1)的介電常數(shù)為10±0.2。
全文摘要
基于共面波導(dǎo)的皮秒脈沖發(fā)生器，屬于脈沖發(fā)生器。本發(fā)明的目的是為解決現(xiàn)有的脈沖發(fā)生器不能滿足超寬帶通信技術(shù)對極窄脈沖寬度要求的問題。本發(fā)明由介質(zhì)基板、金箔、激勵信號共面波導(dǎo)、階躍恢復(fù)二極管和輸出信號共面波導(dǎo)組成，介質(zhì)基板表面覆有金箔，激勵信號共面波導(dǎo)和輸出信號共面波導(dǎo)分布于介質(zhì)基板上并呈垂直排列，激勵信號共面波導(dǎo)的輸入中間導(dǎo)帶的一端連接階躍恢復(fù)二極管的正極，階躍恢復(fù)二極管的負(fù)極連接在輸出中間導(dǎo)帶上，輸出信號共面波導(dǎo)位于階躍恢復(fù)二極管左側(cè)的部分為終端短路傳輸線。本發(fā)明能夠產(chǎn)生皮秒數(shù)量級的脈沖。
文檔編號H01P3/00GK101540596SQ20091007187
公開日2009年9月23日 申請日期2009年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月23日
發(fā)明者喆 張, 穎 時, 娟 李, 林茂六 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)