一種超寬脈沖發(fā)生器的設計

摘要：超寬帶UWB是一種利用納秒級窄脈沖發(fā)送信息的技術(shù)。重點(diǎn)討論了一種采用級聯(lián)雪崩晶體管結構UWB極窄脈沖發(fā)生器,并對其電路及雪崩晶體管的工作原理進(jìn)行了具體分析。實(shí)驗獲得的UWB輸出脈沖寬度約為1.22ns,上升時(shí)間約為863ps。

關(guān)鍵詞：UWB（Ultra Wideband） 超寬帶 雪崩晶體管 脈沖發(fā)生器

目前,UWB技術(shù)已經(jīng)成為國際無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)研究的新熱點(diǎn),日益受到重視和關(guān)注。2002年2月14日,美國FCC（聯(lián)邦通信委員會(huì )）首次批準了UWB產(chǎn)品的民用銷(xiāo)售和使用。

UWB即超寬帶,它是一種利用納秒級極窄脈沖發(fā)送信息的技術(shù),其信號相對帶寬即信號帶寬與中心頻率之比大于25%。一個(gè)典型的中心頻率為2GHz（即寬度為500ps）的UWB脈沖信號的時(shí)域波形及其頻譜圖分別如圖1所示。

一般通信技術(shù)都是把信號從基帶調制到載波上,而UWB則是通過(guò)對具有很陡上升和下降時(shí)間的沖激脈沖進(jìn)行直接調制,從而具有GHz量級的帶寬。UWB具有發(fā)射信號功率譜密度低（數十mW范圍）、難以截獲、抗多徑、低成本、極好的穿透障礙物能力等優(yōu)點(diǎn),尤其適用于室內等密集多徑場(chǎng)所的高速無(wú)線(xiàn)接入和通信、雷達、定位、汽車(chē)防撞、液面感應和高度測量應用。

UWB信息調制方式需結合UWB傳播特性和脈沖產(chǎn)生方法綜合考慮,通?？刹捎妹}沖位置調制（Pulse Position Modulation）和正反極性調制（Antipodal Modulation）,這里采用PPM調制。

從本質(zhì)上看,UWB無(wú)線(xiàn)技術(shù)是發(fā)射和接收超短電磁能量脈沖的技術(shù),它采用極窄脈沖直接激勵天線(xiàn)。因此,極窄脈沖的產(chǎn)生就顯得尤為重要。目前,UWB極窄脈沖的產(chǎn)生方法主通過(guò)雪崩三極管、隧道二極管或階躍恢復二極管實(shí)現。其中隧道二極管和階躍恢復二極管所產(chǎn)生的脈沖,上升時(shí)間可以達幾十至幾百皮秒,但其幅度較小,一般為毫伏級。采用了利用雪崩三極管的雪崩效應的方案,同時(shí)采用雪崩三極管級聯(lián)結構來(lái)產(chǎn)生極窄脈沖,最后得到輸出脈沖上升時(shí)間約為863ps,幅度約為1.2V。

1 雪崩效應理論

當NPN型晶體管的集電極電壓很高時(shí),收集結空間電荷區內電場(chǎng)強度比放大低壓運用時(shí)大得多。進(jìn)入收集結的載流子被強電場(chǎng)加速,從而獲得很大能量,它們與晶格碰撞時(shí)產(chǎn)生了新的電子-空穴時(shí),新產(chǎn)生的電子、空穴又分別被強電場(chǎng)加速而重復上述過(guò)程。于是流過(guò)收集結的電流便“雪崩”式迅速增長(cháng),這就是晶體管的雪崩倍增效應。

晶體管在雪崩區的運用具有如下主要特點(diǎn)：

（1）電流增益增大到正常運用時(shí)的M倍,其中M為雪崩倍增因子。