超短波频段脉冲产生器的设计及硬件实现

荡很校
设计方案中最为重要的就是脉冲成型网络，它决定了输出脉冲的频带范围，时域形状好坏等。所以利用ADS2006A中的SmartComponentchart进行辅助设计。设计指标为：滤波器类型为5阶切比雪夫滤波器，通带平坦度为0．5 dB，范围：30～40 MHz。阻带衰减为50 dB，范围为10 MHz，50 MHz。输入、输出阻抗均为50Ω。如图5所示。

设计的最后一个环节是宽带放大器。此方案中采用的是共射负反馈静态工作点稳定电路。在零偏置放大电路的基础上加入发射极电阻Re和耦合电容Ce，通过Re的负反馈作用稳定静态工作点，判定标准是：(1+β)Re＞＞Rb。BJT还是采用BFP450，根据零偏置放大电路的设计方法，加入Re的影响，确定静态工作点为VCE=2 V，VBE=732．2 mV。
因为单晶体管选定过后，rbb’和Cμ就随之确定，因而增益带宽乘积也就大体确定，所以必须在设计的时候寻找到增益和带宽之间的平衡点，其次宽带放大器的放大频谱范围必须确定在30～40 MHz之间，不能引入新的频率分量。
在设计零偏置放大电路时，已经确定了BFP450的静态工作点，在这级宽带放大电路中引入负反馈来稳定静态工作点。因为是带通信号，所以采用阻容耦合方式连接电路。具体电路如图6所示。

单管放大电路的频率响应为：
(1)下限截止频率：

与BJT的自身参数无关，只与输出回路的时间常数有关。
(2)上限截止频率：

由输入回路和BJT自身参数决定。其中：，相当于是输入回路的时间常数。
从BFP的datasheet里已知BJT的截止频率fβ，可以推出，A。因为滤波成型网络的输出范围为30～40MHz，所以宽带放大器的放大范围也控制在这个标准。根据单管放大器的频率响应，可以推算出电阻，电容的数值，根据适当的取舍，将其转换为标称值。宽带放大器在30～40 MHz范围内增益为：21．36～22．56 dB。
最终电路如图7所示。

图8是利用ADS仿真基于滤波原理的脉冲产生器最终输出波形时频域图。从图中可知，最终输出脉冲峰峰值为-700～661．6 mV，拖尾抑制为-12 dB，注意主脉冲后的小幅度振荡不是由于电路结构造成的，而是因为频域受限的信号必定是时域无限振荡。除此之外，主脉冲具有良好的对称性，其频谱基本控制在30～40 MHz间。脉冲的重复频率根据所设计的脉宽来确定，理论上最大脉冲重复频率。仿真波形比较理想，达到了预期的要求。

3 脉冲产生器的制作及测试
脉冲产生器电路制作在FR4环氧玻纤板上，它的介电常数为9．6，厚度为1．2 mm，输入、输出阻抗为50Ω，整个电路结构紧凑，体积小。
输入的LO信号为1．25 MHz，TTL电平的方波，使用Agilent 54855A，6 GHz，20 Gsa／s示波器测量输出脉冲波形。其脉冲产生器实物及测试结果如图9所示。

输出脉冲峰峰值为1.17V，脉冲宽度为100ns，脉冲重复最高可达，脉冲中心频率为35 MHz，-10 dB带宽为10 MHz，通带平坦度为1 dB，阻带衰减30 dB。通过和仿真结果比较可以看出，测试的脉冲幅度比仿真的脉冲要小，同时在脉冲的前端有高频信号干扰，通过分析得知，高频干扰是理想冲激脉冲发生器所产生的单位冲激脉冲通过滤波成型网络串扰到模拟地所致，可以在下一步设计中优化模拟地的环路结构从而改善脉冲波形。总体来说，产生的脉冲对称性良好，各项指标均达到了预期要求。

4 结 语
本文通过从频域角度考虑产生脉冲的方法，成功地设计了能够集成在超短波通信设备上的脉冲产生器，从而实现超宽带通信。此脉冲产生器具有结构紧凑、体积小、成本低、易于实现等优点，测试结果与仿真结果一致。突出优点是能够通过改变滤波器的参数产生任意频段的脉冲，而且脉冲的最高重复频率突破了传统开关型脉冲产生器受限于开关器件特性的瓶颈，而仅与所产生的脉冲宽度有关，若与后级功放或变压器相连，能够实现高速远距离超宽带通信。