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一种高幅度皮秒级微功率超宽带雷达探测系统

阅读：894发布：2020-05-20

专利汇可以提供一种高幅度皮秒级微功率超宽带雷达探测系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种高幅度皮秒级微功率超宽带雷达探测系统，主要是由高幅度皮秒级微功率超宽带雷达脉冲发射机、采样接收机、主控计算机和天线组成；所述脉冲发射机中的脉冲源为高幅度皮秒级微功率超宽带雷达脉冲源，所述脉冲源包括：驱动信号产生电路，前级高幅度脉冲产生电路，高幅度脉冲合成电路，后级脉冲窄化电路，脉冲整形电路；本发明充分结合场效应管和阶跃恢复二极管 (SRD)各自的特性优势，利用SRD管陡峭的截止导通边沿特性使得前级产生的高幅度脉冲的脉宽大大减小，再经过进一步压缩及过冲抑制，从而使得输出脉冲达到了皮秒级。能够提高冲击脉冲雷达分辨率以及探测距离，为超宽带雷达的应用提供了技术支持。，下面是一种高幅度皮秒级微功率超宽带雷达探测系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种高幅度皮秒级微功率超宽带雷达探测系统，其特征在于，主要是由高幅度皮秒级微功率超宽带雷达脉冲发射机、采样接收机、主控计算机和天线组成；所述高幅度皮秒级微功率超宽带雷达脉冲发射机产生脉冲，通过天线对准探测目标发射出去，经目标反射回来后的脉冲回波再由接收机的接收采样电路接收并处理，由主控计算机对采样波进行信号处理；所述脉冲发射机中的脉冲源为高幅度皮秒级微功率超宽带雷达脉冲源，所述脉冲源包括：驱动信号产生电路，前级高幅度脉冲产生电路，高幅度脉冲合成电路，后级脉冲窄化电路，脉冲整形电路；所述驱动信号产生电路放大TTL触发信号产生MOS管驱动脉冲信号，所述前级高幅度脉冲产生电路产生高幅度的功率合成器，所述脉冲合成电路将前级高幅度脉冲产生电路产生的两路脉冲信号合成为一路，所述后级脉冲窄化电路输出皮秒级的窄脉冲，所述脉冲整形电路抑制输出脉冲的过冲；驱动信号产生电路连接前级高幅度脉冲产生电路，前级高幅度脉冲产生电路是基于功率场效应管的原理产生纳秒级脉冲，两路纳秒级的脉冲经过脉冲合成电路合成为一路高幅度窄脉冲，从脉冲合成电路输出的高幅度脉冲经过传输线到后级脉冲窄化电路，在后级脉冲窄化电路中，利用SRD管陡峭的截止导通边沿特性使得前级产生的高幅度脉冲的脉宽大大减小，再经过微带传输线进一步压缩脉冲上升沿，末级两侧通过脉冲整形电路抑制了脉冲过冲，使得输出脉冲达到皮秒级。
2.根据权利要求1所述的一种高幅度皮秒级微功率超宽带雷达探测系统，其特征在于，所述驱动信号产生电路包括触发脉冲放大电路U1。
3.根据权利要求1或2所述的一种高幅度皮秒级微功率超宽带雷达探测系统，其特征在于，所述触发脉冲放大电路U1输出重频1MHZ的驱动脉冲。
4.根据权利要求1或2所述的一种高幅度皮秒级微功率超宽带雷达探测系统，其特征在于，所述前级高幅度脉冲产生电路包括两路功率场效应管Q1、Q2，充电电容C2、C3，馈电电阻R1、R2，限流电阻R3、R4；
所述场效应管Q1、Q2的栅极连接触发驱动脉冲，并通过馈电电阻R1、R2接地；Q1、Q2的漏极通过限流电阻R1、R2与高压偏置电源连接；Q1、Q2的源极通过充电电容C2、C3进行脉冲输出。
5.根据权利要求1所述的一种高幅度皮秒级微功率超宽带雷达探测系统，其特征在于，所述脉冲合成电路包括功率合成器U2，将两路纳秒级的脉冲合成为一路幅度更高的脉冲通过电容C3输出到下一级。
6.根据权利要求1所述的一种高幅度皮秒级微功率超宽带雷达探测系统，其特征在于，所述脉冲窄化电路包括两个SRD(阶跃恢复二极管)，微带传输线；
所述SRD管在接到前级过来的脉冲信号时，由于SRD管的反相恢复时间极短从而使得前级过来的较宽的纳秒级脉冲上升沿和下降沿会变的更加陡峭；微带传输对脉冲的上升沿进一步进行压缩。
7.根据权利要求1所述的一种高幅度皮秒级微功率超宽带雷达探测系统，其特征在于，所述脉冲整形电路包括四个SD(肖特基二极管)，反向的肖特基二极管用来抑制脉冲过冲，对输出脉冲进行整形。

说明书全文

一种高幅度皮秒级微功率超宽带雷达探测系统

技术领域

[0001] 本发明涉及微功率超宽带雷达技术领域，具体是涉及一种高幅度皮秒级微功率超宽带雷达探测系统。

背景技术

[0002] 超宽带雷达凭借着其高穿透力和超宽的信号带宽被广泛的应用于短距离通信和精确室内定位等方面。而超宽带窄脉冲是超宽带通信和超宽带雷达的重要组成部分，也是高速取样器的关键部分。因此，一个高幅度的极窄的脉冲源对超宽带领域格外的重要。但是脉冲的幅度和脉冲宽度一直是个矛盾，现有的皮秒级脉冲源产生的脉冲一般只有几V到几十V，而百V以上的脉冲源大都只有纳秒或亚纳秒级。传统的脉冲源设计方法中，用SRD产生的窄脉冲脉度很窄，但是幅度很小；功率MOS型场效应管开关速度较慢产生的脉冲幅度高但是脉宽较宽。因此利用SRD产生极窄脉冲并通过场效应管提升脉冲幅度可以得到较好的输出脉冲。

发明内容

[0003] 本发明解决的技术问题是提供一种高幅度皮秒级微功率超宽带雷达探测系统。

[0004] 为解决上述技术问题，本发明采用的以下技术方案来实现：

[0005] 一种高幅度皮秒级微功率超宽带雷达探测系统，主要是由高幅度皮秒级微功率超宽带雷达脉冲发射机、采样接收机、主控计算机和天线组成；所述高幅度皮秒级微功率超宽带雷达脉冲发射机产生脉冲，通过天线对准探测目标发射出去，经目标反射回来后的脉冲回波再由接收机的接收采样电路接收并处理，由主控计算机对采样波进行信号处理；所述脉冲发射机中的脉冲源为高幅度皮秒级微功率超宽带雷达脉冲源，所述脉冲源包括：驱动信号产生电路，前级高幅度脉冲产生电路，高幅度脉冲合成电路，后级脉冲窄化电路，脉冲整形电路；所述驱动信号产生电路放大TTL触发信号产生MOS管驱动脉冲信号，所述前级高幅度脉冲产生电路产生高幅度的功率合成器，所述脉冲合成电路将前级高幅度脉冲产生电路产生的两路脉冲信号合成为一路，所述后级脉冲窄化电路输出皮秒级的窄脉冲，所述脉冲整形电路抑制输出脉冲的过冲；驱动信号产生电路连接前级高幅度脉冲产生电路，前级高幅度脉冲产生电路是基于功率场效应管的原理产生纳秒级脉冲，两路纳秒级的脉冲经过脉冲合成电路合成为一路高幅度窄脉冲，从脉冲合成电路输出的高幅度脉冲经过传输线到后级脉冲窄化电路，在后级脉冲窄化电路中，利用SRD管陡峭的截止导通边沿特性使得前级产生的高幅度脉冲的脉宽大大减小，再经过微带传输线进一步压缩脉冲上升沿，末级两侧通过脉冲整形电路抑制了脉冲过冲，使得输出脉冲达到皮秒级。

[0006] 进一步地，在上述方案中，所述驱动信号产生电路包括触发脉冲放大电路U1，所述触发脉冲放大电路U1输出重频1MHZ的驱动脉冲。

[0007] 更进一步地，还包括电压转换单元、控制单元、时钟控制单元；所述电压转换单元用于将供电电源输入电压转换为合适的电压值，所述控制单元用于产生控制信号；所述时钟控制单元用于为控制单元供基准时钟信号，所述控制信号控制所述触发脉冲放大电路U1。

[0008] 进一步地，在上述方案中，所述前级高幅度脉冲产生电路包括两路功率场效应管Q1、Q2，充电电容C2、C3，馈电电阻R1、R2，限流电阻R3、R4；触发脉冲放大电路U1输入TTL触发信号输出驱动脉冲信号到Q1、Q2的栅极，所述场效应管Q1、Q2的栅极连接触发驱动脉冲，并通过馈电电阻R1、R2接地；Q1、Q2的漏极通过限流电阻R1、R2与高压偏置电源连接；Q1、Q2的源极通过充电电容C2、C3进行脉冲输出。

[0009] 进一步地，在上述方案中，所述脉冲合成电路包括功率合成器U2，将两路纳秒级的脉冲合成为一路幅度更高的脉冲通过电容C3输出到下一级。

[0010] 进一步地，在上述方案中，所述脉冲窄化电路包括两个SRD(阶跃恢复二极管)，微带传输线；所述SRD管在接到前级过来的脉冲信号时，由于SRD管的反相恢复时间极短从而使得前级过来的较宽的纳秒级脉冲上升沿和下降沿会变的更加陡峭；微带传输对脉冲的上升沿进一步进行压缩。

[0011] 进一步地，在上述方案中，所述脉冲整形电路包括四个SD(肖特基二极管)，反向的肖特基二极管用来抑制脉冲过冲，对输出脉冲进行整形。

[0012] 本发明的高幅度皮秒级微功率超宽带雷达脉冲源生成原理是：皮秒级脉冲源主要由前级脉冲产生电路，高幅度脉冲合成电路和后级脉冲窄化电路三部分组成。前级高幅度脉冲产生电路是基于功率场效应管的原理产生纳秒级脉冲，两路纳秒级的脉冲经过脉冲合成电路合成为一路高幅度窄脉冲，从脉冲合成电路输出的高幅度脉冲经过传输线到后级脉冲窄化电路，在后级脉冲窄化电路中，利用SRD管陡峭的截止导通边沿特性使得前级产生的高幅度脉冲的脉宽大大减小，再经过微带传输线进一步压缩脉冲上升沿，末级两侧加肖特基二极管抑制了脉冲过冲，从而使得输出脉冲达到了皮秒级。

[0013] 本发明的有益效果是：本发明的雷达探测系统中，高幅度皮秒级微功率超宽带雷达脉冲发射机所产生的皮秒级脉冲源主要是通过前级脉冲产生电路，高幅度脉冲合成电路和后级脉冲窄化电路实现皮秒级脉冲的生成，前级高幅度脉冲产生电路是基于功率场效应管的原理产生纳秒级脉冲，两路纳秒级的脉冲经过脉冲合成电路合成为一路高幅度窄脉冲，从脉冲合成电路输出的高幅度脉冲经过传输线到后级脉冲窄化电路，在后级脉冲窄化电路中，利用SRD管陡峭的截止导通边沿特性使得前级产生的高幅度脉冲的脉宽大大减小，再经过微带传输线进一步压缩脉冲上升沿，末级两侧加肖特基二极管抑制了脉冲过冲，从而使得输出脉冲达到了皮秒级。本发明充分结合场效应管和阶跃恢复二极管(SRD)各自的特性优势，所设计的皮秒级脉冲源大大提高了冲击脉冲雷达的分辨率及探测深度，能够进一步提高冲击脉冲雷达分辨率以及探测距离，为冲击脉冲超宽带雷达的应用提供了技术支持。附图说明

[0014] 图1是本发明雷达探测系统的结构组成框图；

[0015] 图2是本发明的高幅度皮秒级微功率超宽带雷达脉冲源电路系统结构示意图；

[0016] 图3是本发明的高幅度皮秒级微功率超宽带雷达脉冲源的电路图。

具体实施方式

[0017] 下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

[0018] 如图1所示的一种高幅度皮秒级微功率超宽带雷达探测系统，主要是由高幅度皮秒级微功率超宽带雷达脉冲发射机、采样接收机、主控计算机和天线组成；高幅度皮秒级微功率超宽带雷达脉冲发射机产生脉冲，通过天线对准探测目标发射出去，经目标反射回来后的脉冲回波再由接收机的接收采样电路接收并处理，由主控计算机对采样波进行信号处理；脉冲发射机中的脉冲源为高幅度皮秒级微功率超宽带雷达脉冲源，脉冲源包括：驱动信号产生电路，前级高幅度脉冲产生电路，高幅度脉冲合成电路，后级脉冲窄化电路，脉冲整形电路；驱动信号产生电路放大TTL触发信号产生MOS管驱动脉冲信号，前级高幅度脉冲产生电路产生高幅度的功率合成器，脉冲合成电路将前级高幅度脉冲产生电路产生的两路脉冲信号合成为一路，后级脉冲窄化电路输出皮秒级的窄脉冲，脉冲整形电路抑制输出脉冲的过冲；驱动信号产生电路连接前级高幅度脉冲产生电路，前级高幅度脉冲产生电路是基于功率场效应管的原理产生纳秒级脉冲，两路纳秒级的脉冲经过脉冲合成电路合成为一路高幅度窄脉冲，从脉冲合成电路输出的高幅度脉冲经过传输线到后级脉冲窄化电路，在后级脉冲窄化电路中，利用SRD管陡峭的截止导通边沿特性使得前级产生的高幅度脉冲的脉宽大大减小，再经过微带传输线进一步压缩脉冲上升沿，末级两侧通过脉冲整形电路抑制了脉冲过冲，使得输出脉冲达到皮秒级。

[0019] 其中，驱动信号产生电路包括触发脉冲放大电路U1，还包括电压转换单元、控制单元、时钟控制单元；所述电压转换单元用于将供电电源输入电压转换为合适的电压值，所述控制单元用于产生控制信号；所述时钟控制单元用于为控制单元供基准时钟信号，所述控制信号控制所述触发脉冲放大电路U1。

[0020] 前级高幅度脉冲产生电路包括两路功率场效应管Q1、Q2，充电电容C2、C3，馈电电阻R1、R2，限流电阻R3、R4；触发脉冲放大电路U1输入TTL触发信号输出驱动脉冲信号到Q1、Q2的栅极，所述场效应管Q1、Q2的栅极连接触发驱动脉冲，并通过馈电电阻R1、R2接地；Q1、Q2的漏极通过限流电阻R1、R2与高压偏置电源连接；Q1、Q2的源极通过充电电容C2、C3进行脉冲输出。

[0021] 脉冲合成电路包括功率合成器U2，将两路纳秒级的脉冲合成为一路幅度更高的脉冲通过电容C3输出到下一级。脉冲窄化电路包括两个SRD(阶跃恢复二极管)，微带传输线；所述SRD管在接到前级过来的脉冲信号时，由于SRD管的反相恢复时间极短从而使得前级过来的较宽的纳秒级脉冲上升沿和下降沿会变的更加陡峭；微带传输对脉冲的上升沿进一步进行压缩。脉冲整形电路包括四个SD(肖特基二极管)，反向的肖特基二极管用来抑制脉冲过冲，对输出脉冲进行整形。

[0022] U1输出重频1MHZ的驱动脉冲，VCC1通过限流电阻R3、R4对两个场效应管Q1、Q2漏极加100V～200V偏置高压，驱动脉冲加入后，充电电容C1、C2开始放电，输出两路纳秒级的窄脉冲到功率合成器进行合成，并通过电容C3输出高幅度的纳秒脉冲到微带传输线及SRD管进行脉宽压缩，在T1出可输出100V～200V的半脉宽在300Ps～600Ps之间的皮秒级窄脉冲。

[0023] 以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

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