瞬态电磁脉冲传输特性与雪崩晶体管MARX信号源的研究

摘要

地质雷达是通过发射瞬态电磁脉冲，利用接收装置对回波信号探测以及后续分析处理，从而就可以对埋地目标或隐藏目标的各种性能参数进行测量。瞬态电磁脉冲也叫做冲击脉冲，由于其具有很多频率成分和较好的探地性能等特点，因此被广泛应用于地质勘测、地下工程质量检测等众多的领域。这种信号的脉冲宽度通常为纳秒量级，信号幅度达到几百伏或千伏量级。所以设计制作稳定性要好，而且重频特性比较好的高幅度窄脉冲信号源，具有技术上的复杂性。因此，本论文的研究具有重要的技术价值和显著的工程应用价值。
　　 本文的研究内容包括:对瞬态电磁脉冲的传输过程中的信号特性进行分析，这对于回波信号的处理分析具有重要意义;在此基础上，本文研究并设计了基于雪崩晶体管雪崩效应的用于检测地下目标的信号源。首先分析了雪崩晶体管的工作原理，对于晶体管的雪崩过程、动态工作和触发方式进行了探讨;然后对输出产生的瞬态电磁脉冲的各种参数和特性进行研究，重点分析了其传输特性规律。
　　 本文利用仿真软件multisim对脉冲信号源电路进行设计、分析和仿真，构建电路的等效模型，分析了各种类型电路形成的瞬态脉冲的不同，以及各种电路参数对信号波形的影响，最终确定实际电路。在仿真研究的基础上，优选雪崩晶体管等电路元件，采用雪崩晶体管的MARX电路，通过对电路中各个参数的优选和高频电路的优化设计，制作了高幅度的冲击脉冲的信号源。通过将实际电路的输出信号和仿真结果的各项指标比对，基本验证了该电路的正确性和高可靠性。本文研究结果基本达到预期的目标，为后面的回波信号接收和数据处理等研究工作，提供了坚实的基础。

目录

声明

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摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 国内外的研究和发展现状

1．3 本文研究的目的和主要内容

1．3．1 本文研究的目的

1．3．2 本文研究的主要内容

第二章 雪崩晶体管的工作原理

2．1 引言

2．2 雪崩晶体管的工作原理

2．3 雪崩晶体管的雪崩特性

2．4 雪崩晶体管工作的动态过程分析

2．5 雪崩晶体管的导通方式

2．5．1 触发导通

2．5．2 过压导通

2．5．3 快速上升的电压导通

2．6 本章小结

第三章 瞬态电磁脉冲的传输特性研究

3．1 引言

3．2 信号源的瞬态电磁脉冲的相关参数

3．2．1 波形参数

3．2．2 功率参数

3．2．3 稳定度参数

3．3 信号源的瞬态电磁脉冲的分析

3．3．1 脉冲稳定度的分析

3．3．2 脉冲波形抖动的分析

3．4 瞬态电磁脉冲的传输规律

3．4．1 用严格的电磁理论计算瞬态电磁脉冲的传输规律

3．4．2 用点源近似模型来计算瞬态电磁脉冲的传输规律

3．5 本章小结

第四章 瞬态电磁脉冲产生电路的仿真研究

4．1 引言

4．2 雪崩晶体管单管电路(基本电路)

4．2．1 电源电压对输出脉冲的影响

4．2．2 集电极电阻和储能电容对输出脉冲的影响

4．2．3 其它参数的选择

4．3 雪崩晶体管双管电路

4．4 雪崩晶体管多管电路

4．5 雪崩晶体管MARX电路

4．6 本章小结

第五章 雪崩晶体管MARX信号源的设计

5．1 引言

5．2 直流电源部分

5．3 触发信号部分

5．3．1 基于555定时器的触发信号产生部分

5．3．2 设计搭建的触发信号产生部分

5．4 雪崩晶体管MARX电路产生脉冲部分

5．5 输出脉冲部分

5．6 实际的雪崩电路的制作和调试

5．6．1 雪崩晶体管的选择

5．6．2 电容电阻的选择

5．6．3 实际电路元器件参数的确定

5．6．4 直流电源部分的确定

5．6．5 其它元器件的确定

5．6．6 电路调试

5．7本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

附录

致谢

作者和导师简介

工程硕士研究生学位论文答辩委员会决议书