一種基于耦合反饋的雪崩效應(yīng)電磁傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電子技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于耦合反饋的雪崩效應(yīng)電磁傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002] 具有雪崩效應(yīng)的晶體管是產(chǎn)生納秒級、亞納秒級超寬帶窄脈沖信號的常用器件， 是構(gòu)成超寬帶窄脈沖產(chǎn)生電路的核心器件。這類超寬帶窄脈沖產(chǎn)生電路一般包含充電回 路、放電回路和觸發(fā)回路，其中充電回路主要由電源、充電電阻、充放電電容等構(gòu)成，放電回 路由晶體管的發(fā)射極和集電極、充放電電容等構(gòu)成，觸發(fā)回路則由晶體管的發(fā)射極和基極、 觸發(fā)信號輸入端口等構(gòu)成。
[0003] 由于超寬帶窄脈沖信號具備有豐富的信號頻譜，具有較好的穿透性及距離分辨 力，常用于探測物體及其內(nèi)部特性，利用超寬帶窄脈沖信號的電磁探測系統(tǒng)已在物體電磁 參數(shù)測量、建筑探測、安檢等方面得到了應(yīng)用。超寬帶窄脈沖電磁探測系統(tǒng)一般由超寬帶窄 脈沖產(chǎn)生電路、發(fā)射天線、接收天線、波形采集設(shè)備等組成，其中超寬帶窄脈沖產(chǎn)生電路一 般利用屏蔽外殼將其與外界物體進(jìn)行電磁隔離，超寬帶窄脈沖信號通過微波電纜連接至發(fā) 射天線，并在發(fā)射天線周圍空間中產(chǎn)生電磁場，電磁場再與周圍空間中物體發(fā)生電磁耦合 作用；另一方面，超寬帶窄脈沖電磁探測系統(tǒng)通過接收天線及波形采集器測量與物體耦合 后脈沖信號的波形，達(dá)到探測周圍空間中物體及其特性的目的。
[0004] 上述超寬帶窄脈沖電磁探測系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用，但其構(gòu)成相對復(fù)雜，要求獨(dú)立 的天線與連接電纜，并要求使用小于超寬帶窄脈沖信號寬度的高分辨力波形采集設(shè)備，不 利于小型化、且成本相對較高。因此，上述探測系統(tǒng)不利于超寬帶窄脈沖電磁探測系統(tǒng)的推 廣應(yīng)用。同時(shí)，現(xiàn)有電磁探測應(yīng)用僅利用雪崩效應(yīng)產(chǎn)生超寬帶窄脈沖電磁信號，未見利用雪 崩效應(yīng)進(jìn)行電磁信號探測的報(bào)道。
[0005] 因此，現(xiàn)有技術(shù)中需要一種能夠解決由于超寬帶窄脈沖電磁探測系統(tǒng)要求獨(dú)立的 天線與連接電纜、并要求使用小于超寬帶窄脈沖信號寬度的高分辨力波形采集設(shè)備而導(dǎo)致 超寬帶窄脈沖電磁探測系統(tǒng)不利于小型化、且成本相對較高的問題的技術(shù)方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種基于耦合反饋的雪崩效應(yīng)電磁傳感器，具備超寬帶窄 脈沖產(chǎn)生電路、發(fā)射天線與接收天線的功能，在雪崩效應(yīng)截止過程中能夠直接引入被測物 體的電磁耦合影響，并測量與電磁耦合影響程度關(guān)聯(lián)的放電電荷量，進(jìn)而測量雪崩效應(yīng)電 磁傳感器與被測物體耦合作用的強(qiáng)弱。根據(jù)本發(fā)明的雪崩效應(yīng)電磁傳感器避免了對高分辨 力波形采集設(shè)備的依賴，大幅降低超寬帶窄脈沖電磁探測系統(tǒng)的成本，有利微型化和推廣 應(yīng)用。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明的基于耦合反饋的雪崩效應(yīng)電磁傳感器，包括：充電回路、發(fā)射回路、 接收回路以及電荷檢測電路，其中，
[0008] 充電回路為由電源、充電電阻、充放電電容以及電源地組成的電路；
[0009] 接收回路為由觸發(fā)信號輸入端口、雪崩三極管的基極以及雪崩三極管的發(fā)射極組 成的電路，用于在觸發(fā)信號的激勵(lì)下產(chǎn)生超寬帶窄脈沖信號；并作為雪崩效應(yīng)電磁傳感器 的接收天線，接收耦合反饋的脈沖信號；
[0010] 發(fā)射回路為由雪崩三極管的集電極、充放電電容以及雪崩三極管的發(fā)射極組成的 電路，作為雪崩效應(yīng)電磁傳感器的發(fā)射天線發(fā)射超寬帶窄脈沖信號；
[0011] 電荷檢測電路設(shè)置于充電回路中，用于測量雪崩效應(yīng)電磁傳感器的放電電荷量， 并作為雪崩效應(yīng)電磁傳感器的輸出信號端口。
[0012] 優(yōu)選地，電荷檢測電路包括輸出電阻，通過測量輸出電阻兩端的電壓確定雪崩效 應(yīng)電磁傳感器的放電電荷量。
[0013] 優(yōu)選地，發(fā)射回路的周長Lt以及接收回路的周長k滿足公式1 :
[0014] Lt^ Lr<0. 15/fnax公式I
[0015]式中，f_為雪崩效應(yīng)電磁傳感器信號的最高有效頻率，單位為GHz ;Lt以及k的 單位為m。
[0016] 優(yōu)選地，發(fā)射回路與接收回路的幾何中心間的間距D滿足公式2 :
[0018] 式中，Lt為發(fā)射回路的周長，d為雪崩效應(yīng)電磁傳感器的探測深度指標(biāo)，e為貼近 雪崩效應(yīng)電磁傳感器的待測物體的相對介電常數(shù)。
[0019] 優(yōu)選地，輸出電阻設(shè)置于發(fā)射回路和接收回路的外部。
[0020] 優(yōu)選地，輸出電阻兩端的電壓為平均電壓UTiS，雪崩效應(yīng)電磁傳感器單次的放電 電荷量Q放電為：
[0021]
[0022] 式中，&為輸出電阻的電阻值；T為產(chǎn)生超寬帶窄脈沖信號的重復(fù)周期。
[0023] 優(yōu)選地，輸出電阻兩端的電壓為跳變電壓UK，雪崩效應(yīng)電磁傳感器單次的放電 電荷量Q放電為：
[0024]
[0025] 式中，&為輸出電阻的電阻值；R^為充電電阻的電阻值。
[0026] 優(yōu)選地，輸出電阻同時(shí)設(shè)置于發(fā)射回路上。
[0027] 優(yōu)選地，發(fā)射回路包圍接收回路，或者接收回路包圍發(fā)射回路，或者接收回路與發(fā) 射回路不存在包圍關(guān)系；雪崩三極管的連接級數(shù)為一級、兩級或者多級。
[0028] 優(yōu)選地，發(fā)射回路的形狀為橢圓形或者多邊形；和/或，接收回路的形狀為橢圓形 或者多邊形。
[0029] 本發(fā)明實(shí)施例的基于耦合反饋的雪崩效應(yīng)電磁傳感器，包括：充電回路、發(fā)射回 路、接收回路以及電荷檢測電路，接收回路用于在觸發(fā)信號的激勵(lì)下產(chǎn)生超寬帶窄脈沖信 號，并作為雪崩效應(yīng)電磁傳感器的接收天線；發(fā)射回路作為所述雪崩效應(yīng)電磁傳感器的發(fā) 射天線發(fā)射所述超寬帶窄脈沖信號；電荷檢測電路設(shè)置于充電回路中，用于測量雪崩效應(yīng) 電磁傳感器的放電電荷量，并作為雪崩效應(yīng)電磁傳感器的輸出信號端口。本發(fā)明的雪崩效 應(yīng)電磁傳感器，通過將發(fā)射天線集成至發(fā)射回路、將接收天線集成至接收回路，能夠簡化超 寬帶窄脈沖電磁探測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；通過在充電回路中設(shè)置電荷檢測電路，能夠避免雪崩效 應(yīng)電磁傳感器對高分辨力波形采集設(shè)備的依賴。根據(jù)本發(fā)明的基于耦合反饋的雪崩效應(yīng)電 磁傳感器能夠降低對超寬帶窄脈沖電磁探測系統(tǒng)的復(fù)雜程度和成本，避免對高分辨力波形 采集設(shè)備的依賴，有利微型化和推廣應(yīng)用。
【附圖說明】
[0030] 圖1為本發(fā)明的雪崩三極管的連接級數(shù)為一級的基于耦合反饋的雪崩效應(yīng)電磁 傳感器的原理圖；
[0031] 圖2為本發(fā)明的雪崩三極管的連接級數(shù)為兩級的基于天線反饋的雪崩效應(yīng)傳感 器的原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并舉出優(yōu)選實(shí) 施例，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。然而，需要說明的是，說明書中列出的許多細(xì)節(jié)僅僅是為 了使讀者對本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面有一個(gè)透徹的理解，即便沒有這些特定的細(xì)節(jié)也可以 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的這些方面。
[0033] 現(xiàn)有技術(shù)中，超寬帶窄脈沖產(chǎn)生電路一般利用屏蔽外殼將其與外界物體進(jìn)行電磁 隔離，超寬帶窄脈沖信號通過微波電纜連接至發(fā)射天線；超寬帶窄脈沖電磁探測系統(tǒng)通過 接收天線及波形采集器測量與物體耦合后脈沖信號的波形。這種超寬帶窄脈沖電磁探測系 統(tǒng)構(gòu)成相對復(fù)雜，要求獨(dú)立的天線與連接電纜，并要求使用小于超寬帶窄脈沖信號寬度的 高分辨力波形采集設(shè)備，不利于小型化、且成本相對較高。因此，上述探測系統(tǒng)不利于超寬 帶窄脈沖電磁探測系統(tǒng)的推廣應(yīng)用。同時(shí)，現(xiàn)有電磁探測應(yīng)用僅利用雪崩效應(yīng)產(chǎn)生超寬帶 窄脈沖電磁信號，未見利用雪崩效應(yīng)進(jìn)行電磁信號探測的報(bào)道。
[0034] 本發(fā)明通過簡化超寬帶窄脈沖電磁探測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)并提供測量被測物體電磁耦 合影響的電路，避免了超寬帶窄脈沖電磁探測系統(tǒng)對高分辨力波形采集設(shè)備的依賴，大幅 降低超寬帶窄脈沖電磁探測系統(tǒng)的復(fù)雜程度和成本，有利微型化和推廣應(yīng)用。
[0035] 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的基于耦合反饋的雪崩效應(yīng)電磁傳感器的原理。下面結(jié)合 附圖詳細(xì)說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案。本發(fā)明中的雪崩三極管是指具有雪崩效應(yīng)的三極 管。
[0036] 根據(jù)本發(fā)明的基于耦合反饋的雪崩效應(yīng)電磁傳感器，包括：充電回路、發(fā)射回路 6、接收回路11以及電荷檢測電路。
[0037] 充電回路為由電源3、充電電阻4、充放電電容5以及電源地9組成的電路。
[0038] 接收回路11為由觸發(fā)信號輸入端口 1、雪崩三極管2的基極以及雪崩三極管2的 發(fā)射極組成的電路。觸發(fā)信號輸入端口 1設(shè)置于觸發(fā)電阻10的兩端，當(dāng)觸發(fā)信號輸入端口 1輸入觸發(fā)信號后，接收回路11能夠在觸發(fā)信號的激勵(lì)下產(chǎn)生超寬帶窄脈沖信號，并經(jīng)發(fā) 射回路6進(jìn)行發(fā)送。傳統(tǒng)的超寬帶窄脈沖電磁探測系統(tǒng)中，耦合反饋的信號需