超快電脈沖瞬態(tài)取樣理論、方法和實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、在高能物理和天體物理實(shí)驗(yàn)中，涉及到許多納秒級(jí)至皮秒級(jí)單次事件，因此超快電脈沖(皮秒級(jí)上升沿、單次)的瞬態(tài)取樣方法成為一個(gè)重要的科學(xué)問(wèn)題，由此興起一個(gè)新興的電子科學(xué)一皮秒電子學(xué)。目前基于GaAs、InP材料制作的晶體管截止頻率已經(jīng)達(dá)到350GHz，并且已有100GHz毫米波單片集成電路的報(bào)道，利用這些超高速集成器件和皮秒脈沖傳輸線可以實(shí)現(xiàn)單次超快電脈沖的低成本、小型化精確測(cè)量。 論文針對(duì)上述問(wèn)題，根據(jù)實(shí)時(shí)取樣和電快脈沖取樣法基本原

2、理，以皮秒脈沖傳輸線和高速瞬態(tài)取樣門為主要研究對(duì)象，進(jìn)行了皮秒電脈沖瞬態(tài)取樣的理論、方法和實(shí)驗(yàn)研究。主要內(nèi)容為： 1．研究傳輸線取樣系統(tǒng)存在的問(wèn)題，提出一種新穎的小型化、集成化、固體化高速取樣方案。 2．研究針對(duì)皮秒電脈沖測(cè)量的取樣傳輸線理論和方法，進(jìn)行傳輸線特性參數(shù)計(jì)算和損耗分析。提出高速脈沖取樣傳輸線的基本結(jié)構(gòu)是，兩條正負(fù)平衡的選通傳輸線和沿同一方向傳輸?shù)男盘?hào)傳輸線，傳輸線的基本問(wèn)題是阻抗匹配問(wèn)題。提出一種新穎的信號(hào)

3、傳輸線局部阻抗匹配方法和模型，推導(dǎo)出補(bǔ)償計(jì)算公式。提出選通傳輸線的步進(jìn)特性阻抗匹配方法和計(jì)算公式。利用多層圖形工藝和聚四氟乙烯F<,4>B基材，實(shí)現(xiàn)一種具有104ps上升時(shí)間和4GHz帶寬的皮秒脈沖傳輸線。 3．研究高速瞬態(tài)取樣門理論和實(shí)現(xiàn)方法。發(fā)展一種新穎的對(duì)稱設(shè)計(jì)四肖特基管平衡取樣門電路，給出取樣效率計(jì)算公式和有效選通寬度的計(jì)算方法。 4．研究高速電脈沖波形“緩沖減速”原理和模型。提出電容電荷緩沖存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)基本模型，設(shè)

4、計(jì)出有源緩沖電荷存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)。 5．研究高速取樣器實(shí)現(xiàn)方法和工藝。設(shè)計(jì)出各單元電路、微波腔體和印制板工藝，研制出100ps高速瞬態(tài)取樣器原型裝置。 綜上所述，通過(guò)理論分析計(jì)算、計(jì)算機(jī)模擬和實(shí)驗(yàn)測(cè)試，根據(jù)論文提出的理論、方法和工藝實(shí)現(xiàn)的原型取樣裝置，具有高速瞬態(tài)取樣、信號(hào)緩沖減速保持、樣品信號(hào)多路讀取和輸出增益放大功能。 通過(guò)對(duì)TD-1110C脈沖源產(chǎn)生的單次快脈沖對(duì)比波形測(cè)試表明，取樣器測(cè)量波形和高速示波器所測(cè)波形形