超快電脈沖瞬態(tài)取樣理論、方法和實驗研究.pdf

1、在高能物理和天體物理實驗中，涉及到許多納秒級至皮秒級單次事件，因此超快電脈沖(皮秒級上升沿、單次)的瞬態(tài)取樣方法成為一個重要的科學(xué)問題，由此興起一個新興的電子科學(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道，利用這些超高速集成器件和皮秒脈沖傳輸線可以實現(xiàn)單次超快電脈沖的低成本、小型化精確測量。 論文針對上述問題，根據(jù)實時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象，進行了皮秒電脈沖瞬態(tài)取樣的理論、方法和實驗研究。主要內(nèi)容為： 1．研究傳輸線取樣系統(tǒng)存在的問題，提出一種新穎的小型化、集成化、固體化高速取樣方案。 2．研究針對皮秒電脈沖測量的取樣傳輸線理論和方法，進行傳輸線特性參數(shù)計算和損耗分析。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)男盘杺鬏斁€，傳輸線的基本問題是阻抗匹配問題。提出一種新穎的信號

3、傳輸線局部阻抗匹配方法和模型，推導(dǎo)出補償計算公式。提出選通傳輸線的步進特性阻抗匹配方法和計算公式。利用多層圖形工藝和聚四氟乙烯F<,4>B基材，實現(xiàn)一種具有104ps上升時間和4GHz帶寬的皮秒脈沖傳輸線。 3．研究高速瞬態(tài)取樣門理論和實現(xiàn)方法。發(fā)展一種新穎的對稱設(shè)計四肖特基管平衡取樣門電路，給出取樣效率計算公式和有效選通寬度的計算方法。 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網(wǎng)絡(luò)基本模型，設(shè)

4、計出有源緩沖電荷存儲網(wǎng)絡(luò)。 5．研究高速取樣器實現(xiàn)方法和工藝。設(shè)計出各單元電路、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，通過理論分析計算、計算機模擬和實驗測試，根據(jù)論文提出的理論、方法和工藝實現(xiàn)的原型取樣裝置，具有高速瞬態(tài)取樣、信號緩沖減速保持、樣品信號多路讀取和輸出增益放大功能。 通過對TD-1110C脈沖源產(chǎn)生的單次快脈沖對比波形測試表明，取樣器測量波形和高速示波器所測波形形