用于冷原子量子态操控的亚周期微波脉冲序列发生装置的制作方法

本发明涉及一种亚周期微波脉冲序列发生装置。

背景技术：

超宽带技术(uwb)是近些年发展起来的一种新型的微波通信技术，超宽带脉冲具有数ghz量级的带宽，且其脉冲拥有快速的上升和下降沿。亚周期微波脉冲是震荡周期小于1个周期的超宽带微波脉冲，具有穿透力强，抗干扰能力强，频带较宽，反隐身能力较强等特点，非常适合短距离通信，而且已广泛的应用在诸如隐蔽通信，穿墙雷达，探测雷达等方面。超宽带亦可运用于对原子的操控，例如可以运用微波脉冲序列作用于原子，进而对其量子态进行操控，实现原子的能级跃迁、布居数转移，其对亚周期内场强与物质相互作用的研究起到重要的作用。

现有的运用较多的产生单周期或亚周期脉冲的方法主要有两种，即基于雪崩二极管的雪崩效应产生单周期或亚周期脉冲和利用隧道二极管的隧穿效应产生单周期或亚周期脉冲。这两种方法都是基于电路方法产生的，用这两种方法产生可以产生纳秒和亚纳秒级别的脉冲。但是由于这两方法在设计电路时，需要的元器件比较多，脉冲在传输过程中波形会发生较大畸变，例如脉冲尾部抖动或振铃现象比较严重。因此在实际研究和脉冲的实际应用中将带来诸多不便之处。

技术实现要素：

本发明要克服现有技术的上述缺点，提供用于冷原子量子态操控的亚周期微波脉冲序列发生装置。

冷原子量子态操控的亚周期微波脉冲序列发生装置，其特征在于：包括依次连接的dds激励源单元1、功率放大器2、srd信号发生及整形电路3、宽带天线4；所述的srd信号发生及整形电路3包括脉冲发生电路31和脉冲整形电路32；

脉冲发生电路31包括：dds激励源v1的正极与调谐电容c1第一端和激励电感l1第一端相连并与地相连，dds激励源v1的负极与调谐电容c1的第二端、阶跃恢复二极管srd正极都接地；激励电感l1第二端与第一电阻r1第一端和srd负极以及第一隔直电容c2的第一端相连，第一负载电阻r1的第二端与第一直流偏置电压v2正极相连，第一直流偏置电压v2负极接地；第一隔直电容c2的第二端作为脉冲发生电路31的输出端连接脉冲整形电路32的第一肖特基二极管scr1的正极；

脉冲整形电路32包括：第一肖特基二极管scr1的负极与第二电阻r2第一端和第二隔直电容c3第一端相连；第二隔直电容c3的第二端连接第二肖特基二极管scr2负极、第三隔直电容c4的第一端、第四电阻r4的第一端；第三隔直电容c4的第二端连接第三电阻r3的第一端，第四电阻r4的第二端连接第二直流偏置电压v3的负极，第二直流偏置电压v3的正极、第三电阻r3的第二端、第二电阻的第二端、第二肖特基二极管scr2的正极都接地。

为了得到相邻两个脉冲时间间隔更短的脉冲序列以及简化亚周期微波脉冲序列发生装置并产生脉宽更窄的单周期或亚周期微波脉冲，本发明利用dds产生可调控频率的激励信号，激励脉冲发生装置中的阶跃恢复二极管(srd)，产生单个脉冲宽度在百皮秒级别的亚周期脉冲序列，并使用整形元器件和调节元器件，将产生的脉冲进行整形，减小了由于电路中阻抗不严格匹配和元器件引起的脉冲尾部振荡现象，得到形状较好的脉冲，从而得到不同的脉冲序列。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：利用dds的可调节频率的特征产生一特定频率的激励信号，然后通过功率放大器对其功率进行放大，将该放大的激励信号传送至阶跃恢复二极管(srd)，利用阶跃恢复二极管(srd)的阶跃电流关断特性产生单个宽度在百皮秒左右的亚周期微波脉冲序列，并在基于阶跃恢复二极管的脉冲产生电路部分加入一0.1-0.5pf的小电容作为电路的调谐电容，用来调节电路的谐振频率，然后在脉冲产生部分后加入电阻，肖特基二极管作为整形部分的主要器件对脉冲进行整形。

本发明的有益效果为：本发明解决了以往亚周期脉冲产生时脉冲之间的时间间隔较长的问题，通过调节dds可以得到不同时间间隔的脉冲序列，且脉冲发生装置得到了简化，其操作简便，实施更加容易，能产生脉宽更窄(在百皮秒内)的脉冲；并通过加入脉冲整形部分，解决了以往脉冲严重拖尾的现象。

附图说明

图1是本发明的原理示意图。

图2是正弦波激励下srd的电流关断特性图。

图3是srd信号发生及整形电路的电路图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明进一步说明。

冷原子量子态操控的亚周期微波脉冲序列发生装置，其特征在于：包括依次连接的dds激励源单元1、功率放大器2、srd信号发生及整形电路3、宽带天线4；所述的srd信号发生及整形电路3包括脉冲发生电路31和脉冲整形电路32；

脉冲发生电路31包括：dds激励源v1的正极与调谐电容c1第一端和激励电感l1第一端相连并与地相连，dds激励源v1的负极与调谐电容c1的第二端、阶跃恢复二极管srd正极都接地；激励电感l1第二端与第一电阻r1第一端和srd负极以及第一隔直电容c2的第一端相连，第一电阻r1的第二端与第一直流偏置电压v2正极相连，第一直流偏置电压v2负极接地；第一隔直电容c2的第二端作为脉冲发生电路31的输出端连接脉冲整形电路32的第一肖特基二极管scr1的正极；

脉冲整形电路32包括：第一肖特基二极管scr1的负极与第二电阻r2第一端和第二隔直电容c3第一端相连；第二隔直电容c3的第二端连接第二肖特基二极管scr2负极、第三隔直电容c4的第一端、第四电阻r4的第一端；第三隔直电容c4的第二端连接第三电阻r3的第一端，第四电阻r4的第二端连接第二直流偏置电压v3的负极，第二直流偏置电压v3的正极、第三电阻r3的第二端、第二电阻的第二端、第二肖特基二极管scr2的正极都接地。

参见图1

本发明的用于冷原子量子态操控的亚周期微波脉冲序列发生装置包括dds激励源单元1、功率放大器2、srd信号发生及整形电路3、宽带天线4；整个脉冲序列的产生过程包括：由dds激励源单元1产生一个特定频率的激励信号，该信号的频率可由其中的dds装置调控，可以设置任意频率的激励信号，然后经过功率放大器2将激励信号进行放大，之后进入srd信号发生及整形电路3激励产生特定频率的脉冲序列并对脉冲进行整形，最后由宽带天线4进行接收。

参见图3

所述用于亚周期微波脉冲产生的srd信号发生及整形电路3中包括两个部分，即脉冲产生电路31与脉冲整形电路32两个部分。

脉冲产生电路31的工作过程：

由dds激励源v1产生一特定频率的激励信号，当该信号与第一直流偏置电压v2产生的电压压差为负时，阶跃恢复二极管srd处于导通状态，此时，电流通过阶跃恢复二极管srd并对其进行充电，当激励信号与第一直流偏置电压v2产生的电压压差由负变为正时，利用阶跃恢复二极管srd的电流关断特性即阶跃恢复二极管srd不会立即截止，而是电流迅速达到反向饱和状态，并维持一段时间，该时间在ns级别，而后迅速进行反向放电，该放电时间在ps级别，使反向电流瞬间为零，此后激励电感l1在阶跃恢复二极管srd负极处会激励产生一亚周期微波脉冲，调谐电容c1起调节电路谐振频率的作用，第一电阻r1起保护电路的作用。由该过程产生的亚周期脉冲通过第一隔直电容c2进入到脉冲整形电路32中进行整形。

脉冲整形32电路的工作过程：

由第一隔直电容c2传输过来的亚周期微波脉冲通过第一肖特基二极管scr1，第一肖特基二极管scr1只允许脉冲中电压幅值为正的部分通过，通过第一肖特基二极管scr1后，亚周期微波脉冲去除了电压幅值为负的部分，然后再通过第二电阻r2，将亚周期微波脉冲中拖尾部分进行衰减，之后通过第二肖特基二极管scr2，第二肖特基二极管scr2的阈值电压由第二直流偏置电压v3确定，当调节第二直流偏置电压v3的电压值使第二肖特基二极管scr2的阈值电压恰好等于前级传输过来的亚周期微波脉冲拖尾部分电压幅值最大值时，此时的第二肖特基二极管scr2只允许亚周期微波脉冲中电压幅值大于该最大值的部分通过，因此通过第二肖特基二极管scr2后，亚周期微波脉冲中的拖尾现象基本被消除，最后拖尾现象被基本消除的亚周期微波脉冲通过第三隔直电容c4由宽带天线进行接收，第二隔直电容c3和第三隔直电容c4起隔除第二直流偏置电压v3产生的直流信号的作用，第三电阻r3作为负载电阻，第四电阻r4起保护电路的作用。