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新型超宽带脉冲探地雷达接收机的设计与研制

第32卷 第3期2010年3月

文章编号:10012506X(2010)0320523204

系统工程与电子技术

SystemsEngineeringandElectronicsVol.32 No.3March2010

新型超宽带脉冲探地雷达接收机的设计与研制

刘丽华1,2,周 斌1,方广有1

(1.中国科学院电子学研究所,北京100190;2.中国科学院研究生院,北京100049)

  摘 要:基于等效时间采样原理,提出了一种新型超宽带脉冲探地雷达接收机的设计方法,并研制了实用的

超宽带接收机模块,其关键电路包括皮秒级采样脉冲产生电路、肖特基二极管平衡取样门、信号保持与放大电路以及微带魔T结构。该接收机的采样带宽为4GHz,与理论计算值相一致,采样效率高达40%。实验测试表明,接收机等效采样后重建的基带信号波形与原始微波信号形状吻合度好,证明该接收机具有良好的超宽带特性,满足脉冲探地雷达回波信号接收要求。

关键词:探地雷达;超宽带接收机;采样电路;毫微秒脉冲;超宽带系统中图分类号:TN957    文献标志码:A

Designandrealizationofanovelultra2impulsegroundLIULi21,2,,you1

(1.Inst.of,,Beijing100190,China;yofSciences,Beijing100049,China)

  hodofanovelultra2wideband(UWB)receiverforimpulsegroundpenetratingradarsystemsisdescribed,andthepracticalcircuitoftheUWBreceiverisimplemented.Thebasicprincipleofthereceivingsignalisequivalent2timesampling.Thekeycircuitsofthereceiverincludethepulsegeneratoronapicosecondlevel,theSchottkydiodebalancedsamplinggate,holdingandamplifiercircuitandthemagic2Thybrid.Thesamplingbandwidthofthereceiveris4GHz,whichagreeswiththecalculatedvalue,andthesam2plingefficiencyisashighas40%.Theexperimentalresultsshowthattheshapeofthebasebandsignalafterequivalent2timesamplingagreesverywellwiththeoriginalmicrowavesignal,thusvalidatingthegoodperform2anceoftheultra2widebandreceiver.Therefore,theUWBreceivermeetstherequirementstoreceivetheechosignaloftheultra2widebandimpulsegroundpenetratingradar.

Keywords:groundpenetratingradar;ultra2widebandreceiver;samplingcircuit;nanosecondpulse;ultra2

widebandsystem

0 引 言

  探地雷达是一种利用电磁波探测地下介质分布和地下物体埋藏情况的无损伤探测技术,与其他方法相比,具有探测速度快、分辨率较高等优点,被广泛应用于地质勘察、工程质量检测等众多领域。已经产品化的探地雷达基本上都是采用无载频毫微秒脉冲信号体制,发射机结构差别不大,基本上是基于雪崩三极管或阶跃恢复二极管等原理产生幅度为数伏特至千伏特量级、宽度零点几纳秒至数纳秒的脉冲信号。脉冲幅度和宽度的大小取决于探测深度和分辨率,大幅度宽脉冲发射机用于深层目标探测,小幅度窄脉冲

收稿日期:2008-12-11;修回日期:2009-08-09。

用于浅层高分辨率探测。与发射机不同,接收机的技术实现途径和电路形式较多。工程实践表明,接收机性能往往是决定探地雷达系统能力的核心因素。另一方面,无载频脉冲探地雷达的发射信号为皮秒或纳秒量级脉冲信号,如果直接对回波信号进行采集,将对A/D转换器的转换速率要求极高,不仅成本高,而且在信号中心频率大于500MHz时实现难度极大,甚至是不能实现的。为了解决该矛盾,无载频脉冲探地雷达接收机一般都是采用等效采样方法来实现。

基于等效采样原理的超宽带接收机需包含取样门电路,常见的取样门[1-2]

新型超宽带脉冲探地雷达接收机的设计与研制

通常由肖特基二极管组成双管对称

基金项目:国家高技术研究发展计划(863计划)(2007AA12Z124);国家自然科学基金(60551002)资助课题作者简介:刘丽华(1981-),女,博士研究生,主要研究方向为超宽带成像雷达技术。E2mail:liulihualook@http://doc.xuehai.net

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