本文關鍵詞：危險品檢測系統(tǒng)中超寬帶脈沖發(fā)生器的設計，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著城市人口數(shù)量的不斷增長,公共交通系統(tǒng)不斷發(fā)展,然而近期發(fā)生的一系列公交車爆燃、砍殺等事件,給人民生命財產(chǎn)安全帶來巨大損失。因此,針對公交車輛上的行人和行李做必要的易燃易爆物品、金屬管制刀具等危險品的檢測,對于避免安全隱患的發(fā)生具有十分重要的意義。近幾年,超寬帶技術取得了較快發(fā)展,超寬帶技術憑借其低功耗、穿透力強、高探測精度、抗干擾、結構相對簡單、對身體無害等特點,能較好地滿足公交車危險品檢測系統(tǒng)的要求。在所有的超寬帶技術應用中,窄脈沖信號發(fā)生器是最關鍵的部分之一,本文就此做了深入分析和研究,主要工作如下:首先說明了公交車危險品檢測系統(tǒng)的研究背景與意義,對比了目前主流的X射線透視成像、金屬探測儀、氣相分析法等檢測方式的工作原理和優(yōu)缺點,說明了超寬帶技術在公交車危險品檢測中的適用性和優(yōu)越性。介紹了超寬帶技術發(fā)展的四個不同時期和窄脈沖產(chǎn)生技術的發(fā)展歷程,詳細介紹了超寬帶的定義及規(guī)范、時頻特征、技術優(yōu)勢和應用領域。給出了超寬帶技術實現(xiàn)應用的三種方式,說明了脈沖超寬帶方式(IR-UWB)在危險品檢測系統(tǒng)中的適用性。重點敘述了美國FCC、歐盟ETSI和中國工業(yè)和信息化部對各類超寬帶設備的輻射掩蔽要求,為后續(xù)窄脈沖波形設計提供了指導標準。最后給出了超寬帶危險品檢測系統(tǒng)的總體結構設計和窄脈沖發(fā)生器預期的性能指標。對幾種超寬帶窄脈沖波形進行了詳細研究�；趶臅r域到頻域的研究思想,重點研究了高斯脈沖及其n階導數(shù)、正弦調(diào)制高斯包絡窄脈沖、正弦調(diào)制三角包絡窄脈沖、Morlet小波脈沖的時域、頻域特性,通過Matlab仿真詳細研究了脈沖形狀因子對上述各類脈沖時域波形和頻域的影響,以及上述各種脈沖功率譜密度對FCC和我國工信部超寬帶設備輻射掩蔽要求的匹配情況�；陬l域到時域的研究思想,采用直接頻域法研究了升余弦脈沖的波形特性。最后統(tǒng)籌考慮,選用高斯脈沖一階微分形式作為危險品檢測系統(tǒng)的發(fā)射脈沖波形。關于常用的窄脈沖產(chǎn)生技術的分析與研究。包括基于隧道二極管、階躍恢復二極管、雪崩三極管、邏輯門電路競爭-冒險現(xiàn)象的產(chǎn)生技術,結合基本的產(chǎn)生電路詳細分析了上述各類技術的工作原理。通過Multisim仿真設計了基于單個雪崩三極管BJT-NPNBFS17的窄脈沖產(chǎn)生電路,并通過串聯(lián)升壓電感進行優(yōu)化,將脈沖幅度由16.2V提升到24.5V。對比了RC微分電路和LC振蕩方式的優(yōu)劣,負載輸出端通過并聯(lián)電感的LC振蕩方式得到了寬度1.7ns,幅度22.5V的雙極性高斯脈沖一階微分形式。設計了基于無源晶振HC-49/U和RC微分電路的觸發(fā)方波-尖脈沖轉換電路,得到了幅度6V,重復頻率11MHz的觸發(fā)尖脈沖,為雪崩三極管窄脈沖產(chǎn)生電路提供了觸發(fā)激勵源。解決了超寬帶脈沖寬度和脈沖幅度的相互制約問題。為了進一步減小寬度,提高幅度,通過串聯(lián)升壓電感,并借鑒Marx發(fā)生器“并聯(lián)充電、串聯(lián)放電”實現(xiàn)電壓倍增的思想,設計了基于雪崩三極管四級并聯(lián)的窄脈沖產(chǎn)生電路。通過Multisim不斷仿真測試了偏置電壓、儲能電容、集電極電阻等元件取不同參數(shù)時對輸出窄脈沖性能的影響,最后確定了最佳參數(shù),得到了脈沖重復頻率11MHz,脈沖寬度為643ps,脈沖幅度為35.032V的雙極性高斯脈沖一階微分形式,并完成了電路板的制作和測試驗證。該脈沖符合預期性能,且電路較簡單,適合用于超寬帶危險品檢測系統(tǒng)。本文對超寬帶脈沖波形的研究和窄脈沖發(fā)生器的設計對其他超寬帶技術的應用也具有理論和實際意義。
【關鍵詞】：危險品檢測 超寬帶 窄脈沖波形 窄脈沖發(fā)生器 雪崩三極管
【學位授予單位】：成都理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP274;TN782;TN925
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 引言10-16
• 1.1 研究背景與意義10-11
• 1.2 超寬帶發(fā)展與研究現(xiàn)狀11-14
• 1.2.1 超寬帶技術發(fā)展的四個時期11-12
• 1.2.2 國內(nèi)超寬帶技術的研究發(fā)展12-13
• 1.2.3 超寬帶脈沖產(chǎn)生技術的研究發(fā)展13-14
• 1.3 主要研究內(nèi)容和論文結構14-16
• 第2章 超寬帶技術概述16-28
• 2.1 超寬帶的定義、規(guī)范和信號特征16-21
• 2.1.1 美國FCC對超寬帶信號的定義和頻譜規(guī)范16-18
• 2.1.2 歐盟對超寬帶信號的要求和頻譜規(guī)范18-19
• 2.1.3 中國工信部對超寬帶信號的要求和頻譜規(guī)范19-20
• 2.1.4 超寬帶信號的時頻特征20-21
• 2.2 超寬帶系統(tǒng)的實現(xiàn)方式21-23
• 2.2.1 脈沖超寬帶（IR-UWB）22
• 2.2.2 單載波方式（DS-UWB）22
• 2.2.3 多載波方式（MB-OFDM-UWB）22-23
• 2.3 超寬帶技術優(yōu)勢和應用領域23-25
• 2.3.1 超寬帶技術優(yōu)勢23-25
• 2.3.2 超寬帶技術主要應用領域25
• 2.4 超寬帶危險品檢測系統(tǒng)設計思路25-27
• 2.5 本章小結27-28
• 第3章 超寬帶窄脈沖信號波形的研究與選型28-44
• 3.1 脈沖超寬帶系統(tǒng)波形選型準則28
• 3.2 從時域到頻域研究超寬帶信號波形28-39
• 3.2.1 高斯脈沖及其n階導函數(shù)的時頻分析29-34
• 3.2.2 正弦調(diào)制高斯、三角包絡窄脈沖時頻分析34-36
• 3.2.3 Morlet小波脈沖時頻分析36-39
• 3.3 直接頻域法研究升余弦脈沖39-42
• 3.4 本章小結42-44
• 第4章 超寬帶窄脈沖產(chǎn)生技術研究44-57
• 4.1 超寬帶脈沖信號產(chǎn)生技術簡介44
• 4.2 儲能元件的研究44-46
• 4.2.1 儲能電容的工作原理44-45
• 4.2.2 儲能電感的工作原理45-46
• 4.3 產(chǎn)生超寬帶脈沖的典型器件及基本電路46-55
• 4.3.1 基于隧道二極管的窄脈沖產(chǎn)生技術46-48
• 4.3.2 基于階躍恢復二極管的窄脈沖產(chǎn)生技術48-49
• 4.3.3 基于雪崩三極管的窄脈沖產(chǎn)生技術49-53
• 4.3.4 基于門電路競爭-冒險現(xiàn)象的窄脈沖產(chǎn)生技術53-55
• 4.4 各種脈沖產(chǎn)生方法的比較55-56
• 4.5 本章小結56-57
• 第5章 超寬帶脈沖信號源系統(tǒng)的設計57-82
• 5.1 一般超寬帶脈沖信號源系統(tǒng)工作原理57
• 5.2 輸出窄脈沖信號性能指標的確定57-59
• 5.2.1 窄脈沖寬度的確定58
• 5.2.2 窄脈沖重復頻率的確定58-59
• 5.3 供電模塊59
• 5.4 觸發(fā)脈沖產(chǎn)生電路59-63
• 5.4.1 典型的晶體并聯(lián)諧振電路59-61
• 5.4.2 RC微分電路61
• 5.4.3 基于無源晶振HC-49/U的尖脈沖觸發(fā)電路61-63
• 5.5 基于雪崩三極管的窄脈沖產(chǎn)生電路設計和仿真63-81
• 5.5.1 設計軟件Multisim簡介63-64
• 5.5.2 雪崩三極管的型號選擇64-65
• 5.5.3 基于單個雪崩三極管的窄脈沖電路設計與優(yōu)化65-69
• 5.5.4 Marx發(fā)生器原理69-70
• 5.5.5 基于雪崩三極管四級并聯(lián)的窄脈沖產(chǎn)生電路設計70-71
• 5.5.6 電路元件參數(shù)選取71-75
• 5.5.7 觸發(fā)脈沖頻率的確定75-76
• 5.5.8 高斯脈沖一階微分窄脈沖的產(chǎn)生76-78
• 5.5.9 電路板的制作與測試78-81
• 5.6 本章小結81-82
• 結論82-84
• 致謝84-85
• 參考文獻85-87
• 攻讀學位期間取得學術成果87

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