Bachelor's Thesis

Design of Gaussian pulse generator for UWB applications

Final Thesis 3.59 MB Appendix 20.91 kB

Author of thesis: Erik Maděránek

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Tomáš Doležal

Reviewer: Ing. Tomáš Urbanec, Ph.D.

Abstract:

The aim of this bachelor’s thesis is to design a suitable concept of a Gaussian pulse generator with respect to the width and shape of the generated pulse. The thesis focuses on a theoretical analysis of available conceptual solutions and their comparative evaluation. Prior to the actual circuit design, simulations and parameter optimization are performed in the PSpice simulation environment. The outcome of this work is a schematic circuit design whose functionality is verified by simulation analyses and which is prepared for subsequent physical implementation and experimental measurement.

Keywords:

Ultra-Wideband, monocycle pulse generator, step recovery diode, monocykle forming network, Gaussian impulse (pulse), PSPICE, OrCAD, printed circuit board

Date of defence

16.06.2026

Result of the defence

Not defended (thesis was not successfully defended)

znamkaFznamka

Grading

F

Process of defence

Student prezentuje výsledky své bakalářské práce a následně odpovídá na dotazy komise. Student odpovídá velmi obecně a zmateně na otázky vedoucího a oponenta práce. doc. Drexler: Jak ovlivní Vámi navržený model diody zbytek obvodu? Student: Snaží se odůvodnit vliv, ale neúspěšně.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Electronics and Communication Technologies (BPC-ECT)

Composition of Committee

prof. Ing. Milan Sigmund, CSc. (předseda)
Ing. Tomáš Urbanec, Ph.D. (místopředseda)
prof. Ing. Jiří Sobota, Dr. (člen)
doc. Ing. Petr Drexler, Ph.D. (člen)
Ing. Jiří Janošík (člen)

Supervisor’s report
Ing. Tomáš Doležal

Student zpracoval rešerši problematiky v přijatelné kvalitě, zvolil obvodovou koncepci, provedl základní simulace v prostředí OrCAD/PSpice a navrhl desku plošných spojů. Simulační část je však velmi povrchní. Omezuje se hlavně na zobrazení základních průběhů bez hlubšího vyhodnocení, kritické interpretace a systematického ladění obvodu. Chybí rozbor vlivu součástek, parazitních prvků a zdůvodnění zvolených parametrů.

Zásadním problémem je opožděná realizace prototypu, kvůli které nebylo možné experimentálně ověřit simulační výstupy. U obvodu s velmi rychlými přechodovými ději a citlivostí na parazitní prvky DPS nelze pouze ze simulací spolehlivě posoudit reálnou funkčnost návrhu. Nebyla tedy ověřena amplituda, délka pulsu ani jeho spektrum. Vzhledem k prezentovanému layoutu DPS, který nerespektuje zásady návrhu VF obvodů, by však očekávaných parametrů reálně dosaženo nebylo. U návrhu DPS student v podstatě ignoroval základní pravidla návrhu VF obvodů, přestože v textu práce uvádí jejich důležitost.

Argumentaci zpožděním dodání DPS považuji za lichou, protože student na tématu pracuje již druhým rokem a měl dostatečný časový prostor pro návrh, výrobu, osazení i měření.

Domluva se studentem byla v průběhu řešení komplikovaná, konzultace vesměs neprobíhaly a nebyly k dispozici ani pravidelné informace o postupu práce.  Konstatuji, že body 5 a 6 zadání bakalářské práce nebyly splněny v požadovaném termínu a proto hodnotím práci stupněm F (49b.).

Otázky:
Vysvětlete, která základní pravidla návrhu VF DPS jste ve svém layoutu dodržel a jak konkrétně jste řešil délky signálových cest, zemní rovinu, návratové proudy, zemnicí prokovy, parazitní vlivy a napojení VF konektorů? Points proposed by supervisor: 49

Grade proposed by supervisor: F

Reviewer’s report
Ing. Tomáš Urbanec, Ph.D.

Student si vybral náročné téma návrhu Gaussova pulsního generátoru pro UWB aplikace. Text prvních 24 stran popisuje teorii a jednotlivé realizace nalezené v literatuře. Následně jedno z řešení vybere pro vlastní použití a nejdříve vytvoří v Pspice náhradní zapojení SRD diody, kde výsledky činnosti jsou diskutabilní a samotné prvky náhradního zapojení nejsou nijak dokumentovány. Poté je vytvořeno celkové schéma zapojení v simulaci, není proveden jediný výpočet prvků v zapojení i když je zapojení oproti literatuře modifikováno. Výsledný signál má amplitudu pouhých 0,8 až 1,2mV bez jakéhokoliv zdůvodnění. Pro simulaci používá student jako vstupní signál obdélník s rychlými přechody, takže je otázkou, jak se obvod bude chovat s reálnými signály s přechody mnohem pomalejšími. Na závěr je uveden návrh DPS, kde i přes zmínky v textu o nutnosti minimalizace parazitních jevů, tato deska žádné z návrhových pravidel pro RF návrh nerespektuje. Je tak navržena na materiálu FR4 s tl. 1,6mm, spoje mají šířku cca 0,4mm, vylitá zem nemá jediný prokov, součástky jsou umístěny bez minimalizace délky vf cest a jsou použity kromě aktivních součástek všechny s THT pouzdry. Deska se prý studentovi nestihla vyrobit, ovšem nebyl důvod desku dělat externě, v ústavní dílně by byla vyrobena za dva dny. I tak by z měření nemohly vyjít jakékoliv relevantní výsledky při potřebě činnosti obvodu do cca 10GHz.
Text práce je nekvalitní, z velké části vypadá jako strojový překlad z literatury, bez použití technických termínů běžně používaných v českém jazyce. Čitelnost je tak velmi obtížná. Odkazy na literaturu jsou zpřeházené. Samotný přínos studenta je minimální, simulované obvody nejsou nijak komentovány, hodnoty jednotlivých prvků nejsou zdůvodněny, výsledky ze simulací jsou s černým podkladem a nastavení osy y mnohdy nevhodné. Zvolené budící signály v simulaci nereálné. Topics for thesis defence:
  1. V kap.1.1 píšete o začátcích UWB ve 40. letech 20. století s odkazem [6], v odkazu se však 40. léta vůbec nevyskytují, jak je to možné?
  2. Ve vztahu (1.1) se vyskytuje proměnná n, ale v textu není vysvětlení, jaký je její význam?
  3. Na str.7 píšete o varaktorových diodách, které mění svou kapacitu s napětím, ovšem odkazujete na literaturu [5], kde jsou popsány obvody tvořené z PIN diod, u kterých se mění vodivost s přiloženým napětím. Na str.8 ve 2.1.3 zdůvodňujete použití varaktorů spojením “klasické kondenzátory nejsou ideální kvůli své napěťové citlivosti – význam? V další větě pak píšete o Schottkyho diodách, kde se odehrál ten skok? V dalším textu v kapitole 2.2 píšete zase o použití lavinových tranzistorů bez jakéhokoliv zdůvodnění, nebo odkazu.
  4. V části SRD pulser píšete o šíření rychlého krokovacího průběhu, něměl by to být spíše skok?
  5. Na str.19 píšete o zapojení napájecího obvodu, v textu zmiňujete funkci diody D1 a rezistoru R2, obě součástky ve schématu chybí, dále zmiňujete diodu 1N5825 a usměrňovač 1N5400, ovšem tyto prvky není jak ve schématu identifikovat, protože obsahuje pouze názvy součástek a ne jejich hodnoty.
  6. Na obr. 4.1 vytváříte model SRD, ale chybí zmínka, jaké diodě ten model chcete přiblížit a jaké jsou její parametry. Výsledky simulace na obr.4.2 jsou diskutabilní, proč je budící puls s 50ps vzestupnou a sestupnou hranou a tak krátký? Výsledný proudový impuls vypadá delší, než vstupní signál. Neměla by simulace probíhat s pomalejším pulsem, kde bude činnost modelu lépe vidět? Jak vznikly hodnoty jednotlivých prvků náhradního ekvivalentního zapojení?
  7. Na str.27 kap.4.1.2 píšete o obvodu tvarování signálu, volbě jeho hodnot a výsledcích, ale simulované schéma chybí, jaká byla kritéria volby hodnot?
  8. Na str.30 popisujete nastavení pracovního bodu tranzistorů driveru, ale schéma chybí, u tabulek máte odkazy na lit. [4], kde se rezistory ze zdroje na bázi nevyskytují, navíc píšete, že tranzistor při Ube 0,16V má kolektorový proud 6,5mA, jak je to možné?
  9. V kap.4.3 píšete o simulaci celkového zapojení a jako vstupní signál používáte obdélník extémně krátkou dobou náběhu/sestupu, ale ve následných grafech Obr.4.7 a 4.8 ten signál chybí, navíc jaký má smysl mít hrany vstupního signálu rychlejší, než požadovaný výsledný signál? Podle Obr.4.8 má výsledný signál amplitudu pouze 800uV a to ještě bez zátěže?
  10. V kapitole 5.1, k čemu je dobrý text „Opravená a stylisticky uhlazená verze textu:”
  11. Proč má signál na obr.4.9 jinou/vyšší amplitudu, než na obr.4.8?
Points proposed by reviewer: 30

Grade proposed by reviewer: F

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová