劉婧++費霞++倪婷

【摘 要】 本文介紹了一種利用ADS軟件仿真C波段梳狀譜發(fā)生器的方法。主要論述了梳狀譜發(fā)生電路的設(shè)計原理，介紹了一種用ADS軟件對階躍恢復二級管（SRD）的建模方法。利用該方法仿真的梳狀譜發(fā)生器具有結(jié)構(gòu)簡單，頻譜純度高的特點。

【關(guān)鍵詞】 階躍恢復二極管 梳狀譜 倍頻

如今微波電路日益固化，如何利用固體器件產(chǎn)生輸出功率大，頻率高，帶寬寬，噪聲小的信號源是一個重要內(nèi)容。梳狀譜發(fā)生器能夠在低頻信號的激勵下，產(chǎn)生窄脈沖信號，脈沖越窄，從頻域上看，頻譜分布越豐富，可一直延續(xù)到微波頻段的高端[1]。梳狀譜發(fā)生器基于電路簡單，輸出頻譜優(yōu)良的特點，得到了廣泛應用。

梳狀譜發(fā)生器設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)就是高效率的高次倍頻器設(shè)計[2]。倍頻器按倍頻次數(shù)可分為：低次倍頻，單級倍頻的次數(shù)通常不超過5-8，倍頻是通過其電容呈非線性變化的功率變?nèi)莨艿淖饔脕韺崿F(xiàn)；高次倍頻器，單級倍頻次數(shù)可達10-20以上，倍頻使用的器件是階躍恢復二極管（SRD）[3]。

本文利用SRD高次倍頻，得到一系列相隔均勻的譜線。

1 仿真目標

利用SRD的倍頻特點，在輸入頻率為100MHz的低頻信號激勵下，得到頻率可達到5GHz的C波段梳狀譜發(fā)生器。

2 電路設(shè)計

2.1 SRD等效電路及建模

SRD參量隨外加電壓而變，在有交流信號時，它基本處于正向低阻抗狀態(tài)和反向高阻抗狀態(tài)，中間的過渡極為迅速，即階躍時間很短，因此可把SRD看成迅速地在低阻和高阻兩狀態(tài)間轉(zhuǎn)換的電荷開關(guān)。

在現(xiàn)有的EDA軟件中還沒有現(xiàn)成的SRD模型，仿真時只能通過等效電路或公式對SRD的狀態(tài)進行近似。這里采用電量電壓關(guān)系式[4]，建立SRD的spice模型，在ADS中建模如圖1。

（1）

2.2 SRD的選擇

進行二極管選擇時，Cj應滿足10Ω<1/ωNCj<20Ω，少子壽命τ>3T0，階躍時間tt應小于脈沖寬度tp，1/2fN

其中： （2）

本設(shè)計選用Mpulse公司的MP4042，其參數(shù)見表1。

2.3 設(shè)計原理

圖2是梳狀譜發(fā)生器電路的原理圖，電路主要由偏置網(wǎng)絡(luò)、匹配網(wǎng)絡(luò)和脈沖產(chǎn)生電路組成。其中Lb為射頻扼流圈，Cb為旁路電容，R1是為二極管提供自給偏壓的電阻，Lm、Cm組成輸入匹配網(wǎng)絡(luò)，Ct為調(diào)諧電容，L為激勵電感。SRD當加正電壓時，大量少數(shù)載流子注入I層并儲存起來，反向時由于少子基本被反向電場提取完畢，器件在極短的階躍時間t內(nèi)關(guān)斷，關(guān)斷瞬間產(chǎn)生了電流跳變，形成一個很窄的脈沖。因此，SRD的作用是把每個周期輸入的信號源能量轉(zhuǎn)化為一個諧波豐富的大幅度窄脈沖[6]。

3 電路仿真

由圖2的電路原理，在ADS中建立電路模型，階躍二極管由圖1所示的SRD spice模型代替。

選取衰減因子

推動電感

調(diào)諧電容

匹配網(wǎng)絡(luò)，

偏置電路

通過軟件對匹配網(wǎng)絡(luò)、偏置網(wǎng)絡(luò)、調(diào)諧電容及推動電感的初值進行優(yōu)化，得到表2所示的實際仿真參數(shù)。輸入激勵信號100MHz，功率20dBm，得到寬度為600ps的窄脈沖，如圖3所示。頻域仿真結(jié)果如圖4，從基頻到5GHz的C波段頻率范圍內(nèi)均具有較好的輸出譜線。

該電路通過與對低頻信號功率適當衰減的均衡器連接，達到在寬帶實現(xiàn)幅度一致的效果。

4 結(jié)語

本文介紹和討論了利用ADS軟件設(shè)計、仿真梳狀譜發(fā)生器的方法，介紹了SRD的一種建模方法，輸出頻譜純度好，功耗小，達到了預期的效果。

參考文獻：

[1]清華大學微帶電路編寫組.微帶電路[M].清華大學出版社，303-339.

[2]朱志勇，王積勤，微波倍頻器的發(fā)展與設(shè)計[J].制導與引信，2003，24（3）：46-50.

[3]Yu Xinfeng，Gao Min and Li Wenzhao.Computer Simulation Design of an UWB Proximity Fuze Impulser Based on SRD. CSIE 2009，Volume 2，P：141-143.

[4]Alexandre SERRES，Jose Ewerton P.de FARIAS.A New Simple UWB Monocycle Pulse Generator.IEEE 2006，P：1212-1215.

[5]Jian Zhang and Antti Raisanen .A New Model of Step Recovery Diode for CAD.IEEE MTT-S 1995 Digest，P：1459-1462.

[6]Alexandre SERRES，Jose Ewerton P.de FARIAS.A New Simple UWB Monocycle Pulse Generator.IEEE 2006，P：1212-1215.

【摘 要】 本文介紹了一種利用ADS軟件仿真C波段梳狀譜發(fā)生器的方法。主要論述了梳狀譜發(fā)生電路的設(shè)計原理，介紹了一種用ADS軟件對階躍恢復二級管（SRD）的建模方法。利用該方法仿真的梳狀譜發(fā)生器具有結(jié)構(gòu)簡單，頻譜純度高的特點。

【關(guān)鍵詞】 階躍恢復二極管 梳狀譜 倍頻

如今微波電路日益固化，如何利用固體器件產(chǎn)生輸出功率大，頻率高，帶寬寬，噪聲小的信號源是一個重要內(nèi)容。梳狀譜發(fā)生器能夠在低頻信號的激勵下，產(chǎn)生窄脈沖信號，脈沖越窄，從頻域上看，頻譜分布越豐富，可一直延續(xù)到微波頻段的高端[1]。梳狀譜發(fā)生器基于電路簡單，輸出頻譜優(yōu)良的特點，得到了廣泛應用。

梳狀譜發(fā)生器設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)就是高效率的高次倍頻器設(shè)計[2]。倍頻器按倍頻次數(shù)可分為：低次倍頻，單級倍頻的次數(shù)通常不超過5-8，倍頻是通過其電容呈非線性變化的功率變?nèi)莨艿淖饔脕韺崿F(xiàn)；高次倍頻器，單級倍頻次數(shù)可達10-20以上，倍頻使用的器件是階躍恢復二極管（SRD）[3]。

本文利用SRD高次倍頻，得到一系列相隔均勻的譜線。

1 仿真目標

利用SRD的倍頻特點，在輸入頻率為100MHz的低頻信號激勵下，得到頻率可達到5GHz的C波段梳狀譜發(fā)生器。

2 電路設(shè)計

2.1 SRD等效電路及建模

SRD參量隨外加電壓而變，在有交流信號時，它基本處于正向低阻抗狀態(tài)和反向高阻抗狀態(tài)，中間的過渡極為迅速，即階躍時間很短，因此可把SRD看成迅速地在低阻和高阻兩狀態(tài)間轉(zhuǎn)換的電荷開關(guān)。

在現(xiàn)有的EDA軟件中還沒有現(xiàn)成的SRD模型，仿真時只能通過等效電路或公式對SRD的狀態(tài)進行近似。這里采用電量電壓關(guān)系式[4]，建立SRD的spice模型，在ADS中建模如圖1。

（1）

2.2 SRD的選擇

進行二極管選擇時，Cj應滿足10Ω<1/ωNCj<20Ω，少子壽命τ>3T0，階躍時間tt應小于脈沖寬度tp，1/2fN

其中： （2）

本設(shè)計選用Mpulse公司的MP4042，其參數(shù)見表1。

2.3 設(shè)計原理

圖2是梳狀譜發(fā)生器電路的原理圖，電路主要由偏置網(wǎng)絡(luò)、匹配網(wǎng)絡(luò)和脈沖產(chǎn)生電路組成。其中Lb為射頻扼流圈，Cb為旁路電容，R1是為二極管提供自給偏壓的電阻，Lm、Cm組成輸入匹配網(wǎng)絡(luò)，Ct為調(diào)諧電容，L為激勵電感。SRD當加正電壓時，大量少數(shù)載流子注入I層并儲存起來，反向時由于少子基本被反向電場提取完畢，器件在極短的階躍時間t內(nèi)關(guān)斷，關(guān)斷瞬間產(chǎn)生了電流跳變，形成一個很窄的脈沖。因此，SRD的作用是把每個周期輸入的信號源能量轉(zhuǎn)化為一個諧波豐富的大幅度窄脈沖[6]。

3 電路仿真

由圖2的電路原理，在ADS中建立電路模型，階躍二極管由圖1所示的SRD spice模型代替。

選取衰減因子

推動電感

調(diào)諧電容

匹配網(wǎng)絡(luò)，

偏置電路

通過軟件對匹配網(wǎng)絡(luò)、偏置網(wǎng)絡(luò)、調(diào)諧電容及推動電感的初值進行優(yōu)化，得到表2所示的實際仿真參數(shù)。輸入激勵信號100MHz，功率20dBm，得到寬度為600ps的窄脈沖，如圖3所示。頻域仿真結(jié)果如圖4，從基頻到5GHz的C波段頻率范圍內(nèi)均具有較好的輸出譜線。

該電路通過與對低頻信號功率適當衰減的均衡器連接，達到在寬帶實現(xiàn)幅度一致的效果。

4 結(jié)語

本文介紹和討論了利用ADS軟件設(shè)計、仿真梳狀譜發(fā)生器的方法，介紹了SRD的一種建模方法，輸出頻譜純度好，功耗小，達到了預期的效果。

參考文獻：

[1]清華大學微帶電路編寫組.微帶電路[M].清華大學出版社，303-339.

[2]朱志勇，王積勤，微波倍頻器的發(fā)展與設(shè)計[J].制導與引信，2003，24（3）：46-50.

[3]Yu Xinfeng，Gao Min and Li Wenzhao.Computer Simulation Design of an UWB Proximity Fuze Impulser Based on SRD. CSIE 2009，Volume 2，P：141-143.

[4]Alexandre SERRES，Jose Ewerton P.de FARIAS.A New Simple UWB Monocycle Pulse Generator.IEEE 2006，P：1212-1215.

[5]Jian Zhang and Antti Raisanen .A New Model of Step Recovery Diode for CAD.IEEE MTT-S 1995 Digest，P：1459-1462.

[6]Alexandre SERRES，Jose Ewerton P.de FARIAS.A New Simple UWB Monocycle Pulse Generator.IEEE 2006，P：1212-1215.

【摘 要】 本文介紹了一種利用ADS軟件仿真C波段梳狀譜發(fā)生器的方法。主要論述了梳狀譜發(fā)生電路的設(shè)計原理，介紹了一種用ADS軟件對階躍恢復二級管（SRD）的建模方法。利用該方法仿真的梳狀譜發(fā)生器具有結(jié)構(gòu)簡單，頻譜純度高的特點。

【關(guān)鍵詞】 階躍恢復二極管 梳狀譜 倍頻

如今微波電路日益固化，如何利用固體器件產(chǎn)生輸出功率大，頻率高，帶寬寬，噪聲小的信號源是一個重要內(nèi)容。梳狀譜發(fā)生器能夠在低頻信號的激勵下，產(chǎn)生窄脈沖信號，脈沖越窄，從頻域上看，頻譜分布越豐富，可一直延續(xù)到微波頻段的高端[1]。梳狀譜發(fā)生器基于電路簡單，輸出頻譜優(yōu)良的特點，得到了廣泛應用。

梳狀譜發(fā)生器設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)就是高效率的高次倍頻器設(shè)計[2]。倍頻器按倍頻次數(shù)可分為：低次倍頻，單級倍頻的次數(shù)通常不超過5-8，倍頻是通過其電容呈非線性變化的功率變?nèi)莨艿淖饔脕韺崿F(xiàn)；高次倍頻器，單級倍頻次數(shù)可達10-20以上，倍頻使用的器件是階躍恢復二極管（SRD）[3]。

本文利用SRD高次倍頻，得到一系列相隔均勻的譜線。

1 仿真目標

利用SRD的倍頻特點，在輸入頻率為100MHz的低頻信號激勵下，得到頻率可達到5GHz的C波段梳狀譜發(fā)生器。

2 電路設(shè)計

2.1 SRD等效電路及建模

SRD參量隨外加電壓而變，在有交流信號時，它基本處于正向低阻抗狀態(tài)和反向高阻抗狀態(tài)，中間的過渡極為迅速，即階躍時間很短，因此可把SRD看成迅速地在低阻和高阻兩狀態(tài)間轉(zhuǎn)換的電荷開關(guān)。

在現(xiàn)有的EDA軟件中還沒有現(xiàn)成的SRD模型，仿真時只能通過等效電路或公式對SRD的狀態(tài)進行近似。這里采用電量電壓關(guān)系式[4]，建立SRD的spice模型，在ADS中建模如圖1。

（1）

2.2 SRD的選擇

進行二極管選擇時，Cj應滿足10Ω<1/ωNCj<20Ω，少子壽命τ>3T0，階躍時間tt應小于脈沖寬度tp，1/2fN

其中： （2）

本設(shè)計選用Mpulse公司的MP4042，其參數(shù)見表1。

2.3 設(shè)計原理

圖2是梳狀譜發(fā)生器電路的原理圖，電路主要由偏置網(wǎng)絡(luò)、匹配網(wǎng)絡(luò)和脈沖產(chǎn)生電路組成。其中Lb為射頻扼流圈，Cb為旁路電容，R1是為二極管提供自給偏壓的電阻，Lm、Cm組成輸入匹配網(wǎng)絡(luò)，Ct為調(diào)諧電容，L為激勵電感。SRD當加正電壓時，大量少數(shù)載流子注入I層并儲存起來，反向時由于少子基本被反向電場提取完畢，器件在極短的階躍時間t內(nèi)關(guān)斷，關(guān)斷瞬間產(chǎn)生了電流跳變，形成一個很窄的脈沖。因此，SRD的作用是把每個周期輸入的信號源能量轉(zhuǎn)化為一個諧波豐富的大幅度窄脈沖[6]。

3 電路仿真

由圖2的電路原理，在ADS中建立電路模型，階躍二極管由圖1所示的SRD spice模型代替。

選取衰減因子

推動電感

調(diào)諧電容

匹配網(wǎng)絡(luò)，

偏置電路

通過軟件對匹配網(wǎng)絡(luò)、偏置網(wǎng)絡(luò)、調(diào)諧電容及推動電感的初值進行優(yōu)化，得到表2所示的實際仿真參數(shù)。輸入激勵信號100MHz，功率20dBm，得到寬度為600ps的窄脈沖，如圖3所示。頻域仿真結(jié)果如圖4，從基頻到5GHz的C波段頻率范圍內(nèi)均具有較好的輸出譜線。

該電路通過與對低頻信號功率適當衰減的均衡器連接，達到在寬帶實現(xiàn)幅度一致的效果。

4 結(jié)語

本文介紹和討論了利用ADS軟件設(shè)計、仿真梳狀譜發(fā)生器的方法，介紹了SRD的一種建模方法，輸出頻譜純度好，功耗小，達到了預期的效果。

參考文獻：

[1]清華大學微帶電路編寫組.微帶電路[M].清華大學出版社，303-339.

[2]朱志勇，王積勤，微波倍頻器的發(fā)展與設(shè)計[J].制導與引信，2003，24（3）：46-50.

[3]Yu Xinfeng，Gao Min and Li Wenzhao.Computer Simulation Design of an UWB Proximity Fuze Impulser Based on SRD. CSIE 2009，Volume 2，P：141-143.

[4]Alexandre SERRES，Jose Ewerton P.de FARIAS.A New Simple UWB Monocycle Pulse Generator.IEEE 2006，P：1212-1215.

[5]Jian Zhang and Antti Raisanen .A New Model of Step Recovery Diode for CAD.IEEE MTT-S 1995 Digest，P：1459-1462.

[6]Alexandre SERRES，Jose Ewerton P.de FARIAS.A New Simple UWB Monocycle Pulse Generator.IEEE 2006，P：1212-1215.