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        基于SRD的梳狀譜發(fā)生器仿真設(shè)計

        2015-01-08 02:21:25劉婧費霞倪婷
        中國科技縱橫 2014年12期
        關(guān)鍵詞:倍頻

        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.

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