CN105305963A - 一种用于基波混频的非线性传输线梳状波发生电路 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种用于基波混频的非线性传输线梳状波发生电路，在射频印制板上设计均匀无损传输线，并根据上升沿压缩的参数要求选择变容器件均匀的接入传输线，模拟非线性传输线特性，实现梳状波发生功能。本发明利用非线性传输线技术作为基波混频的梳状波发生模块，结构简单，易于设计和调试；工程化实现只需要在印制板上就可完成，并且不需要其他芯片，成本低，有很高的实用价值；而且，有很好的脉冲整形特性，能够方便产生低噪声高质量的高次谐波信号。

Description

一种用于基波混频的非线性传输线梳状波发生电路

技术领域

本发明涉及信号源领域，特别涉及一种用于基波混频的非线性传输线梳状波发生电路。

背景技术

随着现代雷达和无线电通信技术等的发展，各种电子设备对其内部应用或系统测试使用的频率合成器不断提出更高的要求，其中重要的一点就是要有优良的相位噪声特性。目前锁相环路中采用基波混频的方式可以有效的抑制相位噪声，要实现基波混频的核心模块就是具有低相位噪声特性的梳状波发生器。

例如，高次倍频信号(N＞5)的产生，通常是将梳状谱发生器产生的梳状频谱进行带通滤波而成，目前大多数的梳状谱发生器是利用阶跃恢复二极管的非线性电抗特性或利用双极性晶体管的非线性电阻特性实现的。

上述两种方法的缺点是电路调试复杂，第一种方法中的阶跃管是一种高度非线性的元件，很容易引起电路自激和振荡，因此在实际工作中需要仔细调试。第二种方法中工作于雪崩区的晶体管，易产生雪崩振荡，并且只能工作在较低频率，应用范围受限。

而且，由于工艺和半导体掺杂技术的限制，阶跃恢复二极管快沿脉冲整形技术的输出脉冲的最快上升沿局限在几十个皮秒量级，很难进一步提高，其脉冲幅度受到限制，通常为毫伏级。

非线性传输线(NLTLs)是一种在传输线上连续或者周期式的加载非线性元素的结构。基于非线性传输线和孤子波理论，利用非线性传输线上孤子波的分解特性，实现了梳状谱产生，其电路结构简单、设计结果同理论分析相对吻合，调试简单，其实现频谱很宽，有很强的实用价值。

目前利用非线性传输线理论实现的梳状波发生器多采用的是介电常数和磁导率均为负数的左手材料，其目的是追求THz的谐波频率，其结构如图1所示，整个网络频响特性呈现高通特性，而实际应用中需要3-10GHz的谐波，因此并不符合低噪声基波混频梳状波发生器的要求。

发明内容

为解决现有技术中的不足，本发明提出一种用于基波混频的非线性传输线梳状波发生电路。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种用于基波混频的非线性传输线梳状波发生电路，在射频印制板上设计均匀无损传输线，并根据上升沿压缩的参数要求选择变容器件均匀的接入传输线，模拟非线性传输线特性，实现梳状波发生功能。

可选地，用反向偏置的肖特基二极管作为变容器件，等间距的嵌入均匀无损传输线中。

可选地，选择合适的肖特基二极管，并计算得到均匀无损传输线的特征阻抗和二极管嵌入间距，作为变容器件的肖特基二极管等效为极间电容C_d和串联电阻R_d，分段传输线等效为单节传输线电感L₁与电容C₁组成的LC回路；

肖特基二极管自身的截止频率f_c，非线性传输线截止频率f_g和输出脉冲的高端截止频率f_out的计算方式如下：

$f_c=\frac{1}{2\mathrm{\π}\·R_d\·C_{max}}$

$f_g=\frac{1}{\mathrm{\π}\sqrt{L_l(C_l+C(v\left)\right)}}$

f_c、f_g、f_out之间满足：

$\frac{1}{5}{f}_c\≥f_g\≥f_{out}.$

可选地，使用的电感是电感元器件。

可选地，使用的电感是微带线。

可选地，使用的变容二极管的梯度因子为m＝0.5，并且截止频率大于45G。

本发明的有益效果是：

(1)利用非线性传输线技术作为基波混频的梳状波发生模块，结构简单，易于设计和调试；

(2)工程化实现只需要在印制板上就可完成，并且不需要其他芯片，成本低，有很高的实用价值；

(3)有很好的脉冲整形特性，能够方便产生低噪声高质量的高次谐波信号。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为利用非线性传输线理论实现的梳状波发生器原理图；

图2a为本发明用于基波混频的非线性传输线梳状波发生电路的原理图；

图2b为本发明用于基波混频的非线性传输线梳状波发生电路的等效原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明基于通用灵活的设计思想，采用非线性传输线技术实现锁相环基波混频电路中的梳状波发生器模块，非线性传输线工程化实现方法是在射频印制板上设计均匀无损传输线，并根据上升沿压缩的参数要求选择适当的变容器件均匀的接入传输线，从而模拟非线性传输线特性，实现一定范围的梳状波发生功能，灵活选择变容器件和具有不同介电常数的基材作为印制板板材，其选择范围均是成品，以保证低成本和短周期。本发明的结构简单稳定，便于调试，具有较高实用价值。

本发明用于基波混频的非线性传输线梳状波发生电路，用反向偏置的肖特基二极管作为变容器件，等间距的嵌入均匀无损传输线中，其示意图与等效电路分别如图2中(a)和(b)所示。

工程化设计的目的是在满足工程化条件的前提下，选择合适的肖特基二极管，并计算得到均匀无损传输线的特征阻抗和二极管嵌入间距。在如图2所示的非线性传输线中，作为变容器件的肖特基二极管等效为极间电容C_d和串联电阻R_d，分段传输线等效为单节传输线电感L₁与电容C₁组成的LC回路。

肖特基二极管自身的截止频率f_c，非线性传输线截止频率f_g和输出脉冲的高端截止频率f_out的计算方式如下：

$f_c=\frac{1}{2\mathrm{\π}\·R_d\·C_{\max }}$

$f_g=\frac{1}{\mathrm{\π}\sqrt{L_l(C_l+C(v\left)\right)}}$

它们之间满足：

$\frac{1}{5}{f}_c\≥f_g\≥f_{out}$

本发明利用非线性传输线技术，产生输入信号低相位噪声的高次谐波，输入信号为100-800MHz信号，产生谐波范围是3-12GHz。

本发明非线性传输线中使用的电感可以是电感元器件，也可以用微带线替代，具体参数取决于印制板的材料，输入信号和所需要的谐波频率。

本发明非线性传输线使用的变容二极管的梯度因子为m＝0.5，并且截止频率大于45G。

本发明利用非线性传输线技术作为基波混频的梳状波发生模块，结构简单，易于设计和调试；工程化实现只需要在印制板上就可完成，并且不需要其他芯片，成本低，有很高的实用价值；而且，有很好的脉冲整形特性，能够方便产生低噪声高质量的高次谐波信号。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于基波混频的非线性传输线梳状波发生电路，其特征在于，在射频印制板上设计均匀无损传输线，并根据上升沿压缩的参数要求选择变容器件均匀的接入传输线，模拟非线性传输线特性，实现梳状波发生功能。

2.如权利要求1所述的用于基波混频的非线性传输线梳状波发生电路，其特征在于，用反向偏置的肖特基二极管作为变容器件，等间距的嵌入均匀无损传输线中。

3.如权利要求1所述的用于基波混频的非线性传输线梳状波发生电路，其特征在于，选择合适的肖特基二极管，并计算得到均匀无损传输线的特征阻抗和二极管嵌入间距，作为变容器件的肖特基二极管等效为极间电容C_d和串联电阻R_d，分段传输线等效为单节传输线电感L₁与电容C₁组成的LC回路；

肖特基二极管自身的截止频率f_c，非线性传输线截止频率f_g和输出脉冲的高端截止频率f_out的计算方式如下：

$f_c=\frac{1}{2\mathrm{\π}\·R_d\·C_{max}}$

$f_g=\frac{1}{\mathrm{\π}\sqrt{L_l(C_l+C(v))}}$

f_c、f_g、f_out之间满足：

4.如权利要求3所述的用于基波混频的非线性传输线梳状波发生电路，其特征在于，使用的电感是电感元器件。

5.如权利要求3所述的用于基波混频的非线性传输线梳状波发生电路，其特征在于，使用的电感是微带线。

6.如权利要求3所述的用于基波混频的非线性传输线梳状波发生电路，其特征在于，使用的变容二极管的梯度因子为m＝0.5，并且截止频率大于45G。