CN212785297U

CN212785297U - 梳状谱信号发生器及srd脉冲发生器

Info

Publication number: CN212785297U
Application number: CN202021664943.1U
Authority: CN
Inventors: 秦明英; 柴进; 洪青宇; 李楚军
Original assignee: Hunan Leiyuan Electronic Technology Co ltd
Current assignee: Hunan Leiyuan Electronic Technology Co ltd
Priority date: 2020-08-12
Filing date: 2020-08-12
Publication date: 2021-03-23
Anticipated expiration: 2030-08-12

Abstract

针对传统梳状谱电路中由于驱动放大器输出功率选取不合适导致的频谱转换效率低或相位噪声差的问题，本实用新型提出了一种梳状谱信号发生器及SRD脉冲发生器。本实用新型对梳状谱信号发生器中的SRD脉冲发生器进行改进，在SRD脉冲发生器中的阶跃恢复二极管SRD与输出端隔直电容之间串接一定长度的传输导线作为调谐网络。本实用新型能以较高的效率产生所期望的谐波频率点，且相位噪声较传统方案更加优良，直流功耗也明显低于传统梳状谱信号发生器。

Description

梳状谱信号发生器及SRD脉冲发生器

技术领域

本实用新型属于信号发生器技术领域，具体地涉及一种梳状谱信号发生器。

背景技术

梳状谱发生器是一种常用的微波器件，由于它能同时产生丰富的直到微波频段的等间隔谐波，因此常常用于微波计数器，取样示波器，频率综合器，矢量网络分析仪等设备中。另外通过对特定谐波进行再次倍频可以很容易的得到毫米波频率源，因此梳状谱信号发生器在毫米波通信、军事侦察、制导等方面也有着很广泛的应用。

目前国内微波、毫米波频段的梳状谱发生器大多是采用阶跃恢复二极管(SRD)进行多次倍频实现，采用SRD设计的脉冲发生器不需要空闲电路，电路具有简单、紧凑的特点，利于提高可靠性。梳状谱信号发生器的原理框图如图1所示，一般由驱动放大电路、SRD脉冲发生器组成。要使SRD产生较大的窄电流脉冲，从而获得丰富的谐波输出，首先需要使用驱动放大器将输入信号放大到一定的功率来推动SRD产生脉冲，该放大器是梳状谱电路附加相位噪声的主要来源。实验证明如果驱动放大器输出功率过大，则会对SRD过度激励，使得相位噪声严重变坏；同时如果驱动放大器功率不够，又会出现期望频点频谱转换效率过低的问题。因此，传统梳状谱发生器在频谱转换效率与相位噪声两项指标上往往很难兼顾，需要设计者反复调试寻找一个功率折中点，才能满足实际工程应用的需要。经查阅有关梳状谱电路设计的文献，多数的梳状谱电路驱动功率在+26～+27dBm，有的甚至更高。如采用如那样的设计，不但相噪很难达到最优，直流功耗也将超出系统要求。

本专利申请人在之前的梳状谱信号发生器的设计中，所采用的SRD脉冲发生器如图2所示，由图2可知，脉冲发生器电路包括SRD、激励电感L和调谐电容CT、匹配网络和偏置电路。其中激励电感L用于存储和释放能量，调谐电容CT用来调谐脉冲发生器的输入电纳，使脉冲发生器的输入阻抗成为纯电阻性的，并使激励电感在输入频率上失谐。偏压电阻RB的值决定了偏压的大小，对输出功率、输出效率和稳定性有直接影响，如果设计不当，可能导致整个梳状谱电路完全不能工作。LM和CM构成的L型匹配网络使得激励信号能够较好的加载到阶跃电路。为了使偏压不被加到信号源电路中，输入端隔直电容Cbl不能省略，同样Cb2为输出端隔直电容，作用是防止偏压被加到输出电路。理论与实践均表明，SRD脉冲发生器产生的谐波信号如果不经过处理，存在输出功率随着谐波次数的增加而递减的规律。通过查找相关文献资料发现，目前本领域的大部分设计者们设计的此类脉冲发生器就符合此规律，大量功率被耗散在无用频点上，频谱转换效率低下。

综上所述，对于梳状谱信号发生器，由于对SRD经过激励后的谐波信号没有进行特殊处理，使得梳状谱信号发生器在频谱转换效率与相位噪声两项指标上往往很难兼顾，驱动放大器输出功率过大，则会对SRD过度激励，使得相位噪声严重变坏，且直流功耗超过系统要求；而如果驱动放大器功率不够，又会出现期望频点频谱转换效率过低的问题。即便有少数设计者考虑到了调谐，也是采用串联LC元件的方法，由于寄生效应、元件误差等不确定因素，使得调试起来困难，调谐网络也就没能真正起到很好的调谐作用，造成大量功率耗散在无用频点。

实用新型内容

针对现有技术中传统梳状谱电路中由于驱动放大器输出功率选取不合适导致的频谱转换效率低或相位噪声差的问题，本实用新型提出了一种梳状谱信号发生器及SRD脉冲发生器。本实用新型对梳状谱信号发生器中的SRD脉冲发生器进行改进，使用本实用新型的梳状谱信号发生器电路设计可以在驱动放大器功率仅为+15dBm左右时，即能以较高的效率产生所期望的谐波频率点，且相位噪声较传统方案更加优良，直流功耗也明显低于传统梳状谱电路。

为实现上述技术目的，本实用新型采用的具体技术方案如下：

梳状谱信号发生器，包括驱动放大电路和SRD脉冲发生器。本实用新型对梳状谱信号发生器中的SRD脉冲发生器进行改进。具体地，在SRD脉冲发生器中的阶跃恢复二极管SRD与输出端隔直电容之间串接一定长度的传输导线作为调谐网络。经过大量仿真及实际调试，发现在SRD脉冲发生器中的阶跃恢复二极管SRD与输出隔直电容之间串入一段长度的传输线，在驱动功率仅为+15dBm左右即可产生较大的谐波输出功率，且能使SRD管的输出能量集中在想要的谐波频点，相比传统方案，频谱转换效率大大提高，相噪性能也进一步提升。

具体地，传输导线的长度为λ_N/4米，其中：λ_N为SRD脉冲发生器产生的N次谐波所对应得波长。

具体地，SRD脉冲发生器包括输入端隔直电容Cbl、偏置电路、匹配网络、调谐电容CT、激励电感L、阶跃恢复二极管SRD、传输导线和输出端隔直电容Cb2。偏置电路由偏压电阻RB组成。所述匹配网络是由电感LM和电容CM构成的L型匹配网络。输入端隔直电容Cbl的一端连接SRD脉冲发生器的输入端，输入端隔直电容Cbl的另一端分别连接偏压电阻RB的一端、电容CM的一端以及电感LM的一端，偏压电阻RB的另一端接地，电容CM的另一端接地，电感LM的另一端分别接调谐电容CT的一端以及激励电感L的一端，调谐电容CT的另一端接地，激励电感L的另一端分别接阶跃恢复二极管SRD的一端以及传输导线的一端，阶跃恢复二极管SRD的另一端接地，传输导线的另一端接输出端隔直电容Cb2的一端，输出端隔直电容Cb2的另一端接SRD脉冲发生器的输出单元。

本实用新型的有益效果如下：

本发明所设计的梳状谱发生器与传统方案相比，对SRD脉冲发生器电路部分做了改良，实验数据表明，使用改良后的SRD脉冲发生器，驱动放大器输出功率只需+15dBm甚至更低(远低于一般方案要求的+26dBm)，即可对SRD进行有效激励并产生频谱转换效率高、相噪性能好的谐波频率，同时电路的直流功耗也大大降低。

附图说明

图1是SRD梳状谱信号发生器原理框图；

图2是SRD脉冲发生器的电路图；

图3是本实用新型实施例1的电路图。

图4是本实用新型实施例2的电路图。

具体实施方式

为了使本实用新型的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1：

图3是本实用新型实施例1的电路图，具体地是对图2进行改进之后的SRD脉冲发生器的电路图。

本实施例提供一种SRD脉冲发生器，包括输入端隔直电容Cbl、偏置电路、匹配网络、调谐电容CT、激励电感L、阶跃恢复二极管SRD、传输导线和输出端隔直电容Cb2。传输导线的长度为λ_N/4米，其中：λ_N为SRD脉冲发生器产生的N次谐波所对应得波长。

偏置电路由偏压电阻RB组成；所述匹配网络是由电感LM和电容CM构成的L型匹配网络。输入端隔直电容Cbl的一端连接SRD脉冲发生器的输入端，输入端隔直电容Cbl的另一端分别连接偏压电阻RB的一端、电容CM的一端以及电感LM的一端，偏压电阻RB的另一端接地，电容CM的另一端接地，电感LM的另一端分别接调谐电容CT的一端以及激励电感L的一端，调谐电容CT的另一端接地，激励电感L的另一端分别接阶跃恢复二极管SRD的一端以及传输导线的一端，阶跃恢复二极管SRD的另一端接地，传输导线的另一端接输出端隔直电容Cb2的一端，输出端隔直电容Cb2的另一端接SRD脉冲发生器的输出端。

本实用新型采用在阶跃恢复二极管SRD后串接一段长度的传输线作为调谐网络，以此控制输出能量往想要的谐波频点集中。用传输线调谐方式代替LC调谐，就能使调谐网络几乎做到免调(只需微调图3中的Cb2即可)，调试起来更简单。最关键的是本实用新型能在激励功率仅为+15dBm的时，即可以较高的效率产生相应频段的谐波频率，且相位噪声性能优良，本实用新型适用于包括L频段在内的各种频段的梳状谱发生器。在体积要求严格的时候还可以把传输线布局成蛇形走线，可极大地节省布局空间。

实施例2：

图4是本实用新型实施例2的电路图，本实施例提供一种梳状谱信号发生器，包括电阻衰减网络、驱动放大电路和SRD脉冲发生器。

图中电阻R1、R2、R3组成电阻衰减网络，方便调节进入驱动放大器U1的功率大小。

驱动放大电路包括驱动放大器U1，为SRD脉冲发生器提供足够的驱动功率。电容C6、C7为驱动放大器U1的隔直电容，L1、D1、C1、C2、C3、C4、C5组成驱动放大器的电源电路。L2、L3、C8、C9、C10组成100M低通滤波器，降低100M信号谐波对SRD的影响。

SRD脉冲发生器的结构与实施例1中提供的SRD脉冲发生器相同。Cb1、Cb2为SRD脉冲发生器的输入隔直电容与输出隔直电容，RB为偏置电阻，LM和CM构成L型匹配网络，用于实现输入信号与脉冲发生器之间的匹配；L为激励电感，用于存储和释放能量，CT为调谐电容、用来调SRD谐脉冲发生器的输入电纳，使脉冲发生器的输入阻抗成为纯电阻性的。具体地，输入端隔直电容Cbl的一端连接SRD脉冲发生器的输入端，输入端隔直电容Cbl的另一端分别连接偏压电阻RB的一端、电容CM的一端以及电感LM的一端，偏压电阻RB的另一端接地，电容CM的另一端接地，电感LM的另一端分别接调谐电容CT的一端以及激励电感L的一端，调谐电容CT的另一端接地，激励电感L的另一端分别接阶跃恢复二极管SRD的一端以及传输导线的一端，阶跃恢复二极管SRD的另一端接地，传输导线的另一端接输出端隔直电容Cb2的一端，输出端隔直电容Cb2的另一端接SRD脉冲发生器的输出单元。

实际调试表明当Cb1＝1000pF，RB＝510Ω，CM＝75pF，LM＝47nH，CT＝82pF，L＝6.8nH，Cb2＝1000pF时，1.4GHz频点的功率大小能达到-2dBm左右，已经发挥了非常好的性能。

综上所述，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本实用新型，任何本领域普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作各种更动与润饰，因此本实用新型的保护范围当视权利要求书界定的范围为准。

Claims

1.梳状谱信号发生器，包括驱动放大电路和SRD脉冲发生器，其特征在于，在SRD脉冲发生器中的阶跃恢复二极管SRD与输出端隔直电容之间串接一定长度的传输导线作为调谐网络，所述传输导线的长度为λ_N/4米，其中：λ_N为SRD脉冲发生器产生的N次谐波所对应得波长。

2.根据权利要求1所述的梳状谱信号发生器，其特征在于：SRD脉冲发生器包括输入端隔直电容Cbl、偏置电路、匹配网络、调谐电容CT、激励电感L、阶跃恢复二极管SRD、传输导线和输出端隔直电容Cb2。

3.根据权利要求2所述的梳状谱信号发生器，其特征在于：偏置电路由偏压电阻RB组成；所述匹配网络是由电感LM和电容CM构成的L型匹配网络。

4.根据权利要求3所述的梳状谱信号发生器，其特征在于：输入端隔直电容Cbl的一端连接SRD脉冲发生器的输入端，输入端隔直电容Cbl的另一端分别连接偏压电阻RB的一端、电容CM的一端以及电感LM的一端，偏压电阻RB的另一端接地，电容CM的另一端接地，电感LM的另一端分别接调谐电容CT的一端以及激励电感L的一端，调谐电容CT的另一端接地，激励电感L的另一端分别接阶跃恢复二极管SRD的一端以及传输导线的一端，阶跃恢复二极管SRD的另一端接地，传输导线的另一端接输出端隔直电容Cb2的一端，输出端隔直电容Cb2的另一端接SRD脉冲发生器的输出端。

5.根据权利要求1所述的梳状谱信号发生器，其特征在于：阶跃恢复二极管SRD选用MACOM公司的阶跃二极管MA144769-287T。

6.SRD脉冲发生器，其特征在于，在SRD脉冲发生器中的阶跃恢复二极管SRD与输出端隔直电容之间串接一定长度的传输导线作为调谐网络，所述传输导线的长度为λ_N/4米，其中：λ_N为SRD脉冲发生器产生的N次谐波所对应得波长。

7.根据权利要求6所述的SRD脉冲发生器，其特征在于：SRD脉冲发生器包括输入端隔直电容Cbl、偏置电路、匹配网络、调谐电容CT、激励电感L、阶跃恢复二极管SRD、传输导线和输出端隔直电容Cb2。

8.根据权利要求7所述的SRD脉冲发生器，其特征在于：偏置电路由偏压电阻RB组成；所述匹配网络是由电感LM和电容CM构成的L型匹配网络；输入端隔直电容Cbl的一端连接SRD脉冲发生器的输入端，输入端隔直电容Cbl的另一端分别连接偏压电阻RB的一端、电容CM的一端以及电感LM的一端，偏压电阻RB的另一端接地，电容CM的另一端接地，电感LM的另一端分别接调谐电容CT的一端以及激励电感L的一端，调谐电容CT的另一端接地，激励电感L的另一端分别接阶跃恢复二极管SRD的一端以及传输导线的一端，阶跃恢复二极管SRD的另一端接地，传输导线的另一端接输出端隔直电容Cb2的一端，输出端隔直电容Cb2的另一端接SRD脉冲发生器的输出端。