基于SRD的梳状谱发生器仿真设计
2015-01-08刘婧费霞倪婷
刘婧++费霞++倪婷
【摘 要】 本文介绍了一种利用ADS软件仿真C波段梳状谱发生器的方法。主要论述了梳状谱发生电路的设计原理，介绍了一种用ADS软件对阶跃恢复二级管（SRD）的建模方法。利用该方法仿真的梳状谱发生器具有结构简单，频谱纯度高的特点。
【关键词】 阶跃恢复二极管 梳状谱 倍频
如今微波电路日益固化，如何利用固体器件产生输出功率大，频率高，带宽宽，噪声小的信号源是一个重要内容。梳状谱发生器能够在低频信号的激励下，产生窄脉冲信号，脉冲越窄，从频域上看，频谱分布越丰富，可一直延续到微波频段的高端[1]。梳状谱发生器基于电路简单，输出频谱优良的特点，得到了广泛应用。
梳状谱发生器设计的关键技术就是高效率的高次倍频器设计[2]。倍频器按倍频次数可分为：低次倍频，单级倍频的次数通常不超过5-8，倍频是通过其电容呈非线性变化的功率变容管的作用来实现；高次倍频器，单级倍频次数可达10-20以上，倍频使用的器件是阶跃恢复二极管（SRD）[3]。
本文利用SRD高次倍频，得到一系列相隔均匀的谱线。
1 仿真目标
利用SRD的倍频特点，在输入频率为100MHz的低频信号激励下，得到频率可达到5GHz的C波段梳状谱发生器。
2 电路设计
2.1 SRD等效电路及建模
SRD参量随外加电压而变，在有交流信号时，它基本处于正向低阻抗状态和反向高阻抗状态，中间的过渡极为迅速，即阶跃时间很短，因此可把SRD看成迅速地在低阻和高阻两状态间转换的电荷开关。
在现有的EDA软件中还没有现成的SRD模型，仿真时只能通过等效电路或公式对SRD的状态进行近似。这里采用电量电压关系式[4]，建立SRD的spice模型，在ADS中建模如图1。
（1）
2.2 SRD的选择
进行二极管选择时，Cj应满足10Ω<1/ωNCj<20Ω，少子寿命τ>3T0，阶跃时间tt应小于脉冲宽度tp，1/2fN 其中： （2） 本设计选用Mpulse公司的MP4042，其参数见表1。 2.3 设计原理 图2是梳状谱发生器电路的原理图，电路主要由偏置网络、匹配网络和脉冲产生电路组成。其中Lb为射频扼流圈，Cb为旁路电容，R1是为二极管提供自给偏压的电阻，Lm、Cm组成输入匹配网络，Ct为调谐电容，L为激励电感。SRD当加正电压时，大量少数载流子注入I层并储存起来，反向时由于少子基本被反向电场提取完毕，器件在极短的阶跃时间t内关断，关断瞬间产生了电流跳变，形成一个很窄的脉冲。因此，SRD的作用是把每个周期输入的信号源能量转化为一个谐波丰富的大幅度窄脉冲[6]。 3 电路仿真 由图2的电路原理，在ADS中建立电路模型，阶跃二极管由图1所示的SRD spice模型代替。 选取衰减因子 推动电感 调谐电容 匹配网络， 偏置电路 通过软件对匹配网络、偏置网络、调谐电容及推动电感的初值进行优化，得到表2所示的实际仿真参数。输入激励信号100MHz，功率20dBm，得到宽度为600ps的窄脉冲，如图3所示。频域仿真结果如图4，从基频到5GHz的C波段频率范围内均具有较好的输出谱线。 该电路通过与对低频信号功率适当衰减的均衡器连接，达到在宽带实现幅度一致的效果。 4 结语 本文介绍和讨论了利用ADS软件设计、仿真梳状谱发生器的方法，介绍了SRD的一种建模方法，输出频谱纯度好，功耗小，达到了预期的效果。 参考文献： [1]清华大学微带电路编写组.微带电路[M].清华大学出版社，303-339. [2]朱志勇，王积勤，微波倍频器的发展与设计[J].制导与引信，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】 本文介绍了一种利用ADS软件仿真C波段梳状谱发生器的方法。主要论述了梳状谱发生电路的设计原理，介绍了一种用ADS软件对阶跃恢复二级管（SRD）的建模方法。利用该方法仿真的梳状谱发生器具有结构简单，频谱纯度高的特点。
【关键词】 阶跃恢复二极管 梳状谱 倍频
如今微波电路日益固化，如何利用固体器件产生输出功率大，频率高，带宽宽，噪声小的信号源是一个重要内容。梳状谱发生器能够在低频信号的激励下，产生窄脉冲信号，脉冲越窄，从频域上看，频谱分布越丰富，可一直延续到微波频段的高端[1]。梳状谱发生器基于电路简单，输出频谱优良的特点，得到了广泛应用。
梳状谱发生器设计的关键技术就是高效率的高次倍频器设计[2]。倍频器按倍频次数可分为：低次倍频，单级倍频的次数通常不超过5-8，倍频是通过其电容呈非线性变化的功率变容管的作用来实现；高次倍频器，单级倍频次数可达10-20以上，倍频使用的器件是阶跃恢复二极管（SRD）[3]。
本文利用SRD高次倍频，得到一系列相隔均匀的谱线。
1 仿真目标
利用SRD的倍频特点，在输入频率为100MHz的低频信号激励下，得到频率可达到5GHz的C波段梳状谱发生器。
2 电路设计
2.1 SRD等效电路及建模
SRD参量随外加电压而变，在有交流信号时，它基本处于正向低阻抗状态和反向高阻抗状态，中间的过渡极为迅速，即阶跃时间很短，因此可把SRD看成迅速地在低阻和高阻两状态间转换的电荷开关。
在现有的EDA软件中还没有现成的SRD模型，仿真时只能通过等效电路或公式对SRD的状态进行近似。这里采用电量电压关系式[4]，建立SRD的spice模型，在ADS中建模如图1。
（1）
2.2 SRD的选择
进行二极管选择时，Cj应满足10Ω<1/ωNCj<20Ω，少子寿命τ>3T0，阶跃时间tt应小于脉冲宽度tp，1/2fN 其中： （2） 本设计选用Mpulse公司的MP4042，其参数见表1。 2.3 设计原理 图2是梳状谱发生器电路的原理图，电路主要由偏置网络、匹配网络和脉冲产生电路组成。其中Lb为射频扼流圈，Cb为旁路电容，R1是为二极管提供自给偏压的电阻，Lm、Cm组成输入匹配网络，Ct为调谐电容，L为激励电感。SRD当加正电压时，大量少数载流子注入I层并储存起来，反向时由于少子基本被反向电场提取完毕，器件在极短的阶跃时间t内关断，关断瞬间产生了电流跳变，形成一个很窄的脉冲。因此，SRD的作用是把每个周期输入的信号源能量转化为一个谐波丰富的大幅度窄脉冲[6]。 3 电路仿真 由图2的电路原理，在ADS中建立电路模型，阶跃二极管由图1所示的SRD spice模型代替。 选取衰减因子 推动电感 调谐电容 匹配网络， 偏置电路 通过软件对匹配网络、偏置网络、调谐电容及推动电感的初值进行优化，得到表2所示的实际仿真参数。输入激励信号100MHz，功率20dBm，得到宽度为600ps的窄脉冲，如图3所示。频域仿真结果如图4，从基频到5GHz的C波段频率范围内均具有较好的输出谱线。 该电路通过与对低频信号功率适当衰减的均衡器连接，达到在宽带实现幅度一致的效果。 4 结语 本文介绍和讨论了利用ADS软件设计、仿真梳状谱发生器的方法，介绍了SRD的一种建模方法，输出频谱纯度好，功耗小，达到了预期的效果。 参考文献： [1]清华大学微带电路编写组.微带电路[M].清华大学出版社，303-339. [2]朱志勇，王积勤，微波倍频器的发展与设计[J].制导与引信，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】 本文介绍了一种利用ADS软件仿真C波段梳状谱发生器的方法。主要论述了梳状谱发生电路的设计原理，介绍了一种用ADS软件对阶跃恢复二级管（SRD）的建模方法。利用该方法仿真的梳状谱发生器具有结构简单，频谱纯度高的特点。
【关键词】 阶跃恢复二极管 梳状谱 倍频
如今微波电路日益固化，如何利用固体器件产生输出功率大，频率高，带宽宽，噪声小的信号源是一个重要内容。梳状谱发生器能够在低频信号的激励下，产生窄脉冲信号，脉冲越窄，从频域上看，频谱分布越丰富，可一直延续到微波频段的高端[1]。梳状谱发生器基于电路简单，输出频谱优良的特点，得到了广泛应用。
梳状谱发生器设计的关键技术就是高效率的高次倍频器设计[2]。倍频器按倍频次数可分为：低次倍频，单级倍频的次数通常不超过5-8，倍频是通过其电容呈非线性变化的功率变容管的作用来实现；高次倍频器，单级倍频次数可达10-20以上，倍频使用的器件是阶跃恢复二极管（SRD）[3]。
本文利用SRD高次倍频，得到一系列相隔均匀的谱线。
1 仿真目标
利用SRD的倍频特点，在输入频率为100MHz的低频信号激励下，得到频率可达到5GHz的C波段梳状谱发生器。
2 电路设计
2.1 SRD等效电路及建模
SRD参量随外加电压而变，在有交流信号时，它基本处于正向低阻抗状态和反向高阻抗状态，中间的过渡极为迅速，即阶跃时间很短，因此可把SRD看成迅速地在低阻和高阻两状态间转换的电荷开关。
在现有的EDA软件中还没有现成的SRD模型，仿真时只能通过等效电路或公式对SRD的状态进行近似。这里采用电量电压关系式[4]，建立SRD的spice模型，在ADS中建模如图1。
（1）
2.2 SRD的选择
进行二极管选择时，Cj应满足10Ω<1/ωNCj<20Ω，少子寿命τ>3T0，阶跃时间tt应小于脉冲宽度tp，1/2fN 其中： （2） 本设计选用Mpulse公司的MP4042，其参数见表1。 2.3 设计原理 图2是梳状谱发生器电路的原理图，电路主要由偏置网络、匹配网络和脉冲产生电路组成。其中Lb为射频扼流圈，Cb为旁路电容，R1是为二极管提供自给偏压的电阻，Lm、Cm组成输入匹配网络，Ct为调谐电容，L为激励电感。SRD当加正电压时，大量少数载流子注入I层并储存起来，反向时由于少子基本被反向电场提取完毕，器件在极短的阶跃时间t内关断，关断瞬间产生了电流跳变，形成一个很窄的脉冲。因此，SRD的作用是把每个周期输入的信号源能量转化为一个谐波丰富的大幅度窄脉冲[6]。 3 电路仿真 由图2的电路原理，在ADS中建立电路模型，阶跃二极管由图1所示的SRD spice模型代替。 选取衰减因子 推动电感 调谐电容 匹配网络， 偏置电路 通过软件对匹配网络、偏置网络、调谐电容及推动电感的初值进行优化，得到表2所示的实际仿真参数。输入激励信号100MHz，功率20dBm，得到宽度为600ps的窄脉冲，如图3所示。频域仿真结果如图4，从基频到5GHz的C波段频率范围内均具有较好的输出谱线。 该电路通过与对低频信号功率适当衰减的均衡器连接，达到在宽带实现幅度一致的效果。 4 结语 本文介绍和讨论了利用ADS软件设计、仿真梳状谱发生器的方法，介绍了SRD的一种建模方法，输出频谱纯度好，功耗小，达到了预期的效果。 参考文献： [1]清华大学微带电路编写组.微带电路[M].清华大学出版社，303-339. [2]朱志勇，王积勤，微波倍频器的发展与设计[J].制导与引信，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.
