基于SRD的梳狀譜發(fā)生器仿真設計

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)生器具有結構簡單，頻譜純度高的特點。

【關鍵詞】 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容。梳狀譜發(fā)生器能夠在低頻信號的激勵下，產生窄脈沖信號，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)生器設計的關鍵技術就是高效率的高次倍頻器設計[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容管的作用來實現(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)間轉換的電荷開關。

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）

本設計選用Mpulse公司的MP4042，其參數(shù)見表1。

2.3 設計原理

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、匹配網(wǎng)絡和脈沖產生電路組成。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，Ct為調諧電容，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內關斷，關斷瞬間產生了電流跳變，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

調諧電容

匹配網(wǎng)絡，

偏置電路

通過軟件對匹配網(wǎng)絡、偏置網(wǎng)絡、調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。頻域仿真結果如圖4，從基頻到5GHz的C波段頻率范圍內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 結語

本文介紹和討論了利用ADS軟件設計、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)生器具有結構簡單，頻譜純度高的特點。

【關鍵詞】 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容。梳狀譜發(fā)生器能夠在低頻信號的激勵下，產生窄脈沖信號，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)生器設計的關鍵技術就是高效率的高次倍頻器設計[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容管的作用來實現(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)間轉換的電荷開關。

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）

本設計選用Mpulse公司的MP4042，其參數(shù)見表1。

2.3 設計原理

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、匹配網(wǎng)絡和脈沖產生電路組成。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，Ct為調諧電容，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內關斷，關斷瞬間產生了電流跳變，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

調諧電容

匹配網(wǎng)絡，

偏置電路

通過軟件對匹配網(wǎng)絡、偏置網(wǎng)絡、調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。頻域仿真結果如圖4，從基頻到5GHz的C波段頻率范圍內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 結語

本文介紹和討論了利用ADS軟件設計、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)生器具有結構簡單，頻譜純度高的特點。

【關鍵詞】 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容。梳狀譜發(fā)生器能夠在低頻信號的激勵下，產生窄脈沖信號，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)生器設計的關鍵技術就是高效率的高次倍頻器設計[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容管的作用來實現(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)間轉換的電荷開關。

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）

本設計選用Mpulse公司的MP4042，其參數(shù)見表1。

2.3 設計原理

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、匹配網(wǎng)絡和脈沖產生電路組成。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，Ct為調諧電容，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內關斷，關斷瞬間產生了電流跳變，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

調諧電容

匹配網(wǎng)絡，

偏置電路

通過軟件對匹配網(wǎng)絡、偏置網(wǎng)絡、調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。頻域仿真結果如圖4，從基頻到5GHz的C波段頻率范圍內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 結語

本文介紹和討論了利用ADS軟件設計、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.