0.2～18GHz梳状谱信号发生器研制

• 117•本文阐述了一种利用阶跃恢复二极管（SRD）非线性特性设计的梳状谱发生电路，用于实现微波倍频功能。

通过ADS软件进行了原理验证，仿真分析了电路参数对传输特性的影响，并结合了实际电路进行测试调试，仿真与实测结果表明梳状谱电路可应用于倍频电路。

引言：在微波电路中，广泛地采用频率变换电路。

其中，倍频器是不可或缺的一种，它主要利用半导体器件的非线性特性原理，包含非线性电阻倍频与非线性电抗倍频。

其中，非线性电阻倍频方式具有能量损耗，即倍频效率低的特点。

非线性电抗倍频实现方式有变容二极管、阶跃恢复二极管和晶体三极管等。

其中，阶跃恢复二极管是变容二极管的一个特例，相对来说非线性特性更明显，倍频效率更高。

本文中采用SRD设计并实现梳状谱电路——一种特殊形式的倍频器，该电路产生基准频率整数倍的各次谐波频率，谐波的谱线如同梳子一般而得名。

根据需要，设计了一款输入频率为100MHz，输入功率≥18dBm，输出频率为0.1~10GHz的梳状谱电路。

1.梳状谱电路原理典型的阶跃二极管梳状谱发生器工作原理为：激励源——偏置电路——匹配网络——脉冲发生器——输出，如图1所示。

激励源输入一定的功率来推动SRD工作，输入功率大小需要适当，功率过大的情况下二极管被过度激励，会恶化相位噪声，功率过小无法推动其工作。

偏置电路与匹配电路都是为了将输入功率更有效地加载到SRD上，防止信号反射。

最终，单一频率的输入信号经过SRD后产生窄脉冲信号。

1.1 阶跃恢复二极管SRD可以等效为一个开关电容，正偏时其结电容变化很大，形成一个大的扩散电容，二极管近似为短路；反偏时等效为一个小电容，近似为开路。

其等效电路如图2所示。

因此，当外加信号周期性变化时，阶跃管便在这两种状态间快速转换，使管子发生电流阶跃，形成一个狭窄、大幅度的电压脉冲。

利用这种电容突变的强非线性激发出丰富的谐波。

图1 梳状谱电路原理框图图2 阶跃恢复二极管等效电路设计梳状谱电路首先要选择特性满足要求的SRD。

一种新型数字超宽带梳状谱信号发生器的研制刘宇军;尹洪雁;刘扬;许真真【摘要】The principle and application limitations of classical comb spectrum signal generator is analyzed, and a novel digital ultra-wideband comb spectrum signal generator is developed.This generator is implemented by a dig-ital circuit, and has good performance in circuit structure, signal stability and circuit portability.This generator produce a stable comb spectrum signal,which is a breakthrough and innovation compared to the traditional comb spectrum signal generator.%分析了经典梳状谱信号发生器的原理及应用局限，研制出了一种新型数字超宽带梳状谱信号发生器。

该方案采用数字电路方法实现，电路设计独特，信号稳定性好，同时具有较好的电路移植性，是传统梳状谱信号发生器的创新和突破。

设计出的新型数字超宽带梳状谱信号发生器能够产生稳定的梳状谱信号。

【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2016(000)005【总页数】4页(P161-164)【关键词】梳状谱;信号发生器;数字电路;电路移植性【作者】刘宇军;尹洪雁;刘扬;许真真【作者单位】北京出入境检验检疫局检验检疫技术中心，北京100026;北京出入境检验检疫局检验检疫技术中心，北京100026;北京出入境检验检疫局检验检疫技术中心，北京100026;北京出入境检验检疫局检验检疫技术中心，北京100026【正文语种】中文【中图分类】TN98梳状谱信号发生器在现代微波系统中的应用十分广泛，通过其倍频作用可以做成毫米波频率源，在仪表设备中也是展宽频带的重要部分，目前广泛应用于微波通信、EMC测试等领域。

基于SRD的梳状谱发生器设计本文介绍了利用阶跃恢复二极管（SRD）倍频原理设计的梳普产生器。

梳普产生器的结构简单、性能稳定可靠，相位噪声逼近理论计算值。

输出谱线功率：当输入信号为200MHz、10dBm时，8GHz下输出功率大于-15dBm。

与国外同类产品水平相当。

标签：阶跃恢复二极管梳谱发生器一、引言随着雷达系统中的信号频率不断的提高及工作带宽的更高要求，各种宽带、超倍频程带宽的微波频率源相继出现。

通常采用间接频率合成器来提高最终输出频率，并同时满足相位噪声以及频率稳定性要求。

梳状谱发生器做为固态信号源，是用来产生含有以输入信号频率为基波频率的高次谐波的宽频带信号源。

它具有输入驻波小、噪声低、频带宽、频率稳度高、超小型等固态源所需要具备的优点，是一种可将低频、高稳定度的信号，延伸到高频、宽频带、高稳定度的微波信号的功能块。

解决了制作高频信号源的困难，可以很好的满足雷达及测试系统对固态源的应用要求。

二、SRD特性分析SRD是具有很强非线性特性的器件，利用它的强非线性导电特性来产生窄电流脉冲。

它产生谐波的效率可以接近1/n，这里n代表谐波次数。

阶跃恢复二极管倍频器无需空闲电路，使得电路具有十分简单、紧凑的优点。

因此，阶跃恢复二极管常常适用于需要高效率、高阶倍频的场合。

由于阶跃二极管本身的结构特点：在高阻抗状态下具有低的电容，而在低阻抗状态下具有大的电容。

阶跃恢复二极管在高频或者突变电压的激励下，正向导通时储存大量的电荷，呈现非常低的阻抗状态；当转到反向偏置，这些储存的电荷返回原处，形成了很大的反向电流。

等到储存的电荷接近耗尽时，反向电流迅速减小，并立刻以很陡峭的速度趋于截止状，即阶跃恢复。

正是因为这种反向电流的突变，形成了一个反向窄脉冲电压。

这种反向脉冲越窄，它所含有的谐波就越丰富，它能从几十MHz到几个GHz甚至到几十GHz，形成一个包括基波频率整数倍的高次谐波频谱，因此它具有高次高效的优点。

三、梳状谱发生器设计梳状谱发生器电路框图如图1所示，为了获得丰富的谐波输出，就要使阶跃恢复二极管能产生较大的窄电流脉冲，需要先将输入信号放大到一定的功率来推动阶跃恢复二极管。

基于SRD的梳状谱发生器设计作者：张艳妮高云孙学君来源：《中文信息》2016年第07期摘要：本文介绍了利用阶跃恢复二极管（SRD）倍频原理设计的梳普产生器。

梳普产生器的结构简单、性能稳定可靠，相位噪声逼近理论计算值。

输出谱线功率：当输入信号为200MHz、10dBm时，8GHz下输出功率大于-15dBm。

与国外同类产品水平相当。

关键词：阶跃恢复二极管梳谱发生器中图分类号：TN702 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2016）07-0275-01一、引言随着雷达系统中的信号频率不断的提高及工作带宽的更高要求，各种宽带、超倍频程带宽的微波频率源相继出现。

通常采用间接频率合成器来提高最终输出频率，并同时满足相位噪声以及频率稳定性要求。

梳状谱发生器做为固态信号源，是用来产生含有以输入信号频率为基波频率的高次谐波的宽频带信号源。

它具有输入驻波小、噪声低、频带宽、频率稳度高、超小型等固态源所需要具备的优点，是一种可将低频、高稳定度的信号，延伸到高频、宽频带、高稳定度的微波信号的功能块。

解决了制作高频信号源的困难，可以很好的满足雷达及测试系统对固态源的应用要求。

二、SRD特性分析SRD是具有很强非线性特性的器件，利用它的强非线性导电特性来产生窄电流脉冲。

它产生谐波的效率可以接近1/n，这里n代表谐波次数。

阶跃恢复二极管倍频器无需空闲电路，使得电路具有十分简单、紧凑的优点。

因此，阶跃恢复二极管常常适用于需要高效率、高阶倍频的场合。

由于阶跃二极管本身的结构特点：在高阻抗状态下具有低的电容，而在低阻抗状态下具有大的电容。

阶跃恢复二极管在高频或者突变电压的激励下，正向导通时储存大量的电荷，呈现非常低的阻抗状态；当转到反向偏置，这些储存的电荷返回原处，形成了很大的反向电流。

等到储存的电荷接近耗尽时，反向电流迅速减小，并立刻以很陡峭的速度趋于截止状，即阶跃恢复。

正是因为这种反向电流的突变，形成了一个反向窄脉冲电压。