张艳妮 高云 孙学君

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。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。并且该放大器是梳状谱信号发生器附加相位噪生的主要来源。如果放大器的输出功率太大，则会对二极管激励过度，则附加相位噪声严重变坏。输入匹配电路的作用是为了把功率放大器的功率有效地加到二极管上，能最大限度地产生更强烈的极窄电流脉冲，同时使二极管产生的谐波能量不能反窜到放大器中。

四、SRD的选择

阶跃恢复二极管的主要参数为：阶跃时间tt，反偏电容Cj，串联传导电阻Rs，少数载流子寿命τ，击穿电压VB。

阶跃时间tt满足以下条件：

为了避免传输线对脉冲信号发生器产生过载，在50Ω系统中对阶跃管阻抗的要求为：

由上式可以得出Cj数值。

少数载流子寿命τ决定了阶跃二极管的最小输入频率fin。为使阶跃二极管工作正常，应保证 。

串联传导电阻Rs 应尽可能小。

击穿电压VB 应大于输入脉冲的能量和幅度的最大值。

因此，选择M-pulse公司研制的MP4042的阶跃二极管，该阶跃管的参数值如表1所示。

五、电路元件值设计

因为调谐电容的作用，阶跃二极管输入阻抗成为纯电阻Rs，它与信号源内阻不相匹配。设计输入匹配电路是用来匹配脉冲信号发生器的输入阻抗和信号源阻抗的。它可以用一个串联的电感和并联的电容Cm组成。可由下面公式进行估算：

激励电感L和调谐电容Ct同样按下面公式给出

按照以上公式对脉冲发生器的各个参数进行计算，所得元件值列于表2中。

六、电路设计考虑

根据不同工程应用的要求，总体可分为有源梳谱发生器和无源梳谱发生器。通常SRD所需的激励电平约为+28dBm左右，当输入功率为0dBm或10dBm时，必须在匹配网络前加功率放大。？梳谱信号发生器的技术难点是消除寄生振荡和杂波以保证相位噪声要求。要选择具有噪声低的功率放大器件或电路芯片，并且通过调整放大电路的直流偏置电路以及谐波部分的匹配网络，可以很好解决这个问题。

七、结果测试

该梳谱发生器通过高温、低温和常温测试，当输入信号为200MHz、10dBm时，在4GHz-8GHz频段内梳谱发生器的输出均大于-15dBm。达到了设计要求，具有较高的工程实用价值。

八、结束语

梳状谱发生器能够简单和高效地产生一种宽带、高次倍频的信号，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。

参考文献

[1]薛正辉 杨仕明 李伟明 等.《微波固态电路》.北京.北京理工大学出版社 2004

[2]王蕴仪 《微波器件与电路》南京 江苏科学技术出版社 1983

[3]弋稳 《雷达接收机技术》北京 电子工业出版社 2005