一種基於砷化鎵工藝的l波段混沌電路及其設計方法
2023-06-05 07:01:21 1
一種基於砷化鎵工藝的l波段混沌電路及其設計方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於砷化鎵工藝的L波段混沌電路及其設計方法，所述混沌電路包括：HBT，採用共基極連接，作為混沌信號源中的增益元件；諧振網絡，連接HBT的輸出端，產生混沌信號；電流源，連接HBT的發射極。具體的設計方法包括步驟：建立電路的數學模型；計算具有寄生電容的電路狀態方程；提取狀態參數和控制參數；模型仿真。本發明採用用寄生電容較小的砷化鎵工藝HBT作為混沌信號源中的增益元件，減小寄生電容對混沌電路工作狀態的影響；在電路中加入了射級跟隨器，減少外界微擾對電路狀態的影響；電流源用鏡像電流源構成，提高了電路的穩定性；單片微波集成電路具有電路損耗小、頻帶寬、動態範圍大、附加效率高、抗電磁輻射能力強等特點。
【專利說明】一種基於砷化鎵工藝的L波段混沌電路及其設計方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種基於砷化鎵工藝的L波段混沌電路及其設計方法。
【背景技術】
[0002] 由於混沌信號具有非周期性、寬譜、類噪聲和長期不可預測等特點，使得混沌信號 在軍事領域和通信領域中的應用成為一大研究熱點。軍事領域中熱門的研究分支包括：混 沌雷達、混沌控制、混沌對抗、混沌生物電子等；在通信領域的應用研究涉及到混沌保密通 信、混沌載波數字通信、混沌序列跳頻擴頻和混沌參分多址通信等，所以混沌電路的研究具 有重要的意義。目前主要的障礙在於混沌信號的頻率得不到提高，從而限制了混沌電路在 各個領域的應用範圍。從電路與系統研究的角度講，設計信號頻率更高、帶寬更大的混沌信 號發生器，是對混沌信號頻譜上限進行的有益探索；而從應用的角度來講，振蕩頻率更高的 混沌信號發生器可以應用於現有擴頻通信系統，以進一步的提高系統性能。
[0003] 混沌信號的主要產生電路之一的Colpitts電路是利用三極體作為增益元件，現 有微波三極體的工作頻率要遠遠高於運放，從這個意義上講，Colpitts電路更適合工作在 微波頻段；此外，Colpitts電路還具有功耗低，電路結構簡單、易於實現等優點。然而當 Colpitts電路工作在高頻波段時，極間寄生電容對混沌振蕩基本頻率以及頻帶寬度有明顯 影響，甚至改變電路的工作狀態，使之不能產生混沌信號。
【發明內容】
[0004] 本發明目的是：提供一種減小寄生電容對混沌電路工作狀態的影響，基於砷化鎵 工藝的L波段混沌電路及其設計方法。
[0005] 本發明的技術方案是： 一種基於砷化鎵工藝的L波段混沌電路，包括：HBT，採用共基極連接，作為混沌信號源 中的增益元件；諧振網絡，連接HBT的輸出端，產生混沌信號；電流源，連接HBT的發射極。
[0006] 優選的，所述諧振網絡輸出端通過一耦合電容連接一射極跟隨器。
[0007] 進一步優選的，所述電流源採用鏡像電流源。
[0008] 具體的，所有器件將集成於片內。
[0009] 基於砷化鎵工藝的L波段混沌電路的設計方法，包括步驟： 1) 根據上述混沌電路結構，建立電路的數學模型； 2) 畫出小信號混沌電路的等效電路圖，計算具有寄生電容的電路狀態方程； 3) 對狀態方程進行簡化，提取狀態參數和控制參數； 4) 在MATLAB上進行模型仿真，模擬具有寄生參數的電路模型，得到狀態參量的運動軌 跡並判斷其是否進入混沌狀態，從改進後的分叉圖中得到控制參量數值； 5) 根據控制參量的數值計算出電路中各電容、電感、電阻值，在電路設計軟體上進行電 路仿真，調整電路中的參數值，得到混沌電路的時域波形和頻域分布圖。
[0010] 本發明的優點是： 1. 本發明採用用寄生電容較小的砷化鎵工藝HBT代替矽BJT作為混沌信號源中的增 益元件，以減小寄生電容對混沌電路工作狀態的影響； 2. 本發明在電路中加入了一射級跟隨器，電路產生的混沌信號通過電容C耦合到射 級跟隨器，減少外界微擾對電路狀態的影響； 3. 本發明的電流源用鏡像電流源構成，提高了電路的穩定性； 4. 本發明所有器件將集成於片內，單片微波集成電路具有電路損耗小、噪聲低、頻帶 寬、動態範圍大、功率大、附加效率高、抗電磁輻射能力強等特點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011] 下面結合附圖及實施例對本發明作進一步描述： 圖1為現有的包含寄生參數的Colpitts電路基本結構； 圖2為本發明改進後的基於砷化鎵工藝的L波段混沌電路； 圖3為實施例所述混沌電路電容的電壓石、石輸出時域波形。
【具體實施方式】
[0012] 如圖2所示，本發明所揭示的基於砷化鎵工藝的L波段混沌電路，考慮用寄生電容 較小的砷化鎵工藝HBT代替矽BJT作為混沌信號源中的增益元件，以減小寄生電容對混沌 電路工作狀態的影響；另外，由於混沌電路的敏感性，在電路中加入了一級射級跟隨器，電 路產生的混沌信號通過電容C0耦合到射級跟隨器Q3,減少外界微擾對電路狀態的影響；電 流源採用Ql、Q2構成的鏡像電流源，提高了電路的穩定性。以上所有器件將集成於片內， 新型全集成單片微波Colpitts電路基本結構，具有電路損耗小、噪聲低、頻帶寬、動態範圍 大、功率大、附加效率高、抗電磁輻射能力強等特點。
[0013] 用砷化鎵工藝HBT代替BJT作為Colpitts混沌電路的增益元件，具體設計過程如 下： 1)根據上述電路結構，建立電路的數學模型。
[0014] 2)畫出小信號混沌電路的等效電路圖，計算具有寄生電容的電路狀態方程。
[0015] 3)對狀態方程進行適當的簡化，提取狀態參數和控制參數。
[0016] 4)在MATLAB上進行模型仿真，模擬具有寄生參數的電路模型，得到狀態參量的運 動軌跡並判斷其是否進入混沌狀態，從改進後的分叉圖中得到控制參量數值。
[0017] 5)根據控制參量的數值計算出電容、電感、電阻值，在電路設計軟體Microwave Office上進行電路仿真，調整電路中的參數值，得到混沌電路的時域波形和頻域分布圖。
[0018] 設電容電壓匕7、L為石、；，取一定的/值並在MATLAB上仿真出log1QQ-; 的分叉圖，可以清楚的看到隨著0值的不斷變化，；呈現豐富的非線性動態特性，選取 log1(lQ為0. 25進行研究，此時整個電路模型處於混沌狀態。通過得到的控制參數值， 取左=0. 5,根據計算公式得出電路中電容G、仏電感Z以及電阻7?的取值。在Microwave Office上進行電路仿真，調整負電壓電源使得J,=6mA，細調正電壓電源可以觀察到電路經過 平衡狀態、周期振蕩、倍周期分叉至混沌振蕩過程。如圖3所示，得到Colpitts混沌電路電 容GG的電壓石、；輸出時域波形。
【權利要求】
1. 一種基於砷化鎵工藝的L波段混沌電路，其特徵在於，包括： HBT，採用共基極連接，作為混沌信號源中的增益元件； 諧振網絡，連接HBT的輸出端，產生混沌信號； 電流源，連接HBT的發射極。
2. 根據權利要求1所述的基於砷化鎵工藝的L波段混沌電路，其特徵在於：所述諧振 網絡輸出端通過一耦合電容連接一射極跟隨器。
3. 根據權利要求1所述的基於砷化鎵工藝的L波段混沌電路，其特徵在於：所述電流 源採用鏡像電流源。
4. 根據權利要求1-3任意一項所述的基於砷化鎵工藝的L波段混沌電路，其特徵在於： 所有器件將集成於片內。
5. 基於砷化鎵工藝的L波段混沌電路的設計方法，其特徵在於，包括步驟： 1) 根據上述混沌電路結構，建立電路的數學模型； 2) 畫出小信號混沌電路的等效電路圖，計算具有寄生電容的電路狀態方程； 3) 對狀態方程進行簡化，提取狀態參數和控制參數； 4) 在MATLAB上進行模型仿真，模擬具有寄生參數的電路模型，得到狀態參量的運動軌 跡並判斷其是否進入混沌狀態，從改進後的分叉圖中得到控制參量數值； 5) 根據控制參量的數值計算出電路中各電容、電感、電阻值，在電路設計軟體上進行電 路仿真，調整電路中的參數值，得到混沌電路的時域波形和頻域分布圖。
【文檔編號】H04L9/00GK104104497SQ201410339623
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年7月17日 優先權日:2014年7月17日
【發明者】蔡士琦, 孫曉紅, 田婷, 張曉東 申請人:東南大學蘇州研究院