本實(shí)用新型雷達(dá)數(shù)字接收系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及一種基于階躍恢復(fù)二極管的雷達(dá)時(shí)鐘倍頻器。

背景技術(shù)：

近幾十年來(lái)，我國(guó)軍用、民用雷達(dá)都得以高速發(fā)展，大量的先進(jìn)雷達(dá)也得以大規(guī)模部署。

隨著數(shù)字化時(shí)代的到來(lái)，雷達(dá)數(shù)字接收機(jī)已經(jīng)取代了技術(shù)老舊的模擬信號(hào)處理系統(tǒng)，雷達(dá)數(shù)字接收機(jī)主要由高速數(shù)字采樣、數(shù)字解調(diào)、平滑濾波、脈沖壓縮等幾部分組成。雷達(dá)數(shù)字接收機(jī)相對(duì)于模擬接收機(jī)有集成度高、易于調(diào)試、抗干擾性好等優(yōu)點(diǎn)，但數(shù)字接收機(jī)所有工作及其性能均依賴(lài)于數(shù)字系統(tǒng)時(shí)鐘及其質(zhì)量。雷達(dá)時(shí)鐘信號(hào)的質(zhì)量、穩(wěn)定性、可靠性將嚴(yán)重影響雷達(dá)對(duì)目標(biāo)探測(cè)輸出產(chǎn)品的質(zhì)量及整個(gè)雷達(dá)系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。由于雷達(dá)的信號(hào)頻率、帶寬等限制，一般要求時(shí)鐘頻率較高以滿(mǎn)足較高的采樣率。在現(xiàn)有的大多數(shù)雷達(dá)中，一般采取晶振輸出較低頻率時(shí)鐘，再通過(guò)倍頻器倍頻輸出高頻時(shí)鐘信號(hào)。

現(xiàn)有雷達(dá)系統(tǒng)的時(shí)鐘信號(hào)輸出方案一：

采用鎖相環(huán)鎖相倍頻輸出，其主要結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

鎖相環(huán)倍頻法是目前雷達(dá)系統(tǒng)時(shí)鐘倍頻最常用的方法之一，鎖相環(huán)是一個(gè)閉環(huán)的跟蹤系統(tǒng)，其主要結(jié)構(gòu)由壓控振蕩器(簡(jiǎn)稱(chēng)VCO)、相位比較器(又叫鑒相器，簡(jiǎn)稱(chēng)PD)、低通環(huán)路濾波器(簡(jiǎn)稱(chēng)LF)和分頻器組成；

在鎖相環(huán)中，相位比較器比較基準(zhǔn)信號(hào)U_i(t)與輸出信號(hào)U_o(t)的N分頻之間的相位偏差Φ_e(t)，并由此產(chǎn)生誤差信號(hào)U_d(t)，U_d(t)經(jīng)過(guò)低通環(huán)路濾波器平滑濾波，以改善環(huán)路的穩(wěn)定性和跟蹤性能，濾除高頻成分后輸出控制電壓U_c(t)，VCO 為電壓控制振蕩器，產(chǎn)生本地振蕩頻率，其頻率可根據(jù)U_c(t)的控制產(chǎn)生相應(yīng)的偏移，從而達(dá)到跟蹤基準(zhǔn)頻率并輸出基準(zhǔn)頻率的N倍頻U_o(t)的功能。

方案一存在著以下缺陷：

1)系統(tǒng)復(fù)雜，不易調(diào)試；

2)穩(wěn)定性差，容易收外界環(huán)境影響；

3)成本高；

4)輸出信號(hào)相位噪聲大。

現(xiàn)有雷達(dá)系統(tǒng)的時(shí)鐘信號(hào)輸出方案二：

采用乘法器倍頻法，在已有的時(shí)鐘倍頻方法里，乘法器倍頻也是比較常見(jiàn)的，其主要結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

該方案當(dāng)中，通過(guò)晶振產(chǎn)生一個(gè)基準(zhǔn)頻率Fr，并將其功分兩路得到Fr1和Fr2后分別送入乘法器的兩個(gè)輸入端，乘法器輸出將得到Fr1+Fr2和Fr1-Fr2的兩個(gè)邊帶信號(hào)，將乘法器輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)一高通濾波器濾除下邊帶信號(hào)后得到較為純凈的Fr1+Fr2信號(hào)，由于Fr1＝Fr2，所以高通濾波器輸出信號(hào)頻率即為基準(zhǔn)頻率的兩倍。由此，多級(jí)乘法器級(jí)聯(lián)便可得到基準(zhǔn)頻率的任意整數(shù)倍頻率，乘法器級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

方案二存在著以下缺陷：

1)系統(tǒng)復(fù)雜，信號(hào)質(zhì)量惡化，

2)成本高；

3)應(yīng)用靈活性差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的就在于為了解決上述問(wèn)題而提供一種基于階躍恢復(fù)二極管的雷達(dá)時(shí)鐘倍頻器。

本實(shí)用新型通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)上述目的：

一種基于階躍恢復(fù)二極管的雷達(dá)時(shí)鐘倍頻器，包括偏置電路、階躍管脈沖發(fā)生器、放大電路和帶通濾波電路，所述偏置電路的信號(hào)輸入端作為整個(gè)雷達(dá)時(shí)鐘倍頻器的信號(hào)輸入端，所述偏置電路的信號(hào)輸出端與所述階躍管脈沖發(fā)生器的信號(hào)輸入端連接，所述階躍管脈沖發(fā)生器的信號(hào)輸出端與所述放大電路的信號(hào)輸入端連接，所述放大電路的信號(hào)輸出端與所述帶通濾波電路的信號(hào)輸入端連接，所述帶通濾波電路的信號(hào)輸出端作為整個(gè)雷達(dá)時(shí)鐘倍頻器的信號(hào)輸出端。

具體地，所述偏置電路包括隔直電容和第一高頻扼流圈，所述隔直電容的一端作為所述偏置電路的信號(hào)輸入端，所述隔直電容的另一端與所述第一高頻扼流圈的一端連接并作為所述偏置電路的信號(hào)輸出端，所述第一高頻扼流圈的另一端接地。

具體地，所述階躍管脈沖發(fā)生器包括階躍恢復(fù)二極管、激勵(lì)電感和調(diào)諧電容，所述激勵(lì)電感的一端與所述調(diào)諧電容的一端連接并作為所述階躍管脈沖發(fā)生器的信號(hào)輸入端，所述激勵(lì)電感的另一端與階躍恢復(fù)二極管的正極連接并作為所述階躍管脈沖發(fā)生器的信號(hào)輸出端，所述階躍恢復(fù)二極管的負(fù)極與所述調(diào)諧電容的另一端連接并接地。

具體地，所述放大電路包括放大器、偏置電阻、第二高頻扼流圈和電源退耦電容、耦合輸出電容，所述放大器的型號(hào)為PSA4-5043+，所述放大器的第三管腳作為所述放大電路的信號(hào)輸入端，所述放大器的第二管腳和第四管腳均接地，所述放大器的第一管腳同時(shí)與所述第二高頻扼流圈的一端和所述耦合輸出電容的一端連接，所述耦合輸出電容的另一端作為所述放大電路的信號(hào)輸出端，所述第二高頻扼流圈的另一端與所述偏置電阻的一端連接，所述偏置電阻的另 一端與所述電源退耦電容的一端連接后接入電源，所述電源退耦電容的另一端接地。

具體地，所述帶通濾波電路由兩級(jí)5階LC諧振帶通濾波器級(jí)聯(lián)而成。

本實(shí)用新型的有益效果在于：

本實(shí)用新型提高了時(shí)鐘信號(hào)質(zhì)量，提高了雷達(dá)數(shù)字接收機(jī)信號(hào)處理性能，降低了硬件成本，增強(qiáng)了系統(tǒng)穩(wěn)定性與抗干擾性能，降低系統(tǒng)調(diào)試難度。

附圖說(shuō)明

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中鎖相環(huán)倍頻器的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2是現(xiàn)有技術(shù)中乘法器倍頻器的結(jié)構(gòu)框圖；

圖3是多級(jí)乘法器級(jí)聯(lián)的原理框圖；

圖4是本實(shí)用新型所述基于階躍恢復(fù)二極管的雷達(dá)時(shí)鐘倍頻器的結(jié)構(gòu)框圖；

圖5是本實(shí)用新型所述偏置電路的電路原理圖；

圖6是本實(shí)用新型所述階躍管脈沖發(fā)生器的電路原理圖；

圖7是本實(shí)用新型所述放大電路的電路原理圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明：

如圖4所示，本實(shí)用新型包括偏置電路、階躍管脈沖發(fā)生器、放大電路和帶通濾波電路，偏置電路的信號(hào)輸入端作為整個(gè)雷達(dá)時(shí)鐘倍頻器的信號(hào)輸入端，偏置電路的信號(hào)輸出端與階躍管脈沖發(fā)生器的信號(hào)輸入端連接，階躍管脈沖發(fā)生器的信號(hào)輸出端與放大電路的信號(hào)輸入端連接，放大電路的信號(hào)輸出端與帶通濾波電路的信號(hào)輸入端連接，帶通濾波電路的信號(hào)輸出端作為整個(gè)雷達(dá)時(shí)鐘倍頻器的信號(hào)輸出端。

偏置電路為階躍管脈沖發(fā)生器提供合適的偏置電壓，48MHz基準(zhǔn)信號(hào)經(jīng)過(guò) 偏置電路后，進(jìn)入階躍管脈沖發(fā)生器，利用階躍管脈沖發(fā)生器中階躍恢復(fù)二極管SRD的強(qiáng)非線性特性產(chǎn)生豐富的高次諧波，經(jīng)過(guò)放大電路和帶通濾波電路選出所需要的諧波頻率即可。

如圖5所示，偏置電路包括隔直電容C1和第一高頻扼流圈L1，隔直電容C1的一端作為偏置電路的信號(hào)輸入端，隔直電容C1的另一端與第一高頻扼流圈L1的一端連接并作為偏置電路的信號(hào)輸出端，第一高頻扼流圈L1的另一端接地。

由于階躍恢復(fù)二極管SRD利用夾斷后的反向恢復(fù)電流的快速突變產(chǎn)生豐富的諧波，因此需要偏置網(wǎng)絡(luò)為二極管提供一個(gè)合適的偏壓，以便SRD恰好在負(fù)電流最大的瞬間產(chǎn)生電流階躍，以得到最大的電流階躍值。

本設(shè)計(jì)采用自給零偏置電壓，第一高頻扼流圈L1可防止高頻成分分流到地網(wǎng)絡(luò)，隔直電容C1用于阻斷基準(zhǔn)頻率源與偏置網(wǎng)絡(luò)的直流通路。

如圖6所示，階躍管脈沖發(fā)生器包括階躍恢復(fù)二極管SRD、激勵(lì)電感L2和調(diào)諧電容C2，激勵(lì)電感L2的一端與調(diào)諧電容C2的一端連接并作為階躍管脈沖發(fā)生器的信號(hào)輸入端，激勵(lì)電感L2的另一端與階躍恢復(fù)二極管SRD的正極連接并作為階躍管脈沖發(fā)生器的信號(hào)輸出端，階躍恢復(fù)二極管SRD的負(fù)極與調(diào)諧電容C2的另一端連接并接地。

激勵(lì)電感L2用于存儲(chǔ)和釋放能量，調(diào)諧電容C2使激勵(lì)電感L2在輸入頻率上失諧，并對(duì)輸出頻率以外的其它諧波構(gòu)成旁路。階躍恢復(fù)二極管SRD在PN結(jié)邊界處具有陡峭的雜質(zhì)分布區(qū)，從而形成“自助電場(chǎng)”。由于PN結(jié)在正向偏壓下，以少數(shù)載流子導(dǎo)電，并在PN結(jié)附近具有電荷存貯效應(yīng)，使其反向電流需要經(jīng)歷一個(gè)“存貯時(shí)間”后才能降至最小值。階躍恢復(fù)二極管SRD的“自助電場(chǎng)”縮短了存貯時(shí)間,使反向電流快速截止。當(dāng)處于導(dǎo)通狀態(tài)的二極管突然加上 反向電壓時(shí)，瞬間反向電流立即達(dá)到最大值，并維持一定的時(shí)間ts，接著又立即恢復(fù)到零。階躍恢復(fù)二極管SRD在正向電壓偏置下呈現(xiàn)低阻抗導(dǎo)通狀態(tài)，在反向電壓偏置下二極管阻抗很高，并幾乎不隨偏壓變化。如果對(duì)階躍恢復(fù)二極管SRD施加正弦波激勵(lì)，因?yàn)樵摱O管關(guān)斷時(shí)間極短，能對(duì)輸出波形急驟的夾斷，因此它相當(dāng)于一個(gè)脈沖發(fā)生器，能夠產(chǎn)生含有豐富諧波成分的窄脈沖。

如圖7所示，放大電路包括放大器U、偏置電阻R、第二高頻扼流圈L3和電源退耦電容C4、耦合輸出電容C3，放大器U的型號(hào)為PSA4-5043+，放大器U的第三管腳作為放大電路的信號(hào)輸入端，放大器U的第二管腳和第四管腳均接地，放大器U的第一管腳同時(shí)與第二高頻扼流圈L3的一端和耦合輸出電容C3的一端連接，耦合輸出電容C3的另一端作為放大電路的信號(hào)輸出端，第二高頻扼流圈L3的另一端與偏置電阻R的一端連接，偏置電阻R的另一端與電源退耦電容C4的一端連接后接入電源，電源退耦電容C4的另一端接地。

由于脈沖發(fā)生器輸出諧波信號(hào)比較豐富，因此輸出信號(hào)能量比較分散，為了滿(mǎn)足數(shù)字接收機(jī)對(duì)時(shí)鐘信號(hào)的功率要求，需要一放大電路對(duì)諧波信號(hào)進(jìn)行功率放大。本設(shè)計(jì)放大電路采用mini電路公司生產(chǎn)的PSA4-5043+低噪聲放大芯片，該芯片50Ω阻抗，工作頻率范圍50MHz～4GHz，最大輸入23dBm不超過(guò)5分鐘，最大持續(xù)輸入功率17dBm，3.3V供電，500MHz最大增益21.2dBm，噪聲系數(shù)最大0.66。

偏置電阻R為放大器U提供直流偏置電流，第二高頻扼流圈L3可防止偏置電阻R對(duì)諧波信號(hào)的分流作用。電源退耦電容C4用于凈化電源。第二高頻扼流圈L3、偏置電阻R、電源退耦電容C4的安裝位置應(yīng)該盡量靠近放大器U的1腳(輸出引腳)。耦合輸出電容C3用于將放大后的高頻諧波信號(hào)耦合輸出。

帶通濾波電路由兩級(jí)5階LC諧振帶通濾波器級(jí)聯(lián)而成。

本實(shí)用新型基于階躍恢復(fù)二極管SRD的雷達(dá)時(shí)鐘倍頻器，降低了成本、提高了雷達(dá)數(shù)字接收機(jī)信號(hào)處理性能，輸入基準(zhǔn)頻率48MHz，倍頻數(shù)為5倍，輸出240MHz，該倍頻器輸出時(shí)鐘信號(hào)性能優(yōu)異，滿(mǎn)足數(shù)字接收機(jī)對(duì)時(shí)鐘的性能要求。

以上僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。