本發(fā)明涉及信號源領(lǐng)域，特別涉及一種基于孤子波的脈沖壓縮電路，還涉及一種基于孤子波的脈沖壓縮方法。

背景技術(shù)：

隨著雷達(dá)系統(tǒng)、衛(wèi)星通訊系統(tǒng)、電子對抗與偵查系統(tǒng)和精確制導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)備性能的提升，對器件和測量儀器也提出了更高的要求。作為通信系統(tǒng)及其測量儀器中重要的一部分，取樣電路的脈沖寬度直接決定了整個系統(tǒng)或者儀器的最高帶寬和整體性能。隨著技術(shù)水平的不斷進(jìn)步，脈沖的波形寬度也在不斷的減小，已經(jīng)可以達(dá)到皮秒級、亞皮秒級，而產(chǎn)生脈沖的方式也是日益豐富。

20世紀(jì)50年代SRD管出現(xiàn)以來，一直被廣泛應(yīng)用在窄脈沖信號的產(chǎn)生和梳狀波發(fā)生器。SRD管是一種特殊的PN結(jié)二極管，其在高摻雜的P⁺層和N⁺層間夾雜一層低摻雜的N層，因此其是一個緩變結(jié)。SRD從正向激勵電壓轉(zhuǎn)換到負(fù)向激勵電壓時，繼續(xù)有很大的反向電流流通，直到某一時刻才迅速截止，形成一個很陡峭的階躍電壓，根據(jù)這一原理產(chǎn)生窄脈沖，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的機(jī)理為：當(dāng)階躍管處于正偏壓時，PN結(jié)兩邊都由于注入存儲了大量的少數(shù)載流子，階躍管的特殊雜質(zhì)分布不僅有利于注入少子的增加，而且使結(jié)兩邊都存在阻礙少子擴(kuò)散的減速場，這樣就使結(jié)面附近的狹窄區(qū)域集中了大量少子，再加上少子的壽命較長，使它們在正偏壓期間來不及復(fù)合。而當(dāng)偏壓由正變負(fù)時，這些存儲的少子將在反向電場作用下，沿注入時的反向方向抽出，形成很大的反向電流。當(dāng)全部少子被抽取完畢，反向電流突然降得特別低，使得二極管截止，這樣就形成了階躍電壓。SRD脈沖產(chǎn)生電路如圖1所示。采用這種技術(shù)得到的脈沖的上升沿寬度可達(dá)到幾十到幾百皮秒，但其脈沖幅度較小，通常為毫伏級。并且會有比較大的附加噪聲。

現(xiàn)有技術(shù)存在以下缺點：

(1)由于工藝和半導(dǎo)體摻雜技術(shù)的限制，階躍恢復(fù)二極管快沿脈沖整形技術(shù)的輸出脈沖的最快上升沿局限在幾十個皮秒量級，很難進(jìn)一步提高；

(2)脈沖形成過程中會有比較大的附加噪聲；

(3)其脈沖幅度收到限制，通常為毫伏級；

(4)電路調(diào)試復(fù)雜，很容易引起電路自激和振蕩。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提出一種基于孤子波的脈沖壓縮電路及方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：

一種基于孤子波的脈沖壓縮電路，將非線性傳輸線設(shè)計在孤子波模式，利用孤子波的壓縮原理使正弦波壓縮為孤子波，實現(xiàn)窄脈沖壓縮；非線性傳輸線工程化是在射頻印制板上設(shè)計均勻無損傳輸線，并根據(jù)脈沖壓縮的參數(shù)要求選擇變?nèi)萜骷鶆虻慕尤敕蔷€性傳輸線，從而模擬非線性傳輸線特性。

可選地，所述非線性傳輸線工程化選擇變?nèi)萜骷途哂胁煌殡姵?shù)的基材作為印制板板材。

可選地，采用反向偏置的變?nèi)荻O管作為變?nèi)萜骷?，等間距的嵌入均勻無損傳輸線中，變?nèi)荻O管等效為極間電容C(V)，分段傳輸線等效為單節(jié)傳輸線電感L。

可選地，傳輸線上的布拉格截止頻率f_B和信號的輸入頻率f_in需要滿足：

2f_in≥f_B≥f_in

其中，非線性傳輸線的截止頻率f_B計算方式為：

可選地，逐級收斂非線性傳輸線，設(shè)第n級的布拉格截止頻率為f_B，n：

f_B，n＝f_B，1/kⁿ 0＜k＜1

非線性傳輸線的等效電感以k的平方收斂的方式實現(xiàn)。

本發(fā)明還提出了一種基于孤子波的脈沖壓縮方法，將非線性傳輸線設(shè)計在孤子波模式，利用孤子波的壓縮原理使正弦波壓縮為孤子波，實現(xiàn)窄脈沖壓縮；非線性傳輸線工程化是在射頻印制板上設(shè)計均勻無損傳輸線，并根據(jù)脈沖壓縮的參數(shù)要求選擇變?nèi)萜骷鶆虻慕尤敕蔷€性傳輸線，從而模擬非線性傳輸線特性。

可選地，所述非線性傳輸線工程化選擇變?nèi)萜骷途哂胁煌殡姵?shù)的基材作為印制板板材。

可選地，采用反向偏置的變?nèi)荻O管作為變?nèi)萜骷?，等間距的嵌入均勻無損傳輸線中，變?nèi)荻O管等效為極間電容C(V)，分段傳輸線等效為單節(jié)傳輸線電感L。

可選地，傳輸線上的布拉格截止頻率f_B和信號的輸入頻率f_in滿足：

2f_in≥f_B≥f_in

其中，非線性傳輸線的截止頻率f_B計算方式為：

可選地，逐級收斂非線性傳輸線，設(shè)第n級的布拉格截止頻率為f_B，n：

f_B，n＝f_B，1/kⁿ 0＜k＜1

非線性傳輸線的等效電感以k的平方收斂的方式實現(xiàn)。

本發(fā)明的有益效果是：

(1)利用非線性傳輸線工作在孤子波模式壓縮脈沖，結(jié)構(gòu)簡單，易于設(shè)計和調(diào)試；

(2)工程化實現(xiàn)只需要在印制板上就可完成，并且不需要其他芯片，成本低，有很高的實用價值；

(3)有很好的脈沖整形特性，可以將脈沖壓縮至皮秒級別，脈沖幅度大并且有較小的附加噪聲。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為SRD脈沖產(chǎn)生電路原理圖；

圖2為基于本發(fā)明脈沖壓縮電路的信號發(fā)生器的系統(tǒng)框圖；

圖3為本發(fā)明的基于孤子波的脈沖壓縮電路的等效電路圖；

圖4為基于本發(fā)明脈沖壓縮電路的信號發(fā)生器的等效電路圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明基于通用靈活的設(shè)計思想，將非線性傳輸線設(shè)計在孤子波模式，利用孤子波的壓縮原理使正弦波壓縮為孤子波，從而實現(xiàn)窄脈沖壓縮。本發(fā)明中的非線性傳輸線工程化實現(xiàn)方法是在射頻印制板上設(shè)計均勻無損傳輸線，并根據(jù)脈沖壓縮的參數(shù)要求選擇適當(dāng)?shù)淖內(nèi)萜骷鶆虻慕尤雮鬏斁€，從而模擬非線性傳輸線特性，實現(xiàn)一定范圍的脈沖壓縮功能。工程化技術(shù)可以靈活選擇變?nèi)萜骷途哂胁煌殡姵?shù)的基材作為印制板板材，其選擇范圍均是成品，以保證低成本和短周期。本發(fā)明的脈沖壓縮電路結(jié)構(gòu)簡單穩(wěn)定，便于調(diào)試，具有較高實用價值。

基于孤子波脈沖壓縮電路的信號發(fā)生器系統(tǒng)框圖如圖2所示，其中，直流偏置采用電阻分壓的方式，靈活選取兩個電阻的阻值來調(diào)節(jié)直流偏置的電壓，直流偏置的電壓結(jié)合輸入信號的功率進(jìn)行設(shè)計，設(shè)計的原則是使輸入正弦信號的最低或者最高電壓正好在0V。

其中，基于孤子波的脈沖壓縮電路在工程中用反向偏置的變?nèi)荻O管作為變?nèi)萜骷乳g距的嵌入均勻無損傳輸線中，其等效電路如圖3所示。工程化設(shè)計的目的是在滿足工程化條件的前提下，選擇合適的變?nèi)荻O管，并計算得到均勻無損傳輸線的特征阻抗和二極管嵌入間距。在如圖3所示的非線性傳輸線中，作為變?nèi)萜骷淖內(nèi)荻O管等效為極間電容C(V)，分段傳輸線等效為單節(jié)傳輸線電感L。

孤子波形成是傳輸線非線性，色散性共同作用的結(jié)果。非線性電壓電容關(guān)系決定了它的非線性特性，周期加載二極管決定了它的色散性。從非線性傳輸線的特性可以看出，非線性傳輸線具有低通特性，如果要實現(xiàn)非線性傳輸線上的孤子波分解和脈沖壓縮，傳輸線上的布拉格截止頻率要比信號頻率高，所以在傳輸線的輸入級有f_in≤f_B，但是，若輸入級布拉格截止頻率與輸入信號頻率之比較大會產(chǎn)生較大的次級孤子波，不利于進(jìn)行高階脈沖壓縮，因此，若想非線性傳輸線工作在孤子波模式，又不想產(chǎn)生很多次級脈沖，布拉格截止頻率f_B和信號的輸入頻率f_in需要滿足：

2f_in≥f_B≥f_in

非線性傳輸線的截止頻率f_B計算方式為：

要實現(xiàn)高階的脈沖壓縮和諧波產(chǎn)生，須使用不斷提升布拉格截止頻率的方法，就是使用非恒定布拉格截止頻率的非均勻的孤子波非線性傳輸線來實現(xiàn)高階的脈沖壓縮和諧波產(chǎn)生。然而采用級聯(lián)非線性傳輸線方法存在一個問題，就是在傳輸線的最后一級會產(chǎn)生豐富的次級脈沖串。為了消除級聯(lián)非線性傳輸線的缺點，加強(qiáng)主脈沖波形，抑制級聯(lián)非線性傳輸線末級所產(chǎn)生的一些次級脈沖串，需要把非線性傳輸線的布拉格截止頻率逐級提高，也就是采用逐級收斂非線性傳輸線。因此，設(shè)第n級的布拉格截止頻率為f_B，n：

f_B，n＝f_B，1/kⁿ 0＜k＜1

由布拉格頻率的計算公式可以看出，若想布拉格頻率以k為因子增長，傳輸線的等效電感L和可變電容C(V)都要以k為因子收斂，然而在工程上實現(xiàn)可變電容以k為因子收斂是極難做到的，為了保證布拉格頻率的變化規(guī)律，優(yōu)選地，將傳輸線的等效電感以k的平方收斂的方式實現(xiàn)，那么，最終基于孤子波脈沖壓縮電路的信號發(fā)生器等效為圖4所示電路。

本發(fā)明的基于孤子波的脈沖壓縮電路，輸入信號為100-1000MHz的正弦波信號，要求信號功率15dBm＜P＜21dBm。

本發(fā)明的非線性傳輸線中使用的電感可以是高Q值的電感元器件，當(dāng)輸入信號頻率大于500MHz時，要用微帶線替代，具體參數(shù)取決于印制板的材料；非線性傳輸線使用的變?nèi)荻O管的梯度因子為0.5＜m＜1；傳輸線收斂因子k的變化范圍為：0.9＜k＜1。

基于孤子波脈沖壓縮電路的信號發(fā)生器中的偏置電壓Vd用電阻分壓的方式實現(xiàn)，在本發(fā)明中變化范圍為：2.5V＜Vd＜3V。

本發(fā)明利用非線性傳輸線工作在孤子波模式壓縮脈沖，結(jié)構(gòu)簡單，易于設(shè)計和調(diào)試；工程化實現(xiàn)只需要在印制板上就可完成，并且不需要其他芯片，成本低，有很高的實用價值；有很好的脈沖整形特性，可以將脈沖壓縮至皮秒級別，脈沖幅度大并且有較小的附加噪聲。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。