一種基于砷化鎵工藝的l波段混沌電路及其設(shè)計(jì)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于砷化鎵工藝的L波段混沌電路及其設(shè)計(jì)方法，所述混沌電路包括：HBT，采用共基極連接，作為混沌信號(hào)源中的增益元件；諧振網(wǎng)絡(luò)，連接HBT的輸出端，產(chǎn)生混沌信號(hào)；電流源，連接HBT的發(fā)射極。具體的設(shè)計(jì)方法包括步驟：建立電路的數(shù)學(xué)模型；計(jì)算具有寄生電容的電路狀態(tài)方程；提取狀態(tài)參數(shù)和控制參數(shù)；模型仿真。本發(fā)明采用用寄生電容較小的砷化鎵工藝HBT作為混沌信號(hào)源中的增益元件，減小寄生電容對(duì)混沌電路工作狀態(tài)的影響；在電路中加入了射級(jí)跟隨器，減少外界微擾對(duì)電路狀態(tài)的影響；電流源用鏡像電流源構(gòu)成，提高了電路的穩(wěn)定性；單片微波集成電路具有電路損耗小、頻帶寬、動(dòng)態(tài)范圍大、附加效率高、抗電磁輻射能力強(qiáng)等特點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】一種基于砷化鎵工藝的L波段混沌電路及其設(shè)計(jì)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于砷化鎵工藝的L波段混沌電路及其設(shè)計(jì)方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 由于混沌信號(hào)具有非周期性、寬譜、類噪聲和長(zhǎng)期不可預(yù)測(cè)等特點(diǎn)，使得混沌信號(hào) 在軍事領(lǐng)域和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用成為一大研究熱點(diǎn)。軍事領(lǐng)域中熱門的研究分支包括：混 沌雷達(dá)、混沌控制、混沌對(duì)抗、混沌生物電子等；在通信領(lǐng)域的應(yīng)用研究涉及到混沌保密通 信、混沌載波數(shù)字通信、混沌序列跳頻擴(kuò)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。目前主要的障礙在于混沌信號(hào)的頻率得不到提高，從而限制了混沌電路在 各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。從電路與系統(tǒng)研究的角度講，設(shè)計(jì)信號(hào)頻率更高、帶寬更大的混沌信 號(hào)發(fā)生器，是對(duì)混沌信號(hào)頻譜上限進(jìn)行的有益探索；而從應(yīng)用的角度來(lái)講，振蕩頻率更高的 混沌信號(hào)發(fā)生器可以應(yīng)用于現(xiàn)有擴(kuò)頻通信系統(tǒng)，以進(jìn)一步的提高系統(tǒng)性能。
[0003] 混沌信號(hào)的主要產(chǎn)生電路之一的Colpitts電路是利用三極管作為增益元件，現(xiàn) 有微波三極管的工作頻率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于運(yùn)放，從這個(gè)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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。然而當(dāng) Colpitts電路工作在高頻波段時(shí)，極間寄生電容對(duì)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(tài)，使之不能產(chǎn)生混沌信號(hào)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明目的是：提供一種減小寄生電容對(duì)混沌電路工作狀態(tài)的影響，基于砷化鎵 工藝的L波段混沌電路及其設(shè)計(jì)方法。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是： 一種基于砷化鎵工藝的L波段混沌電路，包括：HBT，采用共基極連接，作為混沌信號(hào)源 中的增益元件；諧振網(wǎng)絡(luò)，連接HBT的輸出端，產(chǎn)生混沌信號(hào)；電流源，連接HBT的發(fā)射極。
[0006] 優(yōu)選的，所述諧振網(wǎng)絡(luò)輸出端通過(guò)一耦合電容連接一射極跟隨器。
[0007] 進(jìn)一步優(yōu)選的，所述電流源采用鏡像電流源。
[0008] 具體的，所有器件將集成于片內(nèi)。
[0009] 基于砷化鎵工藝的L波段混沌電路的設(shè)計(jì)方法，包括步驟： 1) 根據(jù)上述混沌電路結(jié)構(gòu)，建立電路的數(shù)學(xué)模型； 2) 畫出小信號(hào)混沌電路的等效電路圖，計(jì)算具有寄生電容的電路狀態(tài)方程； 3) 對(duì)狀態(tài)方程進(jìn)行簡(jiǎn)化，提取狀態(tài)參數(shù)和控制參數(shù)； 4) 在MATLAB上進(jìn)行模型仿真，模擬具有寄生參數(shù)的電路模型，得到狀態(tài)參量的運(yùn)動(dòng)軌 跡并判斷其是否進(jìn)入混沌狀態(tài)，從改進(jìn)后的分叉圖中得到控制參量數(shù)值； 5) 根據(jù)控制參量的數(shù)值計(jì)算出電路中各電容、電感、電阻值，在電路設(shè)計(jì)軟件上進(jìn)行電 路仿真，調(diào)整電路中的參數(shù)值，得到混沌電路的時(shí)域波形和頻域分布圖。
[0010] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是： 1. 本發(fā)明采用用寄生電容較小的砷化鎵工藝HBT代替硅BJT作為混沌信號(hào)源中的增 益元件，以減小寄生電容對(duì)混沌電路工作狀態(tài)的影響； 2. 本發(fā)明在電路中加入了一射級(jí)跟隨器，電路產(chǎn)生的混沌信號(hào)通過(guò)電容C耦合到射 級(jí)跟隨器，減少外界微擾對(duì)電路狀態(tài)的影響； 3. 本發(fā)明的電流源用鏡像電流源構(gòu)成，提高了電路的穩(wěn)定性； 4. 本發(fā)明所有器件將集成于片內(nèi)，單片微波集成電路具有電路損耗小、噪聲低、頻帶 寬、動(dòng)態(tài)范圍大、功率大、附加效率高、抗電磁輻射能力強(qiáng)等特點(diǎn)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011] 下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述： 圖1為現(xiàn)有的包含寄生參數(shù)的Colpitts電路基本結(jié)構(gòu)； 圖2為本發(fā)明改進(jìn)后的基于砷化鎵工藝的L波段混沌電路； 圖3為實(shí)施例所述混沌電路電容的電壓石、石輸出時(shí)域波形。

【具體實(shí)施方式】
[0012] 如圖2所示，本發(fā)明所揭示的基于砷化鎵工藝的L波段混沌電路，考慮用寄生電容 較小的砷化鎵工藝HBT代替硅BJT作為混沌信號(hào)源中的增益元件，以減小寄生電容對(duì)混沌 電路工作狀態(tài)的影響；另外，由于混沌電路的敏感性，在電路中加入了一級(jí)射級(jí)跟隨器，電 路產(chǎn)生的混沌信號(hào)通過(guò)電容C0耦合到射級(jí)跟隨器Q3,減少外界微擾對(duì)電路狀態(tài)的影響；電 流源采用Ql、Q2構(gòu)成的鏡像電流源，提高了電路的穩(wěn)定性。以上所有器件將集成于片內(nèi)， 新型全集成單片微波Colpitts電路基本結(jié)構(gòu)，具有電路損耗小、噪聲低、頻帶寬、動(dòng)態(tài)范圍 大、功率大、附加效率高、抗電磁輻射能力強(qiáng)等特點(diǎn)。
[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(shè)計(jì)過(guò)程如 下： 1)根據(jù)上述電路結(jié)構(gòu)，建立電路的數(shù)學(xué)模型。
[0014] 2)畫出小信號(hào)混沌電路的等效電路圖，計(jì)算具有寄生電容的電路狀態(tài)方程。
[0015] 3)對(duì)狀態(tài)方程進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化，提取狀態(tài)參數(shù)和控制參數(shù)。
[0016] 4)在MATLAB上進(jìn)行模型仿真，模擬具有寄生參數(shù)的電路模型，得到狀態(tài)參量的運(yùn) 動(dòng)軌跡并判斷其是否進(jìn)入混沌狀態(tài)，從改進(jìn)后的分叉圖中得到控制參量數(shù)值。
[0017] 5)根據(jù)控制參量的數(shù)值計(jì)算出電容、電感、電阻值，在電路設(shè)計(jì)軟件Microwave Office上進(jìn)行電路仿真，調(diào)整電路中的參數(shù)值，得到混沌電路的時(shí)域波形和頻域分布圖。
[0018] 設(shè)電容電壓匕7、L為石、；，取一定的/值并在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(xiàn)豐富的非線性動(dòng)態(tài)特性，選取 log1(lQ為0. 25進(jìn)行研究，此時(shí)整個(gè)電路模型處于混沌狀態(tài)。通過(guò)得到的控制參數(shù)值， 取左=0. 5,根據(jù)計(jì)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(jìn)行電路仿真，調(diào)整負(fù)電壓電源使得J,=6mA，細(xì)調(diào)正電壓電源可以觀察到電路經(jīng)過(guò) 平衡狀態(tài)、周期振蕩、倍周期分叉至混沌振蕩過(guò)程。如圖3所示，得到Colpitts混沌電路電 容GG的電壓石、；輸出時(shí)域波形。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于砷化鎵工藝的L波段混沌電路，其特征在于，包括： HBT，采用共基極連接，作為混沌信號(hào)源中的增益元件； 諧振網(wǎng)絡(luò)，連接HBT的輸出端，產(chǎn)生混沌信號(hào)； 電流源，連接HBT的發(fā)射極。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于砷化鎵工藝的L波段混沌電路，其特征在于：所述諧振 網(wǎng)絡(luò)輸出端通過(guò)一耦合電容連接一射極跟隨器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于砷化鎵工藝的L波段混沌電路，其特征在于：所述電流 源采用鏡像電流源。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述的基于砷化鎵工藝的L波段混沌電路，其特征在于： 所有器件將集成于片內(nèi)。
5. 基于砷化鎵工藝的L波段混沌電路的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括步驟： 1) 根據(jù)上述混沌電路結(jié)構(gòu)，建立電路的數(shù)學(xué)模型； 2) 畫出小信號(hào)混沌電路的等效電路圖，計(jì)算具有寄生電容的電路狀態(tài)方程； 3) 對(duì)狀態(tài)方程進(jìn)行簡(jiǎn)化，提取狀態(tài)參數(shù)和控制參數(shù)； 4) 在MATLAB上進(jìn)行模型仿真，模擬具有寄生參數(shù)的電路模型，得到狀態(tài)參量的運(yùn)動(dòng)軌 跡并判斷其是否進(jìn)入混沌狀態(tài)，從改進(jìn)后的分叉圖中得到控制參量數(shù)值； 5) 根據(jù)控制參量的數(shù)值計(jì)算出電路中各電容、電感、電阻值，在電路設(shè)計(jì)軟件上進(jìn)行電 路仿真，調(diào)整電路中的參數(shù)值，得到混沌電路的時(shí)域波形和頻域分布圖。
【文檔編號(hào)】H04L9/00GK104104497SQ201410339623
【公開日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2014年7月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月17日
【發(fā)明者】蔡士琦, 孫曉紅, 田婷, 張曉東 申請(qǐng)人:東南大學(xué)蘇州研究院