[发明专利]一种基于砷化镓工艺的L波段混沌电路及其设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于砷化镓工艺的L波段混沌电路及其设计方法。

背景技术

由于混沌信号具有非周期性、宽谱、类噪声和长期不可预测等特点，使得混沌信号在军事领域和通信领域中的应用成为一大研究热点。军事领域中热门的研究分支包括：混沌雷达、混沌控制、混沌对抗、混沌生物电子等；在通信领域的应用研究涉及到混沌保密通信、混沌载波数字通信、混沌序列跳频扩频和混沌参分多址通信等，所以混沌电路的研究具有重要的意义。目前主要的障碍在于混沌信号的频率得不到提高，从而限制了混沌电路在各个领域的应用范围。从电路与系统研究的角度讲，设计信号频率更高、带宽更大的混沌信号发生器，是对混沌信号频谱上限进行的有益探索；而从应用的角度来讲，振荡频率更高的混沌信号发生器可以应用于现有扩频通信系统，以进一步的提高系统性能。

混沌信号的主要产生电路之一的Colpitts电路是利用三极管作为增益元件，现有微波三极管的工作频率要远远高于运放，从这个意义上讲，Colpitts电路更适合工作在微波频段；此外，Colpitts电路还具有功耗低，电路结构简单、易于实现等优点。然而当Colpitts电路工作在高频波段时，极间寄生电容对混沌振荡基本频率以及频带宽度有明显影响，甚至改变电路的工作状态，使之不能产生混沌信号。

发明内容

本发明目的是：提供一种减小寄生电容对混沌电路工作状态的影响，基于砷化镓工艺的L波段混沌电路及其设计方法。

本发明的技术方案是：

一种基于砷化镓工艺的L波段混沌电路，包括：HBT，采用共基极连接，作为混沌信号源中的增益元件；谐振网络，连接HBT的输出端，产生混沌信号；电流源，连接HBT的发射极。

优选的，所述谐振网络输出端通过一耦合电容连接一射极跟随器。

进一步优选的，所述电流源采用镜像电流源。

具体的，所有器件将集成于片内。

基于砷化镓工艺的L波段混沌电路的设计方法，包括步骤：

1)  根据上述混沌电路结构，建立电路的数学模型；

2)  画出小信号混沌电路的等效电路图，计算具有寄生电容的电路状态方程；

3)  对状态方程进行简化，提取状态参数和控制参数；

4)  在MATLAB上进行模型仿真，模拟具有寄生参数的电路模型，得到状态参量的运动轨迹并判断其是否进入混沌状态，从改进后的分叉图中得到控制参量数值；

5)  根据控制参量的数值计算出电路中各电容、电感、电阻值，在电路设计软件上进行电路仿真，调整电路中的参数值，得到混沌电路的时域波形和频域分布图。

本发明的优点是：

1．本发明采用用寄生电容较小的砷化镓工艺HBT代替硅BJT作为混沌信号源中的增益元件，以减小寄生电容对混沌电路工作状态的影响；

2. 本发明在电路中加入了一射级跟随器，电路产生的混沌信号通过电容C耦合到射级跟随器，减少外界微扰对电路状态的影响；

3．本发明的电流源用镜像电流源构成，提高了电路的稳定性；

4．本发明所有器件将集成于片内，单片微波集成电路具有电路损耗小、噪声低、频带宽、动态范围大、功率大、附加效率高、抗电磁辐射能力强等特点。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为现有的包含寄生参数的Colpitts电路基本结构；

图2为本发明改进后的基于砷化镓工艺的L波段混沌电路；

图3为实施例所述混沌电路电容C₁、C₂的电压X₁、X₂输出时域波形。

具体实施方式

如图2所示，本发明所揭示的基于砷化镓工艺的L波段混沌电路，考虑用寄生电容较小的砷化镓工艺HBT代替硅BJT作为混沌信号源中的增益元件，以减小寄生电容对混沌电路工作状态的影响；另外，由于混沌电路的敏感性，在电路中加入了一级射级跟随器，电路产生的混沌信号通过电容C0耦合到射级跟随器Q3，减少外界微扰对电路状态的影响；电流源采用Q1、Q2构成的镜像电流源，提高了电路的稳定性。以上所有器件将集成于片内，新型全集成单片微波Colpitts电路基本结构，具有电路损耗小、噪声低、频带宽、动态范围大、功率大、附加效率高、抗电磁辐射能力强等特点。