论文部分内容阅读
混沌信号具有宽带、非线性、类噪声的功率谱等特性,可以广泛应用于保密通信、超宽带通信、扩频通信、混沌雷达、电子对抗等诸多领域。混沌电路研究的核心之一是混沌信号发生器的设计。信号带宽是混沌信号发生器的重要性能指标,影响混沌信号带宽的主要因素是混沌振荡基本频率,因此混沌信号发生器设计的主要目标是提升混沌振荡基本频率以获得超宽带的混沌信号带宽。Colpitts混沌电路可以工作在微波频段,逐渐成为混沌电路的研究热点。不过经典Colpitts混沌电路由于受到低品质因子Q值及晶体管基极-集电极寄生电容的影响,混沌振荡基本频率只能达到所使用晶体管截止频率的十分之一左右。本文通过解非线性状态方程得出经典混沌电路的混沌分岔图,并以混沌分岔图为基础,从数学和物理的角度解释混沌振荡与一般振荡之间的区别。利用导出的振荡器负阻表达式,定性和定量的分析寄生电容对负阻的影响。然后将振荡器中的负阻提升技术引入到混沌电路的设计中,并设计了双电感负阻提升的混沌电路、两级负阻提升的混沌电路和差分结构的混沌电路,实现混沌振荡频率、带宽和稳定性的提升。理论及仿真分析表明：1、优化的双电感结构混沌电路在满足混沌振荡的条件下能有效抑制基极-集电极寄生电容对负阻的影响；2、通过在单级混沌电路中加入一级负阻电路而形成的两级负阻提升结构的混沌电路可以实现负阻提升2倍；3、基于双电感和两级负阻提升技术提出的差分结构混沌电路,提升了混沌电路的稳定性。稳定性的提升进一步使得电路的调试更容易,因而可以利用器件的寄生电容作为主振荡器件,将混沌振荡频率推进到器件所能达到的极限频率。本文分别基于BFG520三极管和2um砷化镓HBT工艺对新型混沌电路进行了设计实现,测试最高混沌基本振荡频率达到了2.82GHz以上,较现有公开报道的最高基频1.60GHz提升了75%,具有连续混沌信号频谱的总带宽达到了9.04GHz(0.56GHz-9.60GHz),功率谱差值10dB以内的连续频谱带宽达到了：1.92GHz(1.28GHz-3.20GHz)、2.30GHz(3.20GHz-5.50GHz)、3.20GHz(6.40GHz-9.60GHz)。