CN109921807A - 一种宽带混沌振荡电路 - Google Patents

Abstract

一种宽带混沌振荡电路，包括射频三极管、选频网络模块、偏置模块和输出模块；选频网络模块与射频三极管的基极相连构成Colpitts振荡器，偏置模块连接射频三级管的基极和发射极，射频三极管的集电极为信号输出节点，与输出模块相连。该电路基于Colpitts振荡电路，利用双电阻分压偏置，对射频三极管的基极供电。位于基极和发射极的谐振网络配合射频三极管实现混沌信号的发生。信号输出节点位于集电极，输出模块的负载电阻与集电极串联的电感形成RLC串联谐振网络，此谐振网络不影响电路状态，且可以通过调节谐振频率来改善信号频谱，进而实现宽带信号的输出。该电路具有较强的负载能力，可以产生连续的宽带混沌信号，且信号频谱较为平坦，适用于宽带射频无线通讯。

Description

一种宽带混沌振荡电路

技术领域

本发明属于射频无线通讯技术领域，具体涉及一种宽带混沌振荡电路。

背景技术

混沌信号具有内在随机性、非线性、类噪声的特性，且频谱具有宽带特征，是解决保密通讯、宽带通信的有效途径之一，具有广泛的应用前景。

混沌信号一般由振荡电路产生，以往的混沌振荡电路有文氏桥振荡器，蔡氏电路。此类型的电路一般会用到运算放大器作为基础元件，然而受制于运算放大器的运行速率，电路所产生的混沌信号的基频一般较低，为KHz和MHz级别。因此不能满足更高基频要求的场景应用。

Colpitts振荡电路结构简单，选频网络由无源器件组成，非线性元件选取的是截止频率更高的三极管或场效应管，因此可以提供较高基频的混沌信号。但受制于非线性元件本身的寄生参数影响，难以获取较高基频的混沌信号。同样受制于非线性器件本身的截止频率及寄生参数，获取连续的宽带混沌信号也变得困难。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种宽带混沌振荡电路，由选频网络模块提供基频。在提升负阻便于电路起振的同时，由高频谐振对混沌信号频谱进行补偿，提高带宽。

为了达到以上目的，提供一种宽带混沌振荡电路，包括射频三极管、选频网络模块、偏置模块和输出模块；选频网络模块与射频三极管的基极相连构成 Colpitts振荡器，偏置模块连接射频三级管的基极和发射极，射频三极管的集电极为信号输出节点，与输出模块相连。

本发明的优选方案是：选频网络模块包括第一电阻R1、第一电感Lb、第一电容C1、第二电容C2和第一耦合电容Cb；第一耦合电容Cb的一端连接射频三极管的基极，其另一端分为两路，一路连接相串联的第一电感Lb和第一电阻R1 后接地；另一路连接第一电容C1的一端，第一电容C1的另一端分别连接射频三极管的发射极与第二电容C2的一端，第二电容C2的另一端接地。

优选地，偏置模块包括第二电阻Rb1、第三电阻Rb2、第二电感Lc、第四电阻Re和第三电感Le；第二电阻Rb1的一端连接射频三极管的基极，其另一端与电源端VDD相连，电源端VDD通过第二电感Lc连接射频三极管的集电极；

第三电阻Rb2的一端连接射频三极管的基极，其另一端接地；

第三电感Le的一端与射频三极管的发射极相连，其另一端串联第四电阻Re 后接地。

优选地，输出模块包括第二耦合电容Cc和负载电阻RD，第二耦合电容Cc 和负载电阻RD串联，第二耦合电容Cc的一端连接射频三极管的集电极。

优选地，射频三极管为BFG520双极结型晶体管。

本发明有益效果为：本电路基于Colpitts振荡电路，利用双电阻分压偏置，对射频三极管的基极供电。位于基极和发射极的谐振网络配合射频三极管实现混沌信号的发生。信号输出节点位于集电极，输出模块的负载电阻与集电极串联的电感形成RLC串联谐振网络，此谐振网络不影响电路状态，且可以通过调节谐振频率来改善信号频谱，进而实现宽带信号的输出。该电路具有较强的负载能力，可以产生连续的宽带混沌信号，且信号频谱较为平坦，适用于宽带射频无线通讯。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明的电路结构示意图；

图2为本发明的电路在第二电感Lc为3nH和0.5nH时输出信号的频谱比较图；

具体实施方式

实施例一

请参阅图1，本实施例提供一种宽带混沌振荡电路，包括射频三极管、选频网络模块、偏置模块和输出模块；选频网络模块与射频三极管的基极相连构成 colpitts振荡器，偏置模块连接射频三级管的基极和发射极，射频三极管的集电极为信号输出节点，与输出模块相连。

选频网络模块包括第一电阻R1、第一电感Lb、第一电容C1、第二电容C2 和第一耦合电容Cb；第一耦合电容Cb的一端连接射频三极管的基极，其另一端分为两路，一路连接相串联的第一电感Lb和第一电阻R1后接地；另一路连接第一电容C1的一端，第一电容C1的另一端分别连接射频三极管的发射极与第二电容C2的一端，第二电容C2的另一端接地。

偏置模块包括第二电阻Rb1、第三电阻Rb2、第二电感Lc、第四电阻Re和第三电感Le；第二电阻Rb1的一端连接射频三极管的基极，其另一端与电源端 VDD相连，电源端VDD通过第二电感Lc连接射频三极管的集电极；

第三电阻Rb2的一端连接射频三极管的基极，其另一端接地；

第三电感Le的一端与射频三极管的发射极相连，其另一端串联第四电阻Re 后接地。

输出模块包括第二耦合电容Cc和负载电阻RD，第二耦合电容Cc和负载电阻RD串联，第二耦合电容Cc的一端连接射频三极管的集电极。

射频三极管为BFG520双极结型晶体管。

电路中，选频网络模块基于Colpitts振荡电路，与三极管相连产生振荡信号。选频网络模块决定了电路状态，由此推导的电路状态方程为非线性微分方程，在选频网络参数满足一定条件时，此方程存在无穷解，即电路处于混沌状态。振荡的基频公式如下：

为提高振荡基频，应适当降低选频网络的电感电容值，但如此会导致电路的Q值降低，进而导致电路难以起振。为使电路更易起振，在三极管集电极串联调节电感Lc。加入此电感之后，一方面提升了电路的负阻，弥补基频较高带来的起振困难问题。另一方面可配合输出模块起到调节带宽的作用。

输出节点位于三极管集电极，第二电感Lc、第二耦合电容Cc和负载电阻 RD形成RLC串联谐振。由于第二电感Lc的作用在于提升电路负阻，不参与电路状态方程的运算，因此第二电感Lc的大小在保证电路振荡的情况下是不影响电路进入混沌状态的。综上，可以适当调节第二电感Lc的值，在一定频率下产生谐振，此频率下的信号功率谱密度较高，可用于补偿此频率下的混沌信号的谱密度。因此，在某频率下若混沌信号的频谱较低，可调节上述谐振网络中的第二电感Lc的值，使谐振频率处于混沌信号的谱密度较低处，这样就起到功率补偿作用，从而提升连续带宽。

值得注意的是，第二电感Lc不消耗信号能量，因此在电源电压恒定的情况下，在调节第二电感Lc的过程中不会改变整个输出信号的总功率。如图2所示，相比于第二电感Lc为3nH时的输出频谱，第二电感Lc为0.5nH时由于谐振频率更高，谐振的能量补偿了10GHz左右的高频部分的信号功率，相应的低频部分的功率谱密度会下降，总的输出信号功率保持不变。这样做会使输出信号的频谱变得平坦，实际上是提升了信号的带宽。

此电路通过集电极串联的第二电感Lc提升电路负阻，令电路在基频较高的情况下更易起振，进入混沌状态。位于集电极的输出节点存在谐振网络，可通过调节第二电感Lc的值对输出信号的频谱作相应的功率补偿，进而调整信号平坦度，提升了连续带宽，实现宽带混沌信号的输出。

本发明电路拥有较强的负载能力，保持其余参数不变，负载在50-200Ω范围内变化时，电路都能处于混沌状态。

仿真结果可以看到输出信号为混沌信号，且30dBm内的信号带宽约为10GHz (1.5-11.5GHz)。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (5)

1.种宽带混沌振荡电路，其特征在于，包括射频三极管、选频网络模块、偏置模块和输出模块；所述选频网络模块与所述射频三极管的基极相连构成Colpitts振荡器，所述偏置模块连接所述射频三级管的基极和发射极，所述射频三极管的集电极为信号输出节点，与所述输出模块相连。

2.根据权利要求1所述的一种宽带混沌振荡电路，其特征在于，所述选频网络模块包括第一电阻R1、第一电感Lb、第一电容C1、第二电容C2和第一耦合电容Cb；所述第一耦合电容Cb的一端连接所述射频三极管的基极，其另一端分为两路，一路连接相串联的所述第一电感Lb和所述第一电阻R1后接地；另一路连接所述第一电容C1的一端，所述第一电容C1的另一端分别连接所述射频三极管的发射极与第二电容C2的一端，所述第二电容C2的另一端接地。

3.根据权利要求1所述的一种宽带混沌振荡电路，其特征在于，所述偏置模块包括第二电阻Rb1、第三电阻Rb2、第二电感Lc、第四电阻Re和第三电感Le；所述第二电阻Rb1的一端连接所述射频三极管的基极，其另一端与电源端VDD相连，所述电源端VDD通过第二电感Lc连接所述射频三极管的集电极；

所述第三电阻Rb2的一端连接所述所述射频三极管的基极，其另一端接地；

所述第三电感Le的一端与所述射频三极管的发射极相连，其另一端串联所述第四电阻Re后接地。

4.根据权利要求1所述的一种宽带混沌振荡电路，其特征在于，所述输出模块包括第二耦合电容Cc和负载电阻RD，所述第二耦合电容Cc和所述负载电阻RD串联，所述第二耦合电容Cc的一端连接所述射频三极管的集电极。

5.根据权利要求1所述的一种宽带混沌振荡电路，其特征在于，所述射频三极管为BFG520双极结型晶体管。