一种高频微弱信号检测电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种高频信号检测电路，尤其涉及一种基于混沌技术的高频微弱 信号的检测电路。
【背景技术】
[0002] 利用混沌振子的临界相变来检测微弱信号是当前微弱信号检测领域的研究热 点，目前用于检测微弱信号的混沌振子有很多，其中Duffing振子的研究较为成熟，基于 Duffing振子检测微弱信号的方法实质上是抑制混沌的过程，即利用混沌系统对参数的 摄动及其敏感性，使系统周期解发生本质变化来进行微弱周期信号的检测。通过经典的 Holmes 型 Duffing 方程：
[0004] 式⑴中，k是阻尼比；-x(t)+x3(t)是非线性恢复力；a coscot是周期策动力，其 中a是周期策动力幅值，ω是策动力角频率。将（1)式写成状态方程为：
[0006] 基于Duffing振子在一定条件下对微弱信号非常敏感，同时对噪声有免疫力，因 此Duffing振子在微弱信号检测领域中非常具有潜力。
[0007] 在信号检测过程中，首先将Duff ing系统调整到混沌临界状态，接着向Duff ing系 统中加入待测信号作为周期策动力的摄动；若待测信号中只有强噪声干扰并无特定周期信 号时，系统相图不会发生改变，仍处于混沌临界状态；若待测信号中有特定周期信号时，即 使幅值很小，也会使系统相图从混沌状态跃变到大尺度周期状态。因此，根据相轨迹是否从 混沌状态跃变到大尺度周期状态即可判定待测信号中是否存在特定周期信号。上述方程在 检测的微弱信号时，一般为低频信号，但常规微弱信号中大多数信号是高频段信号，上述 方案在检测高频信号时就不适用了。 【实用新型内容】
[0008] 为了解决现有技术存在的不足，本实用新型提供一种能够用于检测高频微弱信号 的检测电路。
[0009] 为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种高频微弱信号检测电路， 包括积分电路N1、反相比例电路N2、反相求和电路N3、乘法电路N4、反相比例电路N5和积 分电路N6 ;
[0010] 积分电路N1与周期策动力、噪声和待测信号相连，并对其进行积分处理；经过积 分电路N1处理之后的信号输送给反相比例电路N2进行一定比例放大和反相处理；经过反 相比例电路N2处理之后的信号一路输送给积分电路N6进行二次积分处理，一路输送给反 相求和电路N3进行反相求和处理；经过积分电路N6处理后的信号输送给反相比例电路N5 进行一定比例放大和反相处理；经过反相比例电路N5处理之后的信号一路输送给乘法电 路N4进行乘法处理，一路输送给积分电路N1进行积分处理；经过乘法电路N4处理之后的 信号输送给反相求和电路N3进行反向和求和处理；经过反相求和电路N3处理之后的信号 输送回积分电路N1。
[0011] 积分电路附包括6个电阻虹、1?2、1?3、1?4、1?5、1?6、一个电容(：1和一个运算放大器 U2 ;电阻Rl、R2、R3、R4、R5分别与运算放大器U2的反相输入端相连；电阻R6的一端接地， 另一端与运算放大器U2的同相输入端相连；所述电容C1的一端接运算放大器U2的反相输 入端，另一端与运算放大器U2的输出端相连；所述运算放大器U2的输出端与反相比例电路 N2相连。
[0012] 积分电路N1还包括一个反馈电阻RF1 ;所述反馈电阻RF1分别与运算放大器U2的 反相输入端和输出端相连。
[0013] 反相比例电路N2包括三个电阻R7、R8、R9和一个运算放大器U3 ;所述电阻R7 - 端与运算放大器U2的输出端相连，另一端与运算放大器U3的反相输入端相连；所述电阻 R8 -端与运算放大器U3的反相输入端相连，另一端与运算放大器U3的输出端相连；所述 电阻R9的一端接地，另一端与运算放大器U3的同相输入端相连；所述运算放大器U3的输 出端分别与积分电路N6和反向求和电路N3相连。
[0014] 反相求和电路N3包括四个电阻R10、R11、R12、R13和一个运算放大器U1 ;所述电 阻R10-端与运算放大器U3的输出端相连，一端与运算放大器U1的反相输入端相连；所述 电阻R11 -端与运算放大器U1的反相输入端相连，另一端与乘法电路N4相连；所述电阻 R12-端与运算放大器U1的反相输入端相连，另一端与运算放大器U1的输出端相连；所述 电阻R13的一端接地，另一端与运算放大器U1的同相输入端相连。
[0015] 积分电路N6包括两个电阻R14、R15、一个电容C2和一个运算放大器U4 ;所述电阻 R14的一端与运算放大器U3的输出端相连，另一端与运算放大器U4的反相输入端相连；所 述电阻R15-端接地，另一端与运算放大器U4的同相输入端相连；所述电容C2的一端接运 算放大器U4的反相输入端，另一端与运算放大器U4的输出端相连；所述运算放大器U4的 输出端与反相比例电路N5相连。
[0016] 积分电路N6还包括一个反馈电阻RF2 ;所述反馈电阻RF2分别与运算放大器U4的 反相输入端和输出端相连。
[0017] 反相比例电路N5包括三个电阻R16、R17、R18和一个运算放大器U5 ;所述电阻R16 一端与运算放大器U4的输出端相连，另一端与运算放大器U5的反相输入端相连；所述电阻 R17 -端与运算放大器U5的反相输入端相连，另一端与运算放大器U5的输出端相连；所述 电阻R18 -端接地，另一端与运算放大器U5的同相输入端相连；所述运算放大器U5的输 出端分别与乘法电路N4和积分电路N1的电阻R1相连。
[0018] 所述乘法电路N4包括两个乘法器A1和A2 ;所述A1和A2相互连接；分别与运算 放大器U5的输出端和A2的一个输入端相连，A1的输出端与A2的另一个输入端相连；所述 A2的输出端与反相求和电路N3的电阻R11相连。
[0019] 高频微弱信号检测电路能够实现的理论依据是：首先对经典的Holmes型Duffing 方程进行了变形处理。
[0020] 首先将方程（2)进行变形，令t = ω τ，得到变形后的Duffing方程为：
[0022] 由方程⑶可以看出，任意频率ω的Duffing系统都可以实现，为任意频率微弱 信号检测提供了理论依据。
[0023] 为了将（3)式应用于实际，进一步将（3)式在进行积分处理，在初始条件为x(0) =0, y(0) = 0时，得到方程⑷为：
[0025] 由此可知，方程（4)可以应用于高频信号检测，其频率可以根据方程（4)中ω的 大小来设定。
[0026] 采用本实用新型的技术方案后，在电路中可以通过更改电阻和电容参数大小来设 定检测信号频率ω。设置好周期策动力信号频率后，调整电路幅度值使得电路达到临界混 沌状态，接下来将含有噪声的待测信号直接加入到积分电路Ν1中，如加入的是同频信号， 检测电路的输出相图会由临界混沌状态跃变到大尺度周期状态，如加入的信号为不同频率 的信号或噪声，电路输出的相图仍为临界混沌状态，由此可以看出，该电路可以实现高频微 弱信号检测。本实用新型电路结构简单、测试精度高、制作成本较低。
【附图说明】
[0027] 图1是高频微弱信号检测电路的电路原理框图。
[0028] 图2是高频微弱信号检测电路的电路原理图。
[0029] 图3是高频微弱信号检测电路在临界混沌状态时输出的时序图。
[0030] 图4是高频微弱信号检测电路在临界混沌状态时输出的相图。
[0031] 图5是高频微弱信号检测电路在大尺度周期状态时输出的时序图。
[0032] 图6是高频微弱信号检测电路在大尺度周期状态时输出的相图。
【具体实施方式】
[0033] 下面结合附图对本实用新型优选的方式做进一步的阐述：
[0034] 如图1所示一种高频微弱信号检测电路，包括积分电路Ν1、反相比例电路Ν2、反相 求和电路Ν3、乘法电路Ν4、反相比例电路Ν5和积分电路Ν6。
[0035] 如图2所示，【具体实施方式】以检测信号频率为ω = l〇6rad/s为例，来设定电路的 参数。
[0036] 积分电路N1包括6个电阻Rl、R2、R3、R4、R5、R6、一个电容C1和一个运算放大器 U2;电阻R1至电阻R5的阻值均为lkQ，电阻R6为10kQ，电容C1为100nF，运算放大器 U2采用的是3554AM。所述电阻R1、R2、R3、R4、R5分别与运算放大器的反相输入端相连；电 阻R6的一端接地，另一端与运算放大器U2的同相输入端相连；所述电容C1的一端接运算 放大器U2的反相输入端，另一端与运算放大器U2的输出端相连；所述运算放大器U2的输 出端与反相比例电路N2相连。为了减小积分电路N1输出端的直流漂移，限制电路的低频电 压增益，在所述积分电路N1的反馈电容C1上并联一个电阻RF1，电阻RF1的阻值为10k Ω， 所述积分电路N1中引入电阻RF1还可以防止积分漂移所造成的饱和或截止现象。
[0037] 反相比例电路N2包括三个电阻R7、R8、R9和一个运算放大器U3 ;电阻R7的阻值 为lk Ω，R8的阻值为100k Ω，R9的阻值为10k Ω，运算放大器U3采用的是3554AM。所述 电阻R7 -端与运算放大器U2的输出端相连，另一端与运算