专利名称：一种宽带混沌信号振荡器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及混沌信号产生系统的技术领域，具体是一种宽带混沌信号振荡O
背景技术：
混沌信号是由确定性动力系统产生的类似随机噪声的非周期信号。由于非常简单 的非线性动力系统就能产生复杂的动力学行为，并且可能通过对动力系统的改变得到符合 特定应用需求的信号，因此将混沌系统应用于产生宽带信号引起了众多的注意。目前常见 的混沌信号产生系统，按照实现系统的方式，可分为模拟系统和数字系统。模拟电路实现的混沌信号源的优势在于可以由简单的电路直接产生频谱符合要 求的信号，但是系统工作在高频时，系统方程中的非线性函数项的特性往往很难精确的实 现。模拟混沌系统实现方案众多，但从在通讯和雷达中的具体应用来说，蔡氏电路，RC电路 和以Colpitts电路为基础的一类电路受到广泛的重视。下面介绍有代表性的基于Colpitts电路的混沌信号源实现方案。Colpitts电路是一种常用于产生正弦信号的振荡器，在各种电子系统中得到广泛 的应用。基于Colpitts电路的混沌信号源，其由Colpitts电路和选频网络级联组成，其输 出信号的频谱形状由选频网络决定。这个电路最大的优势在于能通过改变选频网络控制输 出信号的频谱形状，同时又能保证整个电路的混沌特性。理论上我们能由这种电路获得任 意带限频谱形状的混沌信号，上述结构的系统产生了 900-1000 MHz的带通混沌信号，可以 作为宽带混沌信号雷达的信号源。但是为了获得较好的频谱，选频网络需要较多的元件，这 提高了整个电路的复杂度，使得电路不易于重复实现，其产生的信号也不易于再生，给雷达 信号的后续处理带来了一定的困难。理论上混沌映射可以由时钟信号控制的模拟电路直接实现，但在精度和速度上都 受到现有技术的限制。虽然数字系统的有限精度(字长效应)会影响信号的特性，但是实 践证明在一定的精度下，数字技术能近似地实现需要的离散混沌系统。数字方式产生的离 散混沌信号具有周期性，但性能稳定，易于控制。离散混沌信号在应用中一般需要经过调制 或通过滤波器来得到频谱满足需求的信号。数字技术能方便地近似实现混沌系统，产生的 混沌序列也容易再生，但是由于现有数字技术的限制，所产生混沌信号的最高频率受到了 影响。如上所述，混沌信号源通常由模拟方式或数字方式实现，两种实现方式各有其优 缺点。直观来看，模拟实现的混沌系统将具有极为简单的电路结构，非常易于实现。但一般 来说，混沌信号源的模拟实现面临以下难题1、高频下非线性器件难以精确实现；2、简单RC混沌振荡器难以产生高频宽带信号；3、输出信号性能一般对电路参数变化敏感；4、混沌信号的概率密度函数和功率谱函数的形状不易控制；[0012]5、受混沌系统初值敏感性影响难以重构输出信号。数字实现方式能避免模拟实现方案的大部分问题，性能稳定易于控制，然而也有 自身的缺陷。首先数字系统输出的混沌信号最高频率受系统钟频的限制。其次，数字实现 的系统是对离散混沌系统的近似，由于有限字长效应输出序列必然具有周期性。另外，数字 实现的混沌源的输出信号一般不能直接使用，而要经过某些调制后成为符合要求的信号。在宽带通信和宽带信号雷达应用中，一般要求发射信号是具有矩形带通谱的高频 宽带信号。对于需要进行延迟和相关等操作的通信和雷达系统，信号易于延迟或易于重构 是一个重要的优势。在电子对抗环境下，复杂形式的信号具有更多优势。此外，系统输出信 号随环境造成的参数变化的稳定性也是一个重要的指标。现有的单独模拟实现混沌源方案 和数字实现混沌源方案都难以完全满足应用中的上述需求。发明内容本实用新型要解决的技术问题是提供一种在直接输出满足要求的宽带混沌信号 的同时，能兼顾信号的可再生性的宽带混沌信号振荡器。为解决上述技术问题，本实用新型提供的宽带混沌信号振荡器包括模拟系统和 用于产生混沌脉冲信号并驱动所述模拟系统的数字系统；所述模拟系统包括多谐波振荡 器和用于控制多谐波振荡器输出的混沌信号的频谱范围的滤波网络。本实用新型具有的技术效果(1)本实用新型的宽带混沌信号振荡器，以 Colpitts电路为基础的数字模拟混合实现的系统，以解决单独模拟实现或单独数字实现方 案中的一些缺点。使得新的混沌信号源具有以下特点1)、产生较高频率的宽带混沌信号； 2)、输出信号的混沌特征对电路参数的变化具有鲁棒性；3)、可控的频谱范围，输出信号具 有近似矩形的带通谱；4)、输出信号频谱比单独模拟实现混沌系统输出信号的更平坦；5)、 输出的混沌信号具有可再生性，即在产生系统信息完全已知时可由相同的系统产生几乎同 样的输出信号。(2)本实用新型提出的数字混沌脉冲序列驱动模拟振荡器实现的混沌源是 模拟技术实现混沌信号源和数字技术实现混沌信号源的结合；其在直接输出满足要求的宽 带混沌信号的同时，也能兼顾信号的可再生性。由数字信号驱动的模拟系统有比单纯模拟 技术实现的相同系统更平坦的频谱和更好的自相关特性。信号的可再生性使得高频宽带混 沌信号的时延操作可以通过时延较低频率较小带宽的数字信号来实现，从而方便了后续的 信号处理。利用基于Colpitts电路的系统进行了验证，数值仿真和电路试验一致的证明了 数字混沌脉冲序列驱动模拟振荡器实现系统的优势。本实用新型的宽带混沌信号振荡器， 兼顾了信号的频谱可控性和信号的可再生性，将有利于提高混沌信号在通信与雷达应用中 的性能，降低混沌信号处理的难度。
为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据的具体实施例并结合附 图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中图1 (a)是实施例中的Colpitts电路的结构原理图。图1 (b)是实施例中的Colpitts电路的共基组态三极管模型图。图2 (a)是实施例中的混沌脉冲驱动的Colpitts振荡器第一个状态变量的时间4图。图2 (b)是实施例中的混沌脉冲驱动的Colpitts振荡器第一个状态变量的频谱 图。图3是实施例中的由数字混沌脉冲序列驱动模拟振荡器而实现的宽带混沌信号 振荡器的结构框图。图4是图3中的模拟系统的电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本实用新型进行详细说明如图3，本实施例的宽带混沌信号振荡器包括模拟系统和用于产生混沌脉冲信 号并驱动所述模拟系统的数字系统。所述模拟系统包括多谐波振荡器和用于控制多谐波振荡器输出的混沌信号的频 谱范围的滤波网络。数字系统由FPGA或DSP等实现。多谐波振荡器为蔡氏电路，RC电路或Colpitts电路。下面以Colpitts电路为 例。Colpitts电路是人们所熟知的振荡器电路。作为典型的电容三点式反馈振荡电 路，Colpitts电路非常广泛地应用于从极低频到毫米波频段的信号源中。在传统Colpitts 电路的应用中，人们关注其简谐振荡特性，而尽力抑制其它的非线性效应，以期获得高质 量、纯净而稳定的正弦信号输出。直到1994年，M. P. Kennedy才首次发现Colpitts电路可 以工作在混沌振荡状态，并具有很好的高频工作潜力。作为一种简单的单管电路，Colpitts 电路相比于蔡氏电路等其他分段非线性电路最大的优势在于其非线性源于三极管自身， 因而可以工作的频段远远高于传统蔡氏电路中用运算放大器实现的非线性负阻。此外， Colpitts电路还具有功耗低、电路结构简单易于实现等优点。因此，Colpitts电路在目前 阶段是实现微波混沌的最有前景的方案。本节主要研究驱动下Colpitts振荡器的混沌和 同步。Colpitts电路的基本结构如图4(a)所示，其中三极管作为振荡器的增益元件，电 感Z和电容6；，C2构成一个谐振网络。三极管为三端口非线性器件，采用图4(b)所示等效 电路模型，基极电流忽略不计，基极和发射极之间等效为一压控非线性电阻冬，集电极和基 极之间等效为一流控电流源忍。压控非线性电阻冬的驱动点特性写成其中Js为反向饱和电流，Vt室温条件下约为
权利要求1. 一种宽带混沌信号振荡器，其特征在于包括模拟系统和用于产生混沌脉冲信号并 驱动所述模拟系统的数字系统；所述模拟系统包括多谐波振荡器和用于控制多谐波振荡器输出的混沌信号的频谱范 围的滤波网络。
专利摘要本实用新型涉及一种宽带混沌信号振荡器，其包括模拟系统和用于产生混沌脉冲信号并驱动所述模拟系统的数字系统；所述模拟系统包括多谐波振荡器和用于控制多谐波振荡器输出的混沌信号的频谱范围的滤波网络。本实用新型以Colpitts电路为基础的数字模拟混合实现的系统，具有以下特点1)产生较高频率的宽带混沌信号；2)输出信号的混沌特征对电路参数的变化具有鲁棒性；3)可控的频谱范围，输出信号具有近似矩形的带通谱；4)输出信号频谱比单独模拟实现混沌系统输出信号的更平坦；5)输出的混沌信号具有可再生性，即在产生系统信息完全已知时可由相同的系统产生几乎同样的输出信号。
文档编号H03B5/36GK201830201SQ201020577840
公开日2011年5月11日 申请日期2010年10月27日 优先权日2010年10月27日
发明者包伯成, 李春彪, 罗印升, 胡文 申请人:江苏技术师范学院