阅读说明：本技术 一种基于非线性传输线的超宽带微波取样电路及取样方法 (Ultra-wideband microwave sampling circuit and sampling method based on nonlinear transmission line ) 是由 张士斌 徐从玉 范国清 代秀 解本琦 朱伟峰 于 2019-11-22 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于非线性传输线的超宽带微波取样电路及取样方法,该取样电路包括依次连接的自偏置非线性传输线窄脉冲发生电路、槽线-微带巴伦、取样门管电路和中频电路,本振信号进入自偏置非线性传输线窄脉冲发生电路后,产生一系列窄脉冲本振信号,通过槽线-微带巴伦转换成一对等幅反相的取样脉冲,在取样门管电路上对射频信号进行取样,经中频电路整形后输出,从而完成对射频信号的取样,本发明所公开的取样电路及取样方法可实现从射频频率到毫米波频率的超宽带频率覆盖；无需外加偏置电压,自偏置电路的设计简单、易实现,易调节、拓展性强且成本低。(The invention discloses an ultra-wideband microwave sampling circuit and a sampling method based on a nonlinear transmission line, wherein the sampling circuit comprises a self-biased nonlinear transmission line narrow pulse generating circuit, a slot line-microstrip balun, a sampling gate tube circuit and an intermediate frequency circuit which are connected in sequence, a series of narrow pulse local oscillator signals are generated after the local oscillator signals enter the self-biased nonlinear transmission line narrow pulse generating circuit, the narrow pulse local oscillator signals are converted into a pair of sampling pulses with equal amplitude and opposite phase through the slot line-microstrip balun, the radio frequency signals are sampled on the sampling gate tube circuit and output after being shaped by the intermediate frequency circuit, so that the sampling of the radio frequency signals is completed, and the sampling circuit and the sampling method can realize ultra-wideband frequency coverage from the radio frequency to the millimeter wave frequency; the self-bias circuit has the advantages of no need of external bias voltage, simple design, easy realization, easy adjustment, strong expansibility and low cost.)

一种基于非线性传输线的超宽带微波取样电路及取样方法

技术领域

本发明涉及微波取样技术，特别涉及一种基于非线性传输线的超宽带微波取样电路及取样方法。

背景技术

微波信号取样技术已在取样示波器、矢量网络分析仪、频谱分析仪、超宽带接收机等测量测试仪器中获得广泛的应用。取样技术采用取样保持的原理，主要作用是完成频率变换，将微波信号变成较低频率的中频信号，同时保持微波信号的幅度信息和相位信息不丢失。取样是影响测试仪器上限工作频率、整机动态范围等主要指标的核心因素。

取样技术中需要利用窄脉冲信号控制二极管采样桥进行采样实现下变频。目前取样技术中主要利用阶跃恢复二极管产生窄脉冲，控制二极管采样桥实现下变频。基本原理为一个本振信号通过低通滤波器进入SRD脉冲发生电路，产生一系列阶跃脉冲信号，加在在取样门管电路上对射频信号进行取样，经中频电路整形，放大后输出，从而完成对射频信号的取样变频，如图1所示。现有技术的缺点是受到阶跃恢复二极管转换时间和载流子寿命的限制，用阶跃恢复二极管产生的窄脉冲宽度受到了限制，只能产生上升沿几十皮秒的窄脉冲，取样电路工作频率只能到20GHz左右，不能满足更宽频带测试的要求。带宽窄，局限性很大，很难实现大带宽高频带的使用要求。

随着电子技术的迅猛发展，各种测量测试设备不断的往高频和宽带方向发展，对取样技术的工作带宽提出了更高的要求，以往的取样技术已经不能满足仪器的需求。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于非线性传输线的超宽带微波取样电路及取样方法，以达到扩展取样技术的带宽，提高工作频率，以满足大带宽高频测试仪器的变频需求的目的。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于非线性传输线的超宽带微波取样电路，包括依次连接的自偏置非线性传输线窄脉冲发生电路、槽线-微带巴伦、取样门管电路和中频电路。

上述方案中，所述自偏置非线性传输线窄脉冲发生电路包括自偏置电路和非线性传输线电路。

上述方案中，所述自偏置电路包括电感、电阻和电容。

上述方案中，所述非线性传输线电路包括高阻抗传输线和周期性加载于其上的变容肖特基二极管，所述高阻抗传输线采用共面线结构，共面线与变容肖特基二极管制作在半导体衬底上。

进一步的技术方案中，所述半导体衬底为GaAs衬底或InP衬底。

上述方案中，所述取样门管电路为***衡取样结构，由集成在一起的两只肖特基二极管组成。

上述方案中，所述超宽带微波取样电路采用共面波导作为射频信号传输线，取样门管电路安装在共面波导中心带线与接地带线之间。

一种基于非线性传输线的超宽带微波取样方法，本振信号进入自偏置非线性传输线窄脉冲发生电路后，产生一系列窄脉冲本振信号，通过槽线-微带巴伦转换成一对等幅反相的取样脉冲，在取样门管电路上对射频信号进行取样，经中频电路整形后输出，从而完成对射频信号的取样。

进一步的技术方案中，射频信号和窄脉冲本振信号分别以不同相位加在取样门管电路上，窄脉冲本振信号传输到取样门管电路的中心带线附近时，激励并打开取样门管电路的两只肖特基二极管，当窄脉冲本振信号从边缘接地电阻处返回到中心时，反射脉冲使取样门管电路的两只肖特基二极管关闭；在取样门管电路导通呈现低阻抗时，高频射频输入信号被取出。

通过上述技术方案，本发明提供的一种基于非线性传输线的超宽带微波取样电路及取样方法采用自偏置的非线性传输线产生超窄脉冲，非线性传输线窄脉冲发生电路的输入端采用电感、电阻、电容组成的自偏置电路，提高了压缩效率和谐波输出功率，提升了工作带宽，降低了取样的变频损耗，无需外加直流偏置，简化了电路结构，易于调试，成本低；利用自偏置非线性传输线实现皮秒量级超窄脉冲发生器，开启取样门管电路的两只肖特基二极管，获得两路中频信号，并对中频信号进行整流，从而实现一种基于非线性传输线的超宽带取样。与基于阶跃恢复二极管的取样技术相比，极大的扩展了工作带宽，该取样电路可以工作到100GHz。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为现有的SRD取样技术方案示意图；

图2为本发明实施例所公开的基于非线性传输线超宽带微波取样方法流程框图；

图3为本发明实施例所公开的基于非线性传输线的超宽带微波取样电路图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本发明提供了一种基于非线性传输线的超宽带微波取样电路，如图2和图3所示，包括依次连接的自偏置非线性传输线窄脉冲发生电路、槽线-微带巴伦、取样门管电路和中频电路，本实施例中的中频电路为自偏压中频电路。

自偏置非线性传输线窄脉冲发生电路采用单片微波集成电路芯片(MMIC)的方式实现。自偏置非线性传输线窄脉冲发生电路包括自偏置电路和非线性传输线电路，非线性传输线电路包括高阻抗传输线和周期性加载于其上的变容肖特基二极管，高阻抗传输线采用共面线结构，共面线与变容肖特基二极管制作在高电子迁移率、低损耗的半导体衬底上，半导体衬底为GaAs衬底或InP衬底。

自偏置非线性传输线窄脉冲发生电路的输入端为由电感、电阻和电容组成的自偏置电路。自偏置电势提高了非线性传输线的信号边沿压缩效率和谐波输出功率，无需外加直流电源偏置，简化了电路结构，易于调试，成本低。由自偏置非线性传输线窄脉冲发生电路产生的窄脉冲信号经槽线-微带巴伦转换为一对等幅反相的取样脉冲，加在取样门管电路上。

取样门管电路为***衡取样结构，由集成在一起的两只肖特基二极管组成。射频信号和窄脉冲本振信号分别以不同相位加在取样门管电路的肖特基二极管上。

由于共面波导在极宽的频率范围内具有低损耗传输的特性，超宽带微波取样电路采用共面波导作为射频信号传输线，取样门管电路的两只肖特基二极管安装在共面波导中心带线与接地带线之间。肖特基二极管受取样脉冲的控制起高速开关的作用，实现超宽频带取样，产生的两路中频信号经中频电路输出。与基于SRD的取样技术相比，极大的扩展了工作带宽，该取样电路可以工作到100GHz。

从相位分布来说，窄脉冲本振信号在两只肖特基二极管上呈同相分布、射频信号在两只肖特基二极管上呈反相分布，这种不同的相位分布减小了泄露，提供了本振-射频端口间的良好隔离度。由于取样脉冲是对称的互补脉冲，在取样门管电路的输出端可以消除由取样脉冲源引入的噪声，从而提高了肖特基二极管的信噪比，取样门管电路采用集成在一起的两只肖特基二极管，其优势在于两只二极管同时由同一种工艺制作，具有极佳的一致性。

本发明公开的一种基于非线性传输线的超宽带微波取样方法，具体如下：

本振信号进入自偏置非线性传输线窄脉冲发生电路后，产生一系列窄脉冲本振信号，通过槽线-微带巴伦转换成一对等幅反相的取样脉冲，在取样门管电路上对射频信号进行取样，经中频电路整形后输出，从而完成对射频信号的取样。

射频信号和窄脉冲本振信号分别以不同相位加在两只肖特基二极管上，窄脉冲本振信号传输到两只肖特基二极管的中心带线附近时，激励并打开取样门管电路的两只肖特基二极管，当窄脉冲本振信号从边缘接地电阻处返回到中心时，反射脉冲使取样门管电路的两只肖特基二极管关闭；在取样门管电路导通呈现低阻抗时，高频射频输入信号被取出。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。