超短波頻段脈沖產(chǎn)生器的設(shè)計(jì)及硬件實(shí)現(xiàn)

摘要：從頻域角度考慮了產(chǎn)生脈沖的方法，通過濾波器對單位沖激響應(yīng)進(jìn)行頻譜整形，達(dá)到將脈沖控制在固定頻譜范圍內(nèi)的目的。通過ADS和Protel對電路進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)和硬件實(shí)現(xiàn)。測試結(jié)果表明，該脈沖產(chǎn)生器輸出結(jié)果達(dá)到了預(yù)期要求，實(shí)測結(jié)果與仿真結(jié)果吻合得很好。最終輸出脈沖峰峰值為1．17 V，拖尾抑制為-12 dB，具有良好的對稱性，頻譜基本控制在30～40 MHz之間。
關(guān)鍵詞：濾波器；脈沖產(chǎn)生器；超寬帶；超短波

0 引 言
運(yùn)用超寬帶的概念，在超短波頻段上實(shí)現(xiàn)超寬帶通信，能夠滿足在復(fù)雜電磁環(huán)境下抗干擾性能的要求。為了使超寬帶技術(shù)和現(xiàn)有的超短波通信設(shè)備相結(jié)合，設(shè)計(jì)一個(gè)合理的超寬帶射頻前端至關(guān)重要。
脈沖形式的超寬帶定義是信號能量帶寬與中心頻率的比值大于0．20～0．25，在此基礎(chǔ)上，本文設(shè)計(jì)出一個(gè)能量帶寬在30～40 MHz之間，中心頻率為35 MHz的超寬帶信號，因?yàn)橄鄬?(fH-fL)／[(fH+fL)／2]=0．28>0．25，所以這樣的信號滿足超寬帶的定義。而現(xiàn)階段實(shí)現(xiàn)超寬帶脈沖的硬件形式主要是利用特殊半導(dǎo)體器件的物理特性，或微帶線的反射組合來形成符合要求的UWB信號，這種UWB信號的頻譜特性可控度很差，一般是由半導(dǎo)體自身屬性來決定的。所以為了精確控制脈沖的頻譜特性，脈沖產(chǎn)生器的實(shí)現(xiàn)方案必須從信號的頻域入手。
在此基礎(chǔ)上，本文考慮了基于濾波成型網(wǎng)絡(luò)的脈沖產(chǎn)生器。這種脈沖產(chǎn)生器的原理是：基帶方波信號通過一個(gè)微分電路，提取出基帶脈沖的上升沿和下降沿，得到單位沖激脈沖，再經(jīng)過零偏置放大電路，濾除下降沿，并放大上升沿，放大后的單位沖激脈沖通過濾波成型網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行脈沖整形形成頻域有限的寬帶信號，最后放大發(fā)射。只要合理設(shè)計(jì)電路中的濾波成型網(wǎng)絡(luò)，就可以達(dá)到不同的設(shè)計(jì)要求。

l 原理圖設(shè)計(jì)
根據(jù)上述思想，該脈沖產(chǎn)生器的原理框圖如圖1所示。

激勵信號源為TTL電平的方波信號，高電平3．3 V，低電平0 V。但其上升沿時(shí)間和下降沿時(shí)問不能太長，應(yīng)該在1 ns左右。設(shè)計(jì)要求脈沖的帶寬為10 MHz，為了防止碼間串?dāng)_，信號源的重復(fù)頻率控制在1．25 MHz。微分網(wǎng)絡(luò)由電容和電阻構(gòu)成，實(shí)際上是一個(gè)時(shí)間常數(shù)很短的高通電路，它的作用是取出方波信號的上升沿和下降沿，以降低信號的占空比。零偏置放大電路放大正向微分信號的同時(shí)濾除下降沿形成的反向微分信號。濾波成型網(wǎng)絡(luò)對微分放大后的信號進(jìn)行整形以產(chǎn)生所要求的波形形狀及頻譜，最后脈沖經(jīng)過寬帶放大電路輸出到射頻端口。激勵信號源，微分網(wǎng)絡(luò)，零偏置放大電路可以看成近似于理想的沖激脈沖發(fā)生器。