基于ECL門(mén)電路的UWB信號發(fā)生器的設計

0 引 言
超寬帶(Ultra Wide Band，UWB)技術(shù)在通信時(shí)，不使用載波電路，而是通過(guò)發(fā)送納秒級脈沖傳輸數據的，因此具有發(fā)射和接收電路簡(jiǎn)單，功耗低，多徑分辨能力強，穿透力強，隱蔽性好，系統容量大，定位精度高，對現存通信系統影響小，傳輸速率快等優(yōu)勢。由于UWB技術(shù)具有這些優(yōu)良獨特的技術(shù)特性，該技術(shù)已普遍受到各國政府的高度重視。
UWB通信系統中必不可少的關(guān)鍵之一是如何產(chǎn)生高帶寬信號。由于極窄脈沖含有豐富的頻譜，因而產(chǎn)生足夠窄的脈沖和適于信道傳輸的脈沖形狀是UWB技術(shù)的研究熱點(diǎn)和關(guān)鍵所在。從國內外對UWB技術(shù)的研究來(lái)看，目前已有的UWB脈沖信號實(shí)現方式基本上可分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是利用模擬器件來(lái)產(chǎn)生所需的極窄脈沖信號；另一類(lèi)是利用半導體器件的開(kāi)關(guān)特性實(shí)現。利用模擬器件產(chǎn)生的窄脈沖通常需要較高的偏置電壓并且寄生效應較大，脈沖波形不理想，脈沖功率較大，容易對其他的通信系統產(chǎn)生影響。為了克服模擬器件產(chǎn)生窄脈沖的缺陷，并考慮到UWB通信系統的特殊性，利用開(kāi)關(guān)速度極快的ECL門(mén)電路產(chǎn)生窄脈沖相比用模擬器件具有諸多優(yōu)勢，如脈沖波形好，電路簡(jiǎn)單，便于產(chǎn)品的集成，調試容易，信號功率譜密度低，不會(huì )對別的通信系統產(chǎn)生明顯影響等。

1 UWB信號的發(fā)生
1．1 發(fā)生信號形式的選擇
沖激無(wú)線(xiàn)電超寬帶技術(shù)中不使用載波，是直接發(fā)送和接收極窄脈沖信號的，所以脈沖信號波形的選擇對于UWB通信系統來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。不管是采用模擬器件，還是數字器件，最終發(fā)生信號的形式必須適合在無(wú)線(xiàn)信道中傳輸。UWB技術(shù)中最基本的信號單元是高斯脈沖(Gaussian Pulse)，其時(shí)域表達式為：

式中：K表示脈沖信號幅度；t為時(shí)間；τ是脈沖持續時(shí)間，它不僅決定了脈沖寬度，還決定了信號頻譜的中心頻率和帶寬。與其對應的頻域表達式為：

式中：f為頻率；fc=1／τ是脈沖的中心頻率。其時(shí)域、頻域波形如圖1和圖2所示。

由高斯脈沖的頻譜圖可知，該脈沖含有豐富的低頻和直流分量，不適宜天線(xiàn)輻射。為了有效傳輸，UWB信號應含有盡可能多的高頻分量。高斯脈沖的導數具備把直流和低頻分量轉換成高頻分量的能力。