超短波頻段脈沖產(chǎn)生器的設(shè)計及硬件實現(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)計和硬件實現(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
運用超寬帶的概念，在超短波頻段上實現(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)計一個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)計出一個能量帶寬在30～40 MHz之間，中心頻率為35 MHz的超寬帶信號，因為相對帶寬=(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)計電路中的濾波成型網(wǎng)絡(luò)，就可以達(dá)到不同的設(shè)計要求。

l 原理圖設(shè)計
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。但其上升沿時間和下降沿時問不能太長，應(yīng)該在1 ns左右。設(shè)計要求脈沖的帶寬為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，實際上是一個時間常數(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。