基于ECL門電路的UWB信號發(fā)生器的設計

0 引 言
超寬帶(Ultra Wide Band，UWB)技術在通信時，不使用載波電路，而是通過發(fā)送納秒級脈沖傳輸數據的，因此具有發(fā)射和接收電路簡單，功耗低，多徑分辨能力強，穿透力強，隱蔽性好，系統(tǒng)容量大，定位精度高，對現(xiàn)存通信系統(tǒng)影響小，傳輸速率快等優(yōu)勢。由于UWB技術具有這些優(yōu)良獨特的技術特性，該技術已普遍受到各國政府的高度重視。
UWB通信系統(tǒng)中必不可少的關鍵之一是如何產生高帶寬信號。由于極窄脈沖含有豐富的頻譜，因而產生足夠窄的脈沖和適于信道傳輸的脈沖形狀是UWB技術的研究熱點和關鍵所在。從國內外對UWB技術的研究來看，目前已有的UWB脈沖信號實現(xiàn)方式基本上可分為兩大類：一類是利用模擬器件來產生所需的極窄脈沖信號；另一類是利用半導體器件的開關特性實現(xiàn)。利用模擬器件產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(tǒng)產生影響。為了克服模擬器件產生窄脈沖的缺陷，并考慮到UWB通信系統(tǒng)的特殊性，利用開關速度極快的ECL門電路產生窄脈沖相比用模擬器件具有諸多優(yōu)勢，如脈沖波形好，電路簡單，便于產品的集成，調試容易，信號功率譜密度低，不會對別的通信系統(tǒng)產生明顯影響等。

1 UWB信號的發(fā)生
1．1 發(fā)生信號形式的選擇
沖激無線電超寬帶技術中不使用載波，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(tǒng)來說至關重要。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線信道中傳輸。UWB技術中最基本的信號單元是高斯脈沖(Gaussian Pulse)，其時域表達式為：

式中：K表示脈沖信號幅度；t為時間；τ是脈沖持續(xù)時間，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。