超短波频段脉冲产生器的设计及硬件实现

摘要：从频域角度考虑了产生脉冲的方法，通过滤波器对单位冲激响应进行频谱整形，达到将脉冲控制在固定频谱范围内的目的。通过ADS和Protel对电路进行仿真设计和硬件实现。测试结果表明，该脉冲产生器输出结果达到了预期要求，实测结果与仿真结果吻合得很好。最终输出脉冲峰峰值为1．17 V，拖尾抑制为-12 dB，具有良好的对称性，频谱基本控制在30～40 MHz之间。
关键词：滤波器；脉冲产生器；超宽带；超短波

0 引 言
运用超宽带的概念，在超短波频段上实现超宽带通信，能够满足在复杂电磁环境下抗干扰性能的要求。为了使超宽带技术和现有的超短波通信设备相结合，设计一个合理的超宽带射频前端至关重要。
脉冲形式的超宽带定义是信号能量带宽与中心频率的比值大于0．20～0．25，在此基础上，本文设计出一个能量带宽在30～40 MHz之间，中心频率为35 MHz的超宽带信号，因为相对带宽=(fH-fL)／[(fH+fL)／2]=0．28>0．25，所以这样的信号满足超宽带的定义。而现阶段实现超宽带脉冲的硬件形式主要是利用特殊半导体器件的物理特性，或微带线的反射组合来形成符合要求的UWB信号，这种UWB信号的频谱特性可控度很差，一般是由半导体自身属性来决定的。所以为了精确控制脉冲的频谱特性，脉冲产生器的实现方案必须从信号的频域入手。
在此基础上，本文考虑了基于滤波成型网络的脉冲产生器。这种脉冲产生器的原理是：基带方波信号通过一个微分电路，提取出基带脉冲的上升沿和下降沿，得到单位冲激脉冲，再经过零偏置放大电路，滤除下降沿，并放大上升沿，放大后的单位冲激脉冲通过滤波成型网络进行脉冲整形形成频域有限的宽带信号，最后放大发射。只要合理设计电路中的滤波成型网络，就可以达到不同的设计要求。

l 原理图设计
根据上述思想，该脉冲产生器的原理框图如图1所示。

激励信号源为TTL电平的方波信号，高电平3．3 V，低电平0 V。但其上升沿时间和下降沿时问不能太长，应该在1 ns左右。设计要求脉冲的带宽为10 MHz，为了防止码间串扰，信号源的重复频率控制在1．25 MHz。微分网络由电容和电阻构成，实际上是一个时间常数很短的高通电路，它的作用是取出方波信号的上升沿和下降沿，以降低信号的占空比。零偏置放大电路放大正向微分信号的同时滤除下降沿形成的反向微分信号。滤波成型网络对微分放大后的信号进行整形以产生所要求的波形形状及频谱，最后脉冲经过宽带放大电路输出到射频端口。激励信号源，微分网络，零偏置放大电路可以看成近似于理想的冲激脉冲发生器。