脉冲超宽带收发机前端设计

论文摘要

脉冲超宽带（IR-UWB）通信技术是一种新颖的通信技术,具有传输速率高、抗多径能力强、功耗低、成本低、穿透能力强、截获概率低、与现有其他无线通信系统共享频谱等特点,现在已广泛地应用于高精度定位、雷达成像、地下探测、高速多媒体无线通信、无线传感器网络及医学应用等领域,具有广泛的应用前景和重要的理论研究价值。脉冲超宽带技术由于其系统结构简单、易于集成,并且具有探测和定位等潜在能力,备受学术界的关注。本文首先介绍了脉冲超宽带发射机和接收机的研究现状和意义；然后对超宽带技术作了较为全面的回顾；分析了脉冲超宽带系统的原理及脉冲脉冲超宽带系统收发机与载波通信系统收发机的差异；阐述了脉冲的产生和调制,对比分析了目前几种主要接收机结构的优点与不足。在此基础上,研究脉冲信号的产生和检测技术。本文的主要的研究内容和创新工作如下：（1）本文分析了高斯脉冲的波形和频谱特性,提出了一个能应用于脉冲超宽带通信系统的阶数可选、脉冲幅度可调的的高斯脉冲发生器,该脉冲发生器的脉冲重复频率最高达150 MHz；为了满足高速通信的需要,提出了一个结构简单、性能优越的CMOS二阶高斯脉冲发生器,脉冲重复频率高达1GHz。（2）提出了一个新颖的基于双反馈电流复用结构的超宽带LNA,在2-12GHz频带范围内,增益为15.6±1.4 dB,输入、输出回波损耗分别低于-10.4和-11.5dB,噪声系数（NF）低于3 dB（最小值为1.96 dB）,三阶交调点IIP3为-12 dBm,性能优越,满足超宽带系统的要求。（3）采用基于电流镜技术的包络检波器,对多脉冲调制的信号进行检测,仿真表明,包络检波器能较好地检测出DS-OOK信号的包络,即将脉冲携带的信息从射频信号中提取出来。（4）对多脉冲包络检测接收机前端电路进行了级联仿真,仿真结果表明,接收机能放大和检测DS-OOK和DS-PAM信号,并具有较好的检测效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 脉冲收发机的研究现状
• 1.2.1 脉冲超宽带发射机的研究现状
• 1.2.2 脉冲超宽带接收机的研究现状
• 1.3 本文的研究意义
• 1.4 本论文的主要研究内容和组织结构
• 1.4.1 主要研究内容
• 1.4.2 论文的组织结构
• 第2章 超宽带技术概述
• 2.1 引言
• 2.2 超宽带技术历史和现状
• 2.3 超宽带技术的优点
• 2.4 超宽带技术的主要应用
• 2.5 小结
• 第3章 脉冲超宽带系统
• 3.1 引言
• 3.2 脉冲超宽带系统原理
• 3.3 脉冲超宽带发射机系统
• 3.3.1 超宽带脉冲信号的产生
• 3.3.2 超宽带脉冲信号的调制
• 3.4 脉冲超宽带接收机系统
• 3.4.1 相干接收机
• 3.4.2 自相干接收机
• 3.4.3 基于能量检测的非相干接收机
• 3.4.4 基于门限检测的非相干接收机
• 3.5 小结
• 第4章 高斯脉冲发生器设计
• 4.1 引言
• 4.2 高斯脉冲波形及频谱特性分析
• 4.2.1 高斯脉冲的数学模型
• 4.2.2 高斯脉冲的频谱特性
• 4.3 阶数可选的高斯脉冲发生器设计
• 4.3.1 三极管雪崩效应原理
• 4.3.2 电路原理及分析
• 4.3.3 电路仿真结果及讨论
• 4.4 CMOS二阶高斯脉冲发生器设计
• 4.4.1 电路原理及分析
• 4.4.2 仿真结果及讨论
• 4.5 小结
• 第5章 脉冲超宽带接收机前端设计
• 5.1 引言
• 5.2 超宽带低噪声放大器分析及设计
• 5.2.1 超宽带超低噪声放大器的主要指标
• 5.2.2 超宽带低噪声放大的基本结构
• 5.2.3 本文提出的低噪声放大器设计
• 5.3 包络检波器分析及设计
• 5.3.1 几种常见的包络检波器分析
• 5.3.2 基于电流镜技术的包络检波器设计
• 5.4 接收机前端电路的联合时域仿真
• 5.5 小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A （攻读硕士学位期间所发表的学术论文目录）
• 附录B （攻读硕士学位期间所参与的学术科研活动）