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目前,超宽带技术以其低成本、低功耗和高带宽等特点,成为许多应用领域里重要技术之一。美国的AEther公司将超宽带技术应用于定位器系统的设计,该定位器能实现定位与通信,并且在理论上定位精度能达到厘米量级。
本文主要基于AEther公司的研究,对超宽带系统中的前端射频电路进行设计与实现。该UWB前端射频电路在研究大电流辐射器(LCR)和闭环接收器(CLS)技术的基础上实现了对非正弦电磁脉冲的发射与接收。具体的实现主要包括发射端和接收端两部分,其中对部分关键的电路模块先用软件进行仿真,如运算放大电路模块、H桥开关电路模块用PSPICE软件仿真,LNA放大模块用MATLAB软件进行仿真,再依据仿真结果对电路进行调整,最后完成前端射频电路的设计。在发射端部分,使用快速FPGA器件输出的激励脉冲信号作为信号源,采用高速运算放大器将信号放大,该信号控制由场效应管组成的H桥开关电路,使场效应管随激励信号变化输出大电流脉冲,当大电流脉冲流过LCR天线时,LCR向外辐射电磁信号;在接收端部分,用闭环接收器将接收的电磁信号通过宽带低噪放大器进行放大,并将观察到的信号波形与仿真的波形进行比较,LCR辐射出的电磁脉冲与仿真结果相似,实现了前端射频电路对非正弦电磁脉冲的发射与接收功能。
本文设计的UWB前端射频电路由于多种因素的影响,接收到的电磁信号波形与理论分析值比较还有一定的差距,LCR辐射的电磁脉冲宽度还不是很窄,这需要在后续工作中对电路进行改进和完善。