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超宽带通信系统关键电路设计研究

作　者: 刘晓雷
导　师: 吴芝路
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 信息与通信工程
关键词: 超宽带 窄脉冲发射 UWB关键电路 高速电路
分类号: TN925
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 384次
引　用: 2次
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内容摘要


超宽带(Ultra Wide Band)是近年来发展起来的无线电技术。它和传统无线电系统相比在很多方面都具有明显优势。利用纳秒级的非正弦波窄脉冲来传输数据,具有传输速率高、功耗低、安全性好、抗多径能力强以及成本低廉等许多优点。特别是不需要占用额外的频谱,可与现有的无线通信系统在同一频带内共存这一特点,使它在频谱资源日益紧张的今天受到了重视。目前超宽带通信技术已成为无线通信技术研究的热点之一。超宽带无线电技术的应用领域也十分广泛,如短距离高速通信、雷达、目标定位等。本文主要研究了超宽带系统中的发射技术,以及发射机的整体结构。并设计了模拟以及数字几种不同的窄脉冲发射方法。以高速电路信号完整性分析为指导,采用最优结构完成了超宽带发射机与接收机PCB电路的设计,本文的研究内容主要包括以下几个方面:(1)分析超宽带通信系统发射机所需信号波形。(2)采用数字以及模拟的方法设计了不同的窄脉冲发射方案。(3)根据示波器实测结果给出了方案的对比以及窄脉冲信号结果。(4)通过分析信号完整性理论,解决高速信号在PCB设计中的失真问题。(5)完成UWB系统收发机的部分关键电路进行设计与实现。通过对几种不同的发射机方案的仿真与测试,最终完成了超宽带发射机的硬件电路的搭建与调试,得到了几种发射技术的对比。发射电路经过高速宽带示波器的输出测试,得到了比较理想波形和幅度以及纳秒级宽度的窄脉冲。对发射以及接收关键电路进行了研究,并在信号完整性分析的指导下完成立了PCB的设计。对超宽带系统整体的设计以及高速电路设计具有一定的支持和参考作用。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章 绪论  10-15
  1.1 课题背景  10
  1.2 本课题研究的目的及意义  10-11
  1.3 国内外相关技术发展现状  11-14
    1.3.1 国外UWB通信技术发展现状  11-12
    1.3.2 国内UWB通信技术发展现状  12-13
    1.3.3 超宽带通信系统的研究现状  13-14
    1.3.4 超宽带通信系统需要解决的问题  14
  1.4 本文主要研究内容  14-15
第2章 UWB通信技术概述  15-22
  2.1 引言  15
  2.2 UWB基本概念  15-17
    2.2.1 UWB技术发展史  15-16
    2.2.2 UWB定义以及特征  16-17
  2.3 UWB信号特征  17-20
    2.3.1 UWB信号表达  17-18
    2.3.2 UWB信号的功率谱密度  18-20
  2.4 UWB的实现与应用技术  20-21
  2.5 本章小结  21-22
第3章 超宽带窄脉冲信号设计与实现  22-35
  3.1 引言  22
  3.2 隧道二级管脉冲产生电路研究  22-23
  3.3 雪崩晶体管脉冲产生电路研究  23-26
  3.4 阶越恢复二级管脉冲产生电路设计与实现  26-30
    3.4.1 阶越恢复二极管工作管理  26-27
    3.4.2 SRD进行脉冲合成方式  27-29
    3.4.3 脉冲波形结果分析  29-30
  3.5 数字方式DS-UWB脉冲产生电路设计与实现  30-34
    3.5.1 数字脉冲发射的构思与优势  30-31
    3.5.2 数字脉冲发射的结构设计  31-33
    3.5.3 数字脉冲发射的输出波形  33-34
  3.6 本章小结  34-35
第4章 超宽带关键电路设计  35-43
  4.1 引言  35
  4.2 超宽带发射电路原理与设计  35-40
    4.2.1 超宽带发射机原理框图  35-36
    4.2.2 SRD脉冲产生器  36-37
    4.2.3 RF放大器与滤波器  37-38
    4.2.4 信号数据生成  38-40
  4.3 超宽带接收机原理与结构  40-42
  4.4 本章小结  42-43
第5章 UWB通信系统PCB设计与制作  43-52
  5.1 引言  43
  5.2 信号完整性理论  43-44
  5.3 发射机电路板PCB设计与制作  44-47
    5.3.1 发射板叠层设计与板材  45-46
    5.3.2 微带传输线结构设计  46
    5.3.3 衰减器网路结构  46-47
  5.4 接收机电路板PCB设计与制作  47-51
    5.4.1 ADC与FPGA差分信号布线  47-49
    5.4.2 高速信号时延问题与设计  49-50
    5.4.3 差分高速信号串扰问题与解决方法  50-51
  5.5 本章小结  51-52
结论  52-57
附录1 发射机电路原理图  57-58
附录2 发射机电路PCB  58-59
附录3 接收机原理图  59-60
附录4 接收机电路PCB  60-62
哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明  62
哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书  62
哈尔滨工业大学硕士学位涉密论文管理  62-63
致谢  63

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线通信 > 无线电中继通信、微波通信
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