超寬帶接收機(jī)外文翻譯--超寬頻采樣降頻轉(zhuǎn)換器與抽樣相位偵測(cè)器

1、超寬頻采樣降頻轉(zhuǎn)換器與抽樣相位偵測(cè)器Ultra-Wideband Sampling Down Converter With Sampling Phase Detector Alexander Reisenzahn, Student Member, IEEE, Stefan Matzinger, Thomas Buchegger, Student Member, IEEE, Sebastian Hantscher, Christian G

2、. Diskus, Senior Member, IEEE A. Reisenzahn, S. Matzinger, S. Hantscher, C. G. Diskus are with the Institute for Microelectronics at the Johannes Kepler University, Altenberger-Strasse 69, Linz, 4040, Austria, email: ale

3、xander.reisenzahn@jku.at T. Buchegger is with the Linz Center of Competence in Mechatronics, Altenberger-Strasse 69, Linz, 4040, Austria. 摘要：對(duì)于無(wú)損檢測(cè)墻壁和公路結(jié)構(gòu)方面，超寬帶雷達(dá)是一個(gè)非常優(yōu)秀的工具。因此經(jīng)常使用上升下降時(shí)間在 100ps 范圍內(nèi)的陡峭窄脈沖。為了反射脈沖的數(shù)字化，就必須完成

4、一個(gè)向下頻率的轉(zhuǎn)換。本文提出了一個(gè)利用相位取樣檢測(cè)器的采樣下變頻器，應(yīng)用于超寬帶雷達(dá)，設(shè)計(jì)新穎，成本低。關(guān)鍵詞：超寬帶 相位取樣檢測(cè)器 采樣下變頻器 采樣電路一， 引言超寬帶(UWB)脈沖雷達(dá)是個(gè)非常有吸引力的應(yīng)用。由于短脈沖的持續(xù)時(shí)間，帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)是較高測(cè)量范圍下精度與范圍的解決方案以及無(wú)源干擾和許多其他方面的免疫能力。其頻譜從很低的頻率開(kāi)始延伸到非常高的頻率。美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）分配了從3.1GHz 到 10.6GHz

5、頻率范圍為 7.5GHz 的通信和雷達(dá)應(yīng)用以及從 2GHz 到 10.6GHz 的穿墻成像，二者都可以自由使用【1】 。反射脈沖的形式?jīng)Q定目標(biāo)信息。為了解析信號(hào)，就有必要進(jìn)行模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換。目前在亞納秒?yún)^(qū)域進(jìn)行直接轉(zhuǎn)換是不可能的。因此，采樣下變頻器是很必要的，這是用于采樣示波器和雷達(dá)應(yīng)用中的例子。所討論的采樣下變頻器對(duì)于低成本 UWB 雷達(dá)應(yīng)用應(yīng)該是很有用處的，例如檢測(cè)墻壁里面的隱藏夾雜物質(zhì)。采樣下變頻器的工作原理解釋如下。用發(fā)射機(jī)發(fā)

6、送周期為 tPR 的脈沖。圖 1 顯示反射的脈沖。這些脈沖的持續(xù)時(shí)間 tPL 為幾百皮秒。采樣開(kāi)始時(shí)間比周期延遲一點(diǎn)。這可以通過(guò)直接數(shù)字合成器（DDS）給定一個(gè)高一點(diǎn)的頻率（fPR=30MHz，fSample=30.000001MHz）或者采樣時(shí)鐘來(lái)實(shí)現(xiàn)。在每個(gè)反射脈沖中進(jìn)行一次采樣，通過(guò)所有的點(diǎn)標(biāo)志出來(lái)。這所有積累起來(lái)的采樣點(diǎn)就形成了轉(zhuǎn)換脈沖。圖 3，超寬帶雷達(dá)采樣下變頻器原理結(jié)構(gòu)在單端輸出作為本地振蕩器的定時(shí)單元（30.000001

7、MHz 的正弦信號(hào)）被放大，并且被一個(gè)異相差分運(yùn)算放大器轉(zhuǎn)換為一個(gè)包含同步和 180 度反相的平衡信號(hào)。這里變壓器【2】 ， 【3】或者混合交界【4】 ， 【5】的使用是沒(méi)必要的，因?yàn)檫@里低頻信號(hào)和 100ps 的非完整脈沖會(huì)被轉(zhuǎn)換成微分信號(hào)。在這里 SPD 的應(yīng)用中，如果本地振蕩器沒(méi)有產(chǎn)生階躍脈沖，肖特基二極管就會(huì)無(wú)偏或者反向偏置來(lái)防止接收雷達(dá)信號(hào)的激勵(lì)。在接收機(jī)天線接收到的雷達(dá)信號(hào)經(jīng)過(guò)一個(gè)寬帶低噪聲放大器放大，然后通過(guò)一個(gè) 50 歐

8、姆的微帶線送入并聯(lián)的2 個(gè)肖特基二極管。此時(shí)與 RF 信號(hào)電壓成一定比例關(guān)系采樣脈沖電壓可通過(guò) IF 輸出信號(hào)得到。這個(gè)電壓信號(hào)通過(guò)一個(gè)保持放大電路濾波，放大，轉(zhuǎn)換成一個(gè)單端信號(hào)。所得到的單端低頻信號(hào)可以很容易的轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)行信號(hào)分析。四， 測(cè)量為了產(chǎn)生雷達(dá)脈沖需要使用一個(gè)自制的 SRD 脈沖信號(hào)發(fā)生器。我們用安捷倫DCA86100B 采樣示波器測(cè)量輸出信號(hào)，如圖 4 所示。脈沖寬度為 400ps（10%-10%） 。脈沖頻率為 3