一种用于uwb-twsr的窄脉冲产生电路设计

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1、一种用于UWB-TWSR的窄脉冲产生电路设计摘要：TWSR（穿墙探测雷达）技术实现的关键之一是如何设计并产生可以控制的UWB窄脉冲。本文介绍了TWSR基本概念及工作原理，讨论了几种UWB中常用窄脉冲产生方法的特点；分析并设计了一种基于RF-BJT雪崩特性的UWB窄脉冲产生电路，同时进行了仿真调试，获得了峰值电压为-10.1V，宽度为654.8ps的单极性UWB窄脉冲。关键词：TWSR；超宽带（UWB）；RF-BJT；窄脉冲DesignofImpulseGeneratorinUWB-TWSRAbstract:ThekeyofTWSR(Through-the-wallSurve

2、illanceRadar)technologyliesinhowtogeneratethefastrise-timeandshort-durationpulse.ThispaperintroducesthebasicconceptionandtheprincipleofTWSRandthenanalysesthecharacteristicsofseveralpulsegenerators.BasedontheavalanchecharacteristicofRF-BJT,UWBshort-durationpulseisdesignedandsimulatedwithsat

3、isfyingresultsof-10.1Vamplitudeandpulsewidthof654.8ps.Keywords:TWSR;UWB;RF-BJT;short-durationpulse引言穿墙生命探测(Through-the-wallSurveillance，简称TWS)技术是近年来发展的新技术，该技术可以穿透非金属介质(砖墙、废墟等)，不需要任何电极或传感器接触生命体，可在较远的地方探测到生命体的生命信号。目前己经开发了利用人体静电场、超低频电磁能、雷达生命特征信号监测、超宽带（UWB）雷达原理等多种穿墙探测技术。穿墙探测雷达(Through-the-wall

4、SurveillanceRadar，TWSR)是一种基于超宽带雷达原理并利用TWS技术的新型冲激雷达。这种新型雷达系统可以广泛的应用于行动。上世纪九十年代以后，TWSR的研究才开始兴起。经过十几年的发展，已经研究了大规模城区巷战、反恐斗争和人质救援多种实现穿墙探测的技术手段，并开发出多种实验样机，有些产品初步进入实用阶段。在TWSR中起着关键作用的超宽带信号不需要使用传统通信体制中的载波，而是通过发送和接收具有纳秒或亚纳秒级脉宽的极窄脉冲来传输数据，从而具有GHz量级的带宽。根据美国联邦通信委员会FCC的定义，超宽带是指信号在功率谱密度为－10dB处的相对带宽大于25﹪，或

5、者绝对带宽大于500MHz。UWB-TWDR的工作频率主要由电磁波对墙壁的穿透性能决定，雷达的穿透性能和高分辨率成像是一对矛盾，通常偏重于对墙壁的穿透性能而选择低频工作频段。研究表明：在低频段，在1～10GHz范围的电磁波在穿过混凝土墙壁时衰减很小，并且随着频率的降低，衰减也在减少。因此，低于10GHz的频率适合对砖块和混凝土构筑的墙壁进行穿透探测，而在此范围内频率越低穿透性能越好。1TWSR系统工作原理TWSR系统主要由发射、接收和天线三部分组成，如图1所示。由脉冲振荡器产生脉冲图1TWSR系统工作原理框图信号，该信号经过脉冲整形、快脉冲成形电路产生极窄脉冲，并通过宽带天

6、线发射出去，经墙壁折射后，又被目标反射的回波信号送到接收采样电路，脉冲振荡器产生的信号经过延时电路产生窄脉冲作为距离门对接收信号进行选择，接收取样输出的信号经过积分电路对接收信号进行积累，再经过放大电路和带通滤波电路将微弱的目标回波信号检测出来，最后经过A/D采集卡进行显示和数字信号处理技术对穿墙探测雷达波门进行控制。在UWB－TWSR系统中经常采用超宽带蝶型天线和加载对称振子天线两种；脉冲源是可调换的独立模块，可根据实际情况选择；输出信号可为单极性或双极性高斯脉冲。其中可调延时电路控制TWSR的作用距离，波门产生的脉冲宽度决定超宽带雷达的空间分辨率。2UWB－TWSR窄脉

7、冲产生电路的分析与设计2.1产生方案UWB－TWSR技术实现的关键之一是如何设计并产生可以控制的UWB极窄脉冲。从国、内外对UWB技术的研究来看，目前已有的极窄脉冲的产生方法主要是通过隧道二极管、阶跃恢复二极管、俘越二极管、雪崩三极管实现。隧道二极管是利用其特殊的能带结构产生隧道电流，可以产生上升时间为几十ps的高速脉冲，但是幅度较低，一般为毫伏级；阶跃恢复二极管是利用它的快速反向恢复特点来改善输入脉冲的边沿，可以生成幅度为几V到十几V，宽度为几百ps的脉冲；俘越二极管和雪崩三极管是利用晶体管的雪崩击穿特性，生成脉