超寬帶接收機外文翻譯--超寬頻采樣降頻轉(zhuǎn)換器與抽樣相位偵測器

1、超寬頻采樣降頻轉(zhuǎn)換器與抽樣相位偵測器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：對于無損檢測墻壁和公路結(jié)構(gòu)方面，超寬帶雷達是一個非常優(yōu)秀的工具。因此經(jīng)常使用上升下降時間在 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、一個向下頻率的轉(zhuǎn)換。本文提出了一個利用相位取樣檢測器的采樣下變頻器，應(yīng)用于超寬帶雷達，設(shè)計新穎，成本低。關(guān)鍵詞：超寬帶 相位取樣檢測器 采樣下變頻器 采樣電路一， 引言超寬帶(UWB)脈沖雷達是個非常有吸引力的應(yīng)用。由于短脈沖的持續(xù)時間，帶來的優(yōu)點是較高測量范圍下精度與范圍的解決方案以及無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始延伸到非常高的頻率。美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）分配了從3.1GHz 到 10.6GHz

5、頻率范圍為 7.5GHz 的通信和雷達應(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定目標信息。為了解析信號，就有必要進行模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換。目前在亞納秒?yún)^(qū)域進行直接轉(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應(yīng)用中的例子。所討論的采樣下變頻器對于低成本 UWB 雷達應(yīng)用應(yīng)該是很有用處的，例如檢測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)時間 tPL 為幾百皮秒。采樣開始時間比周期延遲一點。這可以通過直接數(shù)字合成器（DDS）給定一個高一點的頻率（fPR=30MHz，fSample=30.000001MHz）或者采樣時鐘來實現(xiàn)。在每個反射脈沖中進行一次采樣，通過所有的點標志出來。這所有積累起來的采樣點就形成了轉(zhuǎn)換脈沖。圖 3，超寬帶雷達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單元（30.000001

7、MHz 的正弦信號）被放大，并且被一個異相差分運算放大器轉(zhuǎn)換為一個包含同步和 180 度反相的平衡信號。這里變壓器【2】 ， 【3】或者混合交界【4】 ， 【5】的使用是沒必要的，因為這里低頻信號和 100ps 的非完整脈沖會被轉(zhuǎn)換成微分信號。在這里 SPD 的應(yīng)用中，如果本地振蕩器沒有產(chǎn)生階躍脈沖，肖特基二極管就會無偏或者反向偏置來防止接收雷達信號的激勵。在接收機天線接收到的雷達信號經(jīng)過一個寬帶低噪聲放大器放大，然后通過一個 50 歐

8、姆的微帶線送入并聯(lián)的2 個肖特基二極管。此時與 RF 信號電壓成一定比例關(guān)系采樣脈沖電壓可通過 IF 輸出信號得到。這個電壓信號通過一個保持放大電路濾波，放大，轉(zhuǎn)換成一個單端信號。所得到的單端低頻信號可以很容易的轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號進行信號分析。四， 測量為了產(chǎn)生雷達脈沖需要使用一個自制的 SRD 脈沖信號發(fā)生器。我們用安捷倫DCA86100B 采樣示波器測量輸出信號，如圖 4 所示。脈沖寬度為 400ps（10%-10%） 。脈沖頻率為 3