1 导言
有别于传统无线体系选用接连载波调制，脉冲超宽带（Impulse Radio Ultra-wideband，IR-UWB）技能是运用极窄的基带脉冲波形直接承载信息，它具有高带宽、低功率、抗多径能力强等特色，超宽带技能在短间隔雷达和通讯体系中有着广泛的运用远景。众所周知胝频电磁波对混凝土等墙面有很强的穿透功能，且频率越低穿透功能越好，因而为了保证脉冲杰出的穿透特性，应使其具有丰厚的低频重量；脉冲的宽度决议着方针间隔勘探的精度，脉冲越窄，雷达的间隔分辨力越高。可是，脉冲宽度越窄，其频谱越宽，峰值电压也就越小，以至于不能驱动功率扩大器，因而需针对脉冲频谱特色规划一个相应的能作业在低频段的超宽带扩大器。扩大后的脉冲电压对能否驱动功率扩大器作业起着决议作用，而且．扩大器的功能对整个体系的功能方针也起着重要作用，这就需求扩大器在具有较高增益的一起噪声系数要尽或许的低。
本文依据穿墙勘探雷达体系的实践需求，规划并制造了作业在O.1-1.8GHz的超宽带脉冲信号低噪声扩大电路，增益约为23.6dB，噪声系数小于1.5dB，对脉冲信号的扩大作用杰出。
2 超宽带低噪声扩大电路的规划
依据超宽带脉冲信号的频谱特征，应该把带宽、增益、噪声系数作为首要方针考虑。现在规划的脉冲信号的-lOdB带宽约为1GHz，从300MHz到1.3GHz，因而扩大器的作业频段应掩盖这个频段规模，为了尽量防止扩大后脉冲展宽，设计时扩大器的带宽规模定为从100 MHz到1.8GHz。因为空气对低频信号衰减严峻，脉冲在发射前须经功率扩大器扩大。
可是因为脉冲的峰值电平小（约85mV），不能驱动功率扩大器，为了保证经低噪声扩大后的脉冲电压能驱动功率扩大器作业，把扩大器的规划增益定为25dB。
超宽带LNA规划的首要困难是遭到有源器材增益带宽乘积的束缚，而且晶体管的增益G跟着频率的升高而下降，为了完结宽带扩大，就有必要对增益的滚降特性进行补偿，使低频段增益压低。规划时咱们选用双极性晶体管BFP420，选用两级扩大器级联反应式的规划方案，其拓扑结构如下图所示。
图1扩大器拓扑结构图
电路选用单电源供电，榜首级和第二级选用直流耦合以减小损耗，下降噪声。选用自给偏压方法使扩大器在必定的温度规模内具有增益补偿作用。从结构图中能够看出，电路首要有两个接地的串联负反应，一个级间负反应和一个并联负反应组成。经过这几个反应，补偿了晶体管增益随频率下降的滚降特性．使低频端增益压低，然后到达增益平整的意图，一起这几个反应也增加了扩大器的安稳性。
确认了电路的根本结构后，再依据所要的增益选取晶体管静态作业点，经过核算确认各元器材的值。扩大器电路有必要满意的首要条件是其在作业频段内的安稳性，只要在肯定安稳的条件下，扩大器才干正常作业。经过两个公式和SMITH圆图来进行晶体管的安稳性规划。晶体管肯定安稳的条件为：
为了取得低噪声和必定增益就需求取得相应的源反射系数和负载反射系数，关键在于阻抗匹配。噪声系数是晶体管的一个重要方针．可用下式表明：
Fmin是晶体管的最小噪声系数，Rn是晶体管的等效噪声电阻，Zn为体系阻抗，一般为50Ω，当源反射系数Γs=Γopt时能够取得最小噪声高。器扩大器的增益可表明为：
当输入输出都到达共轭匹配Γs=Γin，ΓL=Γout能够取得最大增益。依据上述匹配准则对电路的输入端、输出端以及中心级联进行匹配规划。依据取得最大增益和最小噪声的条件可知，最大增益和最小噪声不或许一起满意，咱们在增益、噪声系数、输入输出驻波等几项方针中取折中到达终究的要求。在扩大器的榜首级按最小噪声匹配准则进行规划。尽管扩大倍数很小，但能到达低噪声的要求。第二级按最大增益准则规划匹配电路，对信号起到真实扩大的作用，然后完结整个电路的规划。
3 电路的仿真和测验
运用Aglient-ADS软件树立S参数仿真测验渠道对其进行小信号S参数优化仿真，经过不断优化仿真，得到的成果如图2所示。
图2 S参数仿真成果
从优化仿真成果能够看出：在100MHz到1.8GHz频段规模内，增益dB（S21）为251dB，噪声系数NF小于1.5dB，输入输出回波损耗dB（S11）和dB（S22）根本坚持在-10dB以下，契合扩大器的规划要求。
经过仿真后，咱们对该电路进行制板调试。在测验电路时给电路加12V的直流电源，运用Aglient 8753ES矢量网络分析仪测得的增益成果如图3所示：
图3 S21的测验成果
依据测验成果能够看出，所加电压为12V时，在100MHz-1.8GHz这个频段规模内扩大器的最大增益为24.8dB，最小增益为22.4dB，实践测得的数据均匀比仿真得到的成果小1.5dB左右，形成差错的原因或许有：基板参数的确认，电路板制造和焊接过程中形成的差错，电感值的差错等。
4 脉冲信号扩大的完结
实践穿墙勘探雷达体系中发生的脉冲波形和它的频谱如图4所示：
图4脉冲信号的时域和频域波形
从图4（a）中能够看出此脉冲波形的正峰值起伏为85.2mV，脉冲宽度约为718.5ps，从频谱图中能够看出，信号的-lOdB带宽约为1GHz，对应的下限频率为300MHz，上限频率为1.3GHz，中心频率为800MHz，频谱能量最高点对应的功率为-39．64dBm，这个功率在扩大器能线性扩大的输入功率规模内，所以能够用扩大器将此脉冲进行扩大。把脉冲发生器和扩大电路直接相连，测得扩大后的脉冲波形和频谱如图5所示：
图5脉冲扩大后的波形和频谱
从图5（a）看出，经扩大后超宽带脉冲信号的波形坚持得较好，脉冲的正峰值电压起伏被扩大到858.4mV，扩大了10倍。因为规划的扩大器的作业带宽比脉冲的频谱宽，扩大后的脉冲宽度展宽得很少，约为798.5ps，也没有呈现拖尾现象。因为所规划的扩大电路的噪声系数小于1.5dB，根本上看不到脉冲扩大后电路引进的噪声。从图5（b）看出，脉冲的频谱也根本坚持得较好，频谱能量最高点对应的功率扩大到-21.52dBm。从图5中看出因为扩大器低端的增益比较高，所以脉冲扩大后频谱的低端能量也扩大得比较多，而高端比低端扩大得略微少一点。总体上讲，该扩大电路对脉冲信号的扩大作用杰出。
5 总结
运用Aglient-ADS软件规划出了超宽带信号的低噪声扩大电路，其作业频段为100MHz～1.8GHz，增益约为23.6dB，噪声系数小于1.5 dB，实测成果比较抱负．对窄脉冲信号的正峰值能够扩大约lO倍，为后期课题的发展奠定了杰出的根底。
本文作者立异点：本文依据困家自然科学基金项目“根据UWB信号的躲藏活动方针自适应检测技能研究”的需求，规划了一个能够将UWB脉冲信号扩大的超宽带低噪声扩大器，并取得了杰出的扩大作用。
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