CN101547177B - 平衡结构的超宽带二相相移键控窄脉冲发射机及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种脉冲超宽带信号的发射机结构，包括窄脉冲产生模块、平衡调制模块、本振模块、放大器和天线。其中，所述平衡调制模块为对称结构，用于对窄脉冲超宽带信号进行二相相移键控平衡调制，不仅可以有效地减少抖动的影响，消除窄脉冲产生的正负极性要求，而且可以抑制载波泄露。

Description

平衡结构的超宽带二相相移键控窄脉冲发射机及方法
技术领域
本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种脉冲超宽带信号的二相相移键控调制方法及发射机。
背景技术
在脉冲超宽带通信系统中，是采用纳秒亚纳秒级的窄脉冲传输信号，因此即使是很小的抖动都可以与脉冲宽度相比拟，对接收信号的误码率产生极大的影响。
为了克服这种缺点，已经提出了一种超宽带调频信号的无线发射和接收方法，其中采用的调制方法是用两个脉冲发生器调制数据，再将调制出来的脉冲信号相加，最后直接经过上变频发射。但是，由于直接上变频，对于本振泄露的抑制只能通过上变频器件的自身特性加以实现，不能有效地抑制本振泄露。
另有一种超宽带直接序列二相相移键控窄脉冲发生器，其中采用的调制方法是用两路器件分别实现正极性的窄脉冲和负极性的窄脉冲，再用数据源来的数据作为控制信号控制脉冲输出的方法实现二相相移键控控制，但是，这个方法的缺点是负极性的窄脉冲实现复杂，且较难保证与正极性脉冲的完全对称性。
因此，需要研究一种调制方式及发射机结构，可以有效地减少抖动的影响，抑制载波泄露，且能够广泛应用于各类脉冲超宽带通信系统。
发明内容
本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一，特别是解决脉冲抖动和载波泄露带来的影响和缺陷。
为达到上述目的，本发明提出一种超宽带发射机，该发射机包括：窄脉冲产生模块，用于产生均为正极性脉冲的第一窄脉冲信号和第二窄脉冲信号；本振模块，用于产生相位相反的第一本振信号和第二本振信号，作为所述平衡调制模块的本振源驱动；平衡调制模块，用于根据所述第一本振信号和第二本振信号分别对所述第一窄脉冲信号和第二窄脉冲信号进行超宽带二相相移键控平衡调制，得到第一混频信号和第二混频信号，以及将所述第一混频信号和第二本振信号进行叠加，或将所述第二混频信号和第一本振信号进行叠加，产生调制信号；放大器，用于放大所述平衡调制模块输出的调制信号；天线，用于发射所述放大信号。
作为本发明的一个实施例，所述窄脉冲发生模块包括：第一D触发器，用于当输入信号为“0”时产生第一输出信号；第一延时器模块，包括第一N级逻辑延时器和第一非门，用于对所述第一输出信号进行延时后输入到第一D触发器的清零端进行清零，从而产生第一窄脉冲信号；类似地，第二D触发器，用于当输入信号为“1”时产生第二输出信号；第二延时器模块，包括第二N级逻辑延时器和第二非门，用于对所述第二输出信号进行延时后输入到第二D触发器的清零端进行清零，从而产生第二窄脉冲信号。
作为本发明的一个实施例，所述平衡调制模块为对称结构，包括：0/180功分器，用于将本振信号分成相位相反的第一本振信号和第二本振信号；第一匹配衰减网络，用于限制所述第一窄脉冲信号工作在第一上变频器的线性区间；第二匹配衰减网络，用于限制所述第二窄脉冲信号工作在第二上变频器的线性区间；所述第一上变频器，用于对输入的所述第一本振信号和第一窄脉冲信号进行混频，输出第一混频信号；所述第二上变频器，用于对输入的所述第二本振信号和第二窄脉冲信号进行混频，输出第二混频信号；超宽带合路器，用于将所述第一混频信号和第二本振信号进行叠加，或将第二混频信号和第一本振信号进行叠加，生成输出的调制信号。
作为本发明的一个实施例，在某一时刻，只有一路窄脉冲信号输入到所述平衡调制模块。
本发明另一方面还提出一种窄脉冲超宽带信号的二相相移键控平衡调制方法，包括以下步骤：生成第一窄脉冲信号和第二窄脉冲信号；生成相位相反的第一本振信号和第二本振信号；根据所述第一本振信号和第二本振信号分别对所述第一窄脉冲信号和第二窄脉冲信号进行超宽带二相相移键控平衡调制，得到第一混频信号和第二混频信号；将所述第一混频信号和第二本振信号进行叠加，或将所述第二混频信号和第一本振信号进行叠加，产生调制信号。
作为本发明的一个实施例，所述第一窄脉冲信号和第二窄脉冲信号均为正极性脉冲，且在某一时刻只有一路窄脉冲信号输入到所述平衡调制模块。
作为本发明的一个实施例，所述第一窄脉冲信号和第二窄脉冲信号交替输入到所述平衡调制模块：如果如果输入的脉冲信号为第一窄脉冲信号，则根据以下步骤进行二相相移键控平衡调制：将本振信号分成相位相反的第一本振信号和第二本振信号，然后将第一本振信号输入第一上变频器，第二本振信号输入第二上变频器；将第一窄脉冲信号限制工作在所述第一上变频器的线性工作区间，然后输入到所述第一上变频器的中频输入端；对所述第一本振信号和第一窄脉冲信号进行混频得到第一混频信号；第二本振信号通过第二上变频器后直接输出；将所述第一混频信号和第二本振信号叠加后生成调制信号输出；如果输入的脉冲信号为第二窄脉冲信号，则根据以下步骤进行二相相移键控平衡调制：将本振信号分成相位相反的第一本振信号和第二本振信号，然后将第一本振信号输入第一上变频器，第二本振信号输入第二上变频器；将第二窄脉冲信号限制工作在所述第二上变频器的线性工作区间，然后输入到所述第二上变频器的中频输入端；对所述第二本振信号和第二窄脉冲信号进行混频得到第二混频信号；第一本振信号通过第一上变频器后直接输出；将所述第二混频信号和第一本振信号叠加后生成调制信号输出。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明实施例的发射机结构图；
图2为本发明一个实施例的窄脉冲产生电路；
图3为本发明另一实施例的窄脉冲产生电路；
图4为本发明实施例的超宽带二相相移键控平衡调制电路；
图5为本发明实施例的3dB功分器；
图6为本发明实施例的匹配衰减网络；
图7为本发明实施例的脉冲信号及调制信号图；
图8为本发明实施例的平衡调制电路对本振泄露抑制的结果示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本发明主要在于对脉冲超宽带信号进行二相相移键控平衡调制，该系统是对称的，因此载波泄露会相互抵消而降低，并且二相相移键控调制的极性是由载波相位决定的，减少了输入窄脉冲抖动的影响，提高了发射脉冲的信噪比。
如图1所示为本发明实施例的发射机结构图，其中，窄脉冲产生电路110的两路输出端连接平衡调制电路130的两路脉冲输入端，平衡调制电路130的输出端连接放大器电路140的输入端，放大器电路的输出端连接天线150的输入端。
作为本发明的一个实施例，窄脉冲产生电路110由如图2所示的电路实现。在实施例中，采用两个D触发器的自清除实现窄脉冲的产生。利用系统运行时钟控制D触发器的工作。当时钟上升沿时，若输入信号为“0”，经过非门后，信号变为“1”输入到第一D触发器的输入端，经过tco后，第一D触发器输出信号“1”；然后，输出信号“1”经N级逻辑延时、走线延时及非门延时tdelay后输入到第一D触发器的清零端，再经过tco时间后，第一D触发器的输出端清零，此时窄脉冲产生电路的输出端产生宽度为tdelay的第一窄脉冲信号。类似地，若输入信号为“1”，则直接输入到第一D触发器，产生第二窄脉冲信号。窄脉冲信号的宽度tdelay主要由延时逻辑的级数决定。
作为本发明的另一实施例，窄脉冲产生电路由如图3所示的电路实现。在另一实施例中，采用SRD管实现窄脉冲的产生。在图3中，C1是去耦电容，输入频率在200MHz以下可选0.1μF；R1为470欧姆；选择不同的SRD管的短路支节可获得不同宽度的窄脉冲信号。
通过上述实施例可以看出可以选择不同的窄脉冲发生电路产生窄脉冲信号，以上实施例仅是示意性的实施例，并不是限制本发明仅能够通过上述实施例实现，还可通过除上述电路以外的其他方式实现。
作为本发明的一个实施例，平衡调制模块由如图4所示的电路实现。
在实施例中，如果输入脉冲为第一窄脉冲信号，则可以采用以下步骤进行调制：通过如图5所示的3dB功分器，将本振信号分成相位相反的第一本振信号和第二本振信号后，分别输入到第一上变频器和第二上变频器，作为本振源驱动；通过第一匹配衰减网络，将第一窄脉冲信号限制工作在第一上变频器的线性区间，然后输入到第一上变频器的中频输入端；然后，在第一上变频器中对第一本振信号和第一窄脉冲信号进行混频后输出第一混频信号；而与第一本振信号相位相反的第二本振信号经过第二变频器后直接输出；最后，在超宽带合路器中将第一混频信号和第二本振信号进行叠加，使得本振信号抵消之后输出生成的调制信号，从而有效地抑制了本振泄露。在另一实施例中，如果输入脉冲为第二窄脉冲信号，则可以采用类似的步骤进行调制。
作为本发明的一个实施例，图6为图4所示的平衡调制电路中的匹配衰减网络的实现电路。在实施例中，匹配网络用T型匹配，其中R1＝51Ω，R2＝10Ω，R3＝51Ω。
应该理解，所述匹配衰减网络的实施例仅是示意性的实施例，并不限制本发明仅能通过上述实施例实现，还可通过除上述电路以外的其他方式实现。
图7为脉冲产生电路产生的脉冲示意图和平衡调制后的信号示意图。在图7中，401表示输入信号为“1”时，第二D触发器产生的第二窄脉冲信号。402表示输入信号为“2”时，第一D触发器产生的第一窄脉冲信号。403为第一窄脉冲信号调制后的输出波形，404为第二窄脉冲信号调制后的输出波形。403和404的相位相差180度。
图8为执行上述平衡调制后对本振泄露抑制的结果图。在实施例中，上变频器的IF工作在DC～1200MHz，RF输出在2800MHz～8500MHz。
由图8可以看出，当本振信号为4GHz时，平衡调制电路对本振泄露有19dB的抑制，减去合路器的4dB衰减，因此平衡调制电路对本振泄露有15dB的抑制。
本发明采用了变频加平衡调制的方法，相对于时频方法经过脉冲产生电路加整形电路加滤波器的脉冲产生电路，结构简单，简化超宽带窄脉冲产生和频谱成型的难度；相对于变频方法，由于采用了载波经过0/180功分器的功分，载波泄露在合路器端会相互抵消而降低，并且二相相移键控调制的极性是由载波相位决定的，减少了输入窄脉冲抖动的影响，使得输出信号的抖动仅由载波决定，而且由于载波为单频信号，0/180相位的产生也易于实现；相对于键控选择调制电路，由于脉冲产生电路产生的脉冲均为正极性，使得脉冲较为一致，平衡调制后输出的正相脉冲和负相脉冲的波形对称性好。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (7)

1.一种平衡结构的超宽带二相相移键控窄脉冲发射机，其特征在于，包括窄脉冲产生模块，本振模块，平衡调制模块，放大器和天线，
所述窄脉冲产生模块，用于产生第一窄脉冲信号和第二窄脉冲信号；
所述本振模块，用于产生相位相反的第一本振信号和第二本振信号，作为所述平衡调制模块的本振源驱动；
所述平衡调制模块，包括：
0/180功分器，用于将本振信号分成相位相反的第一本振信号和第二本振信号；
第一匹配衰减网络，用于限制所述第一窄脉冲信号工作在第一上变频器的线性区间；
第二匹配衰减网络，用于限制所述第二窄脉冲信号工作在第二上变频器的线性区间；
所述第一上变频器，用于对输入的所述第一本振信号和第一窄脉冲信号进行混频，输出第一混频信号；
所述第二上变频器，用于对输入的所述第二本振信号和第二窄脉冲信号进行混频，输出第二混频信号；
超宽带合路器，用于将所述第一混频信号和第二本振信号进行叠加，或将所述第二混频信号和第一本振信号进行叠加；生成输出的调制信号；
所述平衡调制模块在某一时刻只输入一路脉冲信号；
所述平衡调制模块，用于根据所述第一本振信号和第二本振信号分别对所述第一窄脉冲信号和第二窄脉冲信号进行超宽带二相相移键控平衡调制，得到第一混频信号和第二混频信号，以及将所述第一混频信号和第二本振信号进行叠加，或将所述第二混 频信号和第一本振信号进行叠加，产生调制信号；
所述放大器，用于放大所述平衡调制模块输出的调制信号；
所述天线，用于输出所述放大信号。
2.如权利要求1所述的平衡结构的超宽带二相相移键控窄脉冲发射机，其特征在于，所述窄脉冲产生模块，包括：
第一D触发器，用于当输入信号为“0”时产生第一输出信号；
第一延时器模块，包括第一N级逻辑延时器和第一非门，用于对所述第一输出信号进行延时后输入到所述第一D触发器的清零端进行清零，从而得到第一窄脉冲信号；
第二D触发器，用于当输入信号为“1”时产生第二输出信号；
第二延时器模块，包括第二N级逻辑延时器和第二非门，用于对所述第二输出信号进行延时后输入到所述第二D触发器的清零端进行清零，从而得到第二窄脉冲信号。
3.如权利要求2所述的平衡结构的超宽带二相相移键控窄脉冲发射机，其特征在于，所述第一窄脉冲信号和第二窄脉冲信号均为正极性脉冲。
4.如权利要求1所述的平衡结构的超宽带二相相移键控窄脉冲发射机，其特征在于，所述平衡调制模块为对称结构。
5.一种窄脉冲超宽带信号的二相相移键控平衡调制方法，其特征在于，包括以下步骤：
生成第一窄脉冲信号和第二窄脉冲信号；
生成相位相反的第一本振信号和第二本振信号；
根据所述第一本振信号和第二本振信号分别对所述第一窄脉冲信号和第二窄脉冲信号进行超宽带二相相移键控平衡调制，得到第一混频信号和第二混频信号；
将所述第一混频信号和第二本振信号进行叠加，或将所述第二混频信号和第一本振信号进行叠加，产生调制信号；
交替输入第一窄脉冲信号和第二窄脉冲信号； 
如果输入的脉冲信号为第一窄脉冲信号，则根据以下步骤进行二相相移键控平衡调制：
将本振信号分成相位相反的第一本振信号和第二本振信号，然后
将第一本振信号输入第一上变频器，第二本振信号输入第二上变频器；
将第一窄脉冲信号限制工作在所述第一上变频器的线性工作区间，然后输入到所述第一上变频器的中频输入端；
对所述第一本振信号和第一窄脉冲信号进行混频得到第一混频信号；
第二本振信号通过第二上变频器后直接输出；
将所述第一混频信号和第二本振信号叠加后作为调制信号输出；
如果输入的脉冲信号为第二窄脉冲信号，则根据以下步骤进行二相相移键控平衡调制：
将本振信号分成相位相反的第一本振信号和第二本振信
号，然后将第一本振信号输入第一上变频器，第二本振信号输入第二上变频器；
将第二窄脉冲信号限制工作在所述第二上变频器的线性工作区间，然后输入到所述第二上变频器的中频输入端；
对所述第二本振信号和第二窄脉冲信号进行混频得到第二混频信号；
第一本振信号通过第一上变频器后直接输出；
将所述第二混频信号和第一本振信号叠加后作为调制信号输出。
6.如权利要求5所述的窄脉冲超宽带信号的二相相移键控平衡调制方法，其特征在于，所述第一窄脉冲信号和第二窄脉冲信号均为正极性脉冲。
7.如权利要求5所述的窄脉冲超宽带信号的二相相移键控平 衡调制方法，其特征在于，在某一时刻只输入第一窄脉冲信号或第二窄脉冲信号。 
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