高速UWB信号功率放大电路的研究与实现
摘要: 介绍了利用微波单片集成电路(MMIC)器件实现提高超宽带高速信号功率的两种电路。这两种功率放大电路（功率放大电路是用来输出较大功率的电路，功率放大电路的主要任务是，在允许的失真限度内，尽可能高效率地向负载提供足够大的功率。）分别采用TC3331 和HMC327 芯片实现。工作带宽分别为0.6GHz 和1GHz，功率增益分别为+30dB和+20dB。文章分析讨论了电路原理与设计方法，实际测试结果显示这两种放大电路具有良好的功率放大效果，可分别应用于不同的通信场合，是适合超宽带通信系统的功率放大电路。
1 引言
超宽带(Ultra Wideband-简称UWB)技术是一种利用ns 级宽度极窄脉冲作载体的无线传输技术，其射频(RF)传输带宽通常超过1GHz。因此，这种超宽带传输方式相对常规窄带传输方式有低功率谱、低截获、抗干扰能力强、可高速数据传输等优点，用途非常广泛，在精确定位、雷达、无线检测、无线通信等诸多方面都有重要应用。
UWB 技术在短距离高速数据传输应用上虽然优势明显。
然而无论是单脉冲UWB 信号还是多脉冲UWB 信号，其发射功率强度有限， 不能很好的抵抗突发脉冲的干扰和有效的远距离通信。为了实现有效的通信和适应在某些特殊应用的场合，比如军事，矿井通信，电磁环境恶劣情况下通信等等，这时需要突破FCC 关于UWB 信号强度规范的限制，提高UWB 信号的发射功率，满足系统特定的通信要求。这就需要在UWB 发射机加置功率放大器来有效放大UWB 信号。
2 UWB 高速(100M)数据传输系统
UWB 短距离高速数据传输系统可以实现从PC (个人计算机)到PC 的10m 范围内的高速数据传输，其发射部分简化框图结构如图1 所示:
PC 机上的待传输数据通过USB接口电路传送到基带处理电路，经过卷积，交织，编帧，调制等一系列处理后产生100Mbps的基带码元信号， 此基带码元信号用以控制射频发射机的振荡器工作状态，从而产生高速的UWB 信号，这样产生的UWB 信号为高斯包络正余弦脉冲，它的时域表达式为式(1)所示:
利用傅立叶变换可得其频域表达式如式(2)所示:
振荡器产生的UWB 信号可以满足一般情况下的高速(100M)数据传输，传输距离一般为3m，但为了满足特定情况下的通信需要或增加传输距离，就需要在振荡器后加置功率放大器来有效放大UWB 信号，加置功放后的最大传输距离可以达到10m。
3 UWB 功率放大器的电路设计与实现
微波单片集成电路(MMIC)是用半导体工艺把有源器件、无源器件和微波传输线、互连线等全部制作在一片砷化钾或硅片上而构成的集成电路。MMIC 工作频率可以从1GHz 到100GHz以上，最适宜应用于分米波的高频端，厘米波和毫米波(包括亚毫米波)的频带范围。相对于混合集成电路的优势包括:集成度高，体积小，质量轻，高可靠性，低寄生效应，更大的带宽和更高的工作频率。广泛的应用于定位接收机、灵巧武器、雷达、电子对抗和通信等前端电路。结合UWB 高速数据传输系统的特点，我们采用MMIC 芯片实现UWB 信号功率放大器的设计与实现。要求工作频段在3~4GHz 左右， 其工作带宽要求大于500MHz，要求频带内增益平坦度平滑，电路工作性能稳定。其功率增益的要求为20-30dB 左右。具体电路实现上我们分别采用两种芯片TC3331 和HMC327 来实现。
