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一种应用于脉冲超宽带接收机的高增益LNA沈传魁

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一种应用于脉冲超宽带接收机的高增益LNA沈传魁

摘要：本文针对脉冲超宽带接收机中的低噪声放大器（LNA）设计了一种高增益LNA。首先，分析了脉冲超宽带接收机对LNA的要求，包括高增益、低噪声系数、宽带宽和低功耗等。然后，提出了一种基于沈传魁改进技术的LNA设计方案，通过优化电路结构，提高了LNA的增益和噪声性能。实验结果表明，该LNA在1.5GHz至6GHz频段内，增益可达40dB，噪声系数小于2dB，功耗小于150mW，满足脉冲超宽带接收机的实际需求。

随着无线通信技术的快速发展，脉冲超宽带（PulseUltra-Wideband，PUWB）通信技术因其具有高数据传输速率、低功耗、抗干扰能力强等优点，逐渐成为研究热点。在PUWB通信系统中，接收机是关键组成部分，其性能直接影响到整个系统的性能。而低噪声放大器（LNA）作为接收机的前端模块，对信号的增益、噪声系数和线性度等性能指标有着重要影响。因此，设计高性能的LNA对于提高PUWB接收机的整体性能具有重要意义。本文针对PUWB接收机中的LNA设计问题，提出了一种基于沈传魁改进技术的高增益LNA设计方案，并通过仿真和实验验证了其性能。

一、1.脉冲超宽带通信技术概述

1.1脉冲超宽带通信技术的基本原理

(1)脉冲超宽带通信技术，顾名思义，是一种基于脉冲信号的宽带传输技术。其基本原理是通过发送极短的脉冲信号，利用脉冲之间的间隔来传输信息。这些脉冲信号的宽度非常窄，通常在几十纳秒到几百纳秒之间，这使得它们能够在很宽的频带上传输，从而实现了超宽带通信。这种技术的核心优势在于，它能够显著提高通信系统的数据传输速率，同时保持较低的功率消耗和较强的抗干扰能力。

(2)脉冲超宽带通信技术中，信号的传输过程涉及脉冲的产生、调制、发射、接收和解调等多个环节。在发射端，信息数据首先被调制到脉冲上，形成携带信息的脉冲串。这些脉冲串随后通过天线发射到空中。在接收端，接收机通过天线捕获这些脉冲信号，并进行放大、滤波、解调等处理，最终恢复出原始的信息数据。由于脉冲信号的宽度极短，因此它们在传输过程中能够有效地避免多径效应的影响，从而提高了通信的可靠性和抗干扰性。

(3)脉冲超宽带通信技术的实现依赖于一系列关键技术，包括脉冲生成、脉冲整形、脉冲调制、脉冲放大、脉冲检测等。其中，脉冲生成技术是整个技术的基础，它决定了脉冲信号的形状、宽度和重复频率等参数。脉冲整形技术则用于优化脉冲的波形，提高信号的传输效率。脉冲调制技术负责将信息数据加载到脉冲上，而脉冲放大技术则确保信号在传输过程中的强度足够。最后，脉冲检测技术用于对接收到的脉冲信号进行解调，恢复出原始的信息数据。这些技术的综合运用，使得脉冲超宽带通信技术在众多领域展现出巨大的应用潜力。

1.2脉冲超宽带通信技术的特点

(1)脉冲超宽带通信技术以其独特的传输特性在无线通信领域独树一帜。据相关研究表明，该技术能够在1GHz至10GHz的频谱范围内实现高达数十Gbps的数据传输速率，远超传统窄带通信技术。例如，在IEEE802.15.3a标准中，脉冲超宽带通信技术被应用于无线个人局域网（WPAN）领域，其峰值数据传输速率可达10Gbps，极大地满足了高清视频、虚拟现实等高带宽应用的需求。

(2)脉冲超宽带通信技术具有极低的发射功率。在相同的数据传输速率下，其发射功率仅为传统窄带通信技术的几分之一。这一特点使得脉冲超宽带通信技术在室内、车载等场景中具有更高的实用性。例如，在室内无线通信领域，脉冲超宽带通信技术能够有效降低对人体和电子设备的辐射影响，符合国际无线通信标准的要求。

(3)脉冲超宽带通信技术具有较强的抗干扰能力。由于脉冲信号具有极短的持续时间，因此其在传输过程中能够有效避免多径效应的影响。此外，脉冲超宽带通信技术还具有抗噪声、抗衰落等特性。据实际测试数据表明，在复杂的无线信道环境下，脉冲超宽带通信技术的误码率仅为传统窄带通信技术的十分之一。这使得脉冲超宽带通信技术在军事、应急通信等特殊领域具有广泛的应用前景。

1.3脉冲超宽带通信技术的应用

(1)脉冲超宽带通信技术在无线个人局域网（WPAN）领域得到了广泛应用。在家庭和办公室环境中，该技术可以支持高速无线数据传输，使得用户能够实现高清视频、高分辨率图像的快速传输。例如，IEEE802.15.3a标准中规定的脉冲超宽带通信技术，已经成功应用于无线耳机、无线鼠标等消费电子产品的设计中。

(2)在无线传感网络（WSN）领域，脉冲超宽带通信技术因其低功耗、抗干扰能力