超宽带极窄脉冲发生器的设计分析

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第三章超宽带脉冲波形

α =0.3ns α =0.5ns α =0.7ns α =0.9ns α =1.1ns
−
2
α
α2
= ± Ap e
−
α2
2
α 为高斯脉冲的成形因子
Frequency domain 1 α=0.3ns α=0.5ns α=0.7ns α=0.9ns α=1.1ns
0.8 Amplitude
Amplitude [V]
( n +1)
( 2π f σ )2 exp − 2
n=1 n=2 n=3 n=4 n=5 n=6
Frequency domain
1
0.8
Amplitude
0.6
0.4
0.2
0 -8
-6
-4
-2
0
2
4
6 x 10
8
9
Frequency [Hz]
3.1 超宽带脉冲的设计原则
脉冲宽度纳秒级，确保占用超宽的频谱；为了保证脉冲能量的有效辐射，希望其直流分量为零。这一点不是绝对的，当脉冲直流分量不为零时，可以采用双极性调制，使总的发射脉冲的直流分量为零。满足FCC的频谱掩蔽要求。对于发射脉冲信号的超宽带系统，其发射信号的功率谱主要由发射的脉冲波形的功率谱决定，因此超宽带系统的脉波形冲的频谱应满足 FCC的功率谱密度辐射限制（即频谱掩蔽），避免对其他通信系统造成干扰。
2003年parr等人提出了新的超宽带设计思想该设计思想从频域出发将fcc频谱掩模等效为理想的带通滤波器能够通过该滤波器后波形不失真的脉冲只能是扁长椭球波脉冲扁长椭球波函数的闭合解难以求出parr通过特征值分解的数字滤波器方法求得了两个脉冲这两个脉冲被称为parr脉冲这两个脉冲正交没有表达式

超宽带实现技术-PPT

4-BOK:
S (t) (1 ai,1 )(2ai,2 1)C1 (t) ai,1 (1 2ai,2 )C2 (t)
ai,1, ai,2 0,1
C1(t)、C2 (t) 分别为正交脉冲串
不同组得正交脉冲串可以对应不同得用户(多址)
Input data: ai,2ai,1
00 01 10 11
4-DPIM 1
2
0
相对于 PPM,DPIM得传输速率更高。
脉冲波形调制(PSM, Pulse Shape
Modulation) 便于相干解调
脉冲形状也可以用于脉冲调制,一般使用正交得不同脉冲来实现调制。
S(t) ais0 (t) (1 ai )s1(t) p(t kTf ) k s0 (t)，s1(t) 代表相互正交的不同脉冲
序列d得一般表达式如下:
d j c jTc a j
极窄脉冲发生器(不考虑脉冲形状)
脉冲发生器在超宽带无线通信系统中占据着极其重要得地位,就是UWB系统中独特得关键部件之一
可以产生纳秒、皮秒级窄脉冲得高速器件有隧道二极管、阶跃恢复二极管、雪崩晶体管等器件。
✓ 隧道二极管与阶跃恢复二极管所产生得脉冲,上升时间可以达到几十到几百皮秒,但其幅度较小,一般为几百毫伏得量级。
没有离散谱线
由
Pe Q(
(a2 a1)2 Eb )
2(
2 a
a2 )
N0
Pe Q(
2Eb ) N0
比OOK有3dB得优势
脉冲位置调制(PPM)
典型得2-PPM:当调制数据为“0”得时候,脉冲位置不变, 脉冲间隔仍然就是脉冲周期;当调制数据为“1”得时候,出现一个偏移。
s t p(t kTf bk p ) k

超宽带发射电路的设计研究

音功率放大器对于低噪声远距离传输以及低失真接收信号都是非常重要的。为了减少板上反射，在放
大器之间加入了３Ｂ的衰减器，放大器进行隔ｄ对离。带通滤波器滤掉输人噪声，且可以避免ＡＣ并Ｄ的过度驱动，接入机硬件结构如图３所示。功率分配器通过一系列的延时线为ＡＣ总线发送信号，Ｄ为了进行并行采样，时线为每个ＡＤ延Ｃ提供输入波形
０引言
超宽带发射机是超宽带通信系统中的重要组成部分，只有解决了ＵＷＢ发射机中窄脉冲发射与信
号调制等部分的设计问题，能使超宽带通信系统才
达到预期的设计目的。
２超宽带发射机的硬件结构设计
２１超宽带发射机的总体设计．
接收机的射频前端包含了一系列宽带放大器、
带通滤波器、带可变增益、带可变衰减以及一个宽宽电源分配器（２是超宽带通信系统结构）图。低噪
ｌ超宽带发射机工作原理
超宽带发射机（１Ｕ图是ＷＢ发射机基本框图）是基于采样结构数据解调进行设计的，通过对模其
和后期管理人员的成本。
安全，在试验阶段没有出现任何故障，电效果好，节投资回报率高，可较快收回学校投人的改造资金并
可持续减少运行成本。自动控制设备在教室照明系统中的应用效果如下：
（）１实现教室照明控制智能化。采用智能照明控制系统，以使教室照明系统工作在智能状态，可照

ALOHA脉冲超宽带网络的性能分析

关键词：脉冲超宽带；跳时；ＡＬＨＡ￣网络吞吐；帧传
文章编号：１０ —８６２０）７１０ —４０９５９（０８０．６２０
ＰｅｆｒａｅＡｎａｙｉｆｔｅＡＬＯＨＡＲ－ｒｏｍｎｃｌｓｓｏｈＩＵＷＢｅｗｏｋＮｔｒ
布式脉冲超宽带网络中采用ＡＬＨＡ方式共享信道时帧传送失败的原因，推导出帧传送失败的概率，通过分析数Ｏ
据帧产生一缓冲一传送的Ｍ／／Ｇ１排队过程，得到了网络吞吐、帧传送延时的公式。仿真结果说明，ＡＯＡ脉冲超ＬＨ
宽带网络的吞吐，帧传送延时和网络稳定性能远远优于ＡＬＡ载波调制技术网络。ＯＨ
ＡｓａｔＡｍｐｌａｉＵｂｔｃｎＩｕｅＲｄｏＷＢ（－ＷＢｙｔｍＵｅｅｙｎｒｗｐｌｓｗｔｉｅｈｐｉｇａｄｔｒ：ｓＩＵ）ｓｓｅＳｖｒａｒｕｓｉｔ —ｏｐｎｎｉＲＳｏｅｈｍｍｅ
ｎｔｒｈｏｇｐｔａｒｍｅｔａｓｓｉｎｄｌｙｉｌｓｄｆｒｅｐｅｓｏｓａｅｏｔｉｅＳｍｕａｉｎｒｓｌｈｗｅｗｏｋｔｒｕｈｕｎｄｆａｒｎｍｉｓｏｅａｃｏｅ —ｏｍｘｒｓｉｎｒｂａｎｄ．ｉｌｔｏｅｕｔｓｏｎｓｔａｈｈｏｇｐｔｆａｅｔａｓｓｉｎｄｅａｎｔｂｌｙｏｈｈｔｔｅｔｒｕｈｕ，ｒｍｒｎｍｉｓｏｌｙａｄｓａｉｔｆｔｅＡＬＯＨＡＲ－ｉＩＵＷＢｎｔｒｓｍｕｈｂｔｅｈｎｅｗｏｋｉｃｅｔｒｔａｔｏｅｏｈｈｓｆｔｅＡＬＯＨＡｅｗｏｋｂｅｎｃｒｉｒｍｏｌｔｏｅｈｎｌｇ．ｎｔｒａｄｏａｒｅｄｕａｉｎｔｃｏｏｙｓＫｅｒｓＩＵＷＢ；ｍｅＨｏｐｎ；ｙｗｏｄ：Ｒ－Ｔｉ－ｐｉｇＡＬＯＨＡ；ｒｕｈｕ；ｒｍｅｔａｓｓｉｎｄｌｙＴｈｏｇｐｔＦａｒｎｍｉｓｏｅａ

10ns脉冲发生电路设计

10ns脉冲发生电路设计（原创实用版）目录1.引言2.10ns 脉冲发生器的重要性3.设计原理4.具体设计步骤5.设计验证6.结论正文【引言】脉冲发生器是一种能够产生电脉冲信号的电子设备，被广泛应用于通信、雷达、测量和控制等领域。

其中，10ns 脉冲发生器因其窄脉冲宽度和快速上升沿特性，成为了高速数字系统和通信系统的关键部件。

本文将对 10ns 脉冲发生电路的设计方法进行探讨。

【10ns 脉冲发生器的重要性】10ns 脉冲发生器在高速数字系统和通信系统中具有举足轻重的地位。

其窄脉冲宽度和快速上升沿特性可以提高系统的数据传输速率和通信效率，降低信号传输过程中的噪声和失真。

此外，10ns 脉冲发生器还可以用于精确测量和控制，为各类电子设备的高精度运行提供保障。

【设计原理】10ns 脉冲发生器的设计原理主要基于脉冲形成和脉冲放大两部分。

首先，通过设计脉冲形成电路，产生具有窄脉冲宽度和快速上升沿特性的脉冲信号。

然后，利用脉冲放大电路对脉冲信号进行放大，以满足系统中对信号幅度的要求。

【具体设计步骤】1.确定脉冲发生器的技术指标，包括脉冲宽度、上升沿时间、脉冲幅度等。

2.选择合适的脉冲形成器件，如触发器、门控器件等，设计脉冲形成电路。

3.设计脉冲放大电路，选用合适的放大器件，如运算放大器、差分对等，实现脉冲信号的放大。

4.对脉冲发生器电路进行调试和优化，以满足技术指标要求。

5.设计保护电路，如限幅、滤波等，提高脉冲发生器的稳定性和可靠性。

【设计验证】为了验证 10ns 脉冲发生器的性能，需要对脉冲发生器电路进行仿真和实验。

通过改变输入信号、电源电压等参数，观察脉冲发生器输出信号的波形、幅值等特性，确保其满足设计要求。

【结论】10ns 脉冲发生器在高速数字系统和通信系统中具有重要应用价值。

通过合理的设计原理和步骤，可以实现具有窄脉冲宽度和快速上升沿特性的高性能脉冲发生器。

基于CPLD的超宽带引信脉冲发生器设计

基于CPLD的超宽带引信脉冲发生器设计
涂友超;刘旭洲;罗永松
【期刊名称】《弹箭与制导学报》
【年(卷),期】2008(028)004
【摘要】脉冲发生器是超宽带引信系统的关键电路, 必须考虑设计合理的脉冲发生器.提出了基于CPLD的超宽带无线电引信的系统原理,并对其工作过程进行了说明;设计了亚纳秒级脉冲发生器,介绍了该电路的工作原理并对其进行了仿真,根据仿真结果分析了输出波形的特征,验证了超宽带引信的优良特性.同时,该脉冲发生器电路结构简单,容易实现且性能完全能达到实用要求.
【总页数】3页(P119-121)
【作者】涂友超;刘旭洲;罗永松
【作者单位】信阳师范学院,河南信阳,464000;南京理工大学电子工程与光电技术学院,南京,210094;开封大学,河南开封,475000;信阳师范学院,河南信阳,464000【正文语种】中文
【中图分类】TJ434.1
【相关文献】
1.基于CPLD的单半正弦脉冲发生器的设计 [J], 石云波;刘俊;王玲
2.超宽带引信脉冲发生器设计 [J], 陶利波;付红卫;周国安;王欣
3.基于MCU和CPLD的嵌入式可调脉冲发生器设计 [J], 陈建;白永林;程光华;欧阳娴;刘百玉;田进寿;车嵘
4.基于CPLD的多路可控脉冲发生器设计 [J], 骆国庆;俞建定;王银
5.基于CPLD＋LVPECL可调窄脉冲发生器的设计与实现 [J], 彭亚红;蒋留兵因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

超宽带_UWB_通信中的脉冲波形研究

此外，还有利用滤波器的思想设计脉冲波形的方法。这种方法设计的脉冲能量大部分集中在３．１￣１０．６ＧＨｚ范围内，较好地符合ＦＣＣ频谱要求，而且脉冲持续时间比厄米特３次或高次多项式产生的脉冲持续时间短，相应可提供较高的数据速率。用这种方法设计的两种正交脉冲通常称为Ｐａｒｒ脉冲，多址能力强，但是从两种脉冲的自相关函数和互相关函数来看，主瓣陡峭而且有大量旁瓣，说明系统对同步的要求比较高。此方法还有一个缺陷是需要模数转换器在６４ＧＨｚ频率处工作，增加了硬件电路的成本。
方式，同时可进一步平滑脉冲的功率谱。
３超宽带系统中的波形设计
超宽带系统脉冲应满足的基本条件是不含
有直流分量；而且其功率谱还应当满足ＦＣＣ规定
的辐射掩模的标准，频带利用率要高；最后，它的
频谱的形状要尽量平坦，其理想的频谱应当接近
白噪声谱，且幅值越低越好，不至于对现有窄带无
线通信系统造成干扰。现有文献中提到的波形设
摘要：研究了目前超宽带系统中脉冲波形的几种设计方法，分析了各种方法的优点和缺点，对超宽带系统脉冲的设计和优化有一定参考价值。关键词：超宽带；波形设计；高斯脉冲；厄米特脉冲
１概述超宽带（ＵＷＢ）通信技术是一种使用１ＧＨｚ以上带宽的无线通信技术。虽然是无线通信，但其通信速度可以达到几百兆比特／秒以上。ＵＷＢ的特点在于不使用载波，这与此前的无线通信截然不同。由于原来的无线通信在通信时需要连续发出载波，这样会消耗很多电能。而ＵＷＢ是发出瞬间尖波形电波－也就是所谓的脉冲电波－直接按照０或１发送出去。ＵＷＢ通信技术在无线电通信、雷达、跟踪、成像、武器控制等领域具有广阔的应用前景。２００２年４月，美国ＦＣＣ给出了“超宽带”的两种定义。第一种定义是信号的相对带宽大于等于０．２；第二种定义是信号的１０ｄＢ带宽大于或等于５００ＭＨｚ。因为超宽带信号占用很宽的频带，所以超宽带信号与现有其他窄带系统的兼容性也就成为了ＵＷＢ通信广泛关注的问题。为了避免对其他无线系统产生干扰，ＦＣＣ对ＵＷＢ系统的功率谱作了严格的限定（见图１），同时这也引起了ＵＷＢ系统的设计和实现的难题。目前在大多数文献中使用高斯脉冲的各阶导数组合或者厄米特多项式脉冲作为ＵＷＢ的脉冲波形，两种方法各有其优点与不足。本文首先介绍了ＵＷＢ系统的通信模型，然后进一步描述并比较了各种脉冲波形的特点与性能。

一种超宽带脉冲的设计新方法

ｒｇｒｉｇｔｅＧａｓｉｎｄｒｖｔｖｓｗｉｈｄｆｅｅｔｗａｅｏｍｈｐｎｇｆｃｏｓａｄｏｄｒａａｉｕｃｉｎｅａｄｎｈｕｓａｅｉａｉｅｔｉｒｎｖｆｒｓａｉａｔｒｎｒｅｓｂｓｃｆｎｔｏｓ，ｏｔｍｉｉｇｆｐｉｚｎ
ＧａｅｔＣｄｏｓｅｓｏａｋｃｉｒｎｂｔｒａｄｄｃｅｓｂｒｒａＢＲ）ＡｃｎｍｅＦＣｉｏｒｍｉｉｎｍｓｒｅｏｅｅｎｅｒａｅｉｅｒｔｎｓｔｉｔｔｏｒｅ（Ｅ．Ｋｅｗｒｓｐｌｈｐｅｉ；ＷＢ；Ｇｕｓｎｐｌ；ｅｅｉａｏｉｍ（Ａ）ｙｏｄ：ｕｓｓａｅｄｓｎＵｅｇａｓｉｕｓｇｎｔｌｒｈＧａｅｃｇｔ
ｂａｅｎＧａｓｉｎｄｅｉａｉｅｉｅｒｃｍｂｎｔｎｗｈｓｉｈｅｔｒｉｐｔｚｄｂｓｄｏｕｓａｒｖｔｖｓｌａｏｉａｉｏｅｗｅｇｔｖｃｏＳｏｉｅｖＧＡ．ＴｈｘｅｉｎｆＦＣＣｇｎｏｍｉｅｅｐｒｍｅｔｏ
的高斯脉冲导函数为基函数、利用遗传算法来优化权重系数向量，出基于遗传算法优化权向量的高斯导函数提线性组合的超宽带（ｌａｗｄｂｎ，ＷＢ脉冲设计．ＦＣ对Ｕｕｔ — ｉｅａｄＵ）ｒ以ＣＷＢ系统室内辐射功率的限制进行实验，结果
表明，与二阶高斯微分脉冲、随机组合脉冲相比，基于遗传算法的组合脉冲能够较好地满足ＦＣ制定的室内辐Ｃ

用于超宽带穿墙雷达的窄脉冲产生技术

ＡｂｔａｔＡｎｕｔａｗｉｅａｄｔｒｕｈ－ｌｒｄｒａｐｏｓｎｄｎｖｌｒｄｏｔｃｎｌｇ，ｈｓａｂｏｄｓｒｃｌ－ｄｂｎｈｏｇｗａｌａａ，ｒｍｉｉｇａｏｅａｉｅｈｏｏｒｎｙａｒａ
ＴｈｃｎｏｏｙｏｌｅＧｅｅａｉｎｏｎｔａＷｉｂａｒｕｇａｌＲａａｅＴｅｈｌｇｆＰｕｓｎｒｔｏｆａＵｌｒｄｅｎｄＴｈｏｈＷｌｄｒ
ＨｕｎｎｓｎａｇＴａｇｅ
具有穿透能力强，隐蔽性好，抗干扰能力强，传输速率高，系统容量大，功耗底，系统复杂度低
超宽带技术的脉冲雷达，在反恐战斗、远程医疗
服务、非接触式探测心跳和呼吸、军事领域以及
等一系列优点。有资料表明，频率在３０Ｍｚ０Ｈ到
（ｏＣｍｍｕｉａｉｎａｄＩｆｒｔｎＥｇｎｅｎｐｒｎ，ＧｉｎｎｃｔｎｎｏｍａｉｎｉｅｒｇＤｅａｔｔｕｌｏｏｉｍｅｉＵｎｖｒｉｆＥｅｔｎｃＴｃｎｌｇｉｅｔｏｌｃｏｉｅｈｏｏｙ，Ｇｉｎ５１０ｓｙｒｕｌ４０４，Ｃｉａｉｈｎ）
Ｋｅｗｏｄｕｔａｗｉｅａｄｔｒｕｈｗａｌｒｄ；ｓｏｕｓｙｒｓｌｄｂｎｈｏｇｌａａｒｒｈｒｐｌｅ；ｄｌｙＣｔｅａＯＭＳｃｉ来，超宽带穿墙雷达成为国内外学者研究的热点。超宽带穿墙雷达是一种新型的、基于

一种UWB脉冲发生器的设计与实现

愈阶跃时实际上，负载Ｒ’ 能观察到管的载流子寿命长愈好，在上
一，一＿人卜眨譬
色￡
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维普资讯
≮融～
● 南京邮电大学无线通信与电磁兼容实验室范琨花昀
一
种ＵＷＢ脉冲发生器的设计与实现
要：本文重点讨论了如何利用阶跃恢复二极管（Ｒ）ＳＤ来实现极窄脉冲的产生，对这种脉冲发生器的原理和电路调试作了具体的分析。通过电路的变化最终得到两种不同的脉冲。 Nhomakorabea１
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图４脉冲发生器原理图
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低阻抗短路状态；向：厦＝＇反Ｃ向ｃｌｎ
为高阻抗状态。简化的脉冲串发生
器电路如图１示。率为ｆ的激励所频信号使阶跃管正向导通，直至二极管的储存电荷释放完为止，脉冲发生器的等效电路如图２所示。此时
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图５阻抗匹配低通滤波器
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输出电压维持在阶跃管的接触电势ｐ（一／Ｃ＝１号）Ｌ．中。与此同时，激励电感Ｌ中储存输
（）了获得高效率与高输出功率，二极３

超宽带皮秒级脉冲发生器

（京理工大学信息科学技术学院，北京１０８）北００１
摘要：计了一种超宽带高斯脉冲的脉冲发生器，设此脉冲发生器主要由阶跃恢复二极管，ＥＦＴ管和肖特基二极管组成。其中阶跃恢复二极管和短路线用来产生脉），Ｅ管用来进行脉冲的放中ＦＴ大和脉冲产生、冲整形两部分电路问的隔离，脉肖特基二极管用来减小脉冲的振铃。利用ＡＤＳ软件对阶跃恢复二极管进行建模，并用其进行脉冲发生器的设计仿真。测试结果表明，皮秒脉冲发生
器的脉冲宽度为３７Ｐ，０ｓ幅度为１８．８Ｖ．该窄脉冲的波形对称，而且振铃小，验结果与仿真结果实
吻合得很好。
关键词：电子技术；超宽带；皮秒级；高斯脉冲发生器；阶跃恢复二极管；ｐｃ模型ｓｉｅ中图分类号：Ｎ９Ｔ２文献标志码：Ａ文章编号：１０ —０３２０）０１４ —３００１９（０７１ —２３０
ｃｉｅｒｎｍｉｓｏｉｅａｅｕｅｏｇｎｒｔｕｓａｕｓｉｅｔｙｕｔｄｔａｓｓｉｎｌｎｒｓｄｔｅｅａｅＧａｓｉｎｐｌｅｄｒｃｌ，ａＦＥＴｓｅｉｍｐｌｙｄｔｍｐｉｙｔｅｏｅｏａｌｆｈｐｕｓｎｓｌｔｕｓｅｒｔｎｄｓｐｎｔｒｌｅａｄｉｏａｅｐｌｅｇｎｅａｉａｈａｉｇｎｅｗｏｋ，ａＳｃｏｔｉｄｓｕｅｏｓｐｒｓｈｅｐｕｓｏｎｈｔｋｙｄｏｅｉｓｄｔｕｐｅｓｔｌｅｒｎｉｉｇｎｇ．ＡＳＲＤｍｏｄｌｅ，ｗｈｃｓｕｅｏｓｍｕａｅｔｌｅｇｅｒｔ，ｗａｓａｉｈｅｙａｘｓｉｇｉｈｉｓｄｔｉｌｔｈｅｐｕｓｎｅａｏｒｓｅｔｂｌｓｄｂｎｅｉｔｎｒｄｏｒｑｅｙｓｆｗａｅＡＤＳ，ａｄｔｕｓｅｒｔｒｗａｅｉｎｅｎｄｓｍｕａｅｙｔｅｍｏｅ．Ｔｈａｉｆｅｕｎｃｔｒｏｎｈｅｐｌｅｇｎｅａｏｓｄｓｇｄａｉｌｔｄｂｈｄ１ｅｔｓｉｅｕｔｓｏｈｔｔｅｇｎｅａｏａｏｄｃ０７ｐｕｓａｌｅｗｉｈ１．８Ｖｅｋｔ — ｅｋ；ｅｔｎｇｒｓｌｈｗｓｔａｈｅｒｔｒｃｎｐｒｕｅａ３ｓＧａｓｉｎｐｕｓｔ８ｐａ —ｏｐａｔｅｐｕｓｓｇｏｙｈｌｅｈａｏｄｓｍｍｅｒｎｏｒｎｉｅ１ｔｙａｄｌｗｉｇｎｇｌｖｅ．Ｇｏｄａｅｍｅｔｂｅｗｅｎｍｅｓｒｄａｉｌｔｄｏｇｒｅｎｔｅａｕｅｎｄｓｍｕａｅ

几种超宽带脉冲波形构造方法分析

维普资讯
科
赵鹏赵昆
科技论坛Ｉ
李国强邹敬博
（尔滨中庆燃气有限责任公司，哈黑龙江哈尔滨１００）５００
摘要：在基于窄脉冲的超宽带（ｌａＷｉｅａｄ系统中，用与传统正弦波不同的窄脉冲采传递信息，Ｕｔ — ｄｂｎ）ｒ使因此发射的脉冲信号是一个很关键的问题。首先给出了对发射脉冲信号的一些基本要求，然后从理论上介绍了三种常见的波形以及两种比较新的波形的构造方法，最后对这几种波形构
造方法进行了分析与比较。
关键词：超宽带；脉冲波形；能分析性冲、高斯单脉冲以及高斯脉冲二阶导函数的波示成频域带宽ｎ和脉冲时间宽度Ｔ乘积的一１超宽带脉冲波形简介通信系统的一个关键功能就是用一个模形，所有波形的能量都是归一化的。半，ｃ，２。即：ｎｒ，在式（），５中ｎ是在［Ｔ２Ｔ２时间段内的一／，／］拟的波形来代表不同的信息符号。正如前面我能量集中程度，其取值范围为，］表示为１，们所提到的，在超宽带系统中使用的模拟波形不是正弦波而是一个窄脉冲，一般这个窄脉冲￡（７）的时间宽度不到Ｉｓｎ。但并不是任意的窄脉冲ｒ（ｌｒ）都可以直接应用在超宽带系统当中，下面给出而且，以发现长球面波函数具有如下的可特性：，了对超宽带系统中使用的窄脉冲提出的一些要求：（（。）二） ‘ ：１１．正交性：传统的超宽带系统中不同用ａ高斯类函数的时域波形ｂ高斯类函数的频域波形高斯单脉冲、高斯脉冲二阶导户使用相同的脉冲来传送信息，用户间靠扩频图１高斯脉冲、如果我们求解式（所示的差分方程，６）可以函数的波形码来区分，但是不同用户使用同样的脉冲导致得到很高的多用户干扰，从而将降低系统容量，因此２２瑞利脉冲．（－ｚ１ｔ堕）堂＋一ｚ）ｆ（ｆ（：０（２）９）ｄｔｄｔ ‘ “ 提出了为每个用户分配不同的波形，各个波形由于使用高斯导函数的方法所得到的波之间相互正交的要求，以降低多用户干扰，提高形矩形系数不是很好，因此又提出了一种基于系统容量。瑞利脉冲的波形设计方法，其具体的工作流程化简得１．２中心频率、宽可控：Ｃ带ＦＣ为超宽带分如下：配给超宽带的频率范嗣为３Ｇｚ分．Ｈ～１ｆ０１１１．配了７Ｇｚ．Ｈ的频段，同的系统可以占用其中１．Ｇ，５不０Ｈｚ６则发送脉冲的峰值频率ｆ一定在此范Ｍ（）ｆ＝＿［ｆ（）一ｃ）（）２ｆ一（ｆ】的某一部分或全部，因此要求窄脉冲能够随着围之内。令３１Ｈｚｆ０６ｔ．Ｇ＜Ｍ．Ｇｔ＜１ｚ就可以求出对ｌ— ｆ系统的不同而处于不同的中心频率，占用不同应于不同ｎ的满足此要求的 “值范围 “ 值＜式中“ ” ｘ表示对Ｘ关于时间ｔ的微分，以可的带宽。ｄｄｄ为瑞利函数的脉冲形状参数）＜（，然后从看到，单地改变一下的值，可以得到对简就１３自适应频谱包络：在要求１－．２的基础 “ 开始进行计算，看所得到的波形是否满足所应于不同阶数的脉冲。上，由于超宽带占用的频带中有些频段已经分有拐点的要求，满足则令 “ ＝ …若不满足若３各种构造方法的分析与比较配给了其它系统使用，因此希望在该干扰系统则逐渐增大，直至得到满足所有拐点要求的上面分别介绍了几种不同的波形构造方对应的频段上，超宽带系统能够产生陷波，从而ｄ；同样道理可以求得ｄ。则在［ｄｌｎＪ法，但是每种方法都有各自的优缺点，下面就从既避免了该系统对超宽带系统的干扰，又避免间内的 “ 值都是对应的解。此时对应于不同的基本要求的四个方面对以上介绍的波形进行一了超宽带系统对现有系统的干扰。ｎ值，可以得到一系列满足ＦＣ规范的脉冲。Ｃ下分析和比较：１．形系数：矩形系数衡量的是一个系４矩２修正Ｈｅｎｔ３ｎｉｅ脉冲３１从正交性方面考虑：高斯类函数以及．统的总能量与带外能量的关系。在系统设计时修正Ｈｅｍｔｒｉｅ脉冲定义如下：瑞利脉冲都不是正交函数，这里不考虑。对于修４１正Ｈｒｔ总是希望矩形系数越小越好，以避免能量损失ｅｍｉｅ脉冲，可以发现不同的正交脉冲所（＝０（＝一）？Ｃ（ｔ２ｆ占用的频带是不同的，如果在一个系统中同时ｆ ” ｆ（Ｔｅ１Ｔ））４ｅ２＂－／２ｒ并降低对其它用户或系统的于扰。 “ ｄ２常见脉冲波形构造方法式中，＝，，， … ； ∞＜＜；是时间一ｎ０１２ … 一ｔＴ存在多个脉冲，占用的带宽将远远大于单独则２１高斯类函数．尺度因子；ｋ用来确定正交Ｈｒｔｅｍｉｅ脉搏的能个脉冲所占用的带宽，而且存在很丰富的低由于在数学表达上与高斯函数相类似，有量，若要求各阶脉冲具有单位能量，ｋ为。则频分量；对于长球面波函数，所有的正交函数占类函数被称为高斯类函数。高斯类函数中最用几乎相同的时间宽度和频带宽度，在一个系基本的一个函数称为高斯脉冲，定义如下：统中同时传输多个脉冲也不会引起频带的变２３长球面波函数－化。因此从正交性的要求看，长球面波函数是比ｙ（）Ｋ】弋目ｆ＝ｅ一ＩＩｆ若函数ｈ）ｈｃ０ｔ（满足（Ｉｃ）ｌ＞Ｔ／则称函较好的选择。＝２，式中，。＜＜。Ｔ是时间一一。［。；尺度因子；Ｋ是数ｈ０（是时间有限的；与此相类似，若函数ｈ０（３．２从频谱包络自适应性方面考虑：高斯常数。更多的波形可以通过对高斯脉冲进行高的傅里叶变换Ｈ０（满足Ｈ｛０ｆ＞Ｏ２则称类函数的相对带宽是固定的，因此当给定中心ｆ１ｌ／，］＝通滤波来得到，从时间域上来看，可以看成是函数Ｈ）也０是频带有限的。在通信工程领域里频率和带宽中的一个时，另外一个参数也是固对式（进行微分运算。例如，１）高斯单脉冲就是面，在时域和频域同时几乎是有限的函数是非定的，基本没有选择余地；修正Ｈｒｉ脉冲同ｅｔｍｅ对高斯脉冲进行一次求导运算，可表示成常有用的，而长球面波正是这么一种函数。这高斯类函数存在相同的问题，而且当同时传输５）多个脉冲时占用的带宽太大；长球面波函数可（＝Ｋ２ｆ）ｅ（￣－ｔ）／（）类函数可以表示成式ｆ所示方程的解：２。７以在给定的频段上设计波形，并完全覆盖所给州ｄ＝ｘ高斯脉冲没有过零点，高斯单脉冲有一个定的频段，但是若想在给定频段中的某一部分过零点，更高阶的微分运算会导致更多的过零也可以写成是式（所示差分方程的解６）进行陷波时，现在仍然不能给出一个很好的解点，微分运算每增加一次，过零点就增加一个。（ｔ）１２＋（一ｃｔ）（：０２ｆ）（）决算法；而瑞利脉冲虽然可以通过选择最优的如果值固定并增加微分的次数，则相对带宽波形来实现占用带宽和中心频率的变换，但是会下降，同时中心频率会上升。式中，（是第ｎ阶长球面波函数，＝，也无法实现给定频段的陷波。ｆＪｎｌ，２因此，了实现自为图１给出了当ｒ２×１～１Ｊ：００时高斯脉３…… ；是（的特征值。常数ｃ可以表适应频谱包络，，ｆ）可以选择（下转２３页）６

超宽带定义与特性分析报告

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一、超宽带的定义超宽带（Ultra-Wideband,UWB）是一种无线通信技术，利用极宽的频谱带宽进行数据传输。

相较于传统的窄带和宽带技术，超宽带技术具有更高的数据传输速率、更低的功耗以及更强的抗干扰能力。

超宽带技术在精确定位、无线通信、雷达探测等领域具有广泛的应用前景。

（一）超宽带的基本原理超宽带技术通过发送和接收具有极宽频谱的信号来实现通信。

这些信号的带宽通常大于500MHz,或者相对带宽（即信号带宽与中心频率之比）大于20%。

超宽带信号可以采用脉冲无线电（ImPUlSeRadiO）或多频带正交频分复用（MB-OFDM）等方式产生。

1、脉冲无线电：脉冲无线电是超宽带技术的一种实现方式，它通过发送极短时间的脉冲信号来传输数据。

这些脉冲信号的持续时间通常在纳秒级别，具有极宽的频谱。

接收端通过检测脉冲信号的到来时间以及幅度等信息来恢复原始数据。

2、多频带正交频分复用：MB-OFDM是另一种超宽带实现方式,它将可用频谱划分为多个正交子载波，并在每个子载波上进行数据调制。

通过采用先进的信号处理算法，MB-OFDM可以实现高速数据传输和较低的误码率。

（二）超宽带的特性1、高数据传输速率：由于超宽带信号具有极宽的频谱带宽，因此可以实现非常高的数据传输速率。

这使得超宽带技术在需要传输大量数据的场景下具有优势，如高清视频传输、实时数据采集等。

2、低功耗：超宽带技术采用脉冲无线电或多频带正交频分复用等高效调制方式，使得在相同传输速率下，相较于其他无线通信技术，具有更低的功耗。

这有利于实现更长的设备续航时间，适用于物联网、可穿戴设备等低功耗应用场景。

3、强抗干扰能力：超宽带信号的宽频带特性使其具有较强的抗干扰能力。

在复杂的电磁环境下，超宽带技术可以保持稳定的通信性能，降低误码率。

窄脉冲发生电路

窄脉冲发生电路
窄脉冲发生电路是一种用于产生非常短脉冲的电路。

它通常由计时器、电容、电阻和触发器等组成。

窄脉冲发生电路广泛应用于计算机和通信等领域，用于实现时序控制、数据传输和信号处理等功能。

窄脉冲发生电路的工作原理是先充电，然后突然放电以产生脉冲。

具体步骤如下：
1. 通过计时器设置脉冲宽度。

计时器可以是定时器芯片或者集成电路。

2. 将电容连接到计时器的输出引脚，并通过一个电阻连接到地。

3. 当计时器输出一个高电平时，电容开始充电。

4. 当计时器输出变为低电平时，电容突然放电，产生一个非常短暂的脉冲。

5. 放电过程中，电压快速下降并持续一段时间，然后恢复到原始状态。

通过调整计时器的参数，可以控制脉冲的宽度和频率。

通常情况下，窄脉冲发生电路的脉冲宽度在几微秒到几纳秒之间。

基于FPGA的TH_UWB窄脉冲信号发生器设计与实现_李晓欢

基金项目:国家自然科学基金资助项目(60572054);获奖文章(2007年Nios Ò嵌入式软核处理器设计大赛)))中国赛区总决赛第十八名获优胜奖)基于FPGA 的TH -UWB 窄脉冲信号发生器设计与实现李晓欢a ,陈倩b ,李全a ,陈石平a(桂林电子科技大学a 1信息与通信学院;b 1信息科技学院,广西桂林541004)摘要:给出了一种基于FPGA 的TH -UWB 窄脉冲信号发生器的实现方法。

信号采用脉冲位置调制,调制后的信号利用FPGA 片内逻辑门的延时特性,编写延时程序产生携带调制信息的窄脉冲。

在Altera DE2开发平台下实现了全数字化的TH -UWB 信号发生器。

该发生器系统的信号调制、窄脉冲产生都在FPGA 芯片内部进行,与传统模拟发生器相比,可以使整个发生器成本显著降低,易于实现,工作稳定,结构简单且便于系统调试和更改。

时序仿真和硬件实测数据表明,所得信号能达到TH -UWB 纳秒量级窄脉冲的各项要求。

关键词:跳时超宽带;现场可编程门阵列;伪随机;窄脉冲信号中图分类号:TN78411 文献标识码:A 文章编号:1003-353X (2008)04-0336-03Design and Implementation of TH -UWB Narrow Pu lse Signals GeneratorBased on FPG ALi Xiaohuan a,Chen Qian b,Li Quan a,Chen Shipinga(a 1I n f ormation &Communication School;b 1In forma tion Technology Institute,Guilin Unive rsity o f Electronic Technology ,Guilin 541004,China)Abstract:TH -UWB pseudo pulse signal generator based on FPGA was proposed.The signal used pulseposition modulation,the modulated signal compile the programme of time dela y and produce the narro w pulse which carried the modulation information using the delay characteristics of logic gate within FPGA chip.Digital generator of TH -UWB pseudo pulse signal was implemented with Altera corporation DE2board.Signal modulation and narro w pulse production of the system work inside the FPGA chip,c ompaned with traditional one,it has the advantages of lo w costs,easy implementation,stable working,simple structure and easy debugging and changing.Timing simulation and experimental data of hardware indicate that the signals can achieves ns magnitude of TH -UWB narrower pulse requirements.Key words:TH -UWB;FPGA;pseudo random;narrow pulse signal EEAC C:1230J0 引言随着UWB (ultra wide band)信号产生与接收技术的发展,对UWB 信号传播特性的认识逐渐完善,UWB 在通信、雷达、定位、导航和电子对抗等诸多领域具有广泛的应用前景,已成为无线通信领域的一个研究热点。

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1282008年第12期，第41卷通信技术 Vol.41，No.12,2008 总第204期 Communications Technology No.204,Totally

超宽带极窄脉冲发生器的设计分析

王俊峰（云南省玉溪师范学院信息技术工程学院，云南玉溪 653100）

【摘要】讨论了双极性晶体管雪崩的工作原理，分析了采用级联双极性晶体管结构的超宽带极窄脉冲发生器的电路。通过实验获得的输出脉冲宽度为皮秒级的极窄脉冲，该脉冲的宽度、上升时间和幅度均较好地符合了极窄脉冲的要求。【关键词】超宽带；双极性晶体管；脉冲发生器；极窄脉冲【中图分类号】TN99 【文献标识码】A 【文章编号】1002-0802(2008)12-0128-03

Design of Ultra-wideband Very Narrow Pulse Generator WANG Jun-feng （School of Information Technology and Engineering, Yuxi Teachers’College, Yuxi Yunnan 653100, China）

【Abstract】This paper discusses the working principle of bipolar transistor avalanche, and analyzes the circuit of ultra-wideband very narrow pulse generator adopting cascade bipolar transistor structure. The output pulse width obtained from experiment is a very narrow pulse of the skin second class. And the width, rising time and amplitude of the pulse comparatively satisfies the requirements of very narrow pulse. 【Key Words】Ultra Wideband；Bipolar transistor；pulse generator；very narrow pulse

0 引言超宽带（UWB）技术是一种全新的无线通信技术，它不需要使用传统通信体制中的载波，而是通过发送和接收具有纳秒级或纳秒以下级的极窄脉冲来传输数据。一个典型的中心频率为2GHz(带宽为500ps)超宽带脉冲信号的时域波形及其频谱图分别如图1所示[1]。

一般通信技术都是把信号从基带调制到载波上，而超宽带则是通过对具有很陡上升和下降时间的冲激脉冲进行直接调制，从而具有GHz量级的带宽。超宽带具有对信道衰减不敏感、发射信号功率谱密度低、难于截获、抗多径、低成本、极好的穿透障碍物能力和定位精度高等优点。该技术尤其适用于室内等密集多径场所的高速无线接入通信、雷达、定位和高度测量应用中。按照美国联邦通信委员会FCC规定，超宽带脉冲信号的部分带宽2HLfHLffBff−=+大于20%，其中HLff、分别为－10dB

辐射点所对应的上、下频率点或者是指其总频谱带宽至少达到500[2]ZMH。超宽带是发射和接收超短电磁能量脉冲的技

术，它采用极窄脉冲直接激励天线，这些脉冲可以单独发射或成组发射，并且可以根据脉冲的幅度、相位和位置或它们

之间的有效组合来对信息进行编码，实现多址通信。图1 超宽带脉冲信号的时域波形及其频谱 1 超宽带极窄脉冲产生原理 1.1电路原理图超宽带发射机系统的简化图如图2所示，系统的信息调制采用脉冲位置调制（PPM）。从图中可以看到，超宽带发射收稿日期：2008-06-02。作者简介：王俊峰（1965-），男，副教授，主要从事电子技术、计算机通信与网络教学研究。 129

机部分可以不包含功率放大器，替代它的是一个脉冲发生器，它根据要求产生时间极短的窄脉冲直接激励超宽带天线进行辐射。驱动器主要用来提供一定的驱动能力，同时对前后级电路进行有效的隔离。超宽带脉冲发生器在超宽带无线通信系统中占据着极其重要的地位，是超宽带系统中独特的关键部件之一。超宽带通信系统的超宽带特性直接与脉冲发生器产生的脉冲形状相关，脉冲的持续时间越短，脉冲所占据的带宽就越宽。能否成功地设计超宽带脉冲发生器，关系到整个超宽带发射机系统的实现。

图2 超宽带发射机系统框 1.2雪崩效应原理为了分析脉冲发生器的电路，先对晶体管雪崩效应进行分析。晶体管三极管的输出特性分为四个区域：饱和区、放大区、截止区与雪崩区，如图3所示。当晶体管的集电极电压很高时，集电结空间电荷区内的电场强度比放大低压运用时大得多，进入集电结的截流子被强电场加速，从而获得很大的能量，它们与晶格碰撞时产生了新的电子－空穴对，新生的电子、空穴又分别被强电场加速而重复上述过程。于是渡过集电结的电流便“雪崩”式迅速增长，这就是晶体管的雪崩倍增效应。

图3 NPN晶体管的输出特性晶体管在雪崩区的运用主要有如下特点： (1) 晶体管的共基极电流增益M

αα

∗=，式中M为雪

崩倍增因子，α是晶体管的共基极电流增益。其物理意义是：

若有一个截流子进入集电结空间电荷区，则就有M个截流子流出空间电荷区[3]。 (2) 由于雪崩应用时集电结加有很高的反向电压，集电结空间电荷区向基区一则的扩展使有效基区宽度大为缩小，因而少数截流子通过基区的渡越时间大为缩短，即晶体管的有效截止频率大为提高。 (3) 图2给出了NPN型硅双极性晶体管的输出特性，当基极电流为负值（bI）时，发射结反偏，集电极电流cI随

集电极电压ceV和bI−急剧变化的区域是雪崩区。雪崩运用时

晶体管集电极－发射极之间呈负阻特性。 (4) 改变雪崩电容与负载电阻，所对应的输出幅度是不同的。即输出脉冲与雪崩电容和负载电阻有关[4]。

2 脉冲发生器的电路分析 2.1 电路分析利用双极性晶体管工作在雪崩区的雪崩式开关特性，设计了图4所示的超宽带脉冲发生器。首先采用了微波双极性晶体管，使得电路在较低的电源电压下能够正常可靠工作，稳定地输出一定幅度和宽度的超宽带脉冲，脉冲的重复工作频率可以达到50MHz以上，满足实际的使用需要[5]；其次采

用了并行同步触发方式，对多个晶体管的基极同时加入同步触发脉冲信号，消除了电路中存在的雪崩依次延时，使微波双极性晶体管同时产生雪崩击穿，大大地减小脉冲上升时间，获得非常理想的超宽带极窄脉冲。

图4 超宽带脉冲产生电路在没有加入触发脉冲信号时，电源电压Ec通过电阻

1R11与R、25RR与、36RR与、47RR与分别对电容

1234CCCC、、、进行充电，使得4个微波双极性晶体管

1234QQQQ、、、的集电结偏置在临界雪崩状态，于是储能电容1234CCCC、、、的两端所充的电压约等于集电结雪崩击

穿电压cboBV。当触发脉冲信号iV输入时，微波双极性晶体

管同时击穿，储能电容1234CCCC、、、所储存的电荷迅速地

通过1234QQQQ、、、和等效负载电阻12R放电，因此在负载

电阻上得到一个上升极短的超宽带极窄脉冲。 2.2 元件参数选择超宽带极窄脉冲发生器应选择的电路参数主要为微波双极性晶体管，储能电容1234CCCC、、、，集电极电阻

1234RRRR、、、，电阻11R与负载电阻12R，偏置电压CE等。（1）微波双极性晶体管：特征频率24

TZfGH=，集电

极－基极雪崩击穿电压cboVB＝15V，集电极－发射极雪崩击

穿电压ceoBV＝4.5V，集电极最大电流CI＝100mA。

（2）储能电容C：电容C为单个储能电容的值，C不应选择太大，C太大，输出脉冲的宽度加宽，电路恢复期太长；但也不能太小，C太小，输出脉冲振幅减小。一般选用5pF左右的云母电容或瓷片电容。（3）集电极电阻：集电极电阻1234RRRR、、、不应选择

太小，否则微波双极性晶体管可能长时间处于导通状态，导致温度过高而烧坏；但也不能太大，集电极电阻太大，就不能保证电路能够在静止期内恢复完毕。所以，集电极电阻通常选几千欧姆到几十千欧姆。（4）电阻11R与负载电阻12R，一般选取50欧姆左右较

为适当。 130

（5）偏置电压CE：适当选择偏置电压CE，使微波双

极性晶体管能够发生雪崩效应，同时还应满足CcboEBV≤，

CE一般选取6～12V的电压。

当基极触发电流bI增大时，脉冲上升时间rt会减小。为

了加大基极触发电流，超宽带极窄脉冲发生器中设计了驱动电路。由于晶体管的级联结构相当于各级输出脉冲进行乘积，使脉冲上升时间rt进一步减小。这里关键是解决好了雪

崩管触发的同时性问题，由于对多个晶体管的基极的并行同步触发，消除了各晶体管依靠传输依次延迟的雪崩时间，使得脉冲上升时间rt更短。

3 实验结果实验测试中，触发脉冲周期为1sµ，空占比为50%，利用DS－5062CA（60MHz）数字存储示波器测得。图5是在负载电阻12

R上测试得到的波形，从图中可以看出脉冲上升时

间为550ps，下降时间的为950ps，脉冲宽度为850ps，脉冲的幅度为8V。从图3所示电路具有极大的实用性，当在功率与脉冲的重复频率两者之间进行折衷选择时，可以通过改变电路中相应的元件与参数，获得不同需求的超宽带极窄脉冲信号。笔者采用微波双极性晶体管以串行级联并行同步触发的方式，成功地完成了一种超宽带极窄脉冲产生电路的设计，最后得到的输出脉冲其宽度、上升时间和幅度均较好地符合了极窄脉冲的要求。文中制作的电路具有结构简单、制作成本低、性能好的特点，在超宽带技术中具有实用价值。

U(V) 图5 测量输出脉冲波形参考文献 [1] John McCorkle.A tutorial on Ultra wideband technology[M]. XtremeSpectrum,Inc.2002: 45-58. [2] FCC.Revision of Part 15 of the Commission’s Rules Regarding Ultra-Wideband Transmission Systems[J]. First Report and Order,2002;(2):ET Docket 98-153. [3] 杨荫彪，穆云书.特种半导体器件及其应用[M].北京电子工业出版社出版，1981：55-60. [4] 樊孝明，邱昕，郑继禹.超宽带（UWB）极窄脉冲的产生与实现[J].电子技术应用，2005,（1）56-58. [5] 张屏英，周佑谟.晶体管原理[M].上海科学技术出版社，1985：297-302.

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超宽带窄脉冲产生方法比较

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超宽带基础知识

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超宽带基础知识

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超宽带极窄脉冲发生器的设计分析

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超宽带极窄脉冲发生器的设计分析

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第三章超宽带脉冲波形

超宽带实现技术-PPT

超宽带发射电路的设计研究

ALOHA脉冲超宽带网络的性能分析

10ns脉冲发生电路设计

基于CPLD的超宽带引信脉冲发生器设计

超宽带_UWB_通信中的脉冲波形研究

一种超宽带脉冲的设计新方法

用于超宽带穿墙雷达的窄脉冲产生技术

一种UWB脉冲发生器的设计与实现

超宽带皮秒级脉冲发生器

几种超宽带脉冲波形构造方法分析

超宽带定义与特性分析报告

窄脉冲发生电路

基于FPGA的TH_UWB窄脉冲信号发生器设计与实现_李晓欢

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