Ху Босюн1, Гэ Дун2, А.С. Овсянникова3, С.Б. Макаров4, А.С. Коротков5, С.В. Волвенко6, С.В. Завьялов7, А.С. Груздев8

1,3−8 Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого (Санкт-Петербург, Россия)

1,2 Университет Цинхуа (Китайская Народная Республика)

Постановка проблемы. Беспроводные сенсорные сети, отличающиеся высокой масштабируемостью, миниатюризацией и простотой обслуживания, нашли широкое применение в области авиации. Энергопотребление таких сетей определяется числом беспроводных датчиков, находящихся на борту самолета (как правило, их оказывается довольно много). Снижение энергопотребления может быть достигнуто за счет перехода к импульсной сверхширокополосной беспроводной технологии  IR-UWB при использовании схемы маломощного устройства генерирования сверхширокополосных узких импульсов. Поэтому разработка нового типа схемы устройства генерирования узких импульсов с адаптивностью по импульсу возбуждения и более высокой эффективностью является актуальной задачей.

Цель. Провести анализ устройств генерирования и разработать метод генерирования наносекундных импульсов, позволяющий адаптироваться к произвольной форме импульса возбуждения и обладающий более высокой энергоэффективностью. Результаты. Выполнен теоретический анализ принципа генерирования узкого импульса на основе ступенчатого диода. Получены аналитические выражения для амплитуды и ширины генерируемого импульса. В ходе моделирования определены оптимальные значения параметров схемы. Предложена новая топология схемы, обеспечивающая более высокий КПД и более выигрышные характеристики импульса по сравнению со схемами на основе КМОП-технологии, что подтверждается как при моделировании, так и экспериментально.

Практическая значимость. Предложенный метод генерирования наносекундных импульсов на основе ступенчатого диода позволяет адаптироваться к произвольному типу импульсов возбуждения и дает возможность построить схему устройства генерирования наносекундных импульсов, обладающего наилучшими характеристиками.

Ху Босюн, Гэ Дун, Овсянникова А.С., Макаров С.Б., Коротков А.С., Волвенко С.В., Завьялов С.В., Груздев А.С. Энергоэффективный генератор наносекундных импульсов // Радиотехника. 2021. Т. 85. № 11. С. 117−137. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486202111-17

1. Costanzo A., Masotti D., Fantuzzi M. and Del Prete M. Co-Design Strategies for Energy-Efficient UWB and UHF Wireless Systems // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. May 2017. V. 65. № 5. Р. 1852−1863. DOI: 10.1109/TMTT.2017.2675882. 
2. Moll J.L., Hamilton S.A. Physical modeling of the step recovery diode for pulse and harmonic generation circuits // Proceedings of the IEEE. 1969. V. 57. № 7. Р. 1250−1259.
3. Han J.W., Nguyen C. Ultra-wideband electronically tunable pulse generators // IEEE Microwave and Wireless Components Letters. 2004. V. 14. № 3. Р. 112−114.
4. Han J., Huynh C., Nguyen C. Tunable monocycle pulse generator using switch controlled delay line and tunable RC network for UWB systems // 2010 IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium. 2010.
5. Protiva P., Mrkvica J., Machac J. A Compact Step Recovery Diode Subnanosecond Pulse Generator // Microwave and Optical Technology Letters. 2010. V. 52. № 2. Р. 438−440.
6. Kamal A., Bhattacharya A., Tamrakar M., Roy C. Low-Ringing and Reduced-Cost Step Recovery Diode Based Uwb Pulse Generators for Gpr Applications // Microwave and Optical Technology Letters. 2014. V. 56. № 10. Р. 2289−2294.
7. Crepaldi M., Li C., Dronson K., Fernandes J., Kinget P. An Ultra-Low-Power interference-robust IR-UWB transceiver chipset using self-synchronizing OOK modulation // 2010 IEEE International Solid-State Circuits Conference (ISSCC) 10.1109/ISSCC.2010.5433960. 2010. Р. 226−227.
8. Park Y., Wentzloff D.D. An All-Digital 12 pJ/Pulse IR-UWB Transmitter Synthesized from a Standard Cell Library // IEEE Journal of Solid-State Circuits. 2011. V. 46. № 5. Р. 1147−1157.
9. Solda S., Caruso M., Bevilacqua A., Gerosa A., Vogrig D., Neviani A. A 5 Mb/s UWB-IR Transceiver Front-End for Wireless Sensor Networks in 0.13 mu m CMOS // Ieee Journal of Solid-State Circuits. 2011. V. 46. № 7. Р. 1636−1647.
10. Коротков А.С. Устройства приема и обработки сигналов. Микроэлектронные высокочастотные устройства радиоприемников систем связи: Учеб. пособие. СПб: Изд-во Политехн. ун-та. 2010. 223с.