基于混沌信号的超宽带收发机关键技术的研究

With the rise of Internet of Things, wearable devices and wireless USB technology, Ultra-Wideband chaotic technology is now a promising technique with great potential in high-speed large capacity indoor wireless communication. The goal of this topic is to research the key techniques in chaotic UWB transceiver, and study the problem and solution of wideband chaotic oscillator and broadband VGA in the transceiver. 1st, this research studies the band improvement technique, proposes a dual inductor two stage chaotic oscillation circuit, realizes a wideband chaotic UWB signal source. 2nd, this research studies the load-carrying capacity improvement technique, proposes a tribe inductor differential chaotic oscillation circuit, realizes a wideband chaotic UWB signal source with load capacity between 50~500Ω. 3rd, this research studies the broadband matching technique of amplifiers, proposes a stepped traveling wave amplifier, realizes a low noise UWB VGA. Based on the research of above key techniques, this topic researches and optimizes the chaotic UWB transceiver system, designs a integrated chaotic transceiver chip for UWB system based on CMOS technology, and verifies the key theories and techniques we proposes in this research.

随着物联网、智能穿戴设备以及无线USB技术的迅猛发展，高速率、低功耗的超宽带混沌通信技术在室内高速大容量无线通信领域展现出巨大的应用潜力。本课题旨在研究超宽带混沌收发机的关键技术，探索其中超宽带混沌振荡器和超宽带可变增益放大器存在的问题和解决方案。通过研究振荡器带宽提升技术，提出一种双电感两级混沌振荡电路，实现宽频带的超宽带混沌振荡器；通过研究振荡器负载驱动能力提升技术，提出一种三电感差分混沌振荡电路，实现在50~500Ω负载条件下能够稳定振荡的超带宽混沌振荡器；通过研究放大器的宽带匹配技术，提出一种阶梯型行波传输匹配放大器，实现超宽带低噪声的可变增益放大器；在以上关键技术的研究基础之上，对混沌收发机系统进行研究和优化，最终开发出一种应用于超宽带系统的全集成混沌收发机芯片，并通过CMOS工艺流片验证上述关键技术和理论可行性。

随着物联网、智能穿戴设备以及无线USB技术的迅猛发展，高速率、低功耗的超宽带混沌通信技术在室内高速大容量无线通信领域展现出巨大的应用潜力。本课题旨在研究超宽带混沌收发机的关键技术，探索其中超宽带混沌振荡器和放大器以及其他组件存在的问题和解决方案。通过研究振荡器带宽提升技术，提出一种双电感两级混沌振荡电路，实现宽频带的超宽带混沌振荡器；通过研究振荡器负载驱动能力提升技术，提出了一种新型混沌振荡电路，实现了30~800Ω负载条件下能够稳定振荡的超带宽混沌振荡器；通过研究低噪声放大器的宽带匹配技术，提出了一种新型低噪声放大器，实现了3-10GHz范围内超宽带信号的低噪声放大。通过研究滤波器的宽带滤波技术，提出了一种新型宽带滤波器，实现了3.1-10.6GHz范围内对超宽带信号的有效滤波。.基于上述研究，本课题建立了一套超宽带混沌收发系统的设计理论和方法，并以流片的方式对所研究的理论和相关技术进行了验证和完善。首先对关键模块进行了设计和流片，包括超宽带混沌振荡器、超宽带低噪声放大器以及超宽带滤波器。其中超宽带混沌振荡器芯片的有效振荡频率达到了14GHz，有效频谱功率也达到了0dBm左右; 在3-10GHz范围内，超宽带低噪放芯片的噪声系数低至4dB以下，增益达到20dB。超宽带滤波器芯片的增益插损小于-2dB，反射系数小于-15dB，同时在2GHz时的边带抑制达到了-30dB。最终，设计了超宽带混沌收发机整体电路样片，使其在 3.1-10.6GHz频段范围内稳定工作并达到了研究目标中设定的指标。