宽带和窄带的区别及各自的优点是什么?

2022-07-05 09:40:03 admin 249

带宽的定义

通常,这里说的带宽是指在电路、组件频率响应或信号功率谱-3dB点之间的差值。对于一个正弦脉冲信号,脉宽的倒数近似为-3dB信号带宽。当然也有用信号所占有的频率范围来定义信号带宽,也就是用最高频率减去最低频率 (FH-FL)。

其他带宽定义包括X dB带宽,具体定义见下图。另外,平时也会遇到“工作带宽”、“瞬时带宽”等说法。雷达工作带宽常常是指该雷达可能工作的频率范围,例如我们常听到的S波段雷达、X波段雷达或者毫米波雷达等,是指雷达工作时的频率在该范围内。

瞬时带宽往往指雷达信号带宽,根据雷达模式从几MHz~几百MHz。对于相控阵雷达,瞬时带宽会受到一定的限制。当信号具有一定带宽时,以中心频率设计的移相器波控码不变,对相位的权值不变,但由于相对于中心频率的偏离,会导致波束扫描的指向会发生偏离。另外,在接收宽带信号时,由于孔径渡越时间的限制,阵列两端的信号不能同时相加,会导致波形展宽。也就是说要实现相控阵天线的大瞬时带宽,需要解决上述问题。

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窄带、宽带和超宽带

并不是说带宽小的就是窄带或者带宽大的就是宽带、超宽带,所谓窄带宽带超宽带是基于相对带宽来说的,相对带宽是用带宽除以中心频率获得的。从James D. Taylor的“Ultrawideband Radar: Applications and Design”的书中找到了有价值的参考依据。大家可以看到不同的来源对超宽带雷达的定义略有不同。

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在Wick的“Principles of Waveform Diversity and Design”的书中给出了窄带、宽带和超宽带的定义,该书中将雷达通信和电子战对带宽的定义稍作区别对待,且看下表。

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昨日文章《从大气衰减图,看毫米波雷达的常用频段》中提到“77GHz频段比24GHz频段的带宽更宽、波长更短,分辨能力能提升三倍以上”是指若相对带宽的要求相同时,77GHz频段可用的带宽可以比24GHz频段大三倍以上。并不是说所有的77GHz频段雷达就比24GHz频段的分辨率高三倍以上,还是要看具体雷达的信号带宽等参数。

超宽带无线通信系统

超宽带无线通信信号占用极宽的频带,可与其他通信系统共享频谱资源,功率谱也可以做到极低,从而不去干扰其他通信系统,它是短距离无线通信领域研究的热点,例如智能交通、消防、军事通信等。超宽带无线通信有脉冲体制和载波体制两种。

脉冲体制的超宽带通信技术采用基带窄脉冲信号,无需进行载波的调制和解调,通过脉冲序列携带信息,可以做到系统简单、功耗低,信号穿透能力还挺强。

信息调制到基带窄脉冲序列上的技术主要有跳时技术、脉冲位置调制技术以及脉冲极性调制技术等。信号检测的方法一般有峰值检测法、能量检测法和相关检测法等。

在发送端用与信道冲激响应相匹配的滤波器对发射信号进行预滤波,可以使接收信号更加集中,达到简化接收机机构,提高信息传输速率的作用。在接收端可以进行高速采样和低精度量化成数字信号再检测。

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脉冲体制的超宽带信号需要满足的条件有两个:带宽和功率。峰值功率下降10dB时相对带宽大于20%,或者绝对带宽大于500MHz。另一个条件就是有效全向辐射功率(EIRP)也被加以了限制,应用场景不同频段不同,对功率的限制不同。

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超宽带雷达系统

超宽带雷达系统在树丛穿透、掩埋或隐蔽目标探测、高分辨测绘成像等领域应用突出。超宽带雷达使用多种信号形式,包括短脉宽的脉冲、步进频率编码信号、脉冲序列编码信号、随机噪声信号等。

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