UWB 超寬帶天線 3-10G 2.5 增益

Name: UWB 超寬帶天線 3-10G 2.5 增益
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工作頻率：3-10G

發射功率：5W

電壓駐波：小於2.5

增益：2.5

超寬帶技術特點：

(1) 傳輸速率高，空間容量大

對於香農信道容量公式，系統在加性高斯白噪聲（AWGN）信道中的無差錯傳輸速率上限為：

C = B × log2 (1 + 信噪比)

其中 B（單位：Hz）是信道帶寬，SNR 是信噪比。在 UWB 系統中，信號帶寬 B 高達 500 MHz 至 7.5 GHz。因此，即使信噪比 SNR 較低，UWB 系統也可以在短距離內實現數百兆赫到 1 Gb/s 的傳輸速率。例如，如果使用 7 GHz 帶寬，即使信噪比低至 -10 dB，理論信道容量也可以達到 1 Gb/s。因此，UWB技術非常適合短距離高速傳輸應用（如高速WPAN），可以大大提高空間容量。理論研究表明，基於 UWB 的 WPAN 的空間容量比當前的 WLAN 標準 IEEE 802.11.a 高一到兩個數量級。

(2) 適合短距離通訊

根據FCC規定，UWB系統的輻射功率非常有限，3.1GHz到10.6GHz頻段的總輻射功率僅為0.55mW，遠低於傳統窄帶系統。隨著傳輸距離的增加，信號功率會不斷衰減。因此，接收信噪比可以表示為傳輸距離SNRr (d )的函數。對於香農公式，信道容量可以表示為距離的函數。

C(d)=B×log2[1+SNRr(d)] (2)

此外，超寬帶信號具有極其豐富的頻率成分。眾所周知，無線信道在不同頻段表現出不同的衰落特性。由於隨著傳輸距離的增加，高頻信號衰落速度極快，這會導致UWB信號失真，從而嚴重影響系統性能。研究表明，當收發器之間的距離小於 10m 時，UWB 系統的信道容量高於 5GHz 頻段的 WLAN 系統。當收發器之間的距離超過12m時，UWB系統在信道容量上的優勢將不復存在。因此，UWB系統特別適用於短距離通信。

(3) 良好的共存性和保密性

由於UWB系統的輻射譜密度極低（小於-41.3dBm/MHz），對於傳統的窄帶系統，UWB信號的譜密度甚至低於背景噪聲水平。 UWB 信號對窄帶系統的干擾可視為寬帶白光。噪音。因此，UWB系統與傳統窄帶系統具有良好的共存性，對於提高日益緊張的無線頻譜資源的利用率非常有利。同時，極低的輻射譜密度使得UWB信號非常隱蔽，難以攔截，對提高通信保密性非常有利。

(4) 多徑分辨率強，定位精度高

由於 UWB 信號使用的脈衝很窄，持續時間很短，因此它的時間和空間分辨率非常強。因此，UWB 信號的多徑分辨率非常高。極高的多徑分辨率賦予 UWB 信號高精度測距和定位能力。對於通信系統，必須辯證分析UWB信號的多徑分辨率。無線信道的時間選擇性和頻率選擇性是製約無線通信系統性能的關鍵因素。在窄帶系統中，無法區分的多徑會導致衰落，而 UWB 信號可以使用分集接收技術將它們分離和組合。因此，UWB系統具有很強的抗衰落能力。但是，UWB信號極高的多徑分辨率也會導致信號能量的嚴重時間色散（頻率選擇性衰落），接收機必須通過犧牲複雜度（增加分集數）來捕獲足夠的信號能量。這將對接收機設計提出嚴峻挑戰。在實際的 UWB 系統設計中，必須對信號帶寬和接收器複雜性進行折衷以獲得理想的性價比。

(5) 體積小、功耗低

傳統的 UWB 技術不需要正弦載波，數據經過調製以在納秒或亞納秒的基帶窄脈衝上傳輸。接收機使用相關器直接進行信號檢測。收發器不需要復雜的載波頻率調製/解調電路和濾波器。因此，可以大大降低系統複雜度，降低收發器體積和功耗。 FCC對UWB的新定義在一定程度上增加了無載波脈衝整形的難度。但是，隨著半導體技術的發展和新型脈衝發生技術的出現，UWB系統仍然繼承了傳統UWB體積小、功耗低的特點。

UWB脈衝形成技術：

任何數字通信系統都必須利用與信道匹配良好的信號來承載信息。對於線性調製系統，調製信號可以統一表示為：

s(t)=∑Ing(t -T ) (3)

其中In為承載信息的離散數據符號序列； T是數據符號的持續時間；

g(t)是時域整形波形。通信系統的工作頻段、信號帶寬、輻射譜密度、帶外輻射、傳輸性能、實現複雜度等因素取決於g(t)的設計。

對於 UWB 通信系統，整形信號 g(t) 的帶寬必須大於 500 MHz，信號能量應集中在 3.1 GHz 到 10.6 GHz 頻段。早期的 UWB 系統使用納秒/亞納秒無載波高斯單週期脈衝，信號頻譜集中在 2 GHz 以下。 FCC對UWB的重新定義和頻譜資源的分配對信號整形提出了新的要求，信號整形方案必須進行調整。近年來，出現了許多有效的方法，如基於載波調製的成形技術、Hermit正交脈衝整形和橢圓波（PSWF）正交脈衝整形。

高斯單週期脈衝：

高斯單週期脈衝，即高斯脈衝的導數，是最具代表性的無載波脈衝。每一階脈衝波形可以通過從高斯一階導數連續推導得到。

隨著脈衝信號階數的增加，過零點的數量逐漸增加，信號的中心頻率向高頻方向移動，但信號的帶寬變化不大，相對帶寬逐漸減小。早期的 UWB 系統使用一階、二階脈衝，信號頻率分量從 DC 持續到 2 GHz。根據 FCC 對 UWB 的新定義，必須使用 4 級或更高階的亞納秒脈衝才能滿足輻射頻譜要求。圖 3 顯示了一個典型的 2 ns 高斯單週期脈衝。

載波調製成型技術：

原則上，只要信號-10dB帶寬大於500MHz就可以滿足UWB要求。因此，用於配備載波的通信系統的傳統信號整形方案可以移植到 UWB 系統。此時UWB信號設計轉化為低通脈衝設計，通過載波調製，信號頻譜可以在頻率軸上靈活移動。

帶載波的整形脈衝可表示為：

w(t)=p(t)cos(2πfct)(0≤t≤Tp) (4)

其中 p(t) 是持續時間為 Tp 的基帶脈衝； fc 為載波頻率，即信號中心頻率。如果基帶脈衝 p(t) 的頻譜為 P(f)，則最終整形脈衝的頻譜為：

可以看出，整形脈衝的頻譜取決於基帶脈衝p(t)，只要p(t)的-10dB帶寬大於250MHz就可以滿足UWB設計要求。通過調整載波頻率 fc，信號頻譜可以在 3.1GHz 到 10.6GHz 範圍內靈活移動。如果與跳頻（FH）技術相結合，可以方便地構建跳頻多址（FHMA）系統。這種脈衝整形技術用於許多 IEEE 802.15.3a 標準提案中。圖 4 顯示了一個典型的載波校正餘弦脈衝，其中心頻率為 3.35 GHz，-10 dB 帶寬為 525 MHz。

Hermite正交脈衝：

Hermite 脈衝是一類正交脈衝整形方法，最初是為高速 UWB 通信系統提出的。結合多進制脈沖調制可以有效提高系統傳輸速率。這種類型的脈衝波形源自 Hermite 多項式。脈衝整形方法的特點是能量集中在低頻，各階波形的波形相差很大，利用載波移位頻譜可以滿足FCC要求。

PSWF正交脈衝：

PSWF脈衝是一種類似類型的“限時限帶”信號，在限帶信號分析中具有很好的效果。

與 Hermite 脈衝相比，PSWF 脈衝可以直接根據目標頻帶和帶寬要求進行設計，無需複雜的載波調製來進行頻譜偏移。因此，PSWF脈衝屬於無載波形成技術，有利於簡化收發器的複雜度。

UWB調製和多址技術：

調製方式是指信號攜帶信息的方式。它不僅決定了通信系統的有效性和可靠性，而且影響信號的頻譜結構和接收機複雜度。針對多址技術解決多用戶共享信道的問題，合理的多址方案可以大大提高多用戶容量，同時減少用戶之間的干擾。 UWB系統中使用的調製方案可分為兩大類：基於超寬帶脈衝的調製和基於OFDM的正交多載波調製。多址技術包括：時跳多址、跳頻多址、直接擴頻碼分多址和波分多址。在系統設計中，調製方式和多址方式可以合理結合。

超寬帶調製技術：

(1) 脈衝位置調製

脈衝位置調製 (PPM) 是一種使用脈衝位置來承載數據信息的調製方案。根據所使用的離散數據符號狀態的數量，可分為二進制PPM（2PPM）和多進制PPM（MPPM）。在這種調製方式下，一個脈衝重複週期內可能出現兩個或M個脈衝位置，脈衝位置與符號狀態一一對應。根據相鄰脈衝位置的距離與脈衝寬度的關係，可分為部分重疊PPM和正交PPM（OPPM）。在部分重疊的PPM中，為了保證系統傳輸的可靠性，通常選擇脈沖自相關函數的負脈衝點彼此相鄰，從而最大化相鄰符號的歐幾里得距離。在 OPPM 中，脈衝位置通常以脈衝寬度為間隔確定。接收器使用相關器在相應位置執行相干檢測。鑑於UWB系統的複雜性和功率限制，在實際應用中，常用的調製方式為2PPM或2OPPM。

PPM的優點是只需要根據數據符號控制脈衝位置，不需要控制脈衝幅度和極性，因此可以以較低的複雜度實現調製解調。因此，PPM是早期UWB系統中廣泛使用的調製方法。然而，由於 PPM 信號是單極性的，因此在輻射譜中經常會出現幅值較高的離散譜線。如果不抑制這些線，將很難滿足 FCC 對輻射頻譜的要求。

(2) 脈衝幅度調製

脈衝幅度調製（PAM）是數字通信系統最常用的調製方法之一。在 UWB 系統中，多進制 PAM (MPAM) 不應用於實現複雜性和功率效率。 UWB 系統中常用的 PAM 有兩種使用方式：開關鍵控 (OOK) 和二進制相移鍵控 (BPSK)。前者採用非相干檢測可以降低接收機的複雜度，而後者採用相干檢測可以更好地保證傳輸的可靠性。

與2PPM相比，BPSK在相同輻射功率下可以獲得更高的傳輸可靠性，並且輻射頻譜中不存在離散頻譜。

(3) 波形調製

波形調製（PWSK）是一種結合多正交波形（如 Hermite 脈衝）提出的調製方案。在這種調製方式中，使用M個相互正交的等能量脈衝波形來承載數據信息，每個脈衝波形對應一個M進制數據符號。在接收端，採用M個並行相關器進行信號接收，採用最大似然檢測完成數據恢復。由於各種脈衝能量相等，可以在不增加輻射功率的情況下提高傳輸效率。在脈寬相同的情況下，可以實現比MPPM更高的符號傳輸率。在相同符號率下，其功率效率和可靠性均高於 MPAM。由於這種調製方法需要更多的整形濾波器和相關器，因此實現複雜度更高。因此，在實際系統中很少使用，目前僅限於理論研究。

套餐包括：

1 x UWB 超寬帶天線