uwb滤波器研究与设计

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1、促进了各种UWB器件的研制。作为UWB系统的关键器件之一，UWB滤波器也得到了长足发展。为了适应微波集成电路小型轻便化的要求，滤波器不仅要性能好，而且要体积小、结构紧凑。这对于波长只有厘米级的UWB系统而言，的确是一个棘手的难题。最初的UWB滤波器是H．Harada等人于2003年提出来的，微带馈线安置在一种特殊的复合材料表面，这种材料对高频信号可实现较大的衰减。但这种滤波器的插入损耗达到6dB，远远不能满足现代UWB系统的要求。而后，H．Ishida等人在2004年提出了一种环型UWB滤波器，微带环采用阶跃阻抗形式，其周长为丸(对应通

2、带的中心频率厶)，开路支节并联在微带环上，利用支节的微扰作用，可以组成双模环形谐振器。通过调节微带环和支节的阻抗，可以控制衰减极点的频率，从而实现通带范围的选择。Zhu等人将阶跃阻抗谐振器(SIR，StepImpedanceResonator)与五／4平行耦合微带线组合，提出了一种典型的UWB滤波器结构。SIR作为多模谐振器，利用它的三个谐振模式，确保了通带范围正好落在UWB频段内；改变五／4耦合线的长度和间隙，可以调节耦合作用的强弱和谐振点的频率，从而得到性能良好的UWB滤波器，其通带范围内存在多个谐振点，由SIR和祸合线共同产生。以

3、上述的多模谐振器一力／4耦合线为基础，后来又演变出了许多新型结构。Wang等人提出了混合微带一共面波导(CPW，CoplanarWaveguide)结构组成的UWB滤波器，在微带线的地板上蚀刻出CPW-SIR，利用它的多模谐振性来调节通带范围。微带线通过介质与CPW发生紧耦合作用，这种宽边耦合存在固有的宽带传输特性，利用这种微带一共面波导过渡的方法，得到了结构紧凑的UWB滤波器。同样的，该滤波器通带范围内也有多个谐振点。Gao等人提出了CPW高低阻抗线结构的UWB滤波器，该CPW谐振器的耦合峰决定了通带的范围，也产生了三个均匀分布的谐振

4、点。并联的短路支节用来提高滤波器的电感耦合，使得中心频率的两侧形成两个新的极点。利用共面波导的单平面特性，该短路支节只需要简单的蚀刻工艺即可实现，因此减少了不必要的损耗，优化了滤波器的性能。此外，G．L．Matthaei等人提出了具有并联或串联名／4短截线结构的滤波器，并给出了具体的设计方法。它以平行耦合线级联结构滤波器的设计方法为基础，并做了适当的修改。这种方法在典型的短截线滤波器中给出了合理的阻抗电平，同时也完全应用了电路所有的自然振荡模。利用这种短截线结构来设计UWB滤波器十分方便。Shaman等人利用五／2连接线分隔的五个五／4

5、短路支节，组成了类似切比雪夫九阶滤波器的结构，其通带内有九个极点。为了产生新的传输零点来改善滤波器的选择特性，引入了交叉耦合的概念，通过I／O线的紧耦合，在通带的边沿得到了两对传输零点。同时，采用90。折线形式进一步缩减了滤波器的尺寸，使2得结构更加紧凑。尽管这种滤波器性能良好，但也不能无限制的提高滤波器的阶数，否则通带内不断增大的插入损耗将导致该滤波器不可用。目前，国内对于UWB滤波器的研究尚处于起步阶段，药等人提出了一种基于共面波导的UWB滤波器。中间导带和两边接地板之间用细的金属带相连，形成了短路端，可以抑制通带外的低频部分。利用

6、带通滤波器中的耦合电路能够实现阻抗变换的功能，把电容、电感耦合电路分别用J、K变换器来表示，J变换电路可以通过CPW的缝隙结构来实现，K变换电路可以通过两端的短路线来实现。根据上述原理，实现了尺寸仅为O．36无的UWB滤波器，可以满足多种小型电路的使用要求。可以预见，凭借UWB无线电抗衰落、抗干扰、容量大、速率高、功率低等突出优点，UWB技术在无线通信领域中将具有革命性的进展，其前景十分诱人。同时，它也给我们提出了更多的挑战，因为现存的多数系统工作在同一频段，相互间的干扰问题将不得不考虑。作为UWB系统的重要组成部分之一，UWB滤波器也

7、将成为未来研究的热点，并且很容易形成产业化的优判31。1．3研究方法和手段现代通信技术的发展，使得射频／微波系统的复杂度和技术指标越来越高，设计工程师同时面临着设计周期和设计成本的巨大压力，迫切需要好的设计工具和设计方法来实现高效率的精确设计。同时，为了进一步考察电路中能量的分布情况，我们有必要得到场量的详细解，借助于全波分析法，就能很容易的达到这一目的。全波分析法是一种精确的电磁分析技术，包括时域有限差分法(FDTD)、有限元法(FEM)、矩量法(MOM)、传输线矩阵法(TLM)、积分方程法(IE)等等。现行的许多电磁仿真软件都是基于

8、这些算法来实现场量的精确求解。例如，Ansofl公司将FEM算法用于高频和高速部件的电磁场计算，开发出了HFSS(HighFrequencySimulationStructure)软件。HFSS能够对任意三