超宽带滤波器技术.pdf

Zhang-Cheng Hao ，Jia-Sheng Hong 超宽带 滤波器技术 随着联邦通信委员会（FCC ）于2002年二月起[1]正式建议无需许可证便可以 使用从3.0GHz 到10GHz的超宽带（UWB ）通信频谱开始，学术界和私立工业 界对UWB技术的研究热情日益高涨。UWB系统具有若干个优点：其带宽为 7.5GHz ，可以支持高速率数据（直到500Mb/s ）；在由短脉冲激励而产生的 宽频谱上具有很低的能量密度，这不仅仅使得UWB系统很难被窃听，而且还 将其它无线电系统的干扰减到最小程度；并且它们还具有极低的传输能量 （小于1.0mW ），这对于手提式无线电系统来说是非常有利的。UWB技术已 被用于许多应用之中，如定位，用于救援在许多紧急情况下被掩埋在倒塌的 建筑物下面幸存者的雷达搜救系统，成像，和短距离高速率数据通信系统以 及用于个人计算机和电子设备的无线个人区域网络（WPAN ）。 图1 （a ）和（b ）是IEEE 802.15.4a 无载波标准所规范的低功耗UWB通信 系统典型的发射机和接收机方框图[2]。其频谱和由FCC所定义的框架分别示 于图1 （c ）和（d ）中[1]，[3]。 由于只有低功率信号被发射出去，以及不需 要在载波上进行调制，因此，UWB发射机和接收机架构比窄带通信系统要简 单得多。窄带系统通常需要一个昂贵的混频器和振荡器来用于接收机以及一 个大功耗功率放大器来用于发射机中。因此，UWB系统的成本远远低于一个 窄带通信系统。 __________________________________________________________________________ Zhang-Cheng Hao and Jia-Sheng Hong (J.Hong@hw.ac.uk) are with the Department of Electrical, Electronic, and Computer Engineering, Heriot-Watt University, Edinburgh, EH14 4AS, U.K. 56 IEEE microwave magazine June 2010 56 IEEE microwave magazine June 2010 图 1 展示出 UWB 带通滤波器是 UWB 系统的一个 关键元件。带通滤波器可以抑制不需要的信号并且可以 改善 UWB 系统的性能。为了发射和接收高质量的信号， UWB 带通滤波器不仅需要一个超宽的通带，而且还需 要具有一个高选择度来抑制来自于现有系统如 1.6GHz 的全球定位系统（GPS ）和 2.4GHz 蓝牙系统的信号。 此外，在有些情况下，UWB 带通滤波器需要引入陡峭 的陷波频段来减小存在于 UWB 通带内的无线电系统的 干扰。这些要求增大了 UWB 滤波器设计者所面临的挑 战。然而，由于传统滤波器理论是基于窄带假设的基础 之上的，不能用来设计 UWB 带通滤波器[4]，[5]，因此， 人们需要开发用于 UWB 带通滤波器设计的新的技术和 方法。 近些年，人们已经提出了若干用于 UWB 滤波器的 设计方法[6]-[43] 。这些方法可以分类为多模谐振器 （MMR ）法[6]-[11]，混合微带线/共面波导（CPW ）法 [12]-[18]，优化短路截线法[19]