基于遗传算法的超宽带滤波器的设计(2)

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4.1 设计约束条件 26

4.2 适应度值的定义 27

4.3 遗传操作 27

4.4 设计案例 31

结论 34

致谢 36

参考文献 37

1 绪论

由于信息产业飞速发展，无线通信设备以及射频微波电路的设计指标和复杂性越来越高。长久以来作为电路系统中最重要的无源器件之一，滤波器设计方法的改进和指标的提升从来就是研究焦点，其建模以及优化方面的设计方法一直以来也得到专家学者们的重点关注。

微带线之所以成为最普遍使用的平面传输线之一，主要原因是它能用照相印制工艺来处理加工，并且容易和另外的无源、有源微波器件集成。微带虑波器拥有像尺寸紧凑、制作简易方便等优点，已被广泛应用于微波电路。这种类型的滤波器的设计，可以利用在等效电路模型的基础上来实现源]自=751-·论~文"网·www.751com.cn/ ，也可以利用电磁仿真软件来完成。基于优化算法的微带滤波器的建模与设计可以大大提高微带滤波器设计的工作效率和设计的准确性，从而能够有效设计出高性能、高精度、小型化微带滤波器。

本文提出了一种基于改进遗传算法的微带带通滤波器自动设计方法，根据滤波器的性能指标，在不预先确定滤波器结构的情况下，基于改进遗传算法对带通滤波器的拓扑结构及相应的电参数进行搜索及优化，不依赖先验知识而获得最优解。该方法自动化程度高，便于实施，大大缩短了微带带通滤波器的建模和设计的周期，同时提高了带通滤波器的设计精度，解决了经典滤波器设计方法所不能解决的一系列问题，具有很强的的理论意义和工程价值。

1.1 超宽带技术

超宽带(UWB，Ultra Wide Band)无线电技术在目标跟踪系统、精确定位系统、无线电通信系统、地面穿透雷达系统、医疗成像系统等诸多领域都有十分广阔的应用前景。在UWB雷达系统中，“超宽带”是指电磁波波形的相对能量带宽大于0.2一0.25的任何波形。其中信号的相对带宽为（表示信号低端频率，表示信号高端频率），表示信号带宽，那么中心频率为。其表达式为:

美国国防部高级计划局(DARPA)于1990年开始对超宽带技术进行验证。在2002年2月，美国联邦通信委员会(FCC)发布了关于超宽带技术的《第一次报告与规范》(“First Report and Order”)，允许超宽带技术应用于商业。在超宽带技术发展史上这是一个重要里程碑。自此，越来越多的人开始关注超宽带技术，特别是超宽带无线通信。

在《第一次报告与规范》中，FCC还给出了另一种UWB定义方法：如果一个信号-1OdB辐射点的带宽在500MHz以上，无论相对带宽是多少，都可认为它是一个UWB信号。

滤波器可以将不同的频率组合或分开，如倍频器以及变频器可抑制没用的频率，在发射机端还可以过滤所需发射频率之外的频率，又或是可以在接收机端抑制排除工作频率之外的其他频率的干扰。一般情况下，滤波器的性能可直接影响到无线电系统的性能好坏。FCC允许超宽带的技术的商业应用后，欧盟、美国都投入了很多的人力、财力开始研究。2001年，我国也将“超宽带无线通信关键技术及其共存与兼容技术”列入了国家“十五”计划中，以鼓励、引导国内学者加强对这方面的研究。