115338_张钊_超宽带陷波天线设计与仿真_中期报告_1430210967224要点.doc

河北工业大学城市学院2015届本科毕业设计（论文）中期报告 毕业设计（论文）题目：超宽带陷波天线设计与仿真 学生信息： 学号：姓名： 班级：通信 指导教师信息： 姓名： 夏克文 职称：教授 报告提交日期：2014年4月日 本课题中期任务主要研究了超宽带(UWB，Ultra Wideband)脉冲设计与窄带干扰抑制等问题。 （1）UWB的干扰来源和对象由于 UWB脉冲持续时间非常短其频谱可能宽达数 GHz理论上它对现存所有电子系统都会产生干扰同时 UWB系统也将受到来自其它无线通信系统的干扰。总体来说与 UWB相互干扰的无线系统主要是地面通信系统(固定点对点系统 蜂窝通信和广播) GPS； 卫星通信 无线电导航或是探测系统 工作在波段系统比如 80211a，802.11b，Bluetooth等 其它业余无线电。这些无线系统相对于 UWB而言都可以看成是窄带系统。 UWB系统对窄带系统的干扰抑制 1. 脉冲波形设计 传统采用高斯脉冲、Rayleigh脉冲、PSWFs脉冲、小波函数等以及它们的高次阶脉冲， 其能量主要集中在某段频谱上不能充分挖掘UWB的潜力。新的脉冲波形设计既要符合FCC 的功率限制并尽可能逼进FCC规定的功率最大限， 同时也要考虑到与其它系统的共存问题。文献[1]提出了采用Doublet脉冲的方式来避免对 GPS等的干扰， 但其脉冲频谱上的零点不是随意可调的， 脉冲频谱零点的宽度也难于控制， 因此学者们提出了另外的一些解决方案， 其中很多思想都与软频谱自适应(SSA)设计方案接近， 即在时域上设计一组脉冲波形， 每个脉冲波形能高效率地匹配上目标功率谱形状的一部分， 再通过组合脉冲合成不同的功率谱形状， 即使将来更改了谱形， 也很容易修改设计， 同时也提供了动态回避窄带干扰的可能。 11基于特征值分解的UWB脉冲设计方法 假定频率响应为 H(f)，所求的脉冲信号ψ(t)持续时间为，它通过频率响应为 H(f)的滤波器时要求有最小的失真，即信号ψ(t)通过滤波器，输出为λψ(t)，其中λ为衰减系数。ψ(t)是时间有限信号，具有如下形式： (1-1) 其中p (t)为满足条件的 UWB 信号。滤波器的输出为： (1-2) 在一定的持续时间内，有： （1-3） 上式的精确解即为熟知的长球面波函数 ，但得到函数的精确解是很困难的。因此可以使上式离散化，来求得算术解。设每个脉冲持续时间抽样N次，上式就化为如下形式： （1-4） 表示为矩阵形式即为： (1-5） 设 （1-6） 式（1-5）可以写为 λψ=Ηψ 则可以通过对矩阵 H 的特征值分解求出λ 和 ψ。 根据长球面波函数的特性，特征值对应于特征向量的能量在频谱模板 H(f)中所占的比例，换言之，特征值越大，对应的特征向量的能量就越接近 H(f)。因此，只有对应于较大特征值的特征向量可用于脉冲设计。 此外，H是一个Hermitian阵，它的特征值是实数，特征向量正交，因此可以在 UWB 系统中应用多路正交 UWB 脉冲而相互之间不产生干扰。 FCC频谱限制被看成是一个滤波器的频谱特性: （1-7） 其中， = 31GHz; = 10.6GHz。令为的傅里叶反变换，λ为衰减系数，要产生的UWB脉冲波形s(t)应当满足: （1-8） 为了限制UWB脉冲的持续时间，必须满足:|t|Tm/2时，= 0。这里，Tm为脉冲持续时间。将Tm平均分为N等分，则式(2)可被离散化为 （1-9） 其中，s[n]= ，h[n]= ，n=-N/2， -N/2+ 1，…，N/2。 将式1-9)转换为矩阵形式，得到 λs=Hs（1-10） 其中，向量s表示离散化的UWB脉冲，其第k个元素为s[k-N/2];H为(N+ 1)×(N+ 1)维的矩阵，其第i行第j列的元素为h[i-j];k，i，j= 0， 1，…，N。用H的最大特征值对应的特征向量就能生成满足FCC限制的UWB脉冲。 12　抑制单窄带干扰的UWB脉冲 下文将基于特征值分解法构造能够抑制单个窄带干扰的UWB脉冲。 假设在UWB频带范围内有通信系统，其中心频率为， 带宽远远小于UWB信号带宽。为了使所设计的UWB脉冲在满足FCC限制的条件下，与这个窄带系统之间的干扰能够得到有效抑制，一个最佳的方案就是让UWB脉冲的功率谱在处形成零点。在讨论具体方法之前，先给出矩阵H的几个重要性质。 定义1如果向量满足， 则称x为奇向量;如果向量满足，则称为偶向量。这里，表示将向量的元素倒序排列生成的向量。 定理1　H的所有非零特征值对应的特征向量要么是奇向量要么是偶向量。 定理2　由H的偶特征向量构造的UWB脉冲的频谱只有实部;由奇特