[发明专利]基于遗传算法的双频段Wilkinson功率分配器设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，尤其涉及一种功率分配器。

背景技术

随着WCDMA、GPS、WLAN等众多通讯标准的广泛应用，所需占用的频带越来越多，因此需要在这些系统的收发前端使用工作于两个频率的通信设备。近年来，对于双频通信设备的研究越来越受到重视，文献[1]提出了一种基于两节阻抗变换器的双频带功率分配器，其主要工作在基频f₁和倍频2f₁两个频率。在此基础上，Wu等人^[2]更进一步提出了工作于两个任意频率的功分器。其中，文献(1、S.Srisathit，M.Chongcheawchamnan and A.Worapishet，Designand realization of a dual-band 3-dB power divider based on a two-sectiontransmission-line topology[J].Electronics Letters，2003，39(9)：723-724；2、Lei Wu，Zengguang Sun，Hayattin Yilmaz，ADual-Frequncy Wilkinson Power Divider[J].IEEE Trans.Microw.TheoryTech.，2006，54(1)：278-284)公开了一种功率分配器的设计方法，该方法主要是对功分器在结构上进行改进，再运用传输线理论进行结构参数计算时，求解超越方程，得到一个设计方程式来求出结构参数，但这种方法对每段传输线的特性阻抗和电长度有着严格的约束，因而不能保证功分器的多个结构参数同时达到最佳值。采用该方法所设计功分器的端口隔离度不够高，理想情况只能达到18dB。为了使功率分配器工作于任意的两个频率，并提高其端口隔离度，通过对器件结构进行改进和采用优化设计方法则能避免以上问题。传统的双频功率分配器设计方法主要是对功分器在结构上进行改进，再运用传输线理论进行结构参数计算时，需要求解超越方程，对每段传输线的特性阻抗和电长度有着严格的约束，因而不能保证功分器的多个结构参数同时达到最佳值。

在众多优化方法中，遗传算法(Genetic Algorithm，简称GA)这种借鉴生物界自然选择和自然遗传机制的随机搜索算法，由于具有较好的全局搜索性能以及鲁棒性强的优化技术，能很好的处理多参数、非线性、不可微甚至不连续问题，并且遗传算法不要求解析表达式，并不需要辅助信息或辅助知识，它只需要影响搜索方向的目标函数和相应的适应度，但却存在的早熟和收敛问题。

发明内容

本发明针对工作于两个任意频率的双频等分Wilkinson功率分配器，传统数值计算方法在运用传输线理论进行结构参数计算时，需要求解超越方程，对每段传输线的特性阻抗和电长度有着严格的约束，因而不能保证功分器的多个结构参数同时达到最佳值。对工作于两个任意频率的双频等分威尔金森Wilkinson功率分配器，提出了基于遗传算法的优化设计方法。为了解决遗传算法中存在的早熟和收敛问题，在标准遗传算法中加入了最优保持操作、自适应概率的交叉和变异操作等。利用遗传算法的全局搜索能力得到功率分配器最佳的物理参数。

本发明运用遗传算法优化设计双频段Wilkinson功率分配器的具体步骤包括：

步骤1：根据Wilkinson功率分配器的结构构造其染色体，产生含有特征阻抗Z₁、Z₂，两段传输线的电长度θ₁、θ₂，隔离电阻R₁和R₂的初始种群；

步骤2：采用偶-奇模分析技术把功率分配器电路化为奇模电路和偶模电路来进行分析，计算其奇模反射系数Γ_odd和偶模反射系数Γ_even；