[发明专利]一种微带直接耦合滤波器的建模与智能设计方法

说明书

本发明公开了一种微带直接耦合滤波器的建模与智能设计方法，包括：获取初始滤波器的S参数；采用寻优算法计算去相位加载因子α和β；通过矢量拟合计算得到极点P和留数R；进行完全规范耦合矩阵综合，得到滤波器耦合矩阵M；采用数值迭代解耦变换得到满足解耦变换条件的解耦矩阵M_d；确定多组滤波器的设计尺寸，基于测量或电磁仿真获取其S参数，并按上述步骤提取解耦矩阵，建立设计尺寸与解耦矩阵的空间映射模型；根据期望设计值，通过优化算法调整初始设计滤波器的解耦矩阵元素，得到与期望设计值接近的滤波器耦合矩阵的解耦矩阵M_d‑opt；利用所述空间映射模型，根据解耦矩阵M_d‑opt计算出设计参数L。

技术领域

本发明涉及射频微波建模仿真设计技术领域，尤其是一种微带直接耦合滤波器的建模与智能设计方法。

背景技术

在微波滤波器的理论研究和设计中，平面直接耦合微波滤波器由于其结构简单，仍然是微波系统中使用频次最多的滤波器。一般的设计流程是从理想耦合矩阵出发，结合指标和实际工程结构，采用单个谐振器本征模等方法找到实际工程结构的谐振器长度，通过两个谐振器耦合的两个本征模运算得到谐振器间的缝隙初值，通过群时延找到馈线位置的初值。

但是由于实际工程结构存在理想直接耦合矩阵没有描述的交叉耦合，这样设计过程导致两个问题：一是理想耦合矩阵不能与最终滤波器物理结构匹配，导致设计之初无法准确给出设计参数初值以及初值调整的方向；二是得到的初值对应的S11、S21等响应很差，需要依托商业电磁FEA(有限元分析)软件为主要仿真手段花费较长时间的调整。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对以往根据关键指标凭经验采用试探或全参数扫描进行仿真设计而导致周期长，过程复杂的问题，提供一种微带直接耦合滤波器的建模与智能设计方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种微带直接耦合滤波器的建模与智能设计方法，包括以下步骤：

步骤S1，确定滤波器结构和初始设计尺寸，基于测量或电磁仿真获取初始滤波器的S参数；

步骤S2，对步骤S1获取的S参数，采用寻优算法计算去相位加载因子α和β；

步骤S3，利用步骤S2计算出的去相位加载因子α和β，通过矢量拟合计算得到极点P和留数R；

步骤S4，利用步骤S3计算出的极点P和留数R，进行完全规范耦合矩阵综合，得到滤波器耦合矩阵M；

步骤S5，对步骤S4得到的滤波器耦合矩阵M采用数值迭代解耦变换得到满足解耦变换条件的解耦矩阵M_d；

步骤S6，采用测量或电磁仿真获取多组滤波器的设计尺寸和S参数，并按步骤S2至S5提取解耦矩阵，建立设计尺寸与解耦矩阵的空间映射模型；

步骤S7，根据期望设计值，通过优化算法调整初始设计滤波器的解耦矩阵元素，得到与期望设计值接近的滤波器耦合矩阵的解耦矩阵M_d-opt；

步骤S8，利用所述空间映射模型，根据优化后的滤波器耦合矩阵的解耦矩阵M_d-opt计算出设计参数L。

进一步地，步骤S2中对步骤S1获取的S参数，采用寻优算法计算去相位加载因子α和β的方法为：

初始化去相位加载因子α和β；

确定去相位加载后的S参数S^q与步骤S1获取的S参数S^m的关系：

其中，f_s为采样频率，j为虚数单位；