微波滤波器的广义空间映射法与快速优化技术

在电磁环境日益复杂和频谱范围日益拥挤的今天，实现选频和去噪等重要功能的微波滤波器有时会成为无线通信发展的瓶颈。随着军用无线通信和民用移动通信的快速发展，滤波器的结构形式日益复杂，性能要求也日益提高，在此情况下，传统的矩阵综合理论和结构优化算法的适用范围已经很难满足设计要求，因此有必要研究具有普遍意义的滤波器统一综合理论与广义优化算法。此外，复杂结构滤波器的计算机仿真与人工调试往往费时费力，工程中亟需有效提高滤波器仿真优化与后期调试的效率。针对上述问题，本项目采用广义空间映射法，深入研究微波滤波器的统一综合理论与优化技术，以解决各种拓扑形式微波滤波器的快速精确化设计问题，主要研究内容包括：（1）微波滤波器的广义空间映射法理论与应用研究；（2）微波滤波器的统一矩阵综合理论研究；（3）微波滤波器的快速优化与机辅调试关键技术研究。

本项目采用广义空间映射法，深入研究微波滤波器的统一综合理论与快速优化技术，以解决各种拓扑形式微波滤波器的快速精确化设计问题。通过三年研究，取得了如下成果：.（1）提出了一种改进型渐进空间映射算法，以滤波器等效电路作为空间映射粗略模型，采用等效模型参数提取方法进行参数提取，保证了空间映射算法的稳定性及收敛性；采用电路与结构的曲线拟合技术，将复杂滤波器结构拆分为相互独立的模块，然后针对各个模块的单元结构尺寸进行参数提取，逐步逼近理想电路值，有效解决了复杂滤波器的快速优化问题；.（2）采用结构映射法对比研究了微带开口环与缺陷开口环的谐振和耦合特性，将微带开口环滤波器设计方法推广到缺陷开口环滤波器设计领域，设计出各种结构紧凑、性能优越的新型DGS带通、双通带滤波器和多工器；.（3）针对现有耦合矩阵优化过程中目标函数比较依赖于初始值的情况，提出了一种新的目标函数，为加快目标函数的收敛，推导了其梯度运算公式，数值仿真结果显示该函数对初始值不敏感而且优化时间很短；.（4）将频率变换法应用于带有交叉耦合的双通带滤波器的设计中，提出了三通带滤波器到归一化低通原型滤波器的频率变换公式，建立了级联型和交叉耦合型三通带滤波器综合理论；此外，将公共腔结构的双工器综合理论推广到三工器甚至多工器, 并且给出了详细的综合步骤；.（5）根据滤波器综合理论、矢量网络分析仪自动测量技术、基于辅助调试技术及参数提取方法开发了“微波滤波器辅助设计与调试软件”。该软件采用Matlab语言开发，具有滤波器和双工器的综合设计、辅助调试以及参数提取功能。.（6）采用各种枝节加载谐振器设计了多种小型化平面微带多模滤波器和多通带滤波器，采用奇偶模等方法推导了相关的平面滤波器设计理论，并采用广义空间映射参数提取技术进行滤波器结构的精确设计。