新型滤波器综合技术-直接综合技术(Direct synthesis Technique)的研究及应用

As ones of key components, filters play an important role in various communication, radar or detection systems. Conventional filter synthesis techniques have undergoing more than one-hundred years development and playing great role in practice. However, there are still many serious problems with them. For example, they are unable to meet the requirement of complicated frequency allocation. This project will focus on the development of novel filter synthesis techniques. We have proposed some new ones, i.e., direct synthesis techniques (DSTs). Conventional synthesis techniques can be covered by the DSTs. Simultaneously, the DSTs can greatly extend the application scope of filters and might realize complicated frequency response that conventional filter synthesis techniques are unable to do. On one hand, how to realize filters with complicated frequency response is an inverse problem. To find out appropriate lumped-element LC networks for realization will be conducted in this project. On the other hand, application of the DSTs in other filter realization forms will also be done, such as active RC filters, digital IIR filters and distributed-element filters such as waveguide or microstrip filters. The research proposition in this project is quite feasible. Some ideas have been protected through some authorized patents. In the future, advanced softwares based on the DSTs can be developed to serve for industry.

在种类繁多的通信、雷达及探测等系统中，滤波器是关键核心器件之一。现有滤波器综合技术经历了百年的发展，在生产实践中发挥了重要的作用，但仍然存在不足，无法适应当前复杂频率划分的要求。本项目将针对滤波器综合技术开展深入的研究。我们已经提出一种新型滤波器综合技术-直接综合技术(Direct synthesis techniques)，能够有效得涵盖现有综合技术，又能大大扩宽滤波器的应用范围，实现更为复杂的频率响应。一方面，具有复杂频率响应的滤波器综合是一个具有挑战性的逆问题，本项目将继续探索它们的有效集总参数网络实现。另外一方面，将积极探索直接综合技术在其它形式滤波器中的应用，包括分布参数滤波器如波导滤波器或微带滤波器、有源RC滤波器及数字IIR滤波器等等，进一步扩宽直接综合技术的应用范围。本项目完全具有可行性，已经申请发明专利保护，能进一步开发成具有独立知识产权的商业化软件，为国家的经济建设服务

射频前端是雷达、通信、电子战等无线系统的核心功能模块，包括天线、功率放大器、双工器、射频开关、滤波器、低噪放大器等组成部分，承担着无线信号的收发处理与传输等关键任务，是决定整个系统性能好坏的关键性因素之一。本项目最初立项目标是针对二端口器件-滤波器综合技术开展深入研究。传统滤波器综合技术经历了百年的发展，但存在不足，无法适应当前复杂频率划分的要求。本项目独辟蹊径，提出并发展了一种新型滤波器综合技术-直接综合技术(Direct synthesis technique)，能够有效得涵盖现有综合技术，又能大大扩宽滤波器的应用范围，实现更为复杂的频率响应。现阶段的研究成果包括提出了实系数和复系数广义切比雪夫滤波器的直接综合技术，可以应用于分布参数滤波器如波导滤波器或微带滤波器、有源RC滤波器及数字IIR滤波器等设计之中。受本项目支持，共发表18篇学术论文。其中，在《International Journal of Circuit Theory and Applications》等国际期刊上发表14篇期刊论文；5次参加《Asia-Pacific Microwave Conference》等国际国内会议，并以口头报告或张贴形式发表4篇会议论文。共申请发明专利21项，已经授权7项。项目实施期间共培养研究生7名，其中2名获得电子科技大学优秀硕士论文。这些优秀毕业生分别就职于华为、中兴、中电55所等国家重要科研机构或企业，在射频电路及系统应用的研发工作中发挥着积极的作用。通过本项目的探索，针对二端口器件-滤波器综合技术理清了进一步的发展思路，除了继续探索和应用幅度响应滤波器综合技术之外，在未来的工作中将探索相位响应滤波器综合技术。此外，本项目的研究成果能够扩展到多端口器件综合。我们已经将其应用到多端口器件-功分器的综合设计之中，并发表了高质量学术论文，证实了未来技术路线的持续可行性。总而言之，本项目组通过坚忍不拔的探索，圆满实现了预定研究目标，取得了显著学术成果，获得了关键核心算法的专利保护，培养了优秀专业人才，形成了可持续研究方向，将有助于在实际工程应用中发挥重要的作用，突破发达国家在核心设计软件上的垄断。