微波滤波器的综合、仿真和计算机辅助调试研究

摘要

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，传统的切比雪夫滤波器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有限传输零点的广义切比雪夫滤波器的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，本文在微波滤波器综合理论、电磁仿真优化算法和计算机辅助调试等三个方面进行了深入的理论与应用研究，主要工作体现在以下几个方面：
　　 1.在滤波器综合理论方面
　　 广义切比雪夫滤波器是基于一种全耦合的等效电路模型，必须提取物理上可实现的耦合矩阵来应用于器件的设计。
　　 首先，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。为了方便工程应用，开发了完整的滤波器综合软件，该软件不仅包含了滤波器的理论综合，还包含了常用拓扑结构的相似变换和拓扑结构的多种优化方法。
　　 其次，提出了一种新的非对称双通带滤波器的频率变换公式，该变换公式可以随意地在通带间引入有限传输零点，解决了现有非对称频率变换中不能够灵活控制通带间阻带隔离的问题，完善了双通带滤波器的频率变换综合理论。
　　 最后，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。具有公共腔结构的双工器，无论是在结构的稳定性还是调试的方便性上都明显优于传统星型抽头结构的双工器。该理论的推广，也使得工程中设计三工器甚至多工器有了更好的选择。
　　 2.在电磁仿真优化算法方面
　　 针对渐进空间映射算法参数抽取过程中缓慢和不唯一的缺点，提出了一种改进型渐进空间映射算法，该方法在参数抽取过程中采用统一的有理函数模型，最终参数都是通过综合得到，避免了参数拟合过程中时间漫长和提取模型不一致带来的参数不唯一的缺点。同轴腔体滤波器的设计实例也验证了该算法的有效性。
　　 系统地研究了商用仿真软件的自动建模技术和场与路的协同仿真技术，开发了H面膜片滤波器、缝隙相控阵天线等结构的自动建模程序，总结了自动建模程序开发的一般步骤和一些重要参数的设置。场与路协同仿真技术在H面膜片滤波器和小孔定向耦合器的成功应用，也为以后更加复杂结构甚至系统的仿真提供了有价值的借鉴案例。
　　 3.在计算机辅助调试方面
　　 目前工程中大量滤波器的调试还是凭借人工手动调试，难以做到快速准确的调试，这就限制了生产产量，增加了生产成本。发展计算机辅助调试是提高微波滤波器生产效率和降低人力成本的一条捷径。
　　 本文结合矢量网络分析仪的自动测量技术和基于输入反射系数零极点的计算机辅助调试技术，开发了计算机辅助调试软件。该软件成功地指导了调试人员对机械调谐滤波器的调试。目前国内尚无相关计算机辅助调试软件的公开报道，该软件的成功开发也是国内在该领域的首次尝试。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

第二章 交叉耦合滤波器的综合理论

第三章 交叉耦合滤波器拓扑的变换和优化

第四章 双通带滤波器的综合设计

第五章 三工器及其多工器的设计

第六章 基于EM的高级电磁仿真技术

第七章 滤波器的计算机辅助调试技术

第八章 总结与展望

致谢

参考文献

作者已发表和录用的文章

作者参加的科研情况