利用空间映射技术设计平行耦合微带线滤波器(2)

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3.4 修正精细模型 24

3.5 获取空间优化的最优设计参量 26

总结 32

致谢 33

参考文献 34

1 绪论

1.1 研究背景及意义

微波滤波器属于微波无源器件,在无线通信系统中起着至关重要的作用。它的主要功能是选择信道内的频谱,让其通过,尽量地抑制噪声频谱。它的使用对于分离频谱信息、提高通信质量、防止信号串扰意义重大,因而在移动通信、舰船通信、卫星通信、雷达通信和广播电视通信等民用和军用无线通信系统的射频前端中有着广泛的应用。

在滤波器设计阶段,商用电磁仿真软件起着十分重要的角色。这些电磁仿真软件的电磁仿真结果精度很高,很多实例证明了电磁仿真结果和实测结果一致性较好。这样,设计者们可以在不制作实物的情形下,便能对滤波器的性能准确地估计。不过,电磁仿真软件只能算是仿真和验证性的工具,它只能对估计出的模型进行仿真,用来验证设计的准确性,而不能独立地自行设计,因为对于较复杂结构每次仿真所耗费的时间成本很大。设计者们通常需要借助其它的工具或技术,进行设计。论文网

传统的无源器件的电磁优化方法直接采用电磁仿真响应及其派生物,采用数学优化算法寻优使响应逼近要求(电磁优化技术)。对于结构简单的电路,这样或许能够得到想要的结果,对于结构复杂的电路,由于每次仿真耗费的时间成本巨大,几乎不能实现。由于基于电路理论的CAD软件优化的效率很高,所以研究者们期望找到结合电路仿真软件和电磁仿真软件各自优势的新方法(电磁高级仿真技术)。空间映射方法正是适应这种要求提出来的,它和传统的电磁优化不同,它将需要优化的无源电路分为两个模型,仿真精度低而耗时少的模型作为粗糙模型,仿真精度高却耗时的模型作为精确模型。通过建立粗糙空间和精确空间的映射关系,将优化工作放到耗时少的粗糙空间中进行,在精确空间里验证优化的结果,保证在不失精度的前提下,提高优化效率。

1.2 空间映射方法的提出和研究现状

1.3 本文主要工作

本文共分为三章,各章的主要内容为:

第一章概述了本文的研究背景和意义,总结了空间映射方法的研究现状,以及说明了本文的主要工作.

第二章对空间映射算法进行了详细的介绍, 给出了它们的算法流程。

在最后一章主要讨论的是平行耦合微带滤波器设计的实例，阐述空间映射方法在滤波器设计中的应用，证明了该设计方法的有效性。

2 空间映射算法理论

2.1 空间映射优化思想及其数学表达

空间映射优化方法是一种高效的优化方法,它首先需要找到粗糙空间设计参量和精确空间设计参量之间的映射关系，从而获得合适的替代模型(校准后的粗糙模型)。替代模型的计算速度相比精确模型要快得多，并至少要保证在粗糙模型中的计算是准确的。目的是将优化工作放到替代模型里面进行，精确模型用来验证优化效果并提供精确模型响应数据样本，用最少的高成本的精确模型仿真次数来获得需要的结果。文献综述

基于空间映射方法对某个无源电路优化时，电磁仿真模型为精确模型(它能够比较全面地、准确地反映模型的实际特性)，粗糙模型可以是相应的等效电路模型(只能部分地、近似地反映模型的实际特性，粗糙模型也可以是网格稀疏的电磁仿真模型等)。精确模型和粗糙模型响应结果匹配时，我们假设粗糙模型和精确模型设计参量之间存在着一定的映射关系，该映射关系可以是显式的(映射关系可用数学关系表达)、隐式的(映射关系不可以用数学关系表达)、线性的和非线性的，如图(2.1)所示。空间映射方法进行电路优化，首先需要对粗糙模型进行优化，得到满足设计要求的粗糙模型最优参量(只要满足设计要求,我们把它当作是最优的，尽管可能还有其他参量符合设计要求)，然后通过一些方法将两个空间设计参量的之间的映射关系建立起来(可以用数学方法,曲线拟合技术等方法来实现)，精确模型的设计参量由粗糙模型的最优参量和所建的两空间设计参量映射的逆映射来获得,如果精确模型响应满足设计要求，那么所获得的精确模型参量变为电路的最终优化值，并且所建立的映射关系是能够反映两空间设计参量的映射关系的，如果精确模型响应不能满足设计要求，那么需要对建立的映射关系进行不断地更新、完善，直到精确模型响应满足设计要求时，优化结束。