基于平面離散結構的高性能微波無源器件設計技術研究.pdf

1、多年來，小型化和高性能設計一直是微波無源器件設計的追求，在材料、工藝和結構設計等方面均取得了長足的進展。通常，材料、工藝突破后，微波無源器件的結構設計就成為重點。因此，高性能微波無源器件設計面對的一個根本問題就是:在給定材料、工藝和電路設計空間的條件下，實現(xiàn)某一類型的無源器件，到底什么樣的結構才能提供最優(yōu)的性能？現(xiàn)有的電路結構設計方法大多基于“試湊-優(yōu)化”的設計模式，采用的結構為規(guī)則結構，具有一定的局限性，這使得尋找性能最優(yōu)、結構構型靈

2、活的電路結構優(yōu)化設計需要采用更有效的結構描述和優(yōu)化技術。本文將采用基于分解的多目標進化算法(Multi-Objective Evolutionary Algorithm based on Decomposition,MOEA/D)作為優(yōu)化框架來設計平面離散網(wǎng)格構型的電路結構，以實現(xiàn)微波無源器件高性能設計。圍繞離散型電路結構設計，本論文研究內(nèi)容包括:
　　1.提出了基于離散結構的微波無源器件設計方案并研究了離散結構相關特性。本論文采

3、用離散化的思想對電路結構進行描述，得到的離散結構可以打破常規(guī)電路的拓撲或形狀，設計自由度大，具有實現(xiàn)更多拓撲及電路結構的能力。針對離散結構的電路形態(tài)迥異于傳統(tǒng)的平面規(guī)則結構這一特點，本論文采用近似等效電路分析方法，研究了離散結構損耗、寬帶、小型化等特性。
　　2.提出了離散結構高效的搜索策略和方法。本論文將具有遺傳操作算子的MOEA/D（MOEA/D Combined with Genetic Operators,MOEA/D-G

4、O）作為優(yōu)化內(nèi)核來求解離散結構優(yōu)化問題。為加快算法設計效率，本論文將微波無源器件設計相關的工程經(jīng)驗融入到MOEA/D-GO中用于解決離散型微波無源器件多目標優(yōu)化問題(Multi-Objective Optimization Problem，MOP)，提出了若干種高效的優(yōu)化搜索策略和方法。
　　3.首次將平面離散結構應用于高性能定向耦合器設計。論文分析了與定向耦合器相對應的無耗及有耗四端口網(wǎng)絡S參數(shù)約束，給出了各端口之間的相差與隔離

5、度及耦合度之間的約束關系，明確了離散結構優(yōu)化搜索的目標。在此基礎上，結合前述的高效搜索策略和方法實現(xiàn)了一系列基于平面離散結構的高性能定向耦合器設計。這些設計實例獲得的整體性能顯著優(yōu)于已見諸報道的設計結果。
　　4.研究了平面離散結構在高性能濾波器中的設計應用。本文利用離散型耦合結構替代原濾波器中部分耦合結構實現(xiàn)了高性能小型化濾波器設計，直觀的展現(xiàn)了離散結構在濾波器設計應用中帶來的好處。在此基礎上，進一步設計了全離散型濾波器。此外，

6、結合離散結構在定向耦合器中的設計優(yōu)勢，首次將離散結構應用于高性能巴倫濾波器設計中，并總結了不同優(yōu)化搜索策略下的設計效率對比。
　　5.首次將離散結構用于多入多出(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)天線隔離設計。論文先簡單介紹了離散結構去耦原理，明確了離散結構在搜索優(yōu)化過程中主要改善的天線參數(shù)。然后在此基礎上，設計了若干款高隔離MIMO天線，分別是雙平面倒F天線、雙印刷單極子天線、雙微帶貼片天線