射频前端小型化微波滤波器的研究

With the rapid development of wireless communication systems, compact size, high performance and easy of integration are the new requirements of the RF-front end. Microwave filter, antenna, amplifier and coupler are the important device of the RF-front end. Active device occupy less volume than the passive device by integrating technique. However, the volume of the passive device is related to frequency, and occupy the most volume of the RF-front end. Microwave filter is used by cascading with other devices, so the volume of the system and insertion loss increase. the compact size filter of RF/microwave front end influence miniaturization of the whole system. In order to cascade with antenna/amplifier, the arbitrary impedance, additional phase and frequency dependence coupling are considered when the microwave filter is synthesized. Compared to the traditional generalized Chebyshev filter synthesis technique, the selectivity of the frequency dependence coupling filter is better than the traditional generalized Chebyshev filter with the same degree, because the number of the finite transmission zeros of frequency dependence coupling filter is more than the generalized Chebyshev filter. The miniaturization filter is optimized by the generalized space mapping technique in order to accelerate the filter design process and tuning process. RF/microwave front end and the whole system can be minimized by minimizing the microwave filter.

随着无线通信的迅猛发展，无线通信设备面临着小型化、高性能、多功能等方面的更高要求。滤波器、天线、放大器、耦合器等器件作为无线通信系统的重要组件，在射频前端中必不可少。有源器件通过集成占用体积相对较小。无源器件的尺寸与频率有关，占据了射频前端总体积的绝大部分。滤波器通常与其他器件进行级联使用，级联使设备体积增大，损耗增高。滤波器的小型化制约着射频/微波前端电路乃至整机的小型化。本项目拟改进已有滤波器综合理论，综合时考虑任意端口阻抗、附加相位和频变耦合系数，以达到滤波器直接与天线/功放级联而不需要匹配网络/移相器的目的；与传统滤波器相比，频变耦合系数能够使滤波器在相同的阶数下带外衰减更加良好，因为其能够实现更多的传输零点。通过广义空间映射算法实现小型化滤波器的快速仿真设计与后期调试。通过对射频前端小型化滤波器的研究以达到射频/微波前端电路乃至整机的小型化的目的。

随着无线通信的迅猛发展，无线通信设备面临着小型化、高性能、多功能等方面的更高要求。滤波器、天线、放大器、耦合器等器件作为无线通信系统的重要组件，在射频前端中必不可少。.在滤波器综合方面：.在混合型拓扑结构滤波器的解析综合中，非谐振点可以实现纯虚数有限传输零点，可使带内群时延更加平坦。引入既包含非谐振点结构又包含交叉耦合结构的混合拓扑结构，兼具二者的优点，实现传输零点灵活可控。并使用优化方法进行了综合。提出直线型双工器的解析综合，将频率相关耦合（FVC）引入双工器中，可使双工器的拓扑结构更加灵活。.在滤波器设计/调试方面：.在调试/设计方面主要面临的问题是微波器件设计变量数目多，电磁仿真时间长和设计优化收敛慢等。本项目针对以上问题将机器学习辅助优化引入微波滤波器的优化设计领域，用以缓解全波仿真带来的计算压力，从而加速滤波器设计。首先，在研究人工神经网络相关原理及神经网络在电磁优化领域应用的基础上，对比多层感知机神经网络（MLP）、一维卷积神经网络（1D-CNN）、一维卷积自编码器（1D-CAE）三种网络模型，得出1D-CAE在作为替代模型处理滤波器设计优化问题时，具有所需样本少、网络收敛快、预测精度高等优势。.其他相关方面的研究：.近场扫描技术是分析电磁干扰问题常用的方法，它能够测试出电子产品的电磁设计问题，包括屏蔽、共模、电流分布、抗干扰性和宽带噪声等。本研究内容与工业界需求紧密结合，围绕着电磁辐射近场预测算法问题，结合人工神经网络，对复杂环境电磁干扰问题进行深入研究。.本项目对近年来的研究热点阵列天线也进行了探索性研究，从阵列天线的基本原理出发，重点研究天线的口径效率、带宽、增益等性能指标。