基于平面離散結(jié)構(gòu)的高性能微波無源器件設(shè)計(jì)技術(shù)研究.pdf

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

2、活的電路結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)需要采用更有效的結(jié)構(gòu)描述和優(yōu)化技術(shù)。本文將采用基于分解的多目標(biāo)進(jìn)化算法(Multi-Objective Evolutionary Algorithm based on Decomposition,MOEA/D)作為優(yōu)化框架來設(shè)計(jì)平面離散網(wǎng)格構(gòu)型的電路結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)微波無源器件高性能設(shè)計(jì)。圍繞離散型電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，本論文研究內(nèi)容包括:
　　1.提出了基于離散結(jié)構(gòu)的微波無源器件設(shè)計(jì)方案并研究了離散結(jié)構(gòu)相關(guān)特性。本論文采

3、用離散化的思想對電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述，得到的離散結(jié)構(gòu)可以打破常規(guī)電路的拓?fù)浠蛐螤睿O(shè)計(jì)自由度大，具有實(shí)現(xiàn)更多拓?fù)浼半娐方Y(jié)構(gòu)的能力。針對離散結(jié)構(gòu)的電路形態(tài)迥異于傳統(tǒng)的平面規(guī)則結(jié)構(gòu)這一特點(diǎn)，本論文采用近似等效電路分析方法，研究了離散結(jié)構(gòu)損耗、寬帶、小型化等特性。
　　2.提出了離散結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)優(yōu)化問題。為加快算法設(shè)計(jì)效率，本論文將微波無源器件設(shè)計(jì)相關(guān)的工程經(jīng)驗(yàn)融入到MOEA/D-GO中用于解決離散型微波無源器件多目標(biāo)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(jié)構(gòu)應(yīng)用于高性能定向耦合器設(shè)計(jì)。論文分析了與定向耦合器相對應(yīng)的無耗及有耗四端口網(wǎng)絡(luò)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(guān)系，明確了離散結(jié)構(gòu)優(yōu)化搜索的目標(biāo)。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合前述的高效搜索策略和方法實(shí)現(xiàn)了一系列基于平面離散結(jié)構(gòu)的高性能定向耦合器設(shè)計(jì)。這些設(shè)計(jì)實(shí)例獲得的整體性能顯著優(yōu)于已見諸報(bào)道的設(shè)計(jì)結(jié)果。
　　4.研究了平面離散結(jié)構(gòu)在高性能濾波器中的設(shè)計(jì)應(yīng)用。本文利用離散型耦合結(jié)構(gòu)替代原濾波器中部分耦合結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了高性能小型化濾波器設(shè)計(jì)，直觀的展現(xiàn)了離散結(jié)構(gòu)在濾波器設(shè)計(jì)應(yīng)用中帶來的好處。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步設(shè)計(jì)了全離散型濾波器。此外，

6、結(jié)合離散結(jié)構(gòu)在定向耦合器中的設(shè)計(jì)優(yōu)勢，首次將離散結(jié)構(gòu)應(yīng)用于高性能巴倫濾波器設(shè)計(jì)中，并總結(jié)了不同優(yōu)化搜索策略下的設(shè)計(jì)效率對比。
　　5.首次將離散結(jié)構(gòu)用于多入多出(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)天線隔離設(shè)計(jì)。論文先簡單介紹了離散結(jié)構(gòu)去耦原理，明確了離散結(jié)構(gòu)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(chǔ)上，設(shè)計(jì)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