空間映射方法研究及其在LTCC電路設計中的應用.pdf

1、傳統(tǒng)微波無源電路優(yōu)化技術(shù)直接利用仿真響應結(jié)果或其派生物，使響應結(jié)果逐步逼近設計要求。電路理論的仿真和CAD工具是采用元件經(jīng)驗模型進行仿真，能快速得到響應結(jié)果及其派生數(shù)據(jù)，加快優(yōu)化進程，但其準確性不能得到很好的保證。電磁仿真長期用于設計驗證，近來也被用于優(yōu)化過程，然而仿真精度越高，優(yōu)化成本也就越貴。電磁仿真雖然結(jié)果準確，但直接應用于優(yōu)化所花費時間巨大，對于復雜電磁問題基本無法實現(xiàn)。所以我們期望電路設計中能夠結(jié)合電路仿真的快速性和電磁仿真的

2、準確性，來進行無源電路設計、優(yōu)化?？臻g映射優(yōu)化方法正是適應這種要求而提出的，它是一種新的優(yōu)化思想，通過構(gòu)造空間映射(粗糙模型參量與精確模型參量之間的映射關(guān)系)獲得合適的替代模型，不斷更新和優(yōu)化以仿真快速性的粗糙模型為基礎(chǔ)的替代模型，從而把許多優(yōu)化工作放到粗糙空間來完成。 本文首先對空間映射方法進行了回顧，特別對一些早期報道的空間映射算法進行了較為詳細的闡述。并且針對微波、毫米波LTCC技術(shù)發(fā)展需要和國內(nèi)加工水平，探索具有良好電磁

3、特性的新型組件拓撲結(jié)構(gòu)及其內(nèi)嵌無源電路、互連實現(xiàn)形式，利用在空間映射研究中取得的成果和開發(fā)的實用技術(shù)，實現(xiàn)LTCC電路的優(yōu)化，主要是采用初始空間映射方法優(yōu)化設計了LTCC電容電感、采用主動空間映射方法LSCC過渡、采用基于知識主動空間映射方法與神經(jīng)網(wǎng)絡空間映射方法優(yōu)化設計了LTCC等效集總元件濾波器等。 針對已開發(fā)空間映射算法存在的不足，提出了一種新的空間映射算法即特征元件空間映射方法。該方法采用動態(tài)粗糙模型，即綜合得出的等效電

4、路模型。這是一種簡便的空間映射方法，對設計初值要求不高，消除了煩瑣且容易引起優(yōu)化失敗的參數(shù)抽取過程。因為每次迭代后粗糙模型都準確跟蹤精確模型響應結(jié)果，避免了過去一些空間映射方法中粗糙模型與精確模型匹配程度不高而帶來的算法不穩(wěn)定的問題，較大地提高了優(yōu)化效率，并且綜合得出的準確等效電路能為LTCC無源電路建模提供有效的幫助。為了演示該算法過程，應用特征元件空間映射方法對LTCC電容進行了優(yōu)化設計。 目前，空間映射方法只局限于一些理論

5、研究及少量的試驗性工作，沒有出現(xiàn)相關(guān)實用工具。僅憑手工操作空間映射方法非常煩瑣，因為有較多的算法步驟，且數(shù)據(jù)處理和交互工作量巨大。為了促進該方法廣泛應用于實際電路設計中，本文開發(fā)了空間映射優(yōu)化系(SMOS)軟件。通過調(diào)用電路仿真器和電磁仿真器，自動運行空間映射優(yōu)化算法，為復雜多參量無源元件的優(yōu)化設計提供幫助。本文提出一種基于空間映射增強模型的LTCC無源元件模型庫建立方法，該方法利用ADS自帶的Design Kit Tool工具，開發(fā)了

6、具有ADS內(nèi)建元件模型一樣使用方法的CAD模型。為了簡化模型庫開發(fā)過程，僅采用初始空間映射和神經(jīng)網(wǎng)絡空間映射來構(gòu)造增強模型。并且以開發(fā)LTCC平行耦合電容和等效集總參數(shù)濾波器的增強模型為實例，闡述建立實用LTCC模型庫的思路及過程，實驗結(jié)果證明了該建庫方法的有效性和準確性。 最后，對本文所做的工作進行了總結(jié)，并對空間映射方法的未來研究做出建議，前述研究工作在國內(nèi)實現(xiàn)了空間映射方法應用于多層電路優(yōu)化、建模等開拓性工作，表明空間映射