基于空間映射算法的小型化濾波器研究.pdf

1、隨著無線通信系統的迅速發(fā)展，作為射頻前端的關鍵器件，濾波器也在不斷地向高性能、低成本、小型化的方向改進，而傳統的印刷電路板（PCB）無法很好的滿足高頻段（GHz）濾波器的性能和小型化的要求。低溫共燒陶瓷（LTCC，全稱Low Temperature Co-fired Ceramic）技術以其小型化、高頻、高Q的特性，成為小型化濾波器設計的首選方式。針對 LTCC濾波器設計過程中存在優(yōu)化方向不明確以及耗時長的問題，空間映射（Space M

2、apping）算法提供了一種新的優(yōu)化思想和設計方案，在不影響準確性的前提下大大地減少了電磁仿真運算量，節(jié)約設計時間，提高設計效率。
　　本文針對LTCC濾波器的設計和優(yōu)化，利用已有的LTCC濾波器設計方法來設計濾波器，同時優(yōu)化空間映射算法，提高算法效率，并結合不同的濾波器設計優(yōu)化以節(jié)省巨大的時間和計算成本。之后應用改進的空間映射算法對所設計的LTCC濾波器進行優(yōu)化，最終通過濾波器結果驗證算法的有效性。
　　首先對空間映射算法

3、的概念和數學表示進行詳細闡述，根據空間映射算法粗糙模型（Coarse Model）和精確模型(Fine Model)之間映射關系的不同，分別介紹顯式和隱式空間映射算法。根據本文 LTCC濾波器的設計需要，選用隱式空間映射算法優(yōu)化更加合適，之后著重介紹隱式空間映射算法，列舉應用隱式空間映射算法優(yōu)化微帶平行耦合濾波器的實例。
　　在LTCC多層電容設計中，對LTCC中常用MIM（Metal-Insulator-Metal）電容結構和

4、VIC(Vertically-Interdigitated-Capacitor)電容模型進行分析，分別在 HFSS（High Frequency Structure Simulator）軟件和ADS（Advanced Design System）軟件中建立 VIC電容的精確模型和粗糙模型，應用隱式空間映射算法對其進行優(yōu)化設計。在LTCC多層電感分析中，建立U型三維螺旋電感的精確模型和粗糙模型，應用空間映射算法對其進行優(yōu)化設計。
　

5、　在濾波器設計中，首先聯合之前建立的電容電感模型建立LTCC濾波器結構，再應用ADS軟件多層電路元件庫中的分離模型建立其粗糙模型并結合空間映射方法進行優(yōu)化設計。對于截止頻率很低的低通濾波器，需要設計很大的等效電感模型，不利于小型化，同時也無法在ADS軟件中建模應用空間映射算法優(yōu)化。本文創(chuàng)新性的使用了介電陶瓷—鐵氧體陶瓷—介電陶瓷的三明治復合結構，在鐵氧體陶瓷中設計等效電感模型，在保持電感值不變的情況下，大大的降低了模型的尺寸，實現了小型

6、化的目的。將無法建立粗糙模型的電感直接在HFSS軟件中進行仿真，聯合應用空間映射算法設計出的電容，設計出兩款截止頻率很低的低通濾波器。
　　對于接下來設計的低通、帶通和高通三款濾波器，在ADS軟件中直接建立整體濾波器模型，應用隱式空間映射算法進行優(yōu)化并對算法進行改進。與標準隱式空間映射算法相比，本文對限定預選參數數量、參數抽取、容許最大誤差和優(yōu)化權重等算法應用過程進行改進，有效減少傳統迭代優(yōu)化過程中可能出現的假收斂情況，減少迭代次