CN103516330B - 四频带威尔金森功率分配器参数配置方法及参数配置装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供的四频带威尔金森功率分配器参数配置方法及参数配置装置，涉及射频微波技术领域，以解决求解过程复杂，计算结果精确度差的问题。该参数配置方法包括：根据四段传输线的特征阻抗，电长度，隔离电阻构造染色体，得到初始种群；计算特征阻抗，电长度对应的第一适应度函数；重复对个体进行选择、交叉和变异操作，直到第一适应度函数的值收敛，得到最优特征阻抗和最优电长度；根据初始种群计算隔离电阻对应的第二适应度函数；重复对个体进行选择、交叉和变异操作，直到第二适应度函数的值收敛，得到最优隔离电阻；将上述得到的最优值转化为四频带威尔金森功率分配器微带线的长度、宽度、电阻。用于微波射频电路中功率分配或功率组合。

Description

四频带威尔金森功率分配器参数配置方法及参数配置装置

技术领域

本发明涉及射频微波技术领域，尤其涉及一种四频带威尔金森功率分配器参数配置方法及参数配置装置。

背景技术

无线通讯系统的飞速发展需要在一个系统中采用多频段的通信功能，例如GSM(Global System for Mobile communication，全球移动通信系统)、WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access宽带码分多址移动通信系统)、WIFI(Wireless Fidelity，无线网络技术)、LTE(Long Term Evolution，3GPP长期演进)等系统需要集中在一个系统中工作，而Wilkinson(威尔金森)功率分配器作为微波射频电路中的重要器件，有功率分配或功率组合的功能，但是传统的Wilkinson功率分配器只能工作在单一的频率和其奇次谐波，远不能满足无线通讯多频的需求，多频带、高集成、低成本无疑成为未来的发展趋势。

传统的威尔金森功率分配器多采用求解超越方程得到该功率分配器的参数，不仅计算复杂，而且求得的解可能只是近似解，进而影响信号的传输质量。

发明内容

本发明的实施例提供一种四频带威尔金森功率分配器参数配置方法及参数配置装置，以解决求解过程复杂，计算结果精确度差的问题，提高了信号的传输质量。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一方面，提供一种四频带威尔金森功率分配器参数配置方法，所述四频带威尔金森功率分配器包括：

一个输入端口，与源阻抗Z_S连接；

第一输出端口和第二输出端口，分别与两个负载阻抗Z_L连接；

所述输入端口和所述第一输出端口之间包括具有四段的传输线的第一四段传输线；所述输入端口和所述第二输出端口之间包括具有四段的传输线的第二四段传输线；所述第一四段传输线与所述第二四段传输线的结构相同；其中，所述第一四段传输线或所述第二四段传输线的各段参数分别为特征阻抗Z₁、电长度θ₁，特征阻抗Z₂、电长度θ₂，特征阻抗Z₃、电长度θ₃，特征阻抗Z₄、电长度θ₄；

所述第一四段传输线与所述第二四段传输线的每一段传输线之间连接有隔离电阻R₁、R₂、R₃、R₄；

所述四频带威尔金森功率分配器的参数配置方法包括：

根据所述四频带威尔金森功率分配器的所述第一四段传输线或所述第二四段传输线的特征阻抗Z₁、Z₂、Z₃、Z₄，电长度θ₁、θ₂、θ₃、θ₄，隔离电阻R₁、R₂、R₃、R₄构造染色体，得到含有所述特征阻抗、所述电长度和所述隔离电阻的初始种群；

根据所述初始种群中的所述特征阻抗、所述电长度，以及所述四频带威尔金森功率分配器的偶模电路的偶模反射系数公式，计算得到所述特征阻抗、所述电长度对应的第一适应度函数；

重复对所述特征阻抗、所述电长度的个体进行选择、交叉和变异操作，直到所述第一适应度函数的值收敛，得到所述第一适应度函数对应的最优特征阻抗和最优电长度；

根据所述最优特征阻抗、最优电长度、所述初始种群中的所述隔离电阻，以及所述四频带威尔金森功率分配器的奇模电路的奇模反射系数公式，计算得到所述隔离电阻对应的第二适应度函数；

重复对所述隔离电阻的个体进行选择、交叉和变异操作，直到所述第二适应度函数的值收敛，得到所述第二适应度函数对应的最优隔离电阻；

将所述最优特征阻抗、最优电长度和最优隔离电阻分别配置为所述四频带威尔金森功率分配器微带线的长度、宽度、电阻值。

一方面，提供一种四频带威尔金森功率分配器的参数配置装置，

所述四频带威尔金森功率分配器包括：

一个输入端口，与源阻抗Z_S连接；

第一输出端口和第二输出端口，分别与两个负载阻抗Z_L连接；

所述输入端口和所述第一输出端口之间包括具有四段的传输线的第一四段传输线；所述输入端口和所述第二输出端口之间包括具有四段的传输线的第二四段传输线；所述第一四段传输线与所述第二四段传输线的结构相同；其中，所述第一四段传输线或所述第二四段传输线的各段参数分别为特征阻抗Z₁、电长度θ₁，特征阻抗Z₂、电长度θ₂，特征阻抗Z₃、电长度θ₃，特征阻抗Z₄、电长度θ₄；

所述第一四段传输线与所述第二四段传输线的每一段传输线之间连接有隔离电阻R₁、R₂、R₃、R₄；

所述四频带威尔金森功率分配器的参数配置装置包括：

构造单元，用于根据四频带威尔金森功率分配器的所述第一四段传输线或所述第二四段传输线的特征阻抗Z₁、Z₂、Z₃、Z₄，电长度θ₁、θ₂、θ₃、θ₄，隔离电阻R₁、R₂、R₃、R₄构造染色体，得到含有所述特征阻抗、所述电长度和所述隔离电阻的初始种群；

第一处理单元，用于根据所述构造单元的所述初始种群中的所述特征阻抗、所述电长度，以及所述四频带威尔金森功率分配器的偶模电路的偶模反射系数公式，计算得到所述特征阻抗、所述电长度对应的第一适应度函数；重复对所述特征阻抗、所述电长度的个体进行选择、交叉和变异操作，直到所述第一适应度函数的值收敛，得到所述第一适应度函数对应的最优特征阻抗和最优电长度；

第二处理单元，用于根据所述第一处理单元的所述最优特征阻抗、最优电长度，所述构造单元的所述初始种群中的所述隔离电阻，以及所述四频带威尔金森功率分配器的奇模电路的奇模反射系数公式，计算得到所述隔离电阻对应的第二适应度函数；重复对所述隔离电阻的个体进行选择、交叉和变异操作，直到所述第二适应度函数的值收敛，得到所述第二适应度函数对应的最优隔离电阻；

配置单元，用于将所述第一处理单元的所述最优特征阻抗、最优电长度和所述第二处理单元的最优隔离电阻分别配置为所述四频带威尔金森功率分配器微带线的长度、宽度、电阻值。

本发明实施例提供的四频带威尔金森功率分配器参数配置方法及参数配置装置，提出了基于遗传算法求解四频带威尔金森功率分配器参数的方法，采用该方法设计的功率分配器能使通过该四频带威尔金森功率分配器的四个频率为任意频率；同时，根据选定的任意四个频率求解功率分配器参数过程比较简单，且可得到最优的参数值，并不再约束各个参数之间的关系，可以灵活地对相关的参数进行优化；当四频带威尔金森功率分配器的参数为最优时，该四频带威尔金森功率分配器的隔离度、回波损耗等可达到良好的性能指标，使得通过该功率分配器的信号干扰减小，且差损也较小，提高了信号的传输质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的四频带威尔金森功率分配器；

图2为本发明实施例提供的四频带威尔金森功率分配器参数配置流程示意框图；

图3为本发明实施例提供的四频带威尔金森功率分配器偶模电路的电路结构示意图；

图4为本发明实施例提供的四频带威尔金森功率分配器奇模电路的电路结构示意图；

图5为本发明另一实施例提供的一种威尔金森功率分配器参数配置流程示意框图；

图6为本发明实施例提供的四频带威尔金森功率分配器的参数配置装置的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的四频带威尔金森功率分配器的参数配置装置的另一结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

业界提出了一种三频带Wilkinson功率分配器设计，运用三段微带线组成阻抗变换器，再将两个阻抗变换器合成一个三频带功率分配器。但现有的三频带Wilkinson功率分配器的参数配置中，对通过的三个频率有限制，这三个频率必须满足一定的条件，且在求解三频带功率分配器参数过程中，需要求解超越方程，而超越方程一般没有解析解，只有数值解或近似解，求解过程复杂，结果也只是近似解。

本发明实施例提供的四频带威尔金森功率分配器的参数配置方法，应用于四频带威尔金森功率分配器，该四频带威尔金森功率分配器如图1所示，包括：

一个输入端口10，与源阻抗Z_S 100连接。

两个输出端口，分别为第一输出端口20及第二输出端口30；其中，第一输出端口20，与负载阻抗Z_L 200连接；第二输出端口30，与负载阻抗Z_L 300连接。

输入端口10和第一输出端口20之间包括具有四段的传输线201、202、203、204的第一四段传输线1；输入端口10和第二输出端口30之间包括具有四段的传输线301、302、303、304的第二四段传输线2；其中，第一四段传输1、第二四段传输线2为的结构相同。

进一步地，第一四段传输1与第二四段传输线2的每一段传输线之间连接有隔离电阻R₁、R₂、R₃、R₄，即传输线201和传输线301之间连接有隔离电阻R₁ 101，传输线202和传输线302之间连接有隔离电阻R₂ 102，传输线203和传输线303之间连接有隔离电阻R₃ 103，传输线204和传输线304之间连接有隔离电阻R₄ 104。

参照图1，首先说明一下四频带威尔金森功率分配器的参数设置，包括：

具有四段的传输线的第一四段传输线1的参数分别为：该段第一段传输线201的参数为特征阻抗Z₁和电长度θ₁；该段第二段传输线202的参数为特征阻抗Z₂和电长度θ₂；该段第三段传输线203的参数为特征阻抗Z₃和电长度θ₃；该段第四段传输线204的参数为特征阻抗Z₄和电长度θ₄。

具有四段的传输线的第二四段传输线2的参数分别为：该段第一段传输线301的参数为特征阻抗Z₁和电长度θ₁；该段第二段传输线302的参数为特征阻抗Z₂和电长度θ₂；该段第三段传输线303的参数为特征阻抗Z₃和电长度θ₃；该段第四段传输线304的参数为特征阻抗Z₄和电长度θ₄。

示例性的，在本实施例中可以将特征阻抗的范围可以为大于或等于Z_L且小于或等于两倍Z_S；其中，Z_L为四频带威尔金森功率分配器的负载阻抗，Z_S为四频带威尔金森功率分配器的源阻抗；此外，电长度的范围可以为大于或等于0°且小于或等于90°。

根据上述的四频带威尔金森功率分配器，该四频带威尔金森功率分配器参数配置方法，如图2所示，该方法步骤包括：

S21、根据四频带威尔金森功率分配器的四段传输线的特征阻抗Z₁、Z₂、Z₃、Z₄，电长度θ₁、θ₂、θ₃、θ₄，隔离电阻R₁、R₂、R₃、R₄构造染色体，得到含有特征阻抗、电长度和隔离电阻的初始种群。

S22、根据初始种群中的特征阻抗、电长度，以及四频带威尔金森功率分配器的偶模电路的偶模反射系数公式，计算得到特征阻抗、电长度对应的第一适应度函数。

其中，威尔金森功率分配器的偶模电路的偶模反射系数公式可以为：

其中，Z_even为根据特征阻抗、电长度计算得到的四频带威尔金森功率分配器的偶模电路的总输出阻抗；Z_L为四频带威尔金森功率分配器的电路的负载阻抗。

第一适应度函数F_even的计算公式可以为：

F_even＝(|Γ_even(f₁)|²+|Γ_even(f₂)|²+|Γ_even(f₃)|²+|Γ_even(f₄)|²)/4，其中，Γ_even为四频带威尔金森功率分配器的偶模反射系数；f₁、f₂、f₃、f₄为所需匹配的频率点。

S23、重复对特征阻抗、电长度的个体进行选择、交叉和变异操作，直到第一适应度函数F_even的值收敛，得到第一适应度函数F_even对应的最优特征阻抗和最优电长度。

在此，可以采用适应度比例方法的选择算法，对特征阻抗和电长度的个体进行选择；其中，特征阻抗和电长度的个体的选择概率与特征阻抗和电长度对应的第一适应度函数F_even的值成比例，即第一适应度函数F_even的值越小，与该第一适度函数F_even对应的特征阻抗和电长度的个体被选中的概率越高。并对被选中的特征阻抗、电长度的个体的染色体以预设的交叉概率和变异概率进行交叉和变异操作，产生构成新一代种群的个体。

此处需要说明的是，可以设置使该第一适度函数F_even的值收敛的判定条件，可以将该判定条件设为该第一适度函数f_even的值收敛为1×10^-4，在本发明中该判定条件并不限于此，可具体根据实际情况设定，以能使该第一适度函数F_even的值收敛后获取的特征阻抗和电长度为最优为准。

S24、根据最优特征阻抗、最优电长度、初始种群中的隔离电阻，以及四频带威尔金森功率分配器的奇模电路的奇模反射系数公式，计算得到该隔离电阻对应的第二适应度函数。

其中，威尔金森功率分配器的偶模电路的奇模反射系数公式可以为：

其中，Z_odd为根据最优特征阻抗、最优电长度和隔离电阻计算得到的四频带威尔金森功率分配器的奇模电路的总输出阻抗Z_odd；Z_L为四频带威尔金森功率分配器的电路的负载阻抗。

第二适应度函数F_odd的计算公式可以为：

F_odd＝(|Γ_odd(f₁)|²+|Γ_odd(f₂)|²+|Γ_odd(f₃)|²+|Γ_odd(f₄)|²)/4，其中，所述Γ_odd为所述四频带威尔金森功率分配器的奇模反射系数；所f₁、f₂、f₃、f₄为所需匹配的频率点。

S25、重复对该隔离电阻的个体进行选择、交叉和变异操作，直到第二适应度函数F_odd的值收敛，得到第二适应度函数F_odd对应的最优隔离电阻。

在此，可以采用适应度比例方法的选择算法，对隔离电阻的个体进行选择；其中，隔离电阻的个体的选择概率与隔离电阻对应的适应度函数F_odd的值成比例，即第二适应度函数F_odd的值越小，与该第二适度函数F_odd对应的隔离电阻的个体被选中的概率越高。并对被选中的隔离电阻的个体的染色体以预设的交叉概率和变异概率进行交叉和变异操作，产生构成新一代种群的个体。

此处需要说明的是，可以设置使该第二适度函数F_odd的值收敛的判定条件，可以将该判定条件设为该第二适度函数F_odd的值收敛为1×10^-4，在本发明中该判定条件并不限于此，可具体根据实际情况设定，以能使该第二适度函数F_odd的值收敛后获取的隔离电阻为最优为准。

S26、将最优特征阻抗、最优电长度和最优隔离电阻分别配置为四频带威尔金森功率分配器微带线的长度、宽度、电阻值。

需要说明的是，在本实施例中所述的“特征阻抗的个体”、“电长度的个体”、“隔离电阻的个体”，其中的“个体”是指在一定数量的侯选解中的每个解；在本实施例中“个体”的抽象表示称为染色体，可使用二进制表示，即使用0和1的串表示，但也可以用其他方法表示，在本发明中对个体的染色体的表示方法不做限定，可以为任意。

本发明实施例提供的四频带威尔金森功率分配器的参数配置方法，提出了基于遗传算求解四频带威尔金森功率分配器参数的方法，采用该方法设计的功率分配器能使通过该四频带威尔金森功率分配器的四个频率为任意频率；同时，根据选定的任意四个频率求解功率分配器参数过程比较简单，且可得到最优的参数值，并不再约束各个参数之间的关系，可以灵活地对相关的参数进行优化；当四频带威尔金森功率分配器的参数为最优时，使得四频带威尔金森功率分配器的隔离度、回波损耗等可达到良好的性能指标，进而使通过该功率分配器的信号干扰减小，且差损也较小，提高了信号的传输质量。

本发明另一实施例提供的四频带威尔金森功率分配器参数配置方法，仍以图1所示的四频带威尔金森功率分配器例进行说明。

四频带威尔金森功率分配器的参数设置可以参照图1所示，与上述实施例相同，在此不再赘述。

本发明实施例提供的四频带威尔金森功率分配器参数配置方法，如图5所示，包括：

S31、将四段传输线的特征阻抗Z₁、Z₂、Z₃、Z₄，电长度θ₁、θ₂、θ₃、θ₄，隔离电阻R₁、R₂、R₃、R₄构造染色体，得到含有特征阻抗、电长度和隔离电阻的初始种群。

S32、由四频带威尔金森功率分配器的偶模电路得到偶模反射系数公式，并根据偶模反射系数公式得到特征阻抗、电长度对应的第一适应度函数F_even。

示例性的，其方法包括：

根据偶-奇模分析技术，对于偶模激励，在图1所示的四频带威尔金森功率分配器第一输出端口20及第二输出端口30上加上等幅、同相的电压，此时，由四频带威尔金森功率分配器电路结构的对称性可知隔离电阻两端电位相等，因此隔离电阻上没有电流流过，相当于在第一输出端口20及第二输出端口30的两个传输线之间短路，可以不考虑隔离电阻的作用。于是就得到了由特征阻抗Z₁、Z₂、Z₃、Z₄，传输线的电长度θ₁、θ₂、θ₃、θ₄，源阻抗Z_S、负载阻抗Z_L和隔离电阻R₁、R₂、R₃、R₄，经串联和并联构成的如图3所示的偶模等效电路。由此，可以获得图3中各处的输出阻抗Z_a、Z_b、Z_c和总输出阻抗Z_even以及偶模反射系数Γ_even，即：

${\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{even}}=\frac{Z_{\mathrm{even}}-Z_L}{Z_{\mathrm{even}}+Z_L}$

其中，利用传输线的二端口理论，根据传输线在所需匹配的其中一个频率f₁时的特征阻抗Z₁、Z₂、Z₃、Z₄，电长度θ₁、θ₂、θ₃、θ₄，源阻抗Z_S和负载阻抗Z_L、以及任意点频率f，输出阻抗Z_a、Z_b、Z_c、第一输出端口20，第二输出端口30处的总输出阻抗Z_even由下式确定，

$Z_a=Z_1\frac{2Z_S+j{Z}_1\tan ({\mathrm{\θ}}_{1}f/f_1)}{Z_1+2j{Z}_S\tan ({\mathrm{\θ}}_{1}f/f_1)}$

$Z_b=Z_2\frac{2Z_a+j{Z}_2\tan ({\mathrm{\θ}}_{2}f/f_1)}{Z_2+2j{Z}_a\tan ({\mathrm{\θ}}_{2}f/f_1)}$

$Z_c=Z_3\frac{2Z_b+j{Z}_3\tan ({\mathrm{\θ}}_{3}f/f_1)}{Z_3+2j{Z}_b\tan ({\mathrm{\θ}}_{3}f/f_1)}$

$Z_{\mathrm{even}}=Z_4\frac{Z_c+j{Z}_4\tan ({\mathrm{\θ}}_{4}f/f_1)}{Z_4+j{Z}_c\tan ({\mathrm{\θ}}_{4}f/f_1)}$

对于对称的三端口网络，调用下述公式可以得到下面的S参数：输入端口回波损耗S₁₁，输出端口回波损耗S₂₂和S₃₃，输出端口隔离度S₂₃。

|S₁₁|＝Γ_even|， $S_{22}=S_{33}=\frac{1}{2}({\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{even}}+{\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{odd}}),$ $S_{23}=\frac{1}{2}({\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{even}}={\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{odd}}),$ 若频带内的Γ_even和Γ_odd已求出，则可求出各个参量S，并且从它们间的关系可以看出Γ_even和Γ_odd越小越好，即当Γ_even和Γ_odd为最佳响应时，S₁₁、S₂₂和S₂₃也接近于最佳响应，于是可以选取所需四个频率点对应的偶模反射系数的绝对值的平方和为适应度函数。即，第一适应度函数F_even记为：

F_even＝(|Γ_even(f₁)|²+|Γ_even(f₂)|²+|Γ_even(f₃)|²+|Γ_even(f₄)|²)/4(f₁、f₂、f₃、f₄为任意所需匹配的频率点)。

由于源阻抗Z_S、负载阻抗Z_L、任意点频率f、以及所需匹配的频率点f₁、f₂、f₃、f₄都为已知值。即，该第一适应度函数F_even中只含参数特征阻抗Z₁、Z₂、Z₃、Z₄，电长度θ₁、θ₂、θ₃、θ₄。因此，根据初始种群中的特征阻抗、电长度，可以计算上述第一适应度函数F_even。

S33、采用适应度比例方法的选择算法，对特征阻抗、电长度的个体进行选择；其中，特征阻抗、电长度的个体的选择概率与特征阻抗、电长度对应的第一适应度函数F_even的值成比例，即第一适应度函数F_even的值越小对应的特征阻抗、电长度的个体被选择的机会越高。

S34、对被选中的特征阻抗、电长度的个体的染色体以预设的交叉概率和变异概率进行交叉和变异操作，产生构成新一代种群的个体。

首先需要说明一下，在本实施例中所述的特征阻抗的个体、电长度的个体、隔离电阻的个体，其中的个体是指在一定数量的候选解中的每个解；在本实施例中个体的抽象表示称为染色体，可使用二进制表示，即使用0和1的串表示，但也可以用其他方法表示，在本发明中对个体的染色体的表示方法不做限定，可以为任意。

下面以简单的示例对特征阻抗的个体的染色体进行交叉和变异操作进行说明，在本示例中使用6位二进制表示特征阻抗个体的染色体，在本发明中并不限于此，可以为任意位数，同时也可使用其他方法表示该特征阻抗个体的染色体。

例如：在初始种群中有两个特征阻抗的个体：第一个特征阻抗的个体的染色体使用100100表示，第二个特征阻抗的个体的染色体使用001101表示，对特征阻抗的个体的染色体进行交叉过程可以为：将第一特征阻抗的个体的染色体100100从左向右数最后一位0与第二特征阻抗的个体的染色体001101从左向右数最后一位1进行交互，交换后第一特征阻抗的个体的染色体为100101，第二特征阻抗的个体的染色体为001100。对特征阻抗的个体的染色体进行变异过程可以为：将交叉后得到的第一特征阻抗的个体的染色体100101从左向右数第2位的0变异为1，此时第一特征阻抗的个体的染色体为110101；将交叉后得到的第二特征阻抗的个体的染色体从左向右数第2位的0变异为1，此时第二特征阻抗的个体的染色体为011100。同时，染色体为110101的个体，染色体为011100的个体构成了新一代种群中的个体。

需要说明的是，对电长度的个体、隔离电阻的个体进行交叉和变异操作都与此相似，后续不再赘述。在本示例中仅以特征阻抗的两个个体为例进行说明，在实际应用中可以为很多个，这些很多个体以一定的交叉概率和变异概率进行交叉、变异，产生新的个体组成了新一代种群，如此不断循环，直达得到最优的个体。另外，在实际应用中，可根据实际情况进行干预个体的变异或交叉，在此不做过多限定。

在本步骤中，预设的交叉概率可以为0.90；预设的变异概率可以为0.08。

S35、计算构成新一代种群的个体对应的第一适应度函数F_even的值，并判断该第一适应度函数F_even的值是否收敛，收敛，则转到步骤S36，否则转到步骤S33，直到第一适应度函数F_even的值收敛或当前种群代数达到预设的最大遗传代数时，确定第一适应度函数F_even的值收敛。

在此，最大遗传代数可以为300。

此处需要说明的是，可以设置使该第一适度函数F_even的值收敛的判定条件，可以将该判定条件设为该第一适度函数F_even的值为1×10^-4，在本发明中该判定条件并不限于此，可具体根据实际情况设定，以能使该第一适度函数F_even的值收敛后获取的特征阻抗和电长度为最优为准。

S36、获取第一适应度函数F_even对应的最优特征阻抗和最优电长度。

S37、由四频带威尔金森功率分配器的奇模电路得到奇模反射系数公式，将上述最优特征阻抗和最优电长度代入奇模反射系数公式中得到隔离电阻对应的第二适应度函数F_odd。

示例性的，其方法包括：

对于奇模激励，两个等幅、反相的电压从第一输出端口20，第二输出端口30输入，此时，隔离电阻两端电位不等，因此有电流流过，于是可以得到，由特征阻抗Z₁、Z₂、Z₃、Z₄、传输线的电长度θ₁、θ₂、θ₃、θ₄、负载阻抗Z_L、隔离电阻R₁、R₂、R₃、R₄经串联和并联构成如图4所示的奇模等效电路。由此，可以获得图4中各处的输出阻抗Z_a1、Z_b1、Z_c1、Z_d1、Z_e1、Z_f1、Z_g1和总输出阻抗Z_odd，以及该处的奇模反射系数Γ_odd，即：

${\mathrm{\Γ}}_{\mathrm{odd}}=\frac{Z_{\mathrm{odd}}-Z_L}{Z_{\mathrm{odd}}+Z_L}$

其中，利用传输线的二端口理论，根据传输线在频率f₁时的特征阻抗Z₁、Z₂、Z₃、Z₄，电长度θ₁、θ₂、θ₃、θ₄，隔离电阻R₁、R₂、R₃、R₄，源和负载阻抗Z_S和Z_L，以及任意点频率f，输出阻抗Z_a1、Z_b1、Z_d1、Z_e1、Z_f1、Z_g1和第一输出端口20，第二输出端口30处的Z_odd由下式确定，

$Z_{a1}=Z_1\frac{0+j{Z}_1\tan ({\mathrm{\θ}}_{1}f/f_1)}{Z_1+0\×j\tan ({\mathrm{\θ}}_{1}f/f_1)}=j{Z}_1\tan ({\mathrm{\θ}}_{1}f/f_1)$

由于Z_a1与R1/2并联，所以有：

Z_b1＝Z_a1×R₁/(R₁+2Z_a1)

$Z_{c1}=Z_2\frac{Z_{b1}+j{Z}_2\tan ({\mathrm{\θ}}_{2}f/f_1)}{Z_2+j{Z}_{b1}\tan ({\mathrm{\θ}}_{2}f/f_1)}$

由于Z_c1与R₂/2关联，所以有：

Z_d1＝Z_c1×R₂/(R₂+2Z_c1)

$Z_{e1}=Z_3\frac{Z_{d1}+j{Z}_3\tan ({\mathrm{\θ}}_{3}f/f_1)}{Z_3+j{Z}_{d1}\tan ({\mathrm{\θ}}_{3}f/f_1)}$

由于Z_e1与R₃/2并联，所以有：

Z_f1＝Z_e1×R₃/(R₃+2Z_e1)

$Z_{g1}=Z_4\frac{Z_{f1}+j{Z}_4\tan ({\mathrm{\θ}}_{4}f/f_1)}{Z_4+j{Z}_{f1}\tan ({\mathrm{\θ}}_{4}f/f_1)}$

由于Z_g1与R₄/2并联，所以有：

Z_odd＝Z_g1×R₄/(R₄+2Z_g1)

进一步地，将步骤S36获取的最优特征阻抗和最优电长度代入上述公式中，得到只含隔离电阻R₁、R₂、R₃、R₄的参数的奇模反射系数公式Γ_odd。

根据上述计算的奇模反射系数公式及前述S参数的说明，同理得到，第二适应度函数F_odd，记为：

F_odd＝(|Γ_odd(f₁)|²+|Γ_odd(f₂)|²+|Γ_odd(f₃)|²+|Γ_odd(f₄)|²)/4(f₁、f₂、f₃、f₄为任意所需匹配的频率点)。

根据初始种群中的隔离电阻，通过上述描述的方法可以计算上述第二适应度函数F_odd。

S38、采用适应度比例方法的选择算法，对隔离电阻的个体进行选择；其中，隔离电阻的个体的选择概率与，隔离电阻对应的第二适应度函数F_odd的值成比例，即第二适应度函数F_odd的值越小的隔离电阻的个体，被选择的机会越高。

S39、对被选中的隔离电阻的个体的染色体以预设的交叉概率和变异概率进行交叉和变异操作，产生构成新一代种群的个体。

在此，预设的交叉概率可以为0.90；预设的变异概率可以为0.08。

S40、计算构成新一代种群的个体对应的第二适应度函数F_odd的值，并判断该第二适应度函数F_odd的值是否收敛，如果收敛，则转到步骤S41；否则转到步骤S38，直到第二适应度函数F_odd的值收敛或当前种群代数达到预设的最大遗传代数时，确定第二适应度函数F_odd的值收敛。

在此，最大遗传代数可以为300。

此处需要说明的是，可以设置使该第二适度函数F_odd的值收敛的判定条件，可以将该判定条件设为该第二适度函数F_odd的值收敛为1×10^-4，在本发明中该判定条件并不限于此，可具体根据实际情况设定，以能使该第二适度函数F_odd的值收敛后获取的隔离电阻为最优为准。

S41、获取第二适应度函数F_odd对应的最优隔离电阻。

S42、将上述最优特征阻抗、最优电长度和最优隔离电阻根据所使用的板材转化为实际的四频带威尔金森功率分配器微带线的长度、宽度、电阻值。

在本实施例中，电长度θ的范围可以为大于或等于0°且小于或等于90°的范围，传输线阻抗Z的范围可以为大于或等于Z_L(源阻抗)且小于或等于2Z_S(负载阻抗)之间，种群规模可以定为200、最大遗传代数可以为300、变量的二进制位数可以为30。但本发明并不限于此，可根据实际需要自行定义。

本发明实施例提供的四频带威尔金森功率分配器参数配置方法，提出了基于遗传算求解威尔金森功率分配器参数的方法，采用该方法设计的功率分配器不仅能在频率f1和f1的倍频处达到良好的效果，而且在任意4个感兴趣的频率f1、n1*f1、n2*f1和n3*f1都适用，其中n1～n3＞1，n1＜n2＜n3，可以为分数，不再局限于简单的整数；相对于现有技术中求解超越方程，得到一个经验值的解(或无法取解)，本发明提出的基于遗传算求解威尔金森功率分配器参数的方法，使求解功率分配器参数的过程比较简单，且可得到最优的参数值，并不再约束各个参数之间关系，可以灵活地对相关的参数进行优化；当四频带威尔金森功率分配器的参数为最优时，使得四频带威尔金森功率分配器的隔离度、回波损耗等可达到良好的性能指标，使得通过该功率分配器的信号干扰减小，且差损也较小，提高了信号的传输质量。

本发明实施例提供了一种四频带威尔金森功率分配器的参数配置装置，且该装置中的各个功能单元/模块与上述参数配置方法中的各步骤一一对应，故对于各个功能单元/模块的具体描述，可以参照上述步骤的描述。另外该四频带威尔金森功率分配器的参数设置可以参照图1所示，与上述实施例相同，在此不再赘述

如图6所示，本发明提供的四频带威尔金森功率分配器的参数配置装置60，包括：

构造单元601，用于根据四频带威尔金森功率分配器的四段传输线的特征阻抗Z₁、Z₂、Z₃、Z₄，电长度θ₁、θ₂、θ₃、θ₄，隔离电阻R₁、R₂、R₃、R₄构造染色体，得到含有所述特征阻抗、所述电长度和所述隔离电阻的初始种群；

第一处理单元602，用于根据所述构造单元601的所述初始种群中的所述特征阻抗、所述电长度，以及所述四频带威尔金森功率分配器的偶模电路的偶模反射系数公式，计算得到所述特征阻抗、所述电长度对应的第一适应度函数；重复对所述特征阻抗、所述电长度的个体进行选择、交叉和变异操作，直到所述第一适应度函数的值收敛，得到所述第一适应度函数对应的最优特征阻抗和最优电长度；

第二处理单元603，用于根据所述第一处理单元602的所述最优特征阻抗、最优电长度，所述构造单元601的所述初始种群中的所述隔离电阻，以及所述四频带威尔金森功率分配器的奇模电路的奇模反射系数公式，计算得到所述隔离电阻对应的第二适应度函数；重复对所述隔离电阻的个体进行选择、交叉和变异操作，直到所述第二适应度函数的值收敛，得到所述第二适应度函数对应的最优隔离电阻；

配置单元604，用于将所述第一处理单元602的所述最优特征阻抗、最优电长度和所述第二处理单元603的最优隔离电阻分别配置为所述四频带威尔金森功率分配器微带线的长度、宽度、电阻值。

可选的，该参数配置装置60的第一处理单元602，如图7所示，可以包括：第一计算模块6021和第二计算模块6022。

其中，第一计算模块6021，用于计算得到所述四频带威尔金森功率分配器的偶模电路的偶模反射系数公式：

其中，所述Z_even为根据所述特征阻抗、所述电长度计算得到的所述四频带威尔金森功率分配器的偶模电路的总输出阻抗；所述Z_L为所述四频带威尔金森功率分配器的电路的负载阻抗。

第二计算模块6022，用于根据所述构造单元601的所述初始种群中的所述特征阻抗、所述电长度，以及所述第一计算模块的偶模反射系数公式计算得到所述第一适应度函数F_even的计算公式为：

F_even＝(|Γ_even(f₁)|²+|Γ_even(f₂)|²+|Γ_even(f₃)|²+|Γ_even(f₄)|²)/4，其中，所述Γ_even为所述四频带威尔金森功率分配器的偶模反射系数；所述f₁、f₂、f₃、f₄为所需匹配的频率点。

可选的，该参数配置装置60的第二处理单元603，参照图7，可以包括：第三计算模块6031和第四计算模块6032。

其中，第三计算模块6031，用于计算得到所述四频带威尔金森功率分配器的奇模反射系数公式：

其中，所述Z_odd为根据所述最优特征阻抗、所述最优电长度和所述隔离电阻计算得到的所述四频带威尔金森功率分配器的奇模电路的总输出阻抗；所述Z_L为所述四频带威尔金森功率分配器的电路的负载阻抗。

第四计算模块6032，用于根据所述第一处理单元的所述最优特征阻抗、最优电长度，所述构造单元的所述初始种群中的所述隔离电阻，以及所述第三计算模块的奇模反射系数公式计算得到所述第二适应度函数F_odd的计算公式为：

F_odd＝(|Γ_odd(f₁)|²+|Γ_odd(f₂)|²+|Γ_odd(f₃)|²+|Γ_odd(f₄)|²)/4，其中，所述Γ_odd为所述四频带威尔金森功率分配器的奇模反射系数；所f₁、f₂、f₃、f₄为所需匹配的频率点。

进一步地，第一处理单元602，具体用于采用适应度比例方法的选择算法，重复对所述特征阻抗、所述电长度的个体进行选择；其中，所述特征阻抗、所述电长度的个体的选择概率与所述特征阻抗、所述电长度对应的所述第一适应度函数的值成比例；对被选中所述特征阻抗、所述电长度的个体的染色体以预设的交叉概率和变异概率进行交叉和变异操作，产生构成新一代种群的个体。

第二处理单元603，具体用于采用适应度比例方法的选择算法，重复对所述隔离电阻的个体进行选择；其中，所述隔离电阻的个体的选择概率与所述隔离电阻对应的所述第二适应度函数的值成比例；对被选中的所述隔离电阻的染色体以预设的交叉概率和变异概率进行交叉和变异操作，产生构成新一代种群的个体。

更进一步地，第一处理单元602，还用于设置第一最大遗传代数，以使得当当前种群代数达到预设的第一最大遗传代数时，则确定所述第一适应度函数的值收敛。

第二处理单元603，还用于设置第二最大遗传代数，以使得当当前种群代数达到预设的第二最大遗传代数时，则确定所述第二适应度函数的值收敛。

需要说明的是，在上述的四频带威尔金森功率分配器的参数配置装置中提到的特征阻抗范围可以为大于或等于Z_L且小于或等于两倍Z_S，其中，所述Z_L为所述四频带威尔金森功率分配器的负载阻抗，所述Z_S为所述四频带威尔金森功率分配器的源阻抗；电长度范围可以为大于或等于0°且小于或等于90°。

本发明实施例提供的四频带威尔金森功率分配器的参数配置装置，使用该装置求解得到四频带威尔金森功率分配器的参数，可使该功率分配器能够匹配任意四个频率；在求解四频带威尔金森功率分配器的参数过程比较简单，且可得到最优的参数值，并不再约束传输线各个参数之间的关系，可以灵活地对相关的参数进行优化；同时，当四频带威尔金森功率分配器的参数为最优时，使得四频带威尔金森功率分配器的隔离度、回波损耗等能达到良好的性能指标，使得通过该功率分配器的信号干扰减小，且差损也较小，提高了信号的传输质量。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (20)

1.一种四频带威尔金森功率分配器的参数配置方法，其特征在于，所述四频带威尔金森功率分配器包括：

一个输入端口，与源阻抗Z_S连接；

第一输出端口和第二输出端口，分别与两个负载阻抗Z_L连接；

所述输入端口和所述第一输出端口之间包括具有四段的传输线的第一四段传输线；所述输入端口和所述第二输出端口之间包括具有四段的传输线的第二四段传输线；所述第一四段传输线与所述第二四段传输线的结构相同；其中，所述第一四段传输线或所述第二四段传输线的各段参数分别为特征阻抗Z₁、电长度θ₁，特征阻抗Z₂、电长度θ₂，特征阻抗Z₃、电长度θ₃，特征阻抗Z₄、电长度θ₄；

所述第一四段传输线与所述第二四段传输线的每一段传输线之间连接有隔离电阻R₁、R₂、R₃、R₄；

所述四频带威尔金森功率分配器的参数配置方法包括：

根据所述四频带威尔金森功率分配器的所述第一四段传输线或所述第二四段传输线的特征阻抗Z₁、Z₂、Z₃、Z₄，电长度θ₁、θ₂、θ₃、θ₄，以及隔离电阻R₁、R₂、R₃、R₄构造染色体，得到含有所述特征阻抗、所述电长度和所述隔离电阻的初始种群；

根据所述初始种群中的所述特征阻抗、所述电长度，以及所述四频带威尔金森功率分配器的偶模电路的偶模反射系数公式，计算得到所述特征阻抗、所述电长度对应的第一适应度函数；

重复对所述特征阻抗、所述电长度的个体进行选择、交叉和变异操作，直到所述第一适应度函数的值收敛，得到所述第一适应度函数对应的最优特征阻抗和最优电长度；

根据所述最优特征阻抗、最优电长度、所述初始种群中的所述隔离电阻，以及所述四频带威尔金森功率分配器的奇模电路的奇模反射系数公式，计算得到所述隔离电阻对应的第二适应度函数；

重复对所述隔离电阻的个体进行选择、交叉和变异操作，直到所述第二适应度函数的值收敛，得到所述第二适应度函数对应的最优隔离电阻；

将所述最优特征阻抗、最优电长度和最优隔离电阻分别配置为所述四频带威尔金森功率分配器微带线的长度、宽度、电阻值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述四频带威尔金森功率分配器的偶模反射系数公式为：

其中，所述Z_even为根据所述特征阻抗、所述电长度计算得到的所述四频带威尔金森功率分配器的偶模电路的总输出阻抗；所述Z_L为所述四频带威尔金森功率分配器的电路的负载阻抗。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一适应度函数F_even的计算公式为：

F_even＝(|Γ_even(f₁)|²+|Γ_even(f₂)|²+|Γ_even(f₃)|²+|Γ_even(f₄)|²)/4，其中，所述Γ_even为所述四频带威尔金森功率分配器的偶模反射系数；所述f₁、f₂、f₃、f₄为所需匹配的频率点。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述四频带威尔金森功率分配器的奇模反射系数公式为：

其中，所述Z_odd为根据所述最优特征阻抗、所述最优电长度和所述隔离电阻计算得到的所述四频带威尔金森功率分配器的奇模电路的总输出阻抗；所述Z_L为所述四频带威尔金森功率分配器的电路的负载阻抗。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第二适应度函数F_odd的计算公式为：

F_odd＝(|Γ_odd(f₁)|²+|Γ_odd(f₂)|²+|Γ_odd(f₃)|²+|Γ_odd(f₄)|²)/4，其中，所述Γ_odd为所述四频带威尔金森功率分配器的奇模反射系数；所述f₁、f₂、f₃、f₄为所需匹配的频率点。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述特征阻抗、所述电长度的个体进行选择、交叉和变异操作包括：

采用适应度比例方法的选择算法，对所述特征阻抗、所述电长度的个体进行选择；其中，所述特征阻抗、所述电长度的个体的选择概率与所述特征阻抗、所述电长度对应的所述第一适应度函数的值成比例；

对被选中所述特征阻抗、所述电长度的个体的染色体以预设的交叉概率和变异概率进行交叉和变异操作，产生构成新一代种群的个体。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，若当前种群代数达到预设的第一最大遗传代数时，则确定所述第一适应度函数的值收敛。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述隔离电阻的个体进行选择、交叉和变异操作包括：

采用适应度比例方法的选择算法，对所述隔离电阻的个体进行选择；其中，所述隔离电阻的个体的选择概率与所述隔离电阻对应的所述第二适应度函数的值成比例；

对被选中的所述隔离电阻的个体的染色体以预设的交叉概率和变异概率进行交叉和变异操作，产生构成新一代种群的个体。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，若当前种群代数达到预设的第二最大遗传代数时，则确定所述第二适应度函数的值收敛。

10.根据权利要求1至9任一所述的方法，其特征在于，所述特征阻抗的范围为大于或等于Z_L且小于或等于两倍Z_S；其中，所述Z_L为所述四频带威尔金森功率分配器的负载阻抗，所述Z_S为所述四频带威尔金森功率分配器的源阻抗。

11.根据权利要求1至9任一所述的方法，其特征在于，所述电长度的范围为大于或等于0°且小于或等于90°。

12.一种四频带威尔金森功率分配器的参数配置装置，其特征在于，所述四频带威尔金森功率分配器包括：

一个输入端口，与源阻抗Z_S连接；

第一输出端口和第二输出端口，分别与两个负载阻抗Z_L连接；

所述输入端口和所述第一输出端口之间包括具有四段的传输线的第一四段传输线；所述输入端口和所述第二输出端口之间包括具有四段的传输线的第二四段传输线；所述第一四段传输线与所述第二四段传输线的结构相同；其中，所述第一四段传输线或所述第二四段传输线的各段参数分别为特征阻抗Z₁、电长度θ₁，特征阻抗Z₂、电长度θ₂，特征阻抗Z₃、电长度θ₃，特征阻抗Z₄、电长度θ₄；

所述第一四段传输线与所述第二四段传输线的每一段传输线之间连接有隔离电阻R₁、R₂、R₃、R₄；

所述四频带威尔金森功率分配器的参数配置装置包括：

构造单元，用于根据所述四频带威尔金森功率分配器的所述第一四段传输线或所述第二四段传输线的特征阻抗Z₁、Z₂、Z₃、Z₄，电长度θ₁、θ₂、θ₃、θ₄，以及隔离电阻R₁、R₂、R₃、R₄构造染色体，得到含有所述特征阻抗、所述电长度和所述隔离电阻的初始种群；

第一处理单元，用于根据所述构造单元的所述初始种群中的所述特征阻抗、所述电长度，以及所述四频带威尔金森功率分配器的偶模电路的偶模反射系数公式，计算得到所述特征阻抗、所述电长度对应的第一适应度函数；重复对所述特征阻抗、所述电长度的个体进行选择、交叉和变异操作，直到所述第一适应度函数的值收敛，得到所述第一适应度函数对应的最优特征阻抗和最优电长度；

第二处理单元，用于根据所述第一处理单元的所述最优特征阻抗、最优电长度，所述构造单元的所述初始种群中的所述隔离电阻，以及所述四频带威尔金森功率分配器的奇模电路的奇模反射系数公式，计算得到所述隔离电阻对应的第二适应度函数；重复对所述隔离电阻的个体进行选择、交叉和变异操作，直到所述第二适应度函数的值收敛，得到所述第二适应度函数对应的最优隔离电阻；

配置单元，用于将所述第一处理单元的所述最优特征阻抗、最优电长度和所述第二处理单元的最优隔离电阻分别配置为所述四频带威尔金森功率分配器微带线的长度、宽度、电阻值。

13.根据权利要求12所述的参数配置装置，其特征在于，所述第一处理单元包括：

第一计算模块，用于计算得到所述四频带威尔金森功率分配器的偶模电路的偶模反射系数公式：

其中，所述Z_even为根据所述特征阻抗、所述电长度计算得到的所述四频带威尔金森功率分配器的偶模电路的总输出阻抗；所述Z_L为所述四频带威尔金森功率分配器的电路的负载阻抗。

14.根据权利要求13所述的参数配置装置，其特征在于，所述第一处理单元还包括：

第二计算模块，用于根据所述构造单元的所述初始种群中的所述特征阻抗、所述电长度，以及所述第一计算模块的偶模反射系数公式计算得到所述第一适应度函数F_even的计算公式为：

F_even＝(|Γ_even(f₁)|²+|Γ_even(f₂)|²+|Γ_even(f₃)|²+|Γ_even(f₄)|²)/4，其中，所述Γ_even为所述四频带威尔金森功率分配器的偶模反射系数；所述f₁、f₂、f₃、f₄为所需匹配的频率点。

15.根据权利要求12所述的参数配置装置，其特征在于，所述第二处理单元包括：

第三计算模块，用于计算得到所述四频带威尔金森功率分配器的奇模反射系数公式：

其中，所述Z_odd为根据所述最优特征阻抗、所述最优电长度和所述隔离电阻计算得到的所述四频带威尔金森功率分配器的奇模电路的总输出阻抗；所述Z_L为所述四频带威尔金森功率分配器的电路的负载阻抗。

16.根据权利要求15所述的参数配置装置，其特征在于，包括：所述第二处理单元还包括：

第四计算模块，用于根据所述第一处理单元的所述最优特征阻抗、最优电长度，所述构造单元的所述初始种群中的所述隔离电阻，以及所述第三计算模块的奇模反射系数公式计算得到所述第二适应度函数F_odd的计算公式为：

F_odd＝(|Γ_odd(f₁)|²+|Γ_odd(f₂)|²+|Γ_odd(f₃)|²+|Γ_odd(f₄)|²)/4，其中，所述Γ_odd为所述四频带威尔金森功率分配器的奇模反射系数；所述f₁、f₂、f₃、f₄为所需匹配的频率点。

17.根据权利要求12所述的的参数配置装置，其特征在于，

所述第一处理单元，具体用于采用适应度比例方法的选择算法，重复对所述特征阻抗、所述电长度的个体进行选择；其中，所述特征阻抗、所述电长度的个体的选择概率与所述特征阻抗、所述电长度对应的所述第一适应度函数的值成比例；对被选中所述特征阻抗、所述电长度的个体的染色体以预设的交叉概率和变异概率进行交叉和变异操作，产生构成新一代种群的个体。

18.根据权利要求17所述的参数配置装置，其特征在于，

所述第一处理单元，还用于设置第一最大遗传代数，以使得当前种群代数达到预设的第一最大遗传代数时，则确定所述第一适应度函数的值收敛。

19.根据权利要求12所述的参数配置装置，其特征在于，

所述第二处理单元，具体用于采用适应度比例方法的选择算法，重复对所述隔离电阻的个体进行选择；其中，所述隔离电阻的个体的选择概率与所述隔离电阻对应的所述第二适应度函数的值成比例；对被选中的所述隔离电阻的染色体以预设的交叉概率和变异概率进行交叉和变异操作，产生构成新一代种群的个体。

20.根据权利要求19所述的参数配置装置，其特征在于，

所述第二处理单元，还用于设置第二最大遗传代数，以使得当前种群代数达到预设的第二最大遗传代数时，则确定所述第二适应度函数的值收敛。