CN115358071A - 微波滤波器的结构参数调整方法及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种微波滤波器的结构参数调整方法及电子设备,该方法包括:确定微波滤波器的第一单端口网络中多阶谐振器各自的零点频率和极点频率;根据第一单端口网络中多阶谐振器各自的零点频率和极点频率,得到多阶谐振器各自的中间谐振频率;针对第一单端口网络中多阶谐振器中相邻两阶谐振器,根据与相邻两阶谐振器相关的零点频率、极点频率和中间谐振频率,得到相邻两阶谐振器之间的中间耦合系数;以及基于多个中间谐振频率、至少一个中间耦合系数和与微波滤波器对应的标准性能参数,调整第一单端口网络的结构参数。
Description
技术领域
本发明涉及电子通讯技术领域,尤其涉及一种微波滤波器的结构参数调整方法及电子设备。
背景技术
随着现代无线通信技术的飞速发展,微波滤波器作为缓解频谱紧张的选频器件被广泛用于卫星通信、移动通信、雷达系统、导航系统、电子对抗及无线遥测等领域。伴随着新材料新工艺的融入,声表面波、微带/带线、介质、腔体、同轴、波导以及低温共烧陶瓷(LowTemperature Co-fired Ceramics,LTCC)和高温超导(High TemperatureSuperconductor,HTS)等各种形式的微波滤波器都在不断发展。
在微波滤波器发展的过程中,谐振器耦合型微波滤波器的综合设计占据较为重要的地位,但随着谐振器耦合型微波滤波器中的谐振器阶数越来越高,其综合设计以及调谐方法都面临着越来越大的挑战。
目前谐振器耦合型微波滤波器的综合设计都是借助商用仿真软件来完成的,但现有综合设计方法过度依赖商用仿真软件的内嵌优化算法,导致增加了后续对微波滤波器进行调谐的调谐难度。
发明内容
有鉴于此,本发明提供一种微波滤波器的结构参数调整方法及设备,以期至少部分地解决上述技术问题。
本发明提供了一种微波滤波器的结构参数调整方法,包括:确定微波滤波器的第一单端口网络中多阶谐振器各自的零点频率和极点频率;根据上述第一单端口网络中多阶谐振器各自的零点频率和极点频率,得到上述多阶谐振器各自的中间谐振频率;针对上述第一单端口网络中多阶谐振器中相邻两阶谐振器,根据与上述相邻两阶谐振器相关的零点频率、极点频率和中间谐振频率,得到上述相邻两阶谐振器之间的中间耦合系数;以及基于多个上述中间谐振频率、至少一个上述中间耦合系数和与上述微波滤波器对应的标准性能参数,调整上述第一单端口网络的结构参数。
根据本发明的实施例,上述确定微波滤波器的第一单端口网络中多阶谐振器各自的零点频率和极点频率,包括:在1<i≤I的情况下,根据第i-1阶第一中间表达式,确定第i阶第二中间表达式;根据第i-1阶第二中间表达式、第i阶第二中间表达式、第i-1阶中间谐振频率和第i-1阶谐振器与第i阶谐振器之间的中间耦合系数,确定第i阶第一中间表达式;根据第i阶第二中间表达式,确定上述第一单端口网络中第i阶谐振器的零点频率;以及根据第i阶第一中间表达式,确定上述第一单端口网络中第i阶谐振器的极点频率;其中,I是大于1的整数。
根据本发明的实施例,上述确定微波滤波器的第一单端口网络中多阶谐振器各自的零点频率和极点频率,包括:在i=1的情况下,对上述微波滤波器的第一单端口网络进行仿真,得到上述第一单端口网络中第1阶谐振器的零点频率和极点频率。
根据本发明的实施例,上述第一单端口网络还包括馈电输入接口;其中,上述对上述微波滤波器的第一单端口网络进行仿真,得到第1阶谐振器的零点频率和极点频率,包括:确定上述微波滤波器中第一单端口网络的初始接口距离和至少一个初始谐振器间隔距离,上述初始接口距离表征满足第一预定距离条件的虚拟接口距离,上述虚拟接口距离表征上述馈电输入接口与上述微波滤波器的第1阶谐振器之间的距离,上述初始谐振器间隔距离表征满足第二预定距离条件的虚拟谐振器间隔距离,上述虚拟谐振器间隔距离表征上述微波器中相邻两个谐振器之间的距离;以及
在上述微波谐振器满足初始接口距离和上述至少一个初始谐振器间隔距离的情况下,对上述第一端口网络进行仿真,得到上述第1阶谐振器的零点频率和极点频率。
根据本发明的实施例,上述确定上述微波滤波器中第一单端口网络的初始接口距离和至少一个初始谐振器间隔距离,包括:
根据上述标准性能参数和第一映射关系集,确定上述第一单端口网络的初始接口距离,上述第一映射关系集包括多个第一映射关系,上述第一映射关系表征上述虚拟接口距离与第二单端口网络的虚拟品质因数之间的关系,上述第二单端口网络包括上述馈电输入接口和第1阶谐振器;以及
根据上述标准性能参数和第二映射关系集,确定上述多个初始谐振器间隔距离,其中,上述第二映射关系集包括多个第二映射关系,上述第二映射关系表征上述虚拟谐振器间隔距离与虚拟耦合系数之间的关系,上述虚拟耦合系数表征上述微波谐振器中相邻两个谐振器之间的耦合系数。
根据本发明的实施例,上述针对上述多阶谐振器中相邻两阶谐振器,根据与上述相邻两阶谐振器相关的零点频率、极点频率和中间谐振频率,得到上述相邻两阶谐振器之间的中间耦合系数,包括:在1≤i≤I的情况下,针对上述多阶谐振器中第i阶谐振器与第i+1阶谐振器,根据第i阶谐振器的零点频率、极点频率和中间谐振频率,得到上述第i阶谐振器与上述第i+1阶谐振器之间的中间耦合系数。
根据本发明的实施例,上述基于多个上述中间谐振频率、至少一个上述中间耦合系数和与上述微波滤波器对应的标准性能参数,调整上述第一单端口网络的结构参数,包括:基于多个上述中间谐振频率、至少一个上述中间耦合系数和与上述微波滤波器对应的标准性能参数,确定调谐方向;以及根据上述调谐方向,调整上述第一单端口网络的结构参数。
根据本发明的实施例,上述标准性能参数包括上述微波滤波器的标准中心频率和上述微波滤波器中相邻两个谐振器之间的标准耦合系数;其中,上述结构参数包括上述谐振器的长度和相邻两个谐振器之间的距离;其中,上述根据上述调谐方向,调整上述第一单端口网络的结构参数,包括:针对上述第一单端口网络中的每个谐振器,在确定上述谐振器的中间谐振频率和上述标准中心频率之间的偏差属于第一预定偏差范围的情况下,调整上述谐振器的长度;以及针对上述第一单端口网络中相邻两个谐振器,在确定上述中间耦合系数和与中间耦合系数对应的标准耦合系数之间的偏差属于第二预定偏差范围的情况下,调整上述相邻两个谐振器之间的距离。
根据本发明的实施例,上述微波滤波器的结构参数调整方法还包括:在完成调整上述第一单端口网络的结构参数的情况下,根据调整后的第一单端口网络的结构参数,确定上述微波谐振器的结构参数。
本发明的另一方面提供了一种电子设备,包括:至少一个处理器;以及与上述至少一个处理器通信连接的存储器;其中,上述存储器存储有可被上述至少一个处理器执行的指令,上述指令被上述至少一个处理器执行,以使上述至少一个处理器能够执行上述微波滤波器的结构参数调整方法。
根据本发明的实施例,由于根据第一单端口网络中多阶谐振器各自的零点频率和极点频率,能够得到第一单端口网络中多阶谐振器各自的中间谐振频率及第一单端口网络中多阶谐振器中相邻两阶谐振器之间的耦合系数,在此基础上,基于多个中间谐振频率、至少一个中间耦合系数和与微波滤波器对应的标准性能参数,实现了有针对性地调整第一单端口网络的结构参数,进而降低了微波滤波器的调谐难度,使得微波滤波器的结构参数调整过程更为高效。
附图说明
图1示意性示出了根据本发明实施例的微波滤波器的结构参数调整方法的流程图;
图2示意性示出了根据本发明实施例的第二单端口网络的结构示意图;
图3示意性示出了根据本发明实施例的第三单端口网络的结构示意图;
图4示意性示出了根据本发明实施例的第一单端口网络的结构示意图;
图5示意性示出了根据本发明实施例的第一单端口网络的输入阻抗仿真曲线示意图;
图6示意性示出了根据本发明实施例的微波滤波器的整体结构示意图;
图7(a)示意性示出了根据本发明实施例的微波滤波器的S特性曲线示意图;
图7(b)示意性示出了根据本发明实施例的微波滤波器的带内波动曲线示意图;以及
图8示意性示出了根据本发明实施例的适于实现微波滤波器的结构参数调整方法的电子设备的方框图。
具体实施方式
以下,将参照附图来描述本发明的实施例。但是应该理解,这些描述只是示例性的,而并非要限制本发明的范围。在下面的详细描述中,为便于解释,阐述了许多具体的细节以提供对本发明实施例的全面理解。然而,明显地,一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外,在以下说明中,省略了对公知结构和技术的描述,以避免不必要地混淆本发明的概念。
在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例,而并非意在限制本发明。在此使用的术语“包括”、“包括”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在,但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义,除非另外定义。应注意,这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义,而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。
在使用类似于“A、B和C等中至少一个”这样的表述的情况下,一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如,“具有A、B和C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等)。在使用类似于“A、B或C等中至少一个”这样的表述的情况下,一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如,“具有A、B或C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等)。
为解决在设计谐振器耦合型微波滤波器的过程中,较为依赖商用仿真软件的内嵌优化算法对谐振器耦合型微波滤波器进行设计,且设计过程中谐振器耦合型微波滤波器调谐过程困难,得到的谐振器耦合型微波滤波器的性能可能无法满足使用要求的问题,本发明提出一种微波滤波器的结构参数调整方法。
例如,确定微波滤波器的第一单端口网络中多阶谐振器各自的零点频率和极点频率。根据所述第一单端口网络中多阶谐振器各自的零点频率和极点频率,得到所述多阶谐振器各自的中间谐振频率。针对所述第一单端口网络中多阶谐振器中相邻两阶谐振器,根据与所述相邻两阶谐振器相关的零点频率、极点频率和中间谐振频率,得到所述相邻两阶谐振器之间的中间耦合系数。基于多个所述中间谐振频率、至少一个所述中间耦合系数和与所述微波滤波器对应的标准性能参数,调整所述第一单端口网络的结构参数。
根据本发明的实施例,由于根据第一单端口网络中多阶谐振器各自的零点频率和极点频率,能够得到第一单端口网络中多阶谐振器各自的中间谐振频率及第一单端口网络中多阶谐振器中相邻两阶谐振器之间的耦合系数,在此基础上,基于多个中间谐振频率、至少一个中间耦合系数和与微波滤波器对应的标准性能参数,实现了有针对性地调整第一单端口网络的结构参数,进而降低了微波滤波器的调谐难度,使得微波滤波器的结构参数调整过程更为高效。
图1示意性示出了根据本发明实施例的微波滤波器的结构参数调整方法的流程图。
如图1所示,该微波滤波器的结构参数调整方法包括操作S110~操作S140。
在操作S110,确定微波滤波器的第一单端口网络中多阶谐振器各自的零点频率和极点频率。
根据本发明的实施例,微波滤波器可以包括馈电输入接口,多阶谐振器及馈电输出接口,其中微波滤波器中谐振器的阶数可以根据实际情况进行确定。
根据本发明的实施例,第一单端口网络可以包括微波滤波器的一部分结构,也可以包括微波滤波器的整体结构。例如第一单端口网络可以包括微波滤波器的馈电输入接口及微波滤波器中一半阶数的谐振器,或者第一单端口网络可以包括微波滤波器的馈电输入接口及微波滤波器中全部阶数的谐振器。而第一单端口网络中谐振器的总阶数可以根据实际情况进行选择。
根据本发明的实施例,零点频率可以为在第一单端口网络的输入阻抗为零的情况下,输入信号的频率,极点频率可以为在第一单端口网络的输入阻抗为极值的情况下,输入信号的频率。
根据本发明的实施例,例如可以先用全波电磁仿真软件对第一单端口网络进行仿真,得到第一单端口网络的输入阻抗仿真曲线。其中,全波电磁仿真软件可以为用于设计、分析和优化电磁部件及系统的软件。输入阻抗仿真曲线表征输入信号的频率与第一单端口网络的输入阻抗的关系的曲线。然后在第一单端口网络的输入阻抗为零的情况下,根据输入阻抗仿真曲线确定第一单端口网络中第1阶谐振器的零点频率和极点频率。再者根据第1阶谐振器的零点频率和极点频率,利用多个中间表达式计算得到除第1阶谐振器以外的其它各阶谐振器的零点频率和极点频率。中间表达式可以表征第1阶谐振器的零点频率和极点频与其它各阶谐振器的零点频率和极点频率之间的关系。
在操作S120,根据第一单端口网络中多阶谐振器各自的零点频率和极点频率,得到多阶谐振器各自的中间谐振频率。
根据本发明的实施例,可以将第一单端口网络中多阶谐振器各自的零点频率和极点频率作为公式的输入参量,利用公式计算得到多阶谐振器各自的中间谐振频率,其中公式为表征多阶谐振器各自的零点频率和极点频率与多阶谐振器各自的中间谐振频率之间的关系的公式。
在操作S130,针对第一单端口网络中多阶谐振器中相邻两阶谐振器,根据与相邻两阶谐振器相关的零点频率、极点频率和中间谐振频率,得到相邻两阶谐振器之间的中间耦合系数。
根据本发明的实施例,可以将与相邻两阶谐振器相关的零点频率、极点频率和中间谐振频率作为公式的输入参量,利用公式计算得到相邻两阶谐振器之间的中间耦合系数,其中公式为表征相邻两阶谐振器相关的零点频率、极点频率和中间谐振频率与相邻两阶谐振器之间的中间耦合系数之间的关系的公式。
在操作S140,基于多个中间谐振频率、至少一个中间耦合系数和与微波滤波器对应的标准性能参数,调整第一单端口网络的结构参数。
根据本发明的实施例,标准性能参数可以为表征微波滤波器能实现功能的参数。微波滤波器的标准性能参数可以包括以下至少之一:标准滤波器类型、标准中心频率、通带带宽、通带内波动、通带内反射损耗、谐振器阶数、滤波器原型、标准品质因数和相邻两阶谐振器之间的标准耦合系数。根据本发明的实施例,结构参数可以包括:第一单端口网络中相邻两阶谐振器之间的距离及第一单端口网络中多个谐振器各自的长度。
根据本发明的实施例,可以利用多个中间谐振频率及至少一个中间耦合系数与微波滤波器对应的标准性能参数进行对比,根据对比结果调整第一单端口网络的结构参数。
本发明的实施例提供的微波滤波器的结构参数调整方法,由于根据第一单端口网络中多阶谐振器各自的零点频率和极点频率,能够得到第一单端口网络中多阶谐振器各自的中间谐振频率及第一单端口网络中多阶谐振器中相邻两阶谐振器之间的耦合系数,在此基础上,基于多个中间谐振频率、至少一个中间耦合系数和与微波滤波器对应的标准性能参数,实现了有针对性地调整第一单端口网络的结构参数,进而降低了微波滤波器的调谐难度,使得微波滤波器的结构参数调整过程更为高效。
根据本公开的实施例,操作S110可以包括如下操作。
在i=1的情况下,对微波滤波器的第一单端口网络进行仿真,得到第一单端口网络中第1阶谐振器的零点频率和极点频率。
根据本发明的实施例,在i=1的情况下,可以利用全波电磁仿真软件对第一单端口网络进行仿真,得到第一单端口网络的输入阻抗仿真曲线。然后在第一单端口网络的输入阻抗为零的情况下,根据输入阻抗仿真曲线提取第一单端口网络中第1阶谐振器的零点频率和极点频率。
根据本发明的实施例,可以根据公式(1)得到第一单端口网络中多阶谐振器各自的中间谐振频率。
根据本发明的实施例,在i=1的情况下,可以根据公式(2)得到第1阶谐振器的中间谐振频率。
根据本发明的实施例,操作S110可以包括如下操作。
在1<i≤I的情况下,根据第i-1阶第一中间表达式,确定第i阶第二中间表达式。根据第i-1阶第二中间表达式、第i阶第二中间表达式、第i-1阶中间谐振频率和第i-1阶谐振器与第i阶谐振器之间的中间耦合系数,确定第i阶第一中间表达式。根据第i阶第二中间表达式,确定第一单端口网络中第i阶谐振器的零点频率。根据第i阶第一中间表达式,确定第一单端口网络中第i阶谐振器的极点频率。
根据本发明的实施例,在1<i≤I的情况下,第一中间表达式可以为公式(3),第二中间表达式可以为公式(4)。I可以是大于1的整数。I可以根据实际业务需求进行配置,在此不作限定。
Pi(w2)=Qi-1(w2) (4)
其中,w2表征连接公式(3)及公式(4)的中间变量。w0(i-1)表征第i-1阶谐振器的中间谐振频率。m(i-1,i)表征第i-1阶谐振器与第i阶谐振器之间的中间耦合系数。Qi(w2)表征第i阶第一中间表达式。Qi-1(w2)表征第i-1阶第一中间表达式。Pi(w2)表征第i阶第二中间表达式。Pi-1(w2)表征第i-1阶第二中间表达式。
根据本发明的实施例,在i=1的情况下,第一中间表达式可以为公式(5),第二中间表达式可以为公式(6)。
根据本发明的实施例,在i=2的情况下,根据公式(3)-(6)可以得到公式(7)及(8):
P2(w2)=Q1(w2) (7)
以此类推,可以根据公式(3)-(6)确定微波滤波器的第一单端口网络中多阶谐振器各自的零点频率和极点频率。
根据本发明的实施例,本发明实施例提供的微波滤波器的结构参数调整方法能够确定第一单端口网络中多阶谐振器各自的零点频率和极点频率,为后续获取第一单端口网络中多阶谐振器各自的中间谐振频率及相邻两阶谐振器之间的中间耦合系数做准备。
根据本发明的实施例,第一单端口网络还可以包括馈电输入接口。对微波滤波器的第一单端口网络进行仿真,得到第1阶谐振器的零点频率和极点频率,可以包括如下操作。
确定微波滤波器中第一单端口网络的初始接口距离和至少一个初始谐振器间隔距离。初始接口距离表征满足第一预定距离条件的虚拟接口距离。虚拟接口距离表征馈电输入接口与微波滤波器的第1阶谐振器之间的距离。初始谐振器间隔距离表征满足第二预定距离条件的虚拟谐振器间隔距离。虚拟谐振器间隔距离表征微波器中相邻两个谐振器之间的距离。在微波谐振器满足初始接口距离和至少一个初始谐振器间隔距离的情况下,对第一端口网络进行仿真,得到第1阶谐振器的零点频率和极点频率。
根据本发明的实施例,可以将满足第一预定距离条件的虚拟接口距离确定为初始接口距离。第一预定距离条件可以表征使第一单端口网络中的馈电输入接口与微波滤波器的第1阶谐振器组成的第二单端口网络的虚拟品质因数与标准性能参数中的标准品质因数之间的差值小于或等于第一预定阈值的虚拟接口距离。第一预定阈值可以根据实际业务需求进行配置,在此不作限定。例如,第一预定阈值可以是0。
根据本发明的实施例,可以将满足第二预定距离条件的虚拟谐振器间隔距离确定为初始谐振器间隔距离。第二预定距离条件可以表征使第一单端口网络中的馈电输入接口、微波滤波器的第1阶谐振器及微波滤波器的第2阶谐振器组成的第三单端口网络中的相邻两阶谐振器之间的耦合系数与标准性能参数中的标准耦合系数之间的差值小于或等于第二预定阈值的虚拟谐振器间隔距离。第二预定阈值可以根据实际业务需求进行配置,在此不作限定。例如,第二预定阈值可以是0。根据本发明的实施例,确定微波滤波器中第一单端口网络的初始接口距离和至少一个初始谐振器间隔距离,可以包括如下操作。
根据标准性能参数和第一映射关系集,确定第一单端口网络的初始接口距离。第一映射关系集包括多个第一映射关系。第一映射关系表征虚拟接口距离与第二单端口网络的虚拟品质因数之间的关系。第二单端口网络包括馈电输入接口和第1阶谐振器。根据标准性能参数和第二映射关系集,确定多个初始谐振器间隔距离。第二映射关系集包括多个第二映射关系。第二映射关系表征虚拟谐振器间隔距离与虚拟耦合系数之间的关系。虚拟耦合系数表征微波谐振器中相邻两个谐振器之间的耦合系数。
根据本发明的实施例,可以将第一映射关系集中的多个第一映射关系用关系曲线进行表征,进而得到虚拟接口距离与第二单端口网络的虚拟品质因数之间的第一关系曲线。在虚拟品质因数与微波滤波器的标准性能参数中的标准品质因数相等的情况下,根据第一关系曲线确定与标准品质因数对应的虚拟接口距离,并将此虚拟接口距离确定为第一单端口网络的初始接口距离。
根据本发明的实施例,可以将第二映射关系集中的多个第二映射关系用关系曲线进行表征,进而得到虚拟谐振器间隔距离与虚拟耦合系数之间的第二关系曲线。在虚拟耦合系数与微波滤波器的标准耦合系数相等的情况下,根据第二关系曲线确定与标准耦合系数对应的虚拟谐振器间隔距离,并将此虚拟谐振器间隔距离确定为初始谐振器间隔距离。
根据本发明的实施例,微波滤波器的标准耦合系数可以表征微波滤波器中相邻两阶谐振器之间的耦合系数的标准值,所以根据虚拟耦合系数、微波滤波器的标准耦合系数及第二关系曲线,可以确定与微波滤波器中各个相邻两阶谐振器相关的标准耦合系数分别对应的各个虚拟谐振器间隔距离,并将这些虚拟谐振器间隔距离确定为初始谐振器间隔距离。
根据本发明的实施例,由于第一单端口网络的初始接口距离是根据标准性能参数和第一映射关系集确定的,第一单端口网络的初始谐振器间隔距离是根据标准性能参数和第二映射关系集确定的,即初始接口距离和初始谐振器间隔距离的确定均依据了标准性能参数,因此,使得初始接口距离和初始谐振器距离接近与标准性能参数对应的相关参数,由此减小了初始接口距离和初始谐振器距离与最终设计的微波滤波器的结构参数的差距,进而减少了调谐次数,提高了调谐效率。
图2示意性示出了根据本发明实施例的第二单端口网络的结构示意图。
如图2所示,第二单端口网络200可以包括馈电输入接口210与第1阶谐振器220。馈电输入接口210与第1阶谐振器220之间的虚拟接口距离为da。通过调节虚拟接口距离da,可以得到多个虚拟接口距离da各不相同的第二单端口网络200。
根据本发明的实施例,可以利用全波电磁仿真软件对第二单端口网络进行仿真,获取第二单端口网络的群时延,根据第二单端口网络的群时延,利用公式(9)得到第二单端口网络的虚拟品质因数。
其中,QE表征第二单端口网络的虚拟品质因数。w0表征标准性能参数中微波滤波器的标准中心频率。τs11(w0)表征单端口网络11在标准中心频率处的群时延。
根据本发明的实施例,可以利用全波电磁仿真软件对第三单端口网络进行仿真,得到第三单端口网络的输入阻抗仿真曲线。然后在第三单端口网络的输入阻抗为零的情况下,根据输入阻抗仿真曲线确定第三单端口网络中第1阶谐振器的零点频率和极点频率。第三单端口网络可以包括第二单端口网络及第2阶谐振器。第2阶谐振器可以为微波滤波器中除第1阶谐振器之外的其它任意阶的谐振器。并根据零点频率及极点频率,利用公式(10)得到第三单端口网络中第1阶谐振器的中间谐振频率,利用公式(11)得到第三单端口网络中相邻两阶谐振器之间的虚拟耦合系数。
其中,w01表征第三单端口网络中第1阶谐振器的中间谐振频率。表征第1阶谐振器的第1个零点频率。表征第1阶谐振器的第2个零点频率。表征第1阶谐振器的第1个极点频率。m12表征第1阶谐振器与第2阶谐振器间的耦合系数。
图3示意性示出了根据本发明实施例的第三单端口网络的结构示意图。
如图3所示,第三单端口网络300可以包括第1阶谐振器310与第2阶谐振器320。第1阶谐振器310与第2阶谐振器320之间的虚拟谐振器间隔距离为d1,2。通过调节虚拟谐振器间隔距离d1,2,可以得到虚拟谐振器间隔距离d1,2各不相同的多个第三单端口网络300。通过全波电磁仿真软件对多个第三单端口网络300分别进行仿真,得到多个第三单端口网络300各自的零点频率及极点频率,并根据零点频率及极点频率,利用公式(11)得到多个第三单端口网络300中第1阶谐振器310与第2阶谐振器320之间的各自的虚拟耦合系数。
根据本发明的实施例,微波滤波器的标准性能参数可以包括以下至少之一:标准滤波器类型、标准中心频率、通带带宽、通带内波动、通带内反射损耗、谐振器阶数、滤波器原型、标准品质因数和相邻两阶谐振器之间的标准耦合系数。
例如,标准滤波器类型:微带滤波器;标准中心频率:6.8GHz;通带带宽:360MHz;通带内波动:<0.1dB;通带内反射损耗:>20dB;谐振器阶数:15阶;滤波器原型:切比雪夫;微波滤波器的标准品质因数及微波滤波器中相邻两阶谐振器之间的标准耦合系数。
根据本发明的实施例,微波滤波器的标准品质因数及微波滤波器中相邻两阶谐振器之间的标准耦合系数的获取过程可以为:通过查询表1中的切比雪夫g因子表(取波纹系数0.01),获取切比雪夫g因子。利用公式(12)获取微波滤波器的标准品质因数。利用公式(13)获取微波滤波器中相邻两阶谐振器之间的标准耦合系数。
表1
其中,QE表征标准品质因数。mi,i+1表征微波滤波器中的第i阶谐振器与第i+1阶的谐振器之间的标准耦合系数。w0表征微波滤波器的标准中心频率。Δw表征微波滤波器的带宽。gi表征微波滤波器设计因子。gi通过查询表1得到。
微波滤波器的标准中心频率、根据由公式(11)得到的微波滤波器的标准品质因数及根据由公式(12)得到的微波滤波器中相邻两阶谐振器之间的标准耦合系数如表2所示:
表2
f<sub>0</sub> | Q<sub>E</sub> | m<sub>1,2</sub> | m<sub>2,3</sub> | m<sub>3,4</sub> | m<sub>4,5</sub> | m<sub>5,6</sub> | m<sub>6,7</sub> | m<sub>7,8</sub> |
6800 | 15.7 | 2052.1 | 1375.5 | 1249.9 | 1205.8 | 1186.3 | 1176.9 | 1173.0 |
由于本发明实施例提供的微波滤波器的结构参数调整方法可以只取半数谐振器进行仿真,因此,可以只算到m7,8。
将表2中的标准品质因数代入第一关系曲线,获取初始接口距离。将表2中的相邻两阶谐振器之间的标准耦合系数代入第二关系曲线,获取初始谐振器间隔距离。获取到的微波滤波器中第一单端口网络的初始接口距离da和初始谐振器间隔距离mi,i-1(i≥1)如表3所示:
表3
d<sub>a</sub> | d<sub>1,2</sub> | d<sub>2,3</sub> | d<sub>3,4</sub> | d<sub>4,5</sub> | d<sub>5,6</sub> | d<sub>6,7</sub> | d<sub>7,8</sub> |
0.1 | 0.35 | 0.475 | 0.5 | 0.51 | 0.522 | 0.525 | 0.525 |
图4示意性示出了根据本发明实施例的第一单端口网络的结构示意图。
如图4所示,第一单端口网络400中的第1阶谐振器与第2阶谐振器之间的初始谐振器间隔距离d1,2为0.35。第2阶谐振器与第3阶谐振器之间的初始谐振器间隔距离d2,3为0.475。第3阶谐振器与第4阶谐振器之间的初始谐振器间隔距离d3,4为0.5。第4阶谐振器与第5阶谐振器之间的初始谐振器间隔距离d4,5为0.51。第5阶谐振器与第6阶谐振器之间的初始谐振器间隔距离d5,6为0.522。第6阶谐振器与第7阶谐振器之间的初始谐振器间隔距离d6,7为0.525。第7阶谐振器与第8阶谐振器之间的初始谐振器间隔距离d7,8为0.525。
根据本公开的实施例,操作S120可以包括如下操作。
在1≤i≤I的情况下,针对多阶谐振器中第i阶谐振器与第i+1阶谐振器,根据第i阶谐振器的零点频率、极点频率和中间谐振频率,得到第i阶谐振器与第i+1阶谐振器之间的中间耦合系数。
根据本发明的实施例,第i阶谐振器与第i+1阶谐振器之间的中间耦合系数可以根据公式(14)得到。
其中,mi,i+1表征第i阶谐振器与第i+1阶谐振器之间的中间耦合系数。
图5示意性示出了根据本发明实施例的第一单端口网络的输入阻抗仿真曲线示意图。
图5中的第一单端口网络的输入阻抗仿真曲线可以利用全波电磁仿真软件对图4中的第一单端口网络400进行仿真获取,图5中的纵坐标表征第一单端口网络400的输入阻抗,横坐标表征第一单端口网络400的输入信号的频率。
根据图5中仿真曲线,在第一单端口网络400的输入阻抗为零的情况下,确定第一单端口网络400中第1阶谐振器的零点频率和极点频率。第一单端口网络400中第1阶谐振器的零点频率和极点频率表4所示:
表4
根据表4中的第1阶谐振器的零点频率和极点频率,利用公式(1)计算第1阶谐振器的中间谐振频率,然后利用公式(2)-(5)确定除第1阶谐振器外的其它阶谐振器的零点频率及极点频率,接着利用公式(1)确定除第1阶谐振器外的其它阶谐振器的中间谐振频率。利用公式(13)确定第一单端口网络400中相邻两阶谐振器之间的中间耦合系数。第一单端口网络400中多阶谐振器各自的中间谐振频率及相邻两阶谐振器之间的中间耦合系数如表5所示:
表5
根据本发明的实施例,本发明能够根据解析表达式计算得到相邻两阶谐振器之间的中间耦合系数,为后续与标准性能参数作比较做准备,提高微波滤波器的调谐效率。
根据本发明的实施例,操作S130可以包括如下操作。
基于多个中间谐振频率、至少一个中间耦合系数和与微波滤波器对应的标准性能参数,确定调谐方向。根据调谐方向,调整第一单端口网络的结构参数。
根据本发明的实施例,调谐方向可以为:通过调整第一单端口网络的结构参数,使得第一单端口网络中的相邻两阶谐振器之间的中间耦合系数与标准性能参数满足预定偏差范围的方向。
根据本发明的实施例,可以利用第一单端口网络中各个相邻两阶谐振器之间的中间耦合系数分别与标准性能参数中的标准耦合系数进行对比,然后根据对比结果确定第一单端口网络中相邻两阶谐振器之间的中间耦合系数与标准性能参数是否在预定偏差范围内,接着根据对比结果与预设偏差范围的关系确定调谐方向,并根据调谐方向对需要进行调整的第一单端口网络的结构参数进行调整。
根据本发明的实施例,本发明实施例提供的微波滤波器的结构参数调整方法,基于多个中间谐振频率、至少一个中间耦合系数和与微波滤波器对应的标准性能参数,确定调谐方向,因此,本发明能够提供调整微波滤波器的结构参数的调谐方向,提高微波滤波器的调谐效率。
根据本公开的实施例,标准性能参数可以包括微波滤波器的标准中心频率和微波滤波器中相邻两个谐振器之间的标准耦合系数。
根据本发明的实施例,结构参数可以包括谐振器的长度和相邻两个谐振器之间的距离。
根据本发明的实施例,根据调谐方向,调整第一单端口网络的结构参数,可以包括如下操作。
针对第一单端口网络中的每个谐振器,在确定谐振器的中间谐振频率和标准中心频率之间的偏差属于第一预定偏差范围的情况下,调整谐振器的长度。针对第一单端口网络中相邻两个谐振器,在确定中间耦合系数和与中间耦合系数对应的标准耦合系数之间的偏差属于第二预定偏差范围的情况下,调整相邻两个谐振器之间的距离。
根据本发明的实施例,谐振器的中间谐振频率和标准中心频率之间的偏差表征谐振器的中间谐振频率与标准中心频率相减后的绝对值。第一预定偏差范围表征谐振器的中间谐振频率和标准中心频率之间的偏差不符合性能指标的范围。
根据本发明的实施例,例如第一预定偏差范围可以为20,在谐振器的中间谐振频率和标准中心频率之间的偏差为25的情况下,谐振器的中间谐振频率和标准中心频率之间的偏差就属于第一预定偏差范围,此时就需要调整谐振器的长度。
根据本发明的实施例,中间耦合系数和与中间耦合系数对应的标准耦合系数之间的偏差表征中间耦合系数与与中间耦合系数对应的标准耦合系数相减后的绝对值。第二预定偏差范围表征中间耦合系数和与中间耦合系数对应的标准耦合系数之间的偏差不符合性能指标的范围。
根据本发明的实施例,例如第二预定偏差范围可以为15,在中间耦合系数和与中间耦合系数对应的标准耦合系数之间的偏差为20的情况下,中间耦合系数和与中间耦合系数对应的标准耦合系数之间的偏差就属于第二预定偏差范围,此时就需要调整相邻两个谐振器之间的距离。
根据本发明的实施例,针对第一单端口网络中的每个谐振器,在确定谐振器的中间谐振频率大于标准中心频率,且谐振器的中间谐振频率和标准中心频率之间的偏差超过第一预定偏差范围的情况下,调大谐振器的长度。在确定谐振器的中间谐振频率小于标准中心频率,且谐振器的中间谐振频率和标准中心频率之间的偏差超过第一预定偏差范围的情况下,调小谐振器的长度。
根据本发明的实施例,针对第一单端口网络中相邻两个谐振器,在确定中间耦合系数大于与中间耦合系数对应的标准耦合系数,且中间耦合系数和与中间耦合系数对应的标准耦合系数之间的偏差超过第二预定偏差范围的情况下,调大相邻两个谐振器之间的距离。在确定中间耦合系数小于与中间耦合系数对应的标准耦合系数,且中间耦合系数和与中间耦合系数对应的标准耦合系数之间的偏差超过第二预定偏差范围的情况下,调小相邻两个谐振器之间的距离。
根据本发明的实施例,第一预定偏差范围与第二预定偏差范围可以根据业务需求进行配置,在此不作限定。例如,在业务需求对微波滤波器的性能要求高的情况下,可以减小第一预定偏差范围与第二预定偏差范围。
将表5中的数据与表2中对应的数据进行对比得到表6。
表6
由表6中带有下划线的数据可以看出,仿真参数中第3阶谐振器的中间谐振频率w03为6820,大于标准中心频率6800,仿真参数中第5阶谐振器的中间谐振频率w05小于标准中心频率6800。
第一预定偏差范围可以为15,此时第3谐振器及第5谐振器的中间谐振频率与标准中心频率偏差分别为20与16,第3谐振器及第5谐振器的中间谐振频率与标准中心频率偏差均超过第一预定偏差范围,所以需要对第3谐振器及第5谐振器的长度进行调整。
由于第3谐振器的中间谐振频率大于标准中心频率,因此要增加第3阶谐振器的长度,由于第5谐振器的中间谐振频率小于标准中心频率,因此要缩短第5阶谐振器的长度。
由表6中带有下划线的数据还可以看出,仿真参数中第2谐振器与第3阶谐振器之间的中间耦合系数m2,3大于标准耦合系数1375.5,仿真参数中第3谐振器与第4阶谐振器之间的中间耦合系数m3,4也大于标准耦合系数1249.9。
第二预定偏差范围可以为50,此时第2谐振器与第3阶谐振器之间的中间耦合系数m2,3与标准耦合系数1375.5的偏差为65.2,第3谐振器与第4阶谐振器之间的中间耦合系数m3,4与标准耦合系数1249.9的偏差为57.8,第2谐振器与第3阶谐振器之间的中间耦合系数m2,3与标准耦合系数间的偏差及第3谐振器与第4阶谐振器之间的中间耦合系数m3,4与标准耦合系数间的偏差均超过第二阈值偏差范围。所以需要对第2谐振器与第3阶谐振器之间的距离及第3谐振器与第4阶谐振器之间的距离进行调整。
由于第2谐振器与第3阶谐振器之间的中间耦合系数m2,3大于标准耦合系数1375.5,第3谐振器与第4阶谐振器之间的中间耦合系数m3,4也大于标准耦合系数1249.9,因此需要增大第2谐振器与第3阶谐振器之间的距离及第3谐振器与第4阶谐振器之间的距离,以缩小第2谐振器与第3阶谐振器之间的中间耦合系数及第3谐振器与第4阶谐振器之间的中间耦合系数。
根据本公开的实施例,上述微波滤波器的结构参数调整方法还可以包括如下操作。
在完成调整第一单端口网络的结构参数的情况下,根据调整后的第一单端口网络的结构参数,确定微波谐振器的结构参数。
根据本发明的实施例,在微波滤波器的谐振器的阶数小于10阶的情况下,可以将第一单端口网络的结构参数确定为微波谐振器的结构参数。
根据本发明的实施例,在微波滤波器的谐振器的阶数大于等于10阶的情况下,第一单端口网络的结构参数可以为微波滤波器一半的结构参数,通过将第一单端口网络的结构进行镜相对称,获取微波滤波器的另一半结构,从而确定微波谐振器的整体结构及结构参数。
根据本发明的实施例,将第一单端口网络的结构进行镜相对称,获取微波滤波器的另一半结构,可以包括:在微波滤波器中的谐振器阶数I为奇数的情况下,将第一单端口网络中的前(I-1)/2阶谐振器关于第(I+1)/2阶谐振器作镜像对称,获取微波滤波器的另一半结构。在微波滤波器中的谐振器阶数I为偶数的情况下,将第一单端口网络中的前I/2阶谐振器关于第I/2阶与I/2+1阶谐振器的中心线作镜像对称,同时去掉第I/2+1阶谐振器,获取微波滤波器的另一半结构。
根据本发明的实施例,由于本发明能够在完成调整第一单端口网络的结构参数的情况下,根据调整后的第一单端口网络的结构参数,确定微波谐振器的结构参数,因此,可以将第一单端口网络的结构进行镜相对称,获取微波滤波器的另一半结构,减少仿真时间,提高整体微波滤波器的结构参数调整效率。
根据本发明的实施例,在所设计的微波滤波器的阶数达到十级以上的情况下,现有综合优化方法会异常的耗时耗力,且设计的微波滤波器的性能并不理想,本实施例提供的微波滤波器的结构参数调整方法能够从仿真结果中精确提取滤波器的有效参数,并将调整后的第一单端口网络的结构进行镜相对称,获取微波滤波器的另一半结构,减少仿真时间及次数,因此本实施例提供的方法更适合对于高阶滤波器的综合设计。
图6示意性示出了根据本发明实施例的微波滤波器的整体结构示意图。
将第一单端口网络400的结构进行镜相对称,获取微波滤波器的另一半结构,从而确定微波谐振器的整体结构及结构参数。微波滤波器的整体结构如图6所示。
图7(a)示意性示出了根据本发明实施例的微波滤波器的S特性曲线示意图。
图7(b)示意性示出了根据本发明实施例的微波滤波器的带内波动曲线示意图。
利用全波电磁仿真软件对图6中的微波滤波器进行仿真,得到微波滤波器的S特性曲线及带内波动曲线,微波滤波器的S特性曲线及带内波动曲线分别如图7(a)及图7(b)所示。
由图7(a)可知,微波滤波器的中心频率为6.8GHz,通带带宽为360MHz,带内反射损耗大于20dB,由图7(b)可知带内波动小于0.03dB,微波滤波器的性能指标与标准性能参数完全吻合。
图8示意性示出了根据本发明实施例的适于实现微波滤波器的结构参数调整方法的电子设备的方框图。
如图8所示,根据本发明实施例的电子设备800包括处理器801,其可以根据存储在只读存储器(ROM)802中的程序或者从存储部分808加载到随机访问存储器(RAM)803中的程序而执行各种适当的动作和处理。处理器801例如可以包括通用微处理器(例如CPU)、指令集处理器和/或相关芯片组和/或专用微处理器(例如,专用集成电路(ASIC))等等。处理器801还可以包括用于缓存用途的板载存储器。处理器801可以包括用于执行根据本发明实施例的方法流程的不同动作的单一处理单元或者是多个处理单元。
在RAM803中,存储有电子设备800操作所需的各种程序和数据。处理器801、ROM802以及RAM 803通过总线804彼此相连。处理器801通过执行ROM 802和/或RAM 803中的程序来执行根据本发明实施例的方法流程的各种操作。需要注意,程序也可以存储在除ROM802和RAM 803以外的一个或多个存储器中。处理器801也可以通过执行存储在一个或多个存储器中的程序来执行根据本发明实施例的方法流程的各种操作。
根据本发明的实施例,电子设备800还可以包括输入/输出(I/O)接口805,输入/输出(I/O)接口805也连接至总线804。电子设备800还可以包括连接至I/O接口805的以下部件中的一项或多项:包括键盘、鼠标等的输入部分806;包括诸如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)等以及扬声器等的输出部分807;包括硬盘等的存储部分808;以及包括诸如LAN卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分804。通信部分804经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器810也根据需要连接至I/O接口805。可拆卸介质811,诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等,根据需要安装在驱动器810上,以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分808。
以上对本发明的实施例进行了描述。但是,这些实施例仅仅是为了说明的目的,而并非为了限制本发明的范围。尽管在以上分别描述了各实施例,但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。不脱离本发明的范围,本领域技术人员可以做出多种替代和修改,这些替代和修改都应落在本发明的范围之内。
Claims (10)
1.一种微波滤波器的结构参数调整方法,包括:
确定微波滤波器的第一单端口网络中多阶谐振器各自的零点频率和极点频率;
根据所述第一单端口网络中多阶谐振器各自的零点频率和极点频率,得到所述多阶谐振器各自的中间谐振频率;
针对所述第一单端口网络中多阶谐振器中相邻两阶谐振器,根据与所述相邻两阶谐振器相关的零点频率、极点频率和中间谐振频率,得到所述相邻两阶谐振器之间的中间耦合系数;以及
基于多个所述中间谐振频率、至少一个所述中间耦合系数和与所述微波滤波器对应的标准性能参数,调整所述第一单端口网络的结构参数。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,所述确定微波滤波器的第一单端口网络中多阶谐振器各自的零点频率和极点频率,包括:
在1<i≤I的情况下,
根据第i-1阶第一中间表达式,确定第i阶第二中间表达式;
根据第i-1阶第二中间表达式、第i阶第二中间表达式、第i-1阶中间谐振频率和第i-1阶谐振器与第i阶谐振器之间的中间耦合系数,确定第i阶第一中间表达式;
根据第i阶第二中间表达式,确定所述第一单端口网络中第i阶谐振器的零点频率;以及
根据第i阶第一中间表达式,确定所述第一单端口网络中第i阶谐振器的极点频率;
其中,I是大于1的整数。
3.根据权利要求2所述的方法,其中,所述确定微波滤波器的第一单端口网络中多阶谐振器各自的零点频率和极点频率,包括:
在i=1的情况下,对所述微波滤波器的第一单端口网络进行仿真,得到所述第一单端口网络中第1阶谐振器的零点频率和极点频率。
4.根据权利要求3所述的方法,其中,所述第一单端口网络还包括馈电输入接口;
其中,所述对所述微波滤波器的第一单端口网络进行仿真,得到第1阶谐振器的零点频率和极点频率,包括:
确定所述微波滤波器中第一单端口网络的初始接口距离和至少一个初始谐振器间隔距离,其中,所述初始接口距离表征满足第一预定距离条件的虚拟接口距离,所述虚拟接口距离表征所述馈电输入接口与所述微波滤波器的第1阶谐振器之间的距离,所述初始谐振器间隔距离表征满足第二预定距离条件的虚拟谐振器间隔距离,所述虚拟谐振器间隔距离表征所述微波器中相邻两个谐振器之间的距离;以及
在所述微波谐振器满足初始接口距离和所述至少一个初始谐振器间隔距离的情况下,对所述第一端口网络进行仿真,得到所述第1阶谐振器的零点频率和极点频率。
5.根据权利要求4所述的方法,其中,所述确定所述微波滤波器中第一单端口网络的初始接口距离和至少一个初始谐振器间隔距离,包括:
根据所述标准性能参数和第一映射关系集,确定所述第一单端口网络的初始接口距离,其中,所述第一映射关系集包括多个第一映射关系,所述第一映射关系表征所述虚拟接口距离与第二单端口网络的虚拟品质因数之间的关系,所述第二单端口网络包括所述馈电输入接口和第1阶谐振器;以及
根据所述标准性能参数和第二映射关系集,确定所述多个初始谐振器间隔距离,其中,所述第二映射关系集包括多个第二映射关系,所述第二映射关系表征所述虚拟谐振器间隔距离与虚拟耦合系数之间的关系,所述虚拟耦合系数表征所述微波谐振器中相邻两个谐振器之间的耦合系数。
6.根据权利要求2~5中任一项所述的方法,其中,所述针对所述多阶谐振器中相邻两阶谐振器,根据与所述相邻两阶谐振器相关的零点频率、极点频率和中间谐振频率,得到所述相邻两阶谐振器之间的中间耦合系数,包括:
在1≤i≤I的情况下,针对所述多阶谐振器中第i阶谐振器与第i+1阶谐振器,
根据第i阶谐振器的零点频率、极点频率和中间谐振频率,得到所述第i阶谐振器与所述第i+1阶谐振器之间的中间耦合系数。
7.根据权利要求1~5中任一项所述的方法,其中,所述基于多个所述中间谐振频率、至少一个所述中间耦合系数和与所述微波滤波器对应的标准性能参数,调整所述第一单端口网络的结构参数,包括:
基于多个所述中间谐振频率、至少一个所述中间耦合系数和与所述微波滤波器对应的标准性能参数,确定调谐方向;以及
根据所述调谐方向,调整所述第一单端口网络的结构参数。
8.根据权利要求7所述的方法,其中,所述标准性能参数包括所述微波滤波器的标准中心频率和所述微波滤波器中相邻两个谐振器之间的标准耦合系数;
其中,所述结构参数包括所述谐振器的长度和相邻两个谐振器之间的距离;
其中,所述根据所述调谐方向,调整所述第一单端口网络的结构参数,包括:
针对所述第一单端口网络中的每个谐振器,
在确定所述谐振器的中间谐振频率和所述标准中心频率之间的偏差属于第一预定偏差范围的情况下,调整所述谐振器的长度;以及
针对所述第一单端口网络中相邻两个谐振器,
在确定所述中间耦合系数和与中间耦合系数对应的标准耦合系数之间的偏差属于第二预定偏差范围的情况下,调整所述相邻两个谐振器之间的距离。
9.根据权利要求1~5中任一项所述的方法,还包括:
在完成调整所述第一单端口网络的结构参数的情况下,根据调整后的第一单端口网络的结构参数,确定所述微波谐振器的结构参数。
10.一种电子设备,包括:
至少一个处理器;以及
与所述至少一个处理器通信连接的存储器;其中,
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令,所述指令被所述至少一个处理器执行,以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1~9中任一项所述的方法。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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