多年来,小型化和高性能设计一直是微波无源器件设计的追求,在材料、工艺和结构设计等方面均取得了长足的进展。通常,材料、工艺突破后,微波无源器件的结构设计就成为重点。因此,高性能微波无源器件设计面对的一个根本问题就是:在给定材料、工艺和电路设计空间的条件下,实现某一类型的无源器件,到底什么样的结构才能提供最优的性能?现有的电路结构设计方法大多基于“试凑-优化”的设计模式,采用的结构为规则结构,具有一定的局限性,这使得寻找性能最优、结构构型灵活的电路结构优化设计需要采用更有效的结构描述和优化技术。本文将采用基于分解的多目标进化算法(Multi-Objective Evolutionary Algorithm based on Decomposition,MOEA/D)作为优化框架来设计平面离散网格构型的电路结构,以实现微波无源器件高性能设计。围绕离散型电路结构设计,本论文研究内容包括:1.提出了基于离散结构的微波无源器件设计方案并研究了离散结构相关特性。本论文采用离散化的思想对电路结构进行描述,得到的离散结构可以打破常规电路的拓扑或形状,设计自由度大,具有实现更多拓扑及电路结构的能力。针对离散结构的电路形态迥异于传统的平面规则结构这一特点,本论文采用近似等效电路分析方法,研究了离散结构损耗、宽带、小型化等特性。2.提出了离散结构高效的搜索策略和方法。本论文将具有遗传操作算子的MOEA/D(MOEA/D Combined with Genetic Operators,MOEA/D-GO)作为优化内核来求解离散结构优化问题。为加快算法设计效率,本论文将微波无源器件设计相关的工程经验融入到MOEA/D-GO中用于解决离散型微波无源器件多目标优化问题(Multi-Objective Optimization Problem,MOP),提出了若干种高效的优化搜索策略和方法。3.首次将平面离散结构应用于高性能定向耦合器设计。论文分析了与定向耦合器相对应的无耗及有耗四端口网络S参数约束,给出了各端口之间的相差与隔离度及耦合度之间的约束关系,明确了离散结构优化搜索的目标。在此基础上,结合前述的高效搜索策略和方法实现了一系列基于平面离散结构的高性能定向耦合器设计。这些设计实例获得的整体性能显著优于已见诸报道的设计结果。4.研究了平面离散结构在高性能滤波器中的设计应用。本文利用离散型耦合结构替代原滤波器中部分耦合结构实现了高性能小型化滤波器设计,直观的展现了离散结构在滤波器设计应用中带来的好处。在此基础上,进一步设计了全离散型滤波器。此外,结合离散结构在定向耦合器中的设计优势,首次将离散结构应用于高性能巴伦滤波器设计中,并总结了不同优化搜索策略下的设计效率对比。5.首次将离散结构用于多入多出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)天线隔离设计。论文先简单介绍了离散结构去耦原理,明确了离散结构在搜索优化过程中主要改善的天线参数。然后在此基础上,设计了若干款高隔离MIMO天线,分别是双平面倒F天线、双印刷单极子天线、双微带贴片天线。最后,讨论了引入离散隔离结构后对MIMO天线性能的影响,并探讨了与离散结构设计有关的因素,如单元尺寸、设计区域大小、小块密度等。综上,本论文围绕在给定材料、工艺和电路设计空间条件下的电路结构设计展开,采用有效的平面离散结构描述技术和多目标优化技术,为结构适应性好、各项性能趋优的小型化高性能微波无源器件的设计,提供一种全新、高效的设计技术。