基于人工神经网络的LTCC微波叠层滤波器设计方法研究

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LTCC微波片式叠层滤波器目前已成为广泛使用的新型元器件之一。其内部结构日趋紧凑,工作频率已延伸到射频和微波频段,传统的电路仿真和解析计算方法已不能完全满足其内部的电路设计要求。在LTCC的微波滤波器的设计过程中,普遍采用基于全波分析的电磁仿真技术。其设计往往是对某些物理结构参数进行优化求解。而大多数优化过程都是基于迭代算法,目标函数需要大量重复的在线计算,收敛速度依赖于全波电磁仿真分析工具对电磁模型的计算效率和运行时间。建模和优化是LTCC微波片式叠层滤波器设计的重要环节,已成为当前无线通信元器件领域的研究热点之一。本文通过多精度径向基网络对微波片式叠层滤波器进行建模分析和优化,以实现快速设计。主要研究内容如下:1.提出基于空间映射思想的多精度样本径向基网络的LTCC微波滤波器建模和优化技术,并进行了数学理论推导,证明其可行性。这种径向基网络建模和优化方法使用近似样本数据,并采用了空间映射的思想,大大降低了全波电磁仿真精确计算的次数。由于径向基网络具有很好的局部逼近能力,多精度样本径向基网络在优化过程中能很好的在输入变量空间的优化解附近局部逼近精确电磁仿真模型。2.通过电路仿真软件综合出一个截止频率为400MHz的反切比雪夫型滤波器,确定滤波器的拓扑结构和各元件的取值。分别对微波滤波器中的电感和电容进行设计并建立参数化模型。本文设计出一种双螺旋结构的叠层电感,其金属层为7层时,有效电感量为40nH,Q值达到57,能满足滤波器的要求。对电容进行了仿真计算和分析,设计出包含三个电容的一体化电容结构,其有效电容分别约为7.36pF、1.78pF和7.36pF。3.采用本课题提出的建模优化技术,设计出了一种截止频率为400MHz的低通滤波器。在700MHz-1600MHz频率范围内衰减量大于20dB,工艺试制样品的测量结果表明其性能达到国内外同类产品。在建立近似径向基网络模型时,采用了全组合正交试验设计方法来确定输入/输出样本点。并将利用径向基网络模型求得的解作为新的样本点。其设计过程中使用的精确全波电磁仿真计算次数少于知识自动模型生成(KAMG)技术。通过本次滤波器的设计实例证明,本论文提出的多精度径向基网络建模和优化技术可以有效地对LTCC微波滤波器进行高效建模和优化设计。
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