專利名稱：一種微波濾波器計算機輔助設(shè)計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于模擬信號處理技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種微波濾波器計算機輔助設(shè)計 (CAD)方法。
背景技術(shù)：
最近幾年商用微波/射頻電路計算機輔助設(shè)計(CAD)軟件，特別是全波電磁場仿真(Full-Wave Electromagnetic)軟件發(fā)展非常的迅速，這些商用軟件可以用于微波濾波器的設(shè)計、建模、仿真，最后可以根據(jù)軟件設(shè)計模型制作實際的微波濾波器。在過去十年里， 計算機的速度和內(nèi)存每兩年就增長一倍，這些商用軟件能夠發(fā)展如此迅速主要是因為計算機的處理速度的快速增長。對于微波/射頻電路設(shè)計軟件，其仿真算法有FDTD、MOM、FEM、 IE/BEM等，這些算法在用計算機實現(xiàn)的過程中都需要占用大量內(nèi)存空間，計算機處理速度的不斷增加就給這類軟件的發(fā)展提供了契機。另外利用全波電磁場仿真軟件進行濾波器的設(shè)計會帶來許多的優(yōu)點。在進行濾波器設(shè)計生產(chǎn)的過程當中，除了對于必要設(shè)備的投資之外，主要花費在于材料和勞動力成本。 傳統(tǒng)的濾波器設(shè)計方法需要在進行濾波器的設(shè)計、制造、測試、調(diào)諧過程中花費大量的人力和材料資源，如果希望把這些成本降低到最小，就需要借助計算機輔助設(shè)計來實現(xiàn)。由于 CAD工具都在計算機“虛擬”的環(huán)境中完成濾波器的設(shè)計，這為設(shè)計者提供了一個快捷方便的平臺，而且隨著各種CAD工具算法的不斷改進，其仿真結(jié)果與實際特性相差很小，設(shè)計非常精確，這就會免除在實際設(shè)計中的許多重復(fù)性工作，設(shè)計出來的濾波器也不需要在較大的范圍內(nèi)進行調(diào)諧，同時設(shè)計周期也相應(yīng)的縮短了許多，圖5給處了一個5階微帶帶通濾波器的仿真以及實測特性曲線，可以看到，利用全波電磁仿真設(shè)計的微帶濾波器仿真結(jié)果與實測結(jié)果能夠較好的吻合。目前，計算機輔助設(shè)計微波濾波器的主要方法為參數(shù)提取法，具體方法參考 Jia-Sheng Hong, Μ. J. Lancaster Microstrip Filters for RF/Mi crowaveApp1i cat ions. John ffiley&Sons, Inc. NEW YORK，2001。該方法首先通過濾波器設(shè)計因子g來計算濾波器端口的外部Q值以及各諧振器之間的耦合系數(shù)，然后利用計算機仿真工具對外部Q值和耦合系數(shù)進行參數(shù)提取，得到濾波器的初步尺寸，最后反復(fù)在仿真軟件中對濾波器的物理尺寸進行微調(diào)再仿真，直到得到滿足的工作特性。在實際應(yīng)用中，由于該方法并未考慮不相鄰諧振器帶來的耦合影響以及由于諧振器耦合使得濾波器中每個諧振器的中心頻率發(fā)生偏移的作用，使得利用該法得到濾波器的的頻率特性一般距離理想結(jié)果還有較大差異，這就大大增加了之后物理尺寸微調(diào)的工作量，而且，微調(diào)仿真過程缺乏方向性，主要依靠人工經(jīng)驗，尤其在進行高階濾波器仿真設(shè)計時其工作量會急劇增加，工作效率大大降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高效的計算機輔助設(shè)計方法，通過分析單端口濾波器的延時特性進行微波濾波器的仿真設(shè)計，本方法在應(yīng)用中只需仿真濾波器結(jié)構(gòu)的一半，然后根據(jù)濾波器的對稱特性得到另一半尺寸，能夠有效降低仿真時間，提高效率，另外，本方法充分考慮了濾波器不相鄰諧振器之間耦合帶來的影響以及各諧振器中心頻率由于耦合的變化，使得利用本方法設(shè)計的濾波器中心頻率以及帶寬與設(shè)計要求非常吻合。另外，利用本方法在濾波器微調(diào)過程中，方向明確，不需要太多的人工調(diào)試經(jīng)驗。
驟為
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的一種微波濾波器計算機輔助設(shè)計方法，其主要步
1)根據(jù)所設(shè)計濾波器的中心頻率確定諧振器的具體尺寸；
2)根據(jù)所設(shè)計濾波器的帶寬、階數(shù)N確定一組標準延時參數(shù)Γ1，Γ2··· ΓΝ；
3)進行計算機輔助設(shè)計，首先對輸入端口和第一階諧振器組成的單端口網(wǎng)絡(luò)進行
電磁仿真，得到單端口時延特性，調(diào)整物理尺寸使其端口時延特性滿足Γ1 ；

式。
權(quán)利要求
1.一種微波濾波器計算機輔助設(shè)計方法，主要步驟為1)根據(jù)所設(shè)計濾波器的中心頻率確定諧振器的具體尺寸；2)根據(jù)所設(shè)計濾波器的帶寬、階數(shù)N確定一組標準延時參數(shù)Γ1，Γ2...ΓΝ;3)進行計算機輔助設(shè)計，首先對輸入端口和第一階諧振器組成的單端口網(wǎng)絡(luò)進行電磁仿真，得到單端口時延特性，調(diào)整物理尺寸使其端口時延特性滿足Γ1 ；4)再加入第二階諧振器，調(diào)整物理尺寸使其端口延時滿足Γ2;5)依此類推，得到半數(shù)諧振器的物理尺寸；6)將調(diào)整好物理尺寸的諧振器鏡像得到另一半物理尺寸，完成濾波器的設(shè)計。
2.按權(quán)利要求1所述的微波濾波器計算機輔助設(shè)計方法，其中，所述步驟1中諧振器可以為微帶、帶狀線、腔體、波導(dǎo)或同軸的形式。
3.按權(quán)利要求1所述的微波濾波器計算機輔助設(shè)計方法，其中，所述步驟2中按照如下公式獲取標準延時參數(shù)4gog^Γ2= 4gzΓ3 = Γ11 +魚Γ4 = Γ21 +血AW ,go^WV yJV Si JΓ5 二 η l + ^i + ^l Γ6 = Γ2 i + ll + ll l _依此類推，g為濾波器設(shè)計因子。V^ ,V S2 §2 J
4.按權(quán)利要求1所述的微波濾波器計算機輔助設(shè)計方法，其中，所述步驟3中調(diào)整物理尺寸使其端口時延特性滿足Γ 1，是指通過調(diào)整輸入端口與第一階諧振器的位置以及第一階諧振器的尺寸來調(diào)整該單端口網(wǎng)絡(luò)Sll參數(shù)的群時延特性，使其群時延在中心頻率處的值為Γ 1 ；其群時延特性曲線要關(guān)于中心頻率左右對稱。
5.按權(quán)利要求1所述的微波濾波器計算機輔助設(shè)計方法，其中，所述步驟4中調(diào)整物理尺寸使其端口延時滿足Γ 2，是指通過改變第二階諧振器與第一階諧振器的間距以及微調(diào)第二階和第一階諧振器的尺寸來調(diào)整該單端口網(wǎng)絡(luò)Sll參數(shù)的群時延特性，使其群時延在中心頻率處的值為Γ 2 ；其群時延特性曲線要關(guān)于中心頻率左右對稱。
6.按權(quán)利要求1所述的微波濾波器計算機輔助設(shè)計方法，其中，所述步驟5中當濾波器階數(shù)N為奇數(shù)時，按照步驟4 一直加到第(Ν+1) /2階諧振器；當N為偶數(shù)時，按照步驟4 一直加到第1+Ν/2階諧振器。
7.按權(quán)利要求1所述的微波濾波器計算機輔助設(shè)計方法，其中，所述步驟6中鏡像對稱是指，當階數(shù)N為奇數(shù)時，將前(N-I)/2階諧振器關(guān)于第(Ν+1)/2階諧振器作鏡像對稱；當階數(shù)N為偶數(shù)時，將前Ν/2階諧振器關(guān)于第Ν/2與1+Ν/2諧振器的中心線作鏡像對稱，同時去掉由步驟5得到的第1+Ν/2諧振器。
全文摘要
一種微波濾波器計算機輔助設(shè)計方法，包括以下步驟1)根據(jù)濾波器的中心頻率確定諧振器尺寸；2)根據(jù)濾波器的帶寬、階數(shù)N確定一組標準延時量Γ1，Γ2...ΓN；3)仿真輸入端口和第一階諧振器組成的單端口網(wǎng)絡(luò)，調(diào)整物理尺寸使其端口時延特性滿足Γ1；4)再加入第二階諧振器，調(diào)整物理尺寸使其端口延時滿足Γ2；5)依此類推，得到半數(shù)諧振器的物理尺寸；6)將調(diào)整好物理尺寸的諧振器鏡像得到另一半尺寸，完成濾波器的設(shè)計。本發(fā)明利用單端口濾波器的延時特性，具有運算量小、效率高的優(yōu)點，同時，中心頻率與帶寬設(shè)定精準，特別適合高階微波濾波器的CAD設(shè)計。
文檔編號G06F17/50GK102236727SQ20101016213
公開日2011年11月9日 申請日期2010年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月28日
發(fā)明者王巖飛, 賈穎新 申請人:中國科學(xué)院電子學(xué)研究所