【摘要】：隨著無線通信系統(tǒng)的迅速發(fā)展,作為射頻前端的關(guān)鍵器件,濾波器也在不斷地向高性能、低成本、小型化的方向改進,而傳統(tǒng)的印刷電路板(PCB)無法很好的滿足高頻段(GHz)濾波器的性能和小型化的要求。低溫共燒陶瓷(LTCC,全稱Low Temperature Co-fired Ceramic)技術(shù)以其小型化、高頻、高Q的特性,成為小型化濾波器設(shè)計的首選方式。針對LTCC濾波器設(shè)計過程中存在優(yōu)化方向不明確以及耗時長的問題,空間映射(Space Mapping)算法提供了一種新的優(yōu)化思想和設(shè)計方案,在不影響準確性的前提下大大地減少了電磁仿真運算量,節(jié)約設(shè)計時間,提高設(shè)計效率。本文針對LTCC濾波器的設(shè)計和優(yōu)化,利用已有的LTCC濾波器設(shè)計方法來設(shè)計濾波器,同時優(yōu)化空間映射算法,提高算法效率,并結(jié)合不同的濾波器設(shè)計優(yōu)化以節(jié)省巨大的時間和計算成本。之后應(yīng)用改進的空間映射算法對所設(shè)計的LTCC濾波器進行優(yōu)化,最終通過濾波器結(jié)果驗證算法的有效性。首先對空間映射算法的概念和數(shù)學表示進行詳細闡述,根據(jù)空間映射算法粗糙模型(Coarse Model)和精確模型(Fine Model)之間映射關(guān)系的不同,分別介紹顯式和隱式空間映射算法。根據(jù)本文LTCC濾波器的設(shè)計需要,選用隱式空間映射算法優(yōu)化更加合適,之后著重介紹隱式空間映射算法,列舉應(yīng)用隱式空間映射算法優(yōu)化微帶平行耦合濾波器的實例。在LTCC多層電容設(shè)計中,對LTCC中常用MIM(Metal-Insulator-Metal)電容結(jié)構(gòu)和VIC(Vertically-Interdigitated-Capacitor)電容模型進行分析,分別在HFSS(High Frequency Structure Simulator)軟件和ADS(Advanced Design System)軟件中建立VIC電容的精確模型和粗糙模型,應(yīng)用隱式空間映射算法對其進行優(yōu)化設(shè)計。在LTCC多層電感分析中,建立U型三維螺旋電感的精確模型和粗糙模型,應(yīng)用空間映射算法對其進行優(yōu)化設(shè)計。在濾波器設(shè)計中,首先聯(lián)合之前建立的電容電感模型建立LTCC濾波器結(jié)構(gòu),再應(yīng)用ADS軟件多層電路元件庫中的分離模型建立其粗糙模型并結(jié)合空間映射方法進行優(yōu)化設(shè)計。對于截止頻率很低的低通濾波器,需要設(shè)計很大的等效電感模型,不利于小型化,同時也無法在ADS軟件中建模應(yīng)用空間映射算法優(yōu)化。本文創(chuàng)新性的使用了介電陶瓷—鐵氧體陶瓷—介電陶瓷的三明治復(fù)合結(jié)構(gòu),在鐵氧體陶瓷中設(shè)計等效電感模型,在保持電感值不變的情況下,大大的降低了模型的尺寸,實現(xiàn)了小型化的目的。將無法建立粗糙模型的電感直接在HFSS軟件中進行仿真,聯(lián)合應(yīng)用空間映射算法設(shè)計出的電容,設(shè)計出兩款截止頻率很低的低通濾波器。對于接下來設(shè)計的低通、帶通和高通三款濾波器,在ADS軟件中直接建立整體濾波器模型,應(yīng)用隱式空間映射算法進行優(yōu)化并對算法進行改進。與標準隱式空間映射算法相比,本文對限定預(yù)選參數(shù)數(shù)量、參數(shù)抽取、容許最大誤差和優(yōu)化權(quán)重等算法應(yīng)用過程進行改進,有效減少傳統(tǒng)迭代優(yōu)化過程中可能出現(xiàn)的假收斂情況,減少迭代次數(shù),更高效的得到結(jié)果。最終設(shè)計出五款小型化LTCC濾波器,并通過其滿足要求的結(jié)果驗證改進的隱式空間映射算法的可行性和有效性。
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【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TN713

【參考文獻】

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本文編號：2336556