面向射频前端封装系统的功分滤波网络新型设计方法研究

It is a pivotal purpose for modern wireless communication technology to develop high performance radio frequency (RF) front-end packaging systems with miniaturization characteristic. On the size-limited platform of packaging system, how to effectively utilize the three-dimensional (3-D) packaging technology to devise a dual-function (power splitting and frequency selectivity) integrated component: filtering power divider (FPD), thus dramatically reducing the system size and improving the overall operation performance of the system, is one of key works to achieve the above purpose. Furthermore, it is also a crucial research topic remaining to be settled for the development of modern wireless communication systems. In this context, based on the LTCC 3-D packaging technology, an accurate and efficient new synthesis method for FPD network is firstly constructed by combining the iterative analytic theory of FPD network with global search differential evolutionary algorithm. Subsequently, innovative designs for the coupling topology models of FPD network are extensively explored. Ultimately, novel designs of LTCC 3-D packaging FPDs are implemented, accordingly. The achievement of this project is aimed at proffering valuable theoretical and technical reserves for the design of 3-D packaging filtering power divider, which provides an important realistic basis for the realization of high performance miniaturized RF packaging system.

性能优良的小型化射频前端封装系统是发展现代无线通信技术追求的重要目标。在尺寸有限的封装系统平台上，如何有效利用三维封装技术研制集功率分配与频率选择功能于一体的功分滤波电路，从而显著减小系统尺寸、提高系统整体性能是实现上述目标的关键工作之一，也是现代无线通信系统发展亟待解决的重要课题。鉴于此，本项目将以LTCC三维封装技术为基础，结合功分滤波网络迭代解析理论与全局差分进化算法建立准确高效的功分滤波网络新型综合方法，进而研究功分滤波网络耦合拓扑模型的创新设计，最终实现新型LTCC三维封装功分滤波电路。本项目的研究成果旨在为三维封装功分滤波电路的设计提供高价值的理论与技术储备，为我国射频封装系统的高性能小型化实现提供重要的现实基础。

针对现代无线通信技术对射频前端封装系统中关键部件滤波器、功率分配器集成化、小型化设计提出的极大需求与挑战，如何研制集上述器件功能于一体的新型功分滤波网络，并在尺寸有限的系统中实现其高性能、高密度集成，成为解决问题的关键。鉴于此，在2019-2021年国家自然科学基金青年基金项目的资助下，本项目开展了射频前端封装系统中功分滤波网络新型设计方法研究，首先提出了一种高效准确的多端口功分滤波网络综合方法，有效克服了克服现有方法局限（效率低下、精度无法保障，对多类型、特征融合的多端口网络综合仍无有效解决方法）；在此基础上，构建了一系列新型功分滤波网络耦合拓扑模型（包括多种公用耦合拓扑模型、电磁耦合传输模型），并进一步结合多层PCB、LCP封装等多尺度结构电路加工技术，实现了多款新型高性能、小型化的功分滤波电路。为射频前端封装系统多功能集成无源电路设计提供了重要的理论与技术储备，加速射频系统小型化、集成化发展进程。.依托本项目成果共发表期刊和会议学术论文23篇，其中第一作者/通信作者SCI论文18篇（含IEEE/IET权威期刊论文14篇），学术会议论文5篇，部分研究成果支撑项目负责人成功获得1项国家自然科学基金面上基金项目资助。授权发明专利5项；独立指导硕士研究生4人，协助指导硕士研究生3人。