毫米波封装系统中高效、高精度的滤波器建模方法研究

在基于封装的毫米波前端系统中，如何克服三维尺度以及毫米波、亚毫米波长对计算效率所带来的不利影响，快速、准确地设计出满足要求的毫米波元部件及系统是极富挑战性的基础性研究课题，也是无线通信发展急需解决的重要课题。鉴于此，本项目旨在以LTCC封装技术下60GHz毫米波前端系统为具体应用背景；有效结合矩阵旋转相似变换法和自适应遗传算法来快速、准确地提取耦合矩阵，从而研究高效率、高精度的滤波器新型建模方法及其应用。内容包括：滤波器新型建模方法研究；基于新型建模方法的三维谐振器耦合/拓扑模型研究；LTCC滤波器电路中高性能过渡结构的研究。可以预见，本项目的研究及其所产生的一系列成果，能够为用于高性能毫米波移动终端的滤波器设计提供可靠的理论依据、高效高精度的设计方法、最佳的结构形式以及经过原理性实验验证的若干初始模型。从而,为我国封装技术在60GHz无线通信这一新兴领域的应用提供高价值的技术储备。

本项目在LTCC封装技术下以毫米波前端系统为具体应用背景；研究了高效率、高精度的滤波器新型建模方法及其应用，项目研究所产生的研究成果共发表SCI收录期刊论文16篇，EI收录期刊论文1篇，ISTP收录国际会议论文3篇，申请发明专利4项，成功授权1项，具体取得的研究成果包括以下三个方面：. 在滤波器新型建模方法研究方面，为了快速高效地获取满足特定滤波器响应及拓扑结构的对应耦合矩阵，我们提出了结合基于GIVENS矩阵旋转的卡梅隆-相似变换法及自适应遗传算法的有效综合优化方法，基于这一新型建模方法，我们分析并设计出了多种耦合拓扑模型的LTCC毫米波滤波器；另一方面，我们对如何提高遗传算法在滤波器的设计中的高效率、高精度也进行了较为深入的研究，我们通过对遗传算法中的遗传操作算子进行改进，有效地克服了采用传统的遗传操作方法所面临的收敛速度慢以及容易陷入局部最优的缺陷，并在此基础上设计了一系列新型微波带通滤波器，我们在该研究方向的成果共发表SCI收录期刊论文4篇。.在新型三维谐振器耦合/拓扑模型研究方面；本项目提出了多种可用于LTCC技术的新型耦合拓扑结构，并在此基础上设计出了一系列高性能滤波器，主要包括LTCC 60GHz单通带、双通带带通滤波器、LTCC U波段、X波段带通滤波器以及多种其它形式的高性能、小型化新型微波滤波器结构，我们在该研究方向的成果共发表SCI收录期刊论文9篇。. 在LTCC滤波器电路中高性能过渡结构的研究方面，本项目提出了三种高性能宽带微波过渡结构，所提出的微带线-共面带状线宽带过渡结构成果获得国家发明专利1项，所提出的微带-共面波导带状线结构以及微带-微带过渡结构研究成果发表SCI收录期刊论文2篇。. 本项目研究过程中，共培养硕士研究生5名，博士研究生1人，其中一人获得“2014年度江苏省优秀硕士论文”；此外，本项目的研究为我们与国外知名学者的交流与合作提供了良好的平台，项目研究期间，课题组成员参加国内外学术会议四次，并与同研究领域的国外课题组进行了短期交流互访，这些交流为我们今后在该研究领域的深入研究提供了良好的外部条件。总体看来，本项目研究所产生的成果圆满地实现了项目的预期研究目标。