射频三维封装系统中功能植入新型滤波网络研究

Within the limited-size platform of radio frequency system in package (RF-SIP), how to effectively construct the function embedded new filtering network in three dimensional scale is not only an extremely challenging basic research topic but also an important issue need to be solved immediately for high performance wireless communication system, since it can obviously reduce the packaging size and degrade the design complexity while maintaining the high operation performance for system. In this context, the motivation of this project is to study the new modeling method and its application for the function embedded filtering networks on the basis of three-dimensional low temperature co-fired ceramic (LTCC) packaging technology. By combining the matrix rotation similarity transformation method with the quantum particle swarm optimization method, the coupling and routing topologies of function embedded filtering networks can be efficiently and exactly optimized from the viewpoint of global analysis and searching. The main contents include: research on high efficiency and accuracy modeling and analyzing method for coupling topologies of multi-port filtering networks, research on new function embedding techniques and methods in the filtering network, and the design of new function embedded filtering components in LTCC. It’s our belief that the achievements developed by the research of this project are bound to supply reliable principle guidelines for function embedded filters in RF-SIP, efficient and accurate design method, optimized coupling and routing topologies, and umpty initial models verified by both theoretical and experimental, which is promising to provide high value technical reserves for the development of wireless communication technology in our country.

在射频封装系统有限的尺寸平台上，如何利用三维尺度有效构建具备功能植入的新型滤波网络，从而在确保系统高性能工作的同时，显著地减小封装尺寸、降低系统设计复杂度，是极富挑战性的基础性研究课题，也是高性能无线通信系统急需解决的重要课题。鉴于此，本项目旨在基于以LTCC为代表的三维封装技术，结合矩阵相似变换法和量子粒子群优化算法，从全局解析搜索角度高效、准确地优化滤波网络耦合拓扑模型，进而研究功能植入滤波网络的新型建模方法及其应用，主要包括：多端口滤波网络耦合拓扑模型高效、高精度建模方法研究；滤波网络中功能植入新技术与新方法研究；以及三维封装形式下功能植入新型滤波电路设计。可以预见，本项目研究所产生的一系列成果，能够为射频封装系统中功能植入滤波电路的设计提供可靠的理论依据、高效准确的设计方法、最佳的耦合拓扑结构、以及经过原理和实验验证的若干初始模型，从而为我国无线通信技术的发展提供高价值的技术储备。

本项目针对微波电路和系统小型化、高性能、高集成度的发展趋势和工程应用需求，深入开展了三维封装技术条件下，具有功能植入特征的新型滤波网络研究，并从全局解析搜索角度高效、准确地优化滤波网络耦合拓扑模型，提出了功能植入滤波网络的新型建模方法及其一系列应用创新，其主要研究方向包括：多端口滤波网络耦合拓扑模型高效、高精度建模方法研究；滤波网络中功能植入新技术与新方法研究；以及三维封装形式下功能植入新型滤波电路设计。. 在上述三个研究方向，项目负责人和团队成员取得的主要研究成果包括，设计出了具有平衡-非平衡功能植入的巴伦滤波器、具有辐射功能植入的滤波天线、具有功率分配功能植入的功分滤波天线、结合阻抗转换和平衡-非平衡转换性能的三维封装形式下的新型巴伦滤波电路，具有自耦合谐振特性的新型谐振器及其在滤波网络设计中的应用，同时探索了复杂拓扑条件下，滤波网络的快速准确综合设计方法，基于该方法所设计的一系列新型滤波器件均得到了良好的实验验证。这些研究工作丰富了三维封装条件下，多功能植入滤波网络的设计内涵，为现代无线通信系统中高性能、小型化射频前端的设计提供了高价值的技术支撑。上述研究成果共发表 SCI 论文 18 篇（其中在IEEE Transactions系列发表期刊学术论文10篇），在国内外学术会议上发表会议论文4 篇;授权中国发明专利 6 项；依托项目培养已毕业博士研究生4名，硕士研究生8名。. 与此同时，项目组还邀请了多名国内外著名大学教授和专家开展学术讲座和探讨，并以参加学术会议的形式开展了国内外学术交流，了解国内外微波领域的最新研究进展，对本项目的研究具有重要的启发和促进作用。. 总体看来，项目负责人和团队成员经过四年的努力，潜心研究，不断创新，取得了丰富的研究成果，圆满地完成了项目研究预先设定的研究目标。