无源网络驻波比的优化算法及实现

论文摘要

无源网络(主要包括无源滤波器、匹配网络、双工器、均衡器等)是电子与通信系统中的关键性器件。它们技术指标的优劣对整机性能的影响很大。当前通信与电子技术飞速发展,对上述无源网络的技术指标要求越来越高。以往设计无源网络的理论基础是网络综合原理、宽带匹配理论等。但这些理论已发展到了比较成熟的阶段,进展逐渐缓慢,跟不上当前发展的需求。 为此,本文提出了用电路优化技术代替传统的网络综合理论解决匹配问题的方法。目的是利用优化技术的灵活性解决当前通信技术发展非常需要的,而利用传统方法难以实现的,高性能特殊类型滤波器和匹配网络的设计问题。 本课题是国家自然科学基金项目“一种全新的无源网络设计理论和实现方法”的一部分,它是对无源网络的幅频特性和驻波比同时进行优化的。而这之前已经做了大量的前期工作,幅频特性的优化技术已经趋于成熟,但对其它特性的优化还有待提高。对电压驻波比特性优化的目的是要在通带内获得较小的反射损耗。由于驻波比是无源网络中灵敏度最高的指标,如果在设计不精确时驻波比会迅速变坏。所以对它进行优化,难度很大。 电压驻波比是射频器件中最常用的参数,用来衡量部件之间的匹配是否良好。本文提出了调整元件参数使频率——驻波比曲线逼近一条直线的优化方法。由于滤波器的输出阻抗与负载阻抗越接近越好,所以频率——驻波比曲线越尽可能地接近于1越理想。但要想使驻波比在某一频段范围内完全达到理想状态是不太容易做到的。所以我们只能要求在某一频段范围内的驻波比不超过我们要求的某一极限值即可。在进行优化时,首先根据元件初值在频率——驻波比坐标上产生一条曲线作为各频率点上的驻波比的初始曲线。然后调整元件参数,使驻波比曲线尽可能地向着接近于1的这条直线逼近,直到逼近的程度符合我们所要求的条件为止。 本文采用设计实例说明所提方法的重大意义及它对于传统设计方法的优势。

论文目录

• 引言
• 第1章 绪论
• 1.1 滤波器的功能及应用
• 1.1.1 滤波器的功能
• 1.1.2 滤波器的应用
• 1.2 滤波器的分类
• 1.3 LC滤波器
• 1.4 无源滤波器设计的特性要求
• 第2章 滤波器的一些技术指标及参数
• 2.1 无源滤波器的主要技术参数
• 2.2 振幅特性
• 2.2.1 功率转移函数和工作衰减
• 2.2.2 特征函数
• 2.3 时延特性
• 2.3.1 电压转移函数与工作传输函数
• 2.3.2 相位特性
• 2.3.3 群延迟与衰减的关系
• 2.4 频率变换与网络转换
• 2.4.1 低通到带通的频率变换与网络变换
• 第3章 优化驻波比目标函数的建立
• 3.1 目标函数的选择
• 3.2 描述电路
• 3.2.1 归一化
• 3.3 直接形成节点导纳矩阵Yn和电流源相量Is
• 3.3.1 导纳矩阵Yn的建立
• 3.3.2 电流源相量Is的形成
• 3.4 利用节点电压法求滤波器的输出响应
• 3.4.1 节点电压法
• 3.4.2 滤波器的输出相应
• 第4章 目标函数的梯度
• 4.1 目标函数梯度的求法
• 4.1.1 目标函数梯度的一般求法
• 4.1.2 多变量函数的最优化方法
• 4.2 伴随网络
• 4.3 特勒根定理
• 4.4 网络的灵敏度分析
• 4.4.1 网络的灵敏度
• 4.4.2 经典的灵敏度定义
• 4.4.3 灵敏度的计算
• 4.5 LC无源滤波器的灵敏度计算
• 4.5.1 利用伴随网络如何简化灵敏度计算
• 第5章 目标函数的优化
• 5.1 共轭梯度法
• 5.1.1 共轭方向
• 5.1.2 二点三次插值法
• 5.2 共轭梯度法
• 第6章 优化实例
• 6.1 实例
• 结论
• 攻读学位期间公开发表的论文
• 致谢
• 参考文献
• 研究生履历