基于空间映射法的LTCC滤波器的研究

论文摘要

在低温共烧陶瓷微波多层电路中,层与层之间复杂的电磁耦合导致电磁仿真计算繁杂,等效电路不易提取。空间映射算法提供了一种新的优化思想和设计方法,将粗糙模型的快速性与精确模型的准确性结合起来,进行仿真验证,大大地减少了电磁仿真运算量,提高设计效率。本文应用空间映射算法设计LTCC滤波器的研究工作,为空间映射法理论广泛应用在各种LTCC滤波器的设计优化过程打下了基础。文中首先对低温共烧陶瓷中常用的双平行板电容（Mental-Insulator-Mental）、多层垂直交叉电容（Vertically-Interdigitated-Capacitor）和交指电容（Interdigital Capacitors）结构进行分析,发现多层垂直交叉电容的体积更小。利用LTCC多层小型化的优点,结合主动空间映射算法对多层电容、电感进行优化,得到了最优化设计参数。然后运用神经网络空间映射算法对LTCC中微带到带线过渡结构进行优化设计,通过对其传输和反射特性的分析得到最优化的设计参数。在研究LTCC无源结构的基础上,根据滤波器理论设计出中心频率为2.45 GHz、带宽300 MHz的双传输零点带通滤波器;该滤波器的物理结构包括微带到带线的过渡结构、多层电容、螺旋电感三种结构。运用设计参量空间映射神经网络算法求解滤波器的粗糙模型和精确模型空间设计参数之间的映射关系,并通过不断地迭代和计算得到精确模型最优化设计参数。空间映射法应用于LTCC多层电路设计有效地避免了在复杂的电磁模型中进行优化,同时由于粗糙模型和精确模型中设计参数的物理意义相同,对建立复杂结构的滤波器带来了难度。LTCC滤波器最优化参数电磁仿真结果的有效性,进一步证明空间映射算法应用于LTCC多层电路的优化理论方法的正确性和可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 低温共烧陶瓷（LTCC）技术
• 1.1.1 LTCC 技术的介绍
• 1.1.2 LTCC 工艺流程介绍
• 1.1.3 LTCC 技术的应用与发展趋势
• 1.2 空间映射法（Space Mapping）
• 1.2.1 空间映射算法的提出
• 1.2.2 空间映射算法的发展过程
• 1.3 本课题的主要内容
• 第二章 空间映射算法
• 2.1 空间映射算法的数学建模分析
• 2.2 主动空间映射算法（ASM）
• 2.2.1 主动空间映射算法的提出
• 2.2.2 主动空间映射算法的数学分析
• 2.3 设计参量空间映射神经网络算法（SMN）
• 2.3.1 神经网络
• 2.3.2 BP 神经网络
• 2.3.3 设计参量空间映射神经网络建模分析
• 2.4 算法的性能比较
• 2.4.1 ASM 与OSM 的性能比较
• 2.4.2 神经网络、SMN 及ASM 的性能比较
• 第三章 LTCC 电容、电感及过渡结构的设计与优化
• 3.1 LTCC 电容结构的设计与优化
• 3.1.1 内埋电容的等效电路分析
• 3.1.2 应用主动空间映射法设计LTCC 电容
• 3.2 LTCC 电感的分析设计
• 3.2.1 电感的电路结构分析
• 3.2.2 应用主动空间映射法优化LTCC 电感
• 3.3 LTCC 层间过渡结构设计与优化
• 3.3.1 层间过渡结构结构设计分析
• 3.3.2 运用设计参量空间映射神经网络法（SMN）优化过渡结构
• 第四章 LTCC 滤波器的设计与优化
• 4.1 带通滤波器的基本理论
• 4.2 带通滤波器设计原理
• 4.2.1 带通滤波器引入传输零点的分析设计
• 4.2.2 具有两个传输零点的带通滤波器的分析设计
• 4.3 运用设计参量空间映射神经网络优化LTCC 带通滤波器
• 4.4 仿真结果分析
• 第五章 总结
• 5.1 本文工作总结
• 5.2 空间映射算法的展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果