HFSS基于空间映射法的Ku波段带通滤波器设计(2)
在对滤波器进行设计时，电磁仿真软件能够达到所需的精度要求，但其计算量大，耗时过多，设计效率低；而用电路仿真软件虽然运算速度快，但其精度较低，直接运用于实际无法满足设计要求。为了解决电磁仿真软件优化滤波器结构的高成本运算和电路仿真软件的低设计精度问题，可运用空间映射法进行快速优化。该方法结合了电磁仿真软件的精确性和电路仿真软件的快速性，在保留精度的前提下减少了运算时间，可以大大提高优化效率。
1.2 空间映射法的发展
为了减少电磁仿真设计中CPU的运算时间，空间映射法得以提出与应用。此方法需建立粗糙模型和精细模型两种模型，电路模型可作为粗糙模型，在电路基础上运算速度快，仿真精度低；电磁仿真器可用于粗糙模型，有限元方法运算量大，仿真精度高。将两者结合，可在精度要求的基础上提高运算速度。
空间映射法的原理是假设粗糙模型和精细模型之间存在映射关系，首先优化粗糙模型参数使之符合原设计指标的要求，然后在两种模型的参数之间建立映射关系，在最优粗糙模型参数基础上利用两种空间模型间的映射关系优化出一组精细模型参数，若该参数在精细模型中仿真符合设计要求，则优化得到最优设计参数，完成设计；若不符合，需根据精细模型响应，不断更新粗糙模型与精细模型之间的映射关系，得到新的精细模型参数并在电磁仿真器中仿真验证，直至获得符合设计要求的参数。在空间映射过程中，实现两种模型的匹配，实现参数提取的过程尤为重要。其原理示意图如下：
空间映射法最早由Bandler等人在1994年由提出，该方法有效地结合了电路仿真的快速性和电磁仿真的精确性。最初的初始空间映射法，将粗糙模型和精细模型之间的映射设为线性关系，运用线性方程组的最小二乘法求的两个空间的参数映射关系。这种线性空间映射虽然简单，但当两个模型之间的响应不能完全重合，则不一定能收敛成于有效解，算法无法成功运用。为了使算法不局限于可用于线性关系，Bandler研究小组于1995年提出了主动空间映射方法，该算法采用了拟牛顿迭代法，可以解决非线性问题。经修正的方法只需少量迭代就可能收敛于有效解，每次的精确模型仿真结果不仅用于验证设计指标，更是参数提取和空间映射关系建立的基础，在此前提下迭代出下一组优化参数。由于参数提取的不唯一性会引起算法的不收敛，一些空间映射算法相继提出来改进算法的收敛性、稳定性，减小迭代次数，包括：置信域主动空间映射法、神经网络空间映射法、混合迭代主动空间映射法等，对空间映射法进行了延伸发展。
2004年，Bandler研究小组提出了隐式空间映射算法，其中粗糙模型与精细模型之间的参数关系不能用确定的数学函数描述。这种设计方法无需复杂的矩阵运算，所有迭代参数都通过粗糙模型得到，大大简化了优化过程，因而隐式空间映射被认为是运用最简便的空间映射方法。
2 带通滤波器设计原理
2.1 滤波器基本理论
射频通信系统系统中，滤波器起到了重要作用，既可用来限定发射机工作频带内的辐射信号，又能够防止工作频带外的噪声信号干扰接收机，在工程使用中相当普遍。
滤波器按照功能可分为5种：低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器与全通滤波器。低通滤波器是允许小于截止频率的信号通过并抑制大于截止频率信号的滤波器；高通滤波器是抑制小于截止频率信号并允许大于截止频率信号通过的滤波器；带通滤波器是允许频带[ 内信号通过而抑制带外信号的滤波器，相当于低通和高通的结合；带阻滤波器与带通完全相反，它在频带内抑制信号传输，在频带外允许信号通过；全通滤波器对于信号幅度没有影响，幅度响应是增益为固定常数的一条直线，它改变的是通过信号的相位。滤波器包括两类性能指标：第一类有截止频率、过渡带衰减速度等，描述了滤波器对相邻频道干扰的抑制；第二类有带内波纹、带内群延时变化等，描述了滤波器对系统的影响。
上一篇：SIW带通滤波器的设计与研究
下一篇：宽带微带线过渡设计+文献综述