[论文解读] To Optimally Design Microstrip Nonuniform Transmission Lines as Lowpass Filters

Mohammad Khalaj‐Amirhosseini, S. A. Akbarzadeh-Jahromi|arXiv (Cornell University)|Jun 4, 2010

Microwave Engineering and Waveguides参考文献 16被引用 9

一句话总结

该论文提出了一种基于将带状线宽度建模为截断傅里叶级数并利用优化算法确定系数的微带非均匀传输线（MNTLs）最优设计方法，用于低通滤波器。该方法实现了精确的截止频率响应，通过设计并制作了两个2.0 GHz低通滤波器得到验证，展示了通过参数优化实现期望滤波器特性的有效性。

ABSTRACT

A method is proposed to optimally design the Microstrip Nonuniform Transmission Line (MNTLs) as lowpass filters. Some electrical and physical restrictions are used to design MNTLs. To optimally design the MNTLs, their strip width is expanded as truncated Fourier series, firstly. Then, the optimum values of the coefficients of the series are obtained through an optimization approach. The performance of the proposed structure is studied by design and fabrication of two lowpass filters of cutoff frequency 2.0 GHz.

研究动机与目标

• 开发一种系统化的方法，用于设计具有最优性能的微带非均匀传输线（MNTLs）低通滤波器。
• 解决通过参数化几何结构实现MNTL基滤波器精确截止频率和阻抗响应的挑战。
• 将物理和电气约束整合到设计过程中，以确保实际可行性。
• 利用傅里叶级数表示和优化算法对带状线宽度剖面进行优化，以改善滤波器响应。

提出的方法

• 将MNTL的带状线宽度建模为截断傅里叶级数，以表征其非均匀性。
• 将傅里叶级数的系数作为待优化的设计变量。
• 应用优化方法，以确定满足期望低通滤波器响应标准的最优系数值。
• 将电气和物理约束整合到优化框架中，以确保可制造性和性能。
• 通过制作和测量两个2.0 GHz低通滤波器对设计进行验证。
• 通过调整宽度剖面的谐波分量，该方法实现了对频率响应的精确控制。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何对微带传输线的非均匀宽度剖面进行参数化，以实现最优滤波器设计？
• RQ2 何种优化策略能为给定截止频率提供最佳低通滤波器响应？
• RQ3 物理和电气约束如何影响基于MNTL的滤波器的设计与性能？
• RQ4 傅里叶级数表示在多大程度上能准确建模实现最优滤波所需的宽度变化？
• RQ5 所制作滤波器在目标截止频率下的插入损耗和回波损耗性能如何？

主要发现

• 所提出的方法成功设计出两个截止频率为2.0 GHz的低通滤波器，证明了其实际可行性。
• 经过优化的带状线宽度傅里叶级数表示实现了对滤波器频率响应的精确控制。
• 制作的原型在仿真与实测响应之间表现出良好一致性，验证了设计方法的有效性。
• 优化过程有效平衡了电气性能与物理约束，实现了目标滤波器特性。
• 该方法为设计具有期望频率响应的MNTL基低通滤波器提供了一套系统化且可重复的框架。