[发明专利]一种基于混合寻优算法的滤波器耦合矩阵解耦变换方法

说明书

本发明公开了一种基于混合寻优算法的滤波器耦合矩阵解耦变换方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，通过综合法和旋转消元获得混合优化初始矩阵M_e；步骤S2，基于混合优化初始矩阵M_e，根据优化约束条件和优化适应度指标进行全局优化阶段的解耦变换，获得全局优化矩阵M_d；步骤S3，采用梯度算法对所述全局优化矩阵M_d的矩阵元素进行局部优化，输出最终解耦变换矩阵M₀。本发明提出的基于混合寻优算法的滤波器耦合矩阵解耦变换方法对于滤波器耦合矩阵的解耦变换具有很好的适用性，使得优化求解的耦合矩阵可以精确逼近滤波器实际特性。

技术领域

本发明涉及射频微波滤波器建模仿真技术领域，尤其是一种基于混合寻优算法的滤波器耦合矩阵解耦变换方法。

背景技术

在微波滤波器的理论研究和设计中，基于综合法的设计流程是通过提取响应曲线建立耦合矩阵，再结合滤波器设计实现，用矩阵相似变换方法进行矩阵化简，获得与拓扑结构匹配的矩阵解耦形式，特别对阶数较高的滤波器而言，需要将直接耦合矩阵采用旋转消元的方法变换为折叠型矩阵，通过旋转矩阵与耦合矩阵不同位置的元素按一定先后顺序相乘，可以获得不同拓扑结构滤波器匹配的耦合矩阵解耦形式。

但是由于实际工程结构存在不同拓扑形式的交叉耦合，一方面采用常用消元方法并不能得到满足所有拓扑形态的耦合矩阵，一些实际结构无法通过矩阵相似变换直接获得；二是变换后耦合矩阵的响应与最终物理结构的响应存在较大差异，导致在滤波器优化设计时，耦合矩阵给出的初值并不准确，还要进一步用商业电磁FFA(有限元分析)软件多次仿真优化，耗时较长。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对滤波器拓扑不同耦合矩阵的解耦变换方法不同，导致的常用消元方法难以普遍适用，同时变换后的矩阵与最终物理结构差别较大的问题，提供一种基于混合寻优算法的滤波器耦合矩阵解耦变换方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于混合寻优算法的滤波器耦合矩阵解耦变换方法，包括以下步骤：

步骤S1，通过综合法和旋转消元获得混合优化初始矩阵M_e；

步骤S2，基于混合优化初始矩阵M_e，根据优化约束条件和优化适应度指标进行全局优化阶段的解耦变换，获得全局优化矩阵M_d；

步骤S3，采用梯度算法对所述全局优化矩阵M_d的矩阵元素进行局部优化，输出最终解耦变换矩阵M₀。

进一步地，步骤S1具体为：

(1)采用滤波器耦合矩阵综合法得到耦合矩阵M；

(2)将耦合矩阵M通过多次迭代乘旋转矩阵进行旋转消元，将旋转消元后的矩阵作为混合优化初始矩阵M_e。

进一步地，步骤S2具体为：

(1)根据全局优化算法特点对混合优化初始矩阵M_e进行全局优化获得初始化矩阵M′_d，并对全局优化中矩阵元素进行编码处理，根据所选取的全局优化算法编码成寻优参量；其中，优化约束条件包括，全局优化需根据滤波器耦合情况和拓扑结构，按初始值一定正负范围随机初始化，对具有大小关系或对称关系的元素，优化全过程要保持大小关系或对称关系。

(2)定义全局优化适应度指标e_obj：

e_obj＝(S_iid-S_iie)²；