【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及的是一种微波领域的技术，具体是一种基于自去嵌的滤波器耦合矩阵提取方法，用于滤波器设计或加工后期调试过程中使用的滤波器诊断。
技术介绍
1、具有频率选择特性的微波滤波器是无线通信系统的关键器件之一。随着各种无线通信新技术和应用不断出现,一方面，频谱资源变得越来越紧张，使得通信系统对微波滤波器的性能要求更苛刻；另一方面，频谱资源开发利用的范围越来越广，对各种不同工艺的微波滤波器需求也越来越迫切。如何提高滤波器设计效率一直是学者们研究的热点问题，其中：基于耦合矩阵提取的滤波器诊断技术是一种高效且直观的方法。
2、基于有理函数逼近算法的解析方法是较常见的耦合矩阵的提取方法。在提取过程中，需要消除滤波器物理模型中由于端口处高次模式和传输线引起的附加频变相位。如何准确消除网络参数的加载相位是滤波器诊断的关键。
3、现有技术通过穷举法或者优化算法求解最小二乘问题来确定回波损耗的加载相位，其中：待移除群延迟被限制在先验范围内。该方法耗时，且准确度不高，提取的耦合矩阵对应的s参数与目标s参数存在不合理的差异；另外，现有技术还有通过对实际加载物理结构的相移与时延特征进行多项式拟合来确定加载相位，但当加载相位值较小或者通带两侧相位对称性较差时，该方法提取精度不理想。此外，现有技术还有通过额外的阶数矢量拟合回波特性，并分离出额外的零极点来表示加载相位，此方法对于较长的时延线提取效果不佳，因为滤波器的零极点可能被有理函数形式的相位加载吸收，从而无法正确分离滤波器和加载相位对应的零极点。
技
1、本专利技术针对现有技术无法精确设置阈值、无法正确分离滤波器和加载相位对应的零极点导致的优化效率低、优化结果稳定性较差的不足，提出一种基于自去嵌的滤波器耦合矩阵提取方法，通过自去嵌有理函数直接消除加载相位和加载插损的影响，避免显式地提取加载相位的步骤，使得提取方法更加稳定高效，计算精度更高。
2、本专利技术是通过以下技术方案实现的：
3、本专利技术涉及一种基于自去嵌技术的滤波器耦合矩阵提取方法，根据实测或模型仿真得到的散射(s)参数计算自去嵌有理函数值，通过对其矢量拟合得到滤波器相关多项式零极点，通过从中分离滤波器电路模型回波损耗的零极点后，利用多项式拟合得到传输函数分子多项式，最后通过有耗耦合综合算法解析得到滤波器耦合矩阵。
4、所述的实测或模型仿真的散射(s)参数是指：基于微波耦合谐振器滤波器模型，利用ansys hfss、cst、keysightads等全波仿真软件仿真得到或将微波耦合谐振滤波器样品与矢量网络分析仪连接，获取滤波器测试s参数值记为和其与提取耦合矩阵使用的滤波器电路模型s参数关系满足：其中：k1(s)和k2(s)分别为端口1和2处的频变加载损耗和和分别为端口1和2处的频变加载相位。
5、所述的滤波器电路模型s参数，其有理函数形式包括：其中：e(s)、f1(s)和f2(s)都为n阶首系数为1的待求多项式；p(s)为ntz阶首系数为1的待求多项式；n为滤波器阶数，ntz为滤波器传输零点个数；ε1、ε2和ε21为待求常数；s为归一化频域内的复频率变量。
6、所述的自去嵌有理函数，包括：其中：sk1和sk2的分子与分母中共有的加载相位和加载损耗因子相互抵消，其结果只与所述滤波器电路模型s参数有关。因此，只要得到sk1和sk2有理多项形式就能得到滤波器电路模型的多项式。这可以通过矢量拟合实现，因为其数值可通过仿真模型或测试测试样品的s参数数值计算。
7、所述的矢量拟合，具体包括：
8、步骤1：对自去嵌有理函数sk1和sk2进行矢量拟合，求得其极点-留数形式其中：sk1和sk2矢量拟合权重为i＝1，2，3，……，ns；ns为采样频点个数；si为采样频率对应的归一化域复频率；pi为有理函数sk1和sk2的共用极点，r1i和r2i分别为有理函数sk1和sk2的留数；d1和d2为常数；
9、步骤2：计算多项式f1(s)f2(s)的零点[z1,z2,…,z2n]＝eig(a-b·ct/d1)，其中：eig为矩阵特征值函数；a为n×n阶对角矩阵，对角线元素为[p1，p2，p3，……，p2n]；b为元素全为1的n×1阶列向量；ct为1×n阶行向量，其元素为[r1，r2，r3，……，r2n]。
10、所述的分离滤波器电路模型回波损耗的零极点，具体包括：
11、步骤a、使用极点分离算法sp1分离有理函数sk1和sk2的共用极点：[p11,p12,p13,…,p1n；p21,p22,p23,…,p2n]＝sp1([p1,p2,p3,…,p2n])，求得具体包括：输入变量x＝[p1,p2,p3,…,p2n]和输出变量y＝[p11,p12,p13,…,p1n；p21,p22,p23,…,p2n]，对输入变量x按其实部从小到大排序，得到新序列即为输出变量y，即：id＝sort(real(x)，’ascend’)，y＝x(id)。
12、步骤b、使用零点分离算法sp2分离f1(s)f2(s)的极点：[z11,z12,z13,…,z1n；z21,z22,z23,…,z2n]＝sp2([z1,z2,z3,…,z2n])，求得具体包括：定义输入变量x＝[z1,z2,z3,…,z2n]和输出变量y＝[z11,z12,z13,…,z1n；z21,z22,z23,…,z2n]，将输入变量x按虚部大小进行排序，按顺序每两个变量构成一对，共有n对变量；从每一对输入变量中选取一个元素，构成一个n维向量，记为z1，剩余的n个变量构成一个n维向量，记为z2。则共有2n种可能选取方法，则所有可能的集合为z＝{[z1,z2]}；通过搜索2n种可能组合，求得cost函数最小的一个组合为最佳组合其中：s为回波损耗采样频点集合；其余变量输出变量y的值即最佳组合
13、步骤c、计算滤波器电路模型回波损耗其中：
14、所述的传输函数分子多项式，通过以下方式得到：
15、步骤i)计算在采样频点序列s＝[s1,s2,…,sns]处的幅度a21(s)＝[a21(s1),a21(s2),…,a21(sns)]，其中：
16、步骤ii)计算在采样频点序列s处的相位θ21(s)＝[θ21(s1),θ21(s1),…,θ21(sns)]，其中：θ21(si)＝phase(sk2(si)e(si)ex(si))/2，其中：phase函数需对相位做unwarp操作使得相位连续变化；
17、步骤iii)对所述幅度和相位构成的复数序列做n阶多项式拟合求得多项式其中：polyfit为多项式拟合函数。
18、所述的有耗耦合综合算法，具体为：计算y参数多项式形式：将y参数展开成极点留数形式：进行留数修正后计算横向耦合矩阵对横向耦合矩阵m进行矩阵旋转，得到具有特定的拓扑结构耦合矩阵。
19、所述的留数修正，采用以下任意一种方式实现：
20、修正方法1：将r21i和r12i更本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于自去嵌技术的滤波器耦合矩阵提取方法，其特征在于，根据实测或模型仿真得到的散射(S)参数计算自去嵌有理函数，通过对其矢量拟合得到滤波器相关多项式零极点，通过从中分离滤波器电路模型回波损耗的零极点后，利用多项式拟合得到传输函数分子多项式，最后通过有耗耦合综合算法解析得到滤波器耦合矩阵；
2.根据权利要求1所述的基于自去嵌技术的滤波器耦合矩阵提取方法，其特征是，所述的滤波器电路模型S参数，其有理函数形式包括：其中：E(s)、F1(s)和F2(s)都为N阶首系数为1的待求多项式；P(s)为NTZ阶首系数为1的待求多项式；N为滤波器阶数，NTZ为滤波器传输零点个数；ε1、ε2和ε21为待求常数；s为归一化频域内的复频率变量。
3.根据权利要求1所述的基于自去嵌技术的滤波器耦合矩阵提取方法，其特征是，所述的自去嵌有理函数，包括：其中：Sk1和Sk2的分子与分母中共有的加载相位和加载损耗因子相互抵消，其结果只与所述滤波器电路模型S参数有关；因此通过矢量拟合即可得到滤波器电路模型的多项式。
4.根据权利要求1或3所述的基于自去嵌技术的滤波器耦合矩阵
5.根据权利要求1所述的基于自去嵌技术的滤波器耦合矩阵提取方法，其特征是，所述的分离滤波器电路模型回波损耗的零极点，具体包括：
6.根据权利要求1所述的基于自去嵌技术的滤波器耦合矩阵提取方法，其特征是，所述的传输函数分子多项式，通过以下方式得到：
7.根据权利要求1所述的基于自去嵌技术的滤波器耦合矩阵提取方法，其特征是，所述的有耗耦合综合算法，具体为：计算Y参数多项式形式：将Y参数展开成极点留数形式：进行留数修正后计算横向耦合矩阵对横向耦合矩阵M进行矩阵旋转，得到具有特定的拓扑结构耦合矩阵。
8.根据权利要求7所述的基于自去嵌技术的滤波器耦合矩阵提取方法，其特征是，所述的留数修正，采用以下任意一种方式实现：
...【技术特征摘要】
1.一种基于自去嵌技术的滤波器耦合矩阵提取方法，其特征在于，根据实测或模型仿真得到的散射(s)参数计算自去嵌有理函数，通过对其矢量拟合得到滤波器相关多项式零极点，通过从中分离滤波器电路模型回波损耗的零极点后，利用多项式拟合得到传输函数分子多项式，最后通过有耗耦合综合算法解析得到滤波器耦合矩阵；
2.根据权利要求1所述的基于自去嵌技术的滤波器耦合矩阵提取方法，其特征是，所述的滤波器电路模型s参数，其有理函数形式包括：其中：e(s)、f1(s)和f2(s)都为n阶首系数为1的待求多项式；p(s)为ntz阶首系数为1的待求多项式；n为滤波器阶数，ntz为滤波器传输零点个数；ε1、ε2和ε21为待求常数；s为归一化频域内的复频率变量。
3.根据权利要求1所述的基于自去嵌技术的滤波器耦合矩阵提取方法，其特征是，所述的自去嵌有理函数，包括：其中：sk1和sk2的分子与分母中共有的加载相位和加载损耗因子相互抵消，其结果只与所述滤波...
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