【摘 要】
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近年来,随着毫米波无线通信技术的飞速发展和大容量数据传输速率提升的迫切需求,需要在更高的频段寻求频谱资源。我国将24.75-27.5 GHz和37-42.5GHz作为5G通信的毫米波频段,该频段资源丰富,能够满足宽频设计需求。无源电路设计作为毫米波无线通信系统的重要组成部分之一,一直是研究的热点。同时,随着频率的升高,无源电路系统设计会面临小型化、宽带化等难题,电路的设计日益复杂,可以优化的参数量
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近年来,随着毫米波无线通信技术的飞速发展和大容量数据传输速率提升的迫切需求,需要在更高的频段寻求频谱资源。我国将24.75-27.5 GHz和37-42.5GHz作为5G通信的毫米波频段,该频段资源丰富,能够满足宽频设计需求。无源电路设计作为毫米波无线通信系统的重要组成部分之一,一直是研究的热点。同时,随着频率的升高,无源电路系统设计会面临小型化、宽带化等难题,电路的设计日益复杂,可以优化的参数量、优化的难度和优化的成本都日益增加。将机器学习技术应用到优化过程中以减轻计算成本、提高优化效率也是研究的热点之一。本文针对毫米波无源电路中的功率分配器和滤波器进行研究,并用机器学习辅助优化的方法实现快速优化,主要研究成果如下:首先,基于基片集成同轴线技术,针对20-45 GHz频段设计了一分十六宽带SICL功率分配器。并在一分二SICL功率分配器的基础上,针对24.25–27.5GHz和37–40 GHz两个频段,通过添加输出端口间的传输线和并联短路枝节线设计了一款双频滤波功率分配器。接着,基于基片集成波导技术,针对24.75-27.5 GHz和37-42.5 GHz两个频段,分别设计了两个单频SIW滤波器,并根据实际加工要求,对第一个金属化通孔的位置进行偏置以达到和原来过小直径的金属化通孔一样的效果。最后,在以上设计过程中,运用机器学习辅助优化的方法对设计的毫米波滤波元件进行优化,并用加工实测的方法验证设计的正确性。为了方便测试,分别设计和加上转接结构后,双频滤波功率分配器的实测结果如下:10d B带宽分别为4.71 GHz（22.91-27.62 GHz,18.64%）和4.4 GHz（36.11-40.51 GHz,11.49%）。在通带内,插入损耗分别小于4.2和4.8 d B（其中有3 d B为分配损耗）。两个带通滤波器的实测结果为:对于26 GHz的SIW带通滤波器,3d B带宽为2.847 GHz（24.33-27.18 GHz,10.85%）,在通带内,回波损耗大于19.1d B,插入损耗小于1 d B;对于39 GHz的SIW带通滤波器,3d B带宽为9.70 GHz（35.45–45.15 GHz,24.07%）,在通带内,回波损耗大于18.2 dB,插入损耗小于1.5 dB。
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