带金属销钉的波导带通滤波器的设计

采用数值方法获取人工神经网络的训练样本和检验样本。这里只对销钉的直径进行取
样，然后用数值方法计算得到样本。每个样本对应一组 X s , X p ，然后运用人工神经网络拟
合出 X s , X p 随销钉直径 d 变化的曲线关系式。
3．滤波器设计
表 1 设计性能指标
f0 (GHz) BW(3dB) Order Ripple(dB)
ABCD 矩阵
⎡A ⎢⎣C
B⎤ D⎥⎦ Total
=
⎡A ⎢⎣C
B⎤ D ⎥⎦ WaveGuide
∗
⎡A ⎢⎣C
B⎤ D⎥⎦ Post
∗
⎡A ⎢⎣C
B⎤ D ⎥⎦ WaveGuide
(3.1)
而长为 L 的波导的 ABCD 矩阵已知
⎡A ⎢⎣C
⎡cosh(γL)
B⎤
D
⎥ ⎦
WaveGuide
=
⎢ ⎢
Microwave Guided wave Lett, 1992, 2(10): 400-402 [5] 廖承恩. 微波技术基础[M]. 西安：西安电子科技大学出版社, 1994,65-100. [6] 甘本袯,吴万春.现代微波滤波器的结构与设计[M].北京:科学出版社, 1973
Design of Post Rectangular Waveguide Band-pass Filter
Filters is a kind of important components in microwave circuits. In this paper, a filter design method derived from artificial neural network using the Post Rectangular Waveguide Band-pass Filter is presented. One example is given, and the result by numerical simulation on the basis of Ansoft HFSS shows that this method can meet the engineering need for accurate and fast design of waveguide bandpass filter. Keywords: artificial neural network； rectangular waveguide；band-pass filter
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图 4 带通滤波器的尺寸
图 5 为用 Ansoft HFSS 仿真带通滤波器的 S 参数。
4．结束语
图 5 带通滤波器的 S 参数
本文结合神经网络算法，提出一种波导内不连续结构集总参数的提取方法，用于设计带 金属销钉的波导带通滤波器。该方法不仅适用于带金属销钉的波导带通滤波器的设计，同时 也适用于其它任何形式传输线带通滤波器的设计。试验证明，该方法不仅具有极强的通用性， 同时还具有很高的精确性。
sinh(γL)
⎢⎣ Z0
Z0 sinh(γL)⎤
⎥
cosh(γL) ⎥
⎥⎦
所以得到
⎡A ⎢⎣C
B⎤ D⎥⎦
Post
=
wk.baidu.com
⎡A ⎢⎣C
BD⎥⎦⎤W−1aveGuide∗⎢⎣⎡CA
B⎤ D⎥⎦Total
∗⎢⎣⎡CA
B⎤−1 D⎥⎦WaveGuid
(3.2)
从而完成了销钉 ABCD 矩阵的提取。而 T 型网络的 ABCD 矩阵由下式给出：
Coupling Structures[M]. MA: Artech House, 1980 [3] Patzelt H, Arndt F. Double-Plane steps in rectangular waveguides and their applications for
transformers,irises and filters[J]. IEEE Trans. Microwave Theory Tech, 1982, 30(5): 771-776 [4] Ihmels R , Arndt F. Rigorous modal S-matrix analysis of the cross iris in rectangular waveguides[J]. IEEE
10
1
3
0.1
矩形波导选择为标准波导 BJ100，宽度 W=22.86mm，高度 H=10.16mm。 我们通过改变销钉的半径 r，经由 HFSS 计算获得人工神经网络的样本。r 的值选择为 [0.4，0.5，0.6，0.7，0.8，0.9，1.0，1.1，1.2，1.3，1.4，1.5，1.6，1.7，1.8，1.9，2.0]mm （即神经网络的输入），然后由 HFSS 计算出的 S 参数（即神经网络的输出）通过转换而得 到总的 ABCD 级联矩阵。
1．引言
随着商业毫米波无线系统的迅猛发展，滤波器作为现代电子通信系统中不可缺少的环节 已经得到了广泛的应用。根据实际应用要求的不同，其物理实现形式种类繁多，如高低阻抗 线滤波器，同轴腔滤波器，以及各种波导腔体滤波器等。滤波器的主要技术指标有：中心频 率，通带带宽，带内插损，带外抑制，通带波纹等。
在设计滤波器 [1,2] 时，一般根据上述指标的要求选择适合的实现形式和函数类型。本文 结合神经网络算法 [3,4] ，提出一种波导内不连续结构集总参数的提取方法，用于设计带金属 销钉的波导带通滤波器。该方法不仅适用于带金属销钉的波导带通滤波器的设计，同时也适 用于其它任何形式传输线带通滤波器的设计。试验证明，该方法不仅具有极强的通用性，同 时还具有很高的精确性。
⎡A ⎢⎣C
BD⎥⎦⎤T−networ=k
⎢⎡1+ ⎢
Z1 Z3
⎢1
⎢ ⎣
Z3
Z1Z2 +Z2Z3 +Z3Z1⎤
Z3
⎥ ⎥
1+Z2 Z3
⎥ ⎥ ⎦
(3.3)
由于销钉是对称性的，并且认为是无耗的，所以
Z1 = Z2 = jX s
Z3 = jX p
(3.4)
比较(3.2)与(3.3)两式，即可得到 X s , X p ，从而完成销钉等效集总参数的提取。
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参考文献
[1] RHEAW R. HF Filter Design and Computer Simulation[M]. Atlanta: Noble Publishing, 1994 [2] MATTHAEI G L, YOUNG L, JONES E M T. Microwave Filters, Impedance Matching Networks, and
图 3 不连续结构的等效集总参数
由带通滤波器 [5,6] 的综合方法，得到满足该性能要求的原型滤波器参数为： g0 = 1 ， g1 = 1.0316 ， g2 = 1.1474 ， g3 = 1.0316 ， g4 = 1。滤波器结构与参数如图 4 所示。其 中： L1 = 19.5567mm ， L2 = 17.4687mm ， d1 = 3.4mm ， d2 = 1.0mm 。
Zhao Jia, Sun Yuan, Wu Xianliang
Anhui University, Key Laboratory of Intelligent Computing & Signal Processing, Ministry of Education, Anhui, Hefei (230039) Abstract
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图 2 S 参数随销钉半径 r 的变化关系
通过对样本的计算，运用人工神经网络模型拟合得到的总的 S 参数随销钉半径 r 变化的 曲线如图 2 所示。通过以上方法得到金属波导中销钉半径 r 的等效集总参数曲线，如图 3 所 示。横坐标为销钉半径 r，纵坐标为归一化的集总参数。
2．人工神经网络理论分析
d
a
b
2L
Z1
Z2
Z0
Z3
Z0
图 1 矩形波导内的并联销钉及其 T 型等效电路 1本课题得到国家自然科学基金（NO.60671051）;高校博士点基金（NO.20060357004）的资助。
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针对一段长为 2L 的波导，其中圆柱销钉的半径为 r ，用数值方法计算得到整个结构的
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带金属销钉的波导带通滤波器的设计1
赵佳，孙元，吴先良
安徽大学计算智能与信号处理教育部重点实验室，安徽合肥（230039）
E-mail：jiajia_0076@sina.com
摘 要：滤波器是微波电路中一个重要部件。论文将人工神经网络设计引入带销钉的矩形波 导带通滤波器之中；供了一个设计实例，Ansoft HFSS 的数值仿真结果显示该方法能满足矩 形波导带通滤波器快速精确设计的要求。 关键词：人工神经网络；矩形波导；带通滤波器