(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210943297.X (22)申请日 2022.08.08 (71)申请人 西安电子科技大 学 地址 710071 陕西省西安市太白南路2号 (72)发明人 赵勋旺　穆泽鑫　张玉　林中朝　 祝森郁　 (74)专利代理 机构 陕西电子 工业专利中心 61205 专利代理师 王品华 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06T 3/40(2006.01) (54)发明名称 基于滤波器综合和三次样条插值的滤波器 参数确定方法 (57)摘要 本发明提出了一种基于滤波器综合和三次 样条插值的滤波器参数确定方法， 主要解决现有 技术求解滤波器电磁参数效率低的问题。 其方案 是： 选取滤波器几何模型， 设置其材料和边界条 件， 生成四面体网格； 采用有限元法确定滤波器 所有频点第一端口反射系数的幅值； 利用滤波器 综合方法确定切比雪夫多项式， 并用其确定滤波 器谐振处的频点； 利用三次样条插值确定滤波器 各频点的S参数实部、 虚部， 通过其实部和虚 部确 定S参数的幅值、 相位及Y参数、 Z参数的实部、 虚 部、 幅值和相位。 本发明将滤波器综合和三次样 条插值结合， 能降低对滤波器多个频点逐一求解 参数的复杂度和存储资源， 提高确定滤波器电磁 参数的效率， 可用于任意结构和形状的滤波器电 磁参数确定 。 权利要求书5页 说明书8页 附图3页 CN 115270576 A 2022.11.01 CN 115270576 A 1.一种基于滤波器综合及三次样条插值的滤波器参数确定方法， 其特征在于， 包括如 下步骤： (1)选取金属介质混合结构的待求解电磁特性的滤波器， 根据所选结构的设计尺寸， 以 及不同结构之间边界面的连续性， 对所选结构进行几何建模， 得到与设计要求相对应的几 何模型； (2)在所选几何模型中的每个几何体上均标记与待求解电磁特性滤波器实际设计要求 相应的材料属性， 并在所选几何模型中的特殊处理几何面上标记待求解电磁特性滤波器实 际设计相应的激励和边界条件； (3)采用网格生成器， 对所选几何模型进行四面体网格剖分， 生成所选结构的四面体网 格； (4)确定滤波器所有频点第一端口反射系数S1 1的幅值信息： (4a)在求解频域范围内选取两组初始采样频点， 利用有限元方法求解初始采样点第一 端口的反射系数； (4b)自适应插值处 理确定滤波器所有频点第一端口 的反射系数S1 1的幅值信息； (4c)通过第一端口反射系数S11的幅值信息确定滤波器综合所需的5个参数， 即中心工 作频率P、 带宽B、 品质因数Q、 滤波器阶数M、 回波损耗R； (5)求解滤波器谐振处所对应的频点： (5a)根据4(c)得到的中心工作频率P、 带宽B、 品质因数Q、 滤波器阶数M、 回波损耗R， 确 定与滤波器阶数等阶的切比雪夫多项式F(ω)， 其中ω为滤波器的频点信息， ω＝(ω1，…, ωi，…， ωM)， 其中ωi为滤波器第i个频点信息， F(ω)为滤波器第一端口反射系数的理想 值； (5b)求解切比雪夫多项式F(ω)的零点， 即为滤波器谐振处所对应的频点， 并将所求的 频点加入到 两组采样序列中； (6)利用有限元法和三次样条插值通过最值判断、 误差判断、 极值判断和极值左右侧相 邻点判断的方式确定滤波器S参数的实部Sr和虚部Si信息； (7)利用滤波器所有频点的S参数实部Sr和虚部Si信息求 解出滤波器的电磁参数： (7a)求解滤波器S参数的幅值Sm、 相位Sa信息； (7b)求解滤波器Y参数的实部 Yr、 虚部Yi、 幅值Ym、 相位Ya信息； (7c)求解滤波器Z参数的实部Zr、 虚部Zi、 幅值Zm、 相位Za信息。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 步骤(2)中在所选几何模型中的每个几何 体上均标记与待求解电磁特性滤波器实际设计要求相应的材料属性， 是将滤波器的主体结 构设置为均匀介质材 料， 将同轴内芯结构设置为理想电导体材 料。 3.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 步骤(2)中在所选几何模型中在特殊处理 的几何面上标记待求解电磁特性滤波器实际设计相应的激励和边界条件， 是将两个同轴底 面设置为同轴波端口激励， 几何结构最外侧以及同轴结构的内侧面和外侧面设置为 PrefectE边界条件。 4.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 步骤(3)中对所选几何模型进行四面体网 格剖分， 生成所选结构的四面体网格， 是对几何模 型的不同材料区域进 行不同的处理， 即对 几何模型的介质结构所在区域使用四面体进 行区域填充， 对几何模型理想电导体结构区域权　利　要　求　书 1/5 页 2 CN 115270576 A 2不进行区域 填充， 生成所选滤波器结构的四面体网格。 5.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 步骤(4a)中对利用有限元方法确定初始采 样频率第一端口反射系数S1 1的幅值信息,实现如下： (4a1)选取两组初始采样频率序列d1和d2： d1＝(Fmax‑Fmin)/(n‑1)， d2＝(Fmax‑Fmin)/(2n‑1)， 其中， Fmin是滤波器宽频带内的最小频率， Fmax是滤波器宽频带内的最大频率， n是第 一组采样序列的采样点数； (4a2)创建存储滤波器频率信息 的em文件， 将两组初始采样序列d1和d2依次输入到em 文件中， 读取em文件并通过有限元方法对其进行求解， 分别输出这两组初始采样序列的第 一端口反射系数S1 1和传输系数S21的实部、 虚部、 幅值信息 。 6.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 步骤(4b)中对自适应插值处理确定滤波器 所有频点第一端口 的反射系数S1 1的幅值信息， 实现如下： (4b1)确定 两组插值采样频率序列d3和d4： d3＝(Fmax ‑Fmin)/(N‑1)， d4＝(Fmax‑Fmin)/(N‑1)， 其中， N是插值采样序列的采样点数， Fmin是滤波器宽频带内的最小频率， Fmax是滤波 器宽频带内的最大 频率； (4b2)对第一组初始采样序列d1利用三次样条插值的分区间拟合确定第一组插值采样 序列d3第一端口反射系数S1 1的幅值信息； (4b3)对第二组初始采样序列d2利用三次样条插值的分区间拟合确定第二组插值采样 序列d4第一端口反射系数S1 1的幅值信息； (4b4)判断第二组插值采样序列d4第一端口反射系数S11幅值信息的最小值和最大值 对应的频率 点是否在两组采样序列d1和d2中已存在： 如果不存在， 则将对应的频率 点加入到 两组初始采样序列d1和d2中； 如果存在， 则执 行(4b5)； (4b5)计算两组插值采样序列d3和d4的相对误差e： e＝|(Rn‑R2n)/R2n| 其中， Rn表示第一组插值采样序列d3的第一端口反射系数S11的幅值信息， R2n表示第二 组插值采样序列d4的第一端口反射系数S1 1的幅值信息； (4b6)设置误差阈值 ε为0.4， 判断e＜ ε是否成立： 如果不成立， 将最大相对误差反射系数 幅值信息对应的频率点加入到两组初始采样序 列d1和d2中； 如果成立， 则执 行(4b7)； (4b7)判断第二组插值采样序列d4第一端口反射系数S11幅值信息的极值以及极值左 右侧相邻点对应的频率 点是否在两组采样序列d1和d2已存在： 如果不存在， 则将对应的频率 点加入到 两组初始采样序列d1和d2中； 如果存在， 则执 行(4b8)； (4b8)对第二组初始采样序列d2利用三次样条插值的分区间拟合确定第二组插值采样权　利　要　求　书 2/5 页 3 CN 115270576 A 3