腔体滤波器的排腔方法和系统与流程

本发明涉及腔体滤波器技术领域，特别是涉及一种腔体滤波器的排腔方法和系统。

背景技术：

在现代移动通信领域，腔体类滤波器是一种常用的射频器件，用于移动通信的选频滤波。在腔体类滤波器设计过程中，设计者在确定腔体数量、尺寸、拓扑关系后，需要对腔体的位置进行排布，称之为排腔。排腔的基本要求是：满足有耦合腔体间的间距关系和无耦合腔体不能相交的前提下，尽量减小滤波器体积，减少物料浪费，从而降低器件制造成本、实现滤波器小型化。

由于腔体深度的确定性，一般采用平面内排布圆(或多边形)的方式进行排腔工作，并以容纳所有腔体的最小矩形的面积衡量排腔优劣。目前，腔体排布工作一般由设计人员手动操作，难以确定排腔结果是否可以继续优化。

综上所述，传统的腔体滤波器的排腔方式排腔效果较差。

技术实现要素：

基于此，有必要针对排腔效果较差的问题，提供一种腔体滤波器的排腔方法和系统。

一种腔体滤波器的排腔方法，包括以下步骤：

选择一个谐振腔作为基准腔，根据腔体滤波器的拓扑结构逐个确定其余各个谐振腔相对于所述基准腔的初始位置分布，根据所述初始位置分布获取谐振腔的若干种初始排腔方案；

以容纳所有谐振腔的最小矩形的面积为目标函数，以所述拓扑结构为约束条件，分别对各个初始排腔方案中各个谐振腔的位置进行优化，得到各个初始排腔方案对应的优化排腔方案；

分别获取各个优化排腔方案中容纳所有谐振腔的最小矩形的面积，将所述面积最小的最小矩形对应的优化排腔方案作为目标排腔方案。

一种腔体滤波器的排腔系统，包括：

初始排腔模块，用于选择一个谐振腔作为基准腔，根据腔体滤波器的拓扑结构逐个确定其余各个谐振腔相对于所述基准腔的初始位置分布，根据所述初始位置分布获取谐振腔的若干种初始排腔方案；

优化模块，用于以容纳所有谐振腔的最小矩形的面积为目标函数，以所述拓扑结构为约束条件，分别对各个初始排腔方案中各个谐振腔的位置进行优化，得到各个初始排腔方案对应的优化排腔方案；

目标排腔模块，用于分别获取各个优化排腔方案中容纳所有谐振腔的最小矩形的面积，将所述面积最小的最小矩形对应的优化排腔方案作为目标排腔方案。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现以下步骤：

选择一个谐振腔作为基准腔，根据腔体滤波器的拓扑结构逐个确定其余各个谐振腔相对于所述基准腔的初始位置分布，根据所述初始位置分布获取谐振腔的若干种初始排腔方案；

以容纳所有谐振腔的最小矩形的面积为目标函数，以所述拓扑结构为约束条件，分别对各个初始排腔方案中各个谐振腔的位置进行优化，得到各个初始排腔方案对应的优化排腔方案；

分别获取各个优化排腔方案中容纳所有谐振腔的最小矩形的面积，将所述面积最小的最小矩形对应的优化排腔方案作为目标排腔方案。

一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：

选择一个谐振腔作为基准腔，根据腔体滤波器的拓扑结构逐个确定其余各个谐振腔相对于所述基准腔的初始位置分布，根据所述初始位置分布获取谐振腔的若干种初始排腔方案；

以容纳所有谐振腔的最小矩形的面积为目标函数，以所述拓扑结构为约束条件，分别对各个初始排腔方案中各个谐振腔的位置进行优化，得到各个初始排腔方案对应的优化排腔方案；

分别获取各个优化排腔方案中容纳所有谐振腔的最小矩形的面积，将所述面积最小的最小矩形对应的优化排腔方案作为目标排腔方案。

上述腔体滤波器的排腔方法和系统，从选定的基准腔开始，根据腔体滤波器的拓扑结构逐个确定后续谐振腔的初始位置分布，得到初始排腔方案后，对每个初始排腔方案进行优化得到优化排腔方案，再从各个优化排腔方案中根据容纳所有谐振腔的最小矩形的面积选出目标排腔方案，从而能够实现腔体滤波器自动排腔，减轻了人力工作量的同时提升了器件设计效率。

附图说明

图1为一个实施例的腔体滤波器的排腔方法流程图；

图2(a)为三腔实例中第二腔可能位置的示意图；

图2(b)为三腔实例中第三腔可能位置的示意图；

图2(c)为目标函数示意图；

图2(d)为优化后的排腔图；

图3为一个实施例的输入界面示意图；

图4为一个实施例的输出结果示意图；

图5为一个实施例的腔体滤波器的排腔系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行说明。

如图1所示，本发明实施例提供一种腔体滤波器的排腔方法，可包括以下步骤：

s1，选择一个谐振腔作为基准腔，根据腔体滤波器的拓扑结构逐个确定其余各个谐振腔相对于所述基准腔的初始位置分布，根据所述初始位置分布获取谐振腔的若干种初始排腔方案；

腔体滤波器接收的选择性很好，同轴腔体滤波器是一种典型的腔体滤波器。腔体滤波器主要由谐振腔、吸收腔、耦合环、调节棒和锁紧装置等组成。因腔体滤波器主要是电场和磁场转化，而不是lc滤波器那么简单的谐振滤波，腔体滤波器的带外抑制和带内平坦度均比普通的lc滤波器好得多，所以大多用在高级的通信机内。腔体滤波器的拓扑结构即腔体滤波器各个谐振腔的相对位置关系，包括耦合关系，其中，各个谐振腔之间的耦合关系一般可分为两种，一种是有耦合的腔体之间，需满足指定的腔间距(一种典型的耦合关系是相切，除此之外，存在耦合关系的两个谐振腔也可以在一定程度上相交或者相离)；另一种是没有耦合的腔体之间，需要使两腔不相交，即两腔中心间距不小于两腔半径之和。

本步骤根据腔体滤波器的拓扑结构逐个确定其余各个谐振腔相对于所述基准腔的初始位置分布，即根据各个谐振腔的耦合关系分别确定各个谐振腔相对于基准腔a的可能位置分布。为了便于说明，下面以一个简单的三腔情况为例，简要说明该过程。例如，可以以谐振腔1作为基准腔，根据腔体滤波器的拓扑结构确定谐振腔2相对于谐振腔1可能的位置分布。假设谐振腔2相对于谐振腔1可能的位置分布为p1，p2和p3，再分别以p1，p2和p3这三个位置作为谐振腔2的位置，根据腔体滤波器的拓扑结构确定谐振腔3相对于谐振腔2可能的位置分布。假设谐振腔2在p1位置时，谐振腔3相对于谐振腔2可能的位置分布为p4，谐振腔2在p2位置时，谐振腔3相对于谐振腔2可能的位置分布为p5和p6，谐振腔2在p3位置时，谐振腔3相对于谐振腔2可能的位置分布为p7，则各个谐振腔相对于基准腔的可能位置分布为{p1，p4}，{p2，p5}，{p2，p6}和{p3，p7}。可将上述每一种可能的位置分布都作为一种初始排腔方案，则一共生成4种初始排腔方案。上述举例中腔体滤波器的数量和可能位置分布只是为了便于表述，实际情况不限于此。

具体来说，在根据腔体滤波器的拓扑结构逐个确定其余各个谐振腔相对于所述基准腔的初始位置分布时，可以以所述基准腔为起点，根据所述耦合关系确定与所述基准腔耦合的各个第一谐振腔的初始位置分布；对各个第一谐振腔，分别根据所述耦合关系确定与所述第一谐振腔耦合的各个第二谐振腔的初始位置分布；分别将所述各个第二谐振腔中的一者设为第一谐振腔，并返回根据所述耦合关系分别确定与所述第一谐振腔耦合的各个第二谐振腔的初始位置分布的步骤，直到确定所有谐振腔的初始位置分布。

上述方案以某一端的腔体作为基准点(原点)，以此腔为起点，逐个分析其后每个腔体可能的位置。分析完每一个腔体可能的位置后，保留所有可能性，并根据每一种可能的排腔方案，分别分析下一腔体可能的位置。在这个过程中，使用了递归算法，前一腔的排腔结果作为下一腔的排腔依据。最后一个腔体位置分析完成后的排腔方案即为后续优化计算的初始值。通过这种方式，能够自动生成多种初始排腔方案，无需人为干预，提高了排腔效率。

s2，以容纳所有谐振腔的最小矩形的面积为目标函数，以所述拓扑结构为约束条件，分别对各个初始排腔方案中各个谐振腔的位置进行优化，得到各个初始排腔方案对应的优化排腔方案；

在本步骤中，容纳所有谐振腔的最小矩形的面积可根据以下方式计算：

s＝[max(xi+ri)-min(xi-ri)]*[max(yi+ri)-min(yi-ri)],i＝1,2,…,n(1)

式中，s为容纳所有谐振腔的最小矩形的面积，xi和yi分别为第i个谐振腔的中心点所在的坐标，ri为第i个谐振腔的半径，n为谐振腔的总个数。

一般地，对于包括多个谐振腔的腔体滤波器，各个谐振腔应满足相互耦合的谐振腔之间的腔间距满足指定的间距dij，不耦合的谐振腔之间的腔间距大于这两个谐振腔的半径之和，其表达式为：

式中，(xi,yi)、(xj,yj)和(xk,yk)分别是第i个谐振腔、第j个谐振腔和第k个谐振腔的坐标，其中，第i个谐振腔和第j个谐振腔耦合，第j个谐振腔和第k个谐振腔不耦合，dij为使第i个谐振腔和第j个谐振腔耦合所需要满足的距离，在一个实施例中，dij的值可以与ri+rj的值相等(对应第i个谐振腔和第j个谐振腔相切的情况)。

以此作为已知条件，可采用内点法、信赖域反射法、序列二次规划法或有效集法进行优化。

s3，分别获取各个优化排腔方案中容纳所有谐振腔的最小矩形的面积，将所述面积最小的最小矩形对应的优化排腔方案作为目标排腔方案。

假设步骤s1中的4种初始排腔方案，经步骤s2优化后对应4种优化排腔方案，且方案{p2，p6}对应的优化排腔方案中，容纳所有谐振腔的最小矩形的面积小于其他三种方案，则将{p2，p6}对应的优化排腔方案作为目标排腔方案。

在一个进一步的实施例中，如果面积最小的最小矩形对应的优化排腔方案有多个，可以将多个面积最小的最小矩形对应的优化排腔方案作为待选排腔方案；并接收对所述待选排腔方案的选择指令，根据所述选择指令从各个待选排腔方案中选择至少一者作为目标排腔方案。这样，可以由用户最终确定目标排腔方案。

以一个简单的三腔情况为例，简要说明此过程。假设拓扑结构要求第一、二腔相切，第二、三腔相切，第一、三腔无耦合。那么以第一腔为基准点的情况下，第二腔圆心可能的位置是以第一腔中心为圆心、两腔半径之和为半径的圆上的任意一点。出于计算需要，我们需要以一定的步长间隔取值计算。如图2(a)所示，在以90度角为步长取值时，可以得到a/b/c/d四种可能位置。接下来针对第二腔的四种位置分别确定第三腔可能的位置。假设第二腔在a位置情形下，如图2(b)所示，同样以90度角为步长取值，第三腔有e/f/g三种可能位置。同理，确定第二腔在其他位置时第三腔可能的位置。将所有情况汇总得到若干种初始排腔方案，作为第二步优化的起点。应当说明的是，此处以90度角为步长进行取值是为了便于表述，实际排腔可以根据需要任意设置步长。

在针对每一种初始排腔进行优化计算的部分，其目标函数为容纳所有腔体的最小矩形的面积，约束条件为有耦合腔体满足间距要求、无耦合腔体不能相交。

再以前文三腔情况为例，假设三腔坐标分别为(x1,y1)，(x2,y2)，(x3,y3)，半径分别为r1，r2，r3，则目标函数为容纳三腔的最小矩形的面积，如图2(c)所示，其表达式为：

s＝[max(xi+ri)-min(xi-ri)]*[max(yi+ri)-min(yi-ri)],i＝1,2,…,3(3)

约束条件为第一谐振腔和第二谐振腔的腔间距为两半径之和，第二谐振腔和第三谐振腔的腔间距为半径之和，第一谐振腔和第三谐振腔的腔间距不小于两半径之和，其表达式为：

以此作为已知条件，采用内点法进行优化，得到的最终排腔图如图2(d)所示。

在实际应用场景中，可以设置一输入界面，在该输入界面上接收用户输入的滤波器谐振腔数量n、每个谐振腔的尺寸、有耦合腔体的间距要求(形式为n*n维上三角矩阵，其中第i行第j列的数值表示第i腔与第j腔间距要求)。一个实施例的输入界面的示意图如图3所示。信息输入完成后程序进行排腔计算，用户可从生成的几种排腔结果中选择最合理的进行输出，如图4所示。

应当指出的是，本实例以圆腔为排腔基础单元，但本方法的而应用范围不限于此，也可应用于多边形腔体的滤波器排腔，只是具体编程方式有所不同。

本发明提出了一种全新的腔体滤波器自动排腔方法，能快速完成排腔工作，腔体材料浪费较少，排腔效果基本符合设计要求，减轻了人力工作量的同时提升了器件设计效率。

如图5所示，本发明实施例还提供一种腔体滤波器的排腔系统，可包括：

初始排腔模块，用于选择一个谐振腔作为基准腔，根据腔体滤波器的拓扑结构逐个确定其余各个谐振腔相对于所述基准腔的初始位置分布，根据所述初始位置分布获取谐振腔的若干种初始排腔方案；

腔体滤波器接收的选择性很好，同轴腔体滤波器是一种典型的腔体滤波器。腔体滤波器主要由谐振腔、吸收腔、耦合环、调节棒和锁紧装置等组成。因腔体滤波器主要是电场和磁场转化，而不是lc滤波器那么简单的谐振滤波，腔体滤波器的带外抑制和带内平坦度均比普通的lc滤波器好得多，所以大多用在高级的通信机内。腔体滤波器的拓扑结构即腔体滤波器各个谐振腔的相对位置关系，包括耦合关系，其中，各个谐振腔之间的耦合关系一般可分为两种，一种是有耦合的腔体之间，需满足指定的腔间距(一种典型的耦合关系是相切，除此之外，存在耦合关系的两个谐振腔也可以在一定程度上相交或者相离)；另一种是没有耦合的腔体之间，需要使两腔不相交，即两腔中心间距不小于两腔半径之和。

本模块根据腔体滤波器的拓扑结构逐个确定其余各个谐振腔相对于所述基准腔的初始位置分布，即根据各个谐振腔的耦合关系分别确定各个谐振腔相对于基准腔a的可能位置分布。为了便于说明，下面以一个简单的三腔情况为例，简要说明该过程。例如，可以以谐振腔1作为基准腔，根据腔体滤波器的拓扑结构确定谐振腔2相对于谐振腔1可能的位置分布。假设谐振腔2相对于谐振腔1可能的位置分布为p1，p2和p3，再分别以p1，p2和p3这三个位置作为谐振腔2的位置，根据腔体滤波器的拓扑结构确定谐振腔3相对于谐振腔2可能的位置分布。假设谐振腔2在p1位置时，谐振腔3相对于谐振腔2可能的位置分布为p4，谐振腔2在p2位置时，谐振腔3相对于谐振腔2可能的位置分布为p5和p6，谐振腔2在p3位置时，谐振腔3相对于谐振腔2可能的位置分布为p7，则各个谐振腔相对于基准腔的可能位置分布为{p1，p4}，{p2，p5}，{p2，p6}和{p3，p7}。可将上述每一种可能的位置分布都作为一种初始排腔方案，则一共生成4种初始排腔方案。上述举例中腔体滤波器的数量和可能位置分布只是为了便于表述，实际情况不限于此。

具体来说，在根据腔体滤波器的拓扑结构逐个确定其余各个谐振腔相对于所述基准腔的初始位置分布时，可以通过第一位置确定单元以所述基准腔为起点，根据所述耦合关系确定与所述基准腔耦合的各个第一谐振腔的初始位置分布；通过第二位置确定单元对各个第一谐振腔，分别根据所述耦合关系确定与所述第一谐振腔耦合的各个第二谐振腔的初始位置分布；通过设置单元分别将所述各个第二谐振腔中的一者设为第一谐振腔，并返回执行第二位置确定单元的功能，直到确定所有谐振腔的初始位置分布。

上述方案以某一端的腔体作为基准点(原点)，以此腔为起点，逐个分析其后每个腔体可能的位置。分析完每一个腔体可能的位置后，保留所有可能性，并根据每一种可能的排腔方案，分别分析下一腔体可能的位置。在这个过程中，使用了递归算法，前一腔的排腔结果作为下一腔的排腔依据。最后一个腔体位置分析完成后的排腔方案即为后续优化计算的初始值。通过这种方式，能够自动生成多种初始排腔方案，无需人为干预，提高了排腔效率。

优化模块，用于以容纳所有谐振腔的最小矩形的面积为目标函数，以所述拓扑结构为约束条件，分别对各个初始排腔方案中各个谐振腔的位置进行优化，得到各个初始排腔方案对应的优化排腔方案；

在本模块中，容纳所有谐振腔的最小矩形的面积可根据以下方式计算：

s＝[max(xi+ri)-min(xi-ri)]*[max(yi+ri)-min(yi-ri)],i＝1,2,…,n(1)

式中，s为容纳所有谐振腔的最小矩形的面积，xi和yi分别为第i个谐振腔的中心点所在的坐标，ri为第i个谐振腔的半径，n为谐振腔的总个数。

一般地，对于包括多个谐振腔的腔体滤波器，各个谐振腔应满足相互耦合的谐振腔之间的腔间距为这两个谐振腔的半径之和，不耦合的谐振腔之间的腔间距大于这两个谐振腔的半径之和，其表达式为：

式中，(xi,yi)、(xj,yj)和(xk,yk)分别是第i个谐振腔、第j个谐振腔和第k个谐振腔的坐标，其中，第i个谐振腔和第j个谐振腔耦合，第j个谐振腔和第k个谐振腔不耦合，dij为使第i个谐振腔和第j个谐振腔耦合所需要满足的距离，在一个实施例中，dij的值可以与ri+rj的值相等(对应第i个谐振腔和第j个谐振腔相切的情况)。

以此作为已知条件，可采用内点法、信赖域反射法、序列二次规划法或有效集法进行优化。

目标排腔模块，用于分别获取各个优化排腔方案中容纳所有谐振腔的最小矩形的面积，将所述面积最小的最小矩形对应的优化排腔方案作为目标排腔方案。

假设初始排腔模块10中的4种初始排腔方案，经优化模块20优化后对应4种优化排腔方案，且方案{p2，p6}对应的优化排腔方案中，容纳所有谐振腔的最小矩形的面积小于其他三种方案，则将{p2，p6}对应的优化排腔方案作为目标排腔方案。

在一个进一步的实施例中，如果面积最小的最小矩形对应的优化排腔方案有多个，可以将多个面积最小的最小矩形对应的优化排腔方案作为待选排腔方案；并接收对所述待选排腔方案的选择指令，根据所述选择指令从各个待选排腔方案中选择至少一者作为目标排腔方案。这样，可以由用户最终确定目标排腔方案。

在一个实施例中，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现以下步骤：

选择一个谐振腔作为基准腔，根据腔体滤波器的拓扑结构逐个确定其余各个谐振腔相对于所述基准腔的初始位置分布，根据所述初始位置分布获取谐振腔的若干种初始排腔方案；

以容纳所有谐振腔的最小矩形的面积为目标函数，以所述拓扑结构为约束条件，分别对各个初始排腔方案中各个谐振腔的位置进行优化，得到各个初始排腔方案对应的优化排腔方案；

分别获取各个优化排腔方案中容纳所有谐振腔的最小矩形的面积，将所述面积最小的最小矩形对应的优化排腔方案作为目标排腔方案。

在另一个实施例中，本发明还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：

选择一个谐振腔作为基准腔，根据腔体滤波器的拓扑结构逐个确定其余各个谐振腔相对于所述基准腔的初始位置分布，根据所述初始位置分布获取谐振腔的若干种初始排腔方案；

以容纳所有谐振腔的最小矩形的面积为目标函数，以所述拓扑结构为约束条件，分别对各个初始排腔方案中各个谐振腔的位置进行优化，得到各个初始排腔方案对应的优化排腔方案；

分别获取各个优化排腔方案中容纳所有谐振腔的最小矩形的面积，将所述面积最小的最小矩形对应的优化排腔方案作为目标排腔方案。

上述计算机可读存储介质以及计算机设备所执行的方法步骤的其他实施例与腔体滤波器的排腔方法的实施例相同，此处不再赘述。

本发明的腔体滤波器的排腔系统与本发明的腔体滤波器的排腔方法一一对应，在上述腔体滤波器的排腔方法的实施例阐述的技术特征及其有益效果均适用于腔体滤波器的排腔系统的实施例中，特此声明。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。

计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(ram)，只读存储器(rom)，可擦除可编辑只读存储器(eprom或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(cdrom)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。