一種面向傳輸性能的微波器件拼縫寬度的快速確定方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種面向傳輸性能的微波器件拼縫寬度的快速確定方法，包括：1)確定微波器件的結(jié)構(gòu)參數(shù)、材料屬性以及微波器件的電磁工作參數(shù)；2)根據(jù)微波器件的電磁工作頻率，確定微波器件的拼縫寬度；3)根據(jù)給定的微波器件的結(jié)構(gòu)參數(shù)、材料屬性以及當(dāng)前的微波器件拼縫寬度，建立微波器件的電磁分析模型；4)根據(jù)微波器件的結(jié)構(gòu)參數(shù)與電磁工作參數(shù)，確定饋電端口面的尺寸并設(shè)置電磁計(jì)算邊界條件；5)計(jì)算包括電壓駐波比和插入損耗的微波器件傳輸性能參數(shù)；6)判斷當(dāng)前的拼縫寬度下微波器件傳輸性能是否滿足要求。該方法通過(guò)優(yōu)化微波器件的拼縫寬度，可以使微波器件的傳輸性能達(dá)到工程設(shè)計(jì)的指標(biāo)要求，指導(dǎo)微波器件的結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)。
【專利說(shuō)明】一種面向傳輸性能的微波器件拼縫寬度的快速確定方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微波射頻電路【技術(shù)領(lǐng)域】，具體是一種面向傳輸性能的微波器件拼縫寬度的快速確定方法，可用于指導(dǎo)微波器件的結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)，使微波傳輸性能滿足工程指標(biāo)要求。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著電子技術(shù)的發(fā)展，各種高速射頻電路系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于通信、雷達(dá)、監(jiān)測(cè)和導(dǎo)航等眾多領(lǐng)域。隨著電子設(shè)備的發(fā)展日益趨向輕量化與小型化，電子元器件的排布變得更加密集，這對(duì)微波射頻電路的加工工藝提出了很高的要求。而微波射頻電路的結(jié)構(gòu)形式與特點(diǎn)直接影響著微波信號(hào)的傳輸性能，制約著整個(gè)微波器件電性能的實(shí)現(xiàn)。
[0003]在一個(gè)高速互連系統(tǒng)中，微波信號(hào)流經(jīng)芯片內(nèi)部連線、芯片封裝、PCB板布線通道、焊盤、過(guò)孔，螺栓等等，信號(hào)本身的電氣特性使得其在任何傳輸路徑上都有可能存在信號(hào)完整性問(wèn)題。通過(guò)將跨越基板的銅質(zhì)連接線搭焊到電路基板的微帶傳輸線上，實(shí)現(xiàn)微波信號(hào)的傳輸。然而，在實(shí)際工程中，由于受到微波器件的實(shí)際尺寸與安裝位置的限制，微波器件間通常存在著縫隙，對(duì)此種跨越基板間的連接方式下的電路特性尚不清楚。在微波射頻電路的設(shè)計(jì)中，針對(duì)微波器件拼縫寬度的設(shè)計(jì)，更多的是靠工程師的主觀經(jīng)驗(yàn)，在生產(chǎn)制造過(guò)程中缺乏相關(guān)的理論指導(dǎo)及確定方法，然而微波器件拼縫的大小恰恰對(duì)微波信號(hào)的傳輸效果影響很大?？梢?jiàn)，傳統(tǒng)上利用經(jīng)驗(yàn)方式確定拼縫寬度，往往會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的信號(hào)完整性問(wèn)題，從而制約了微波器件電性能的實(shí)現(xiàn)與提高。
[0004]因此，有必要系統(tǒng)地研究微波器件拼縫的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)微波信號(hào)傳輸性能的影響機(jī)理，根據(jù)微波傳輸性能的指標(biāo)要求，找到一種快速、有效地確定微波器件拼縫寬度的設(shè)計(jì)方法，為連接工藝的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供理論保障。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)上述微波射頻電路設(shè)計(jì)中的不足，本發(fā)明的目的在于提出了一種面向傳輸性能的微波器件拼縫寬度的快速確定方法，該方法通過(guò)優(yōu)化微波器件的拼縫寬度，可以使微波器件的傳輸性能達(dá)到工程設(shè)計(jì)的指標(biāo)要求，指導(dǎo)微波器件的結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的面向傳輸性能的微波器件拼縫寬度的快速確定方法包括如下步驟:
[0007](I)根據(jù)微波器件的各部分模塊組成，確定微波器件的結(jié)構(gòu)參數(shù)以及材料屬性，同時(shí)確定微波器件的電磁工作參數(shù)；
[0008](2)根據(jù)微波器件的電磁工作參數(shù)，確定微波器件的拼縫寬度；
[0009](3)根據(jù)給定的微波器件的結(jié)構(gòu)參數(shù)、材料屬性以及當(dāng)前的微波器件拼縫寬度，建立微波器件的電磁分析模型；
[0010](4)根據(jù)微波器件的結(jié)構(gòu)參數(shù)與電磁工作參數(shù)，確定饋電端口面的尺寸并設(shè)置電磁計(jì)算邊界條件；
[0011](5)利用三維電磁分析軟件HFSS，計(jì)算包括電壓駐波比、插入損耗的微波器件傳輸性能參數(shù)；
[0012](6)根據(jù)微波器件的傳輸性能指標(biāo)要求，判斷當(dāng)前的拼縫寬度下微波器件傳輸性能是否滿足要求，如果滿足要求，則當(dāng)前的拼縫寬度即為滿足微波器件傳輸性能的最佳拼縫寬度；否則，根據(jù)上一次的拼縫寬度以及當(dāng)前微波器件的傳輸性能，更新微波器件的拼縫寬度，并重復(fù)步驟(3)至步驟(6)，直至同時(shí)滿足要求；
[0013]進(jìn)一步地，所述步驟(1)中確定微波器件的結(jié)構(gòu)參數(shù)，包括介質(zhì)基板和微帶傳輸線的的長(zhǎng)度、寬度及厚度，連接線的直徑和長(zhǎng)度；確定微波器件的材料屬性，包括相對(duì)介電常數(shù)、相對(duì)滲透率以及質(zhì)量密度；確定微波器件的電磁工作參數(shù)，包括微帶傳輸線的電磁工作頻率。
[0014]進(jìn)一步地，所述步驟(2)中根據(jù)微波器件的電磁工作參數(shù)，確定微波器件的拼縫寬度，按照下述方法進(jìn)行:
[0015]設(shè)k為更新微波器件拼縫寬度的次數(shù)，當(dāng)k = I時(shí)，取微波器件的初始拼縫寬度dx(l)服從于均值為λ/8，標(biāo)準(zhǔn)差為λ/120正態(tài)分布的隨機(jī)數(shù)，其中λ =c/f為微帶傳輸線的波長(zhǎng)，c = 3X 108m/s為電磁波在空間的傳播速度，f為微帶傳輸線的電磁工作頻率。
[0016]進(jìn)一步地，所述步驟(3)根據(jù)步驟(1)中確定的微波器件的結(jié)構(gòu)參數(shù)、材料屬性和電磁工作參數(shù)，以及步驟(2)中確定的微波器件拼縫寬度在HFSS軟件中建立微波器件的電磁分析模型。
[0017]進(jìn)一步地，所述步驟(4)按照如下過(guò)程進(jìn)行:
[0018](4a)設(shè)微帶傳輸線的寬度為w，微波器件的介質(zhì)基板厚為h，饋電端口面的長(zhǎng)為a，饋電端口面的寬為b，根據(jù)單模傳輸理論，可得到饋電端口面的尺寸為:

【權(quán)利要求】
1.一種面向傳輸性能的微波器件拼縫寬度的快速確定方法，其特征在于，該方法包括下述步驟: (1)根據(jù)微波器件的各部分模塊組成，確定微波器件的結(jié)構(gòu)參數(shù)以及材料屬性，同時(shí)確定微波器件的電磁工作參數(shù)； (2)根據(jù)微波器件的電磁工作參數(shù)，確定微波器件的拼縫寬度； (3)根據(jù)給定的微波器件的結(jié)構(gòu)參數(shù)、材料屬性以及當(dāng)前的微波器件拼縫寬度，建立微波器件的電磁分析模型； (4)根據(jù)微波器件的結(jié)構(gòu)參數(shù)與電磁工作參數(shù)，確定饋電端口面的尺寸并設(shè)置電磁計(jì)算邊界條件； (5)利用三維電磁分析軟件HFSS，計(jì)算包括電壓駐波比、插入損耗的微波器件傳輸性能參數(shù)； (6)根據(jù)微波器件的傳輸性能指標(biāo)要求，判斷當(dāng)前的拼縫寬度下微波器件傳輸性能是否滿足要求，如果滿足要求，則當(dāng)前的拼縫寬度即為滿足微波器件傳輸性能的最佳拼縫寬度；否則，根據(jù)上一次的拼縫寬度以及當(dāng)前微波器件的傳輸性能，更新微波器件的拼縫寬度，并重復(fù)步驟(3)至步驟(6)，直至同時(shí)滿足要求。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向傳輸性能的微波器件拼縫寬度的快速確定方法，其特征在于，所述步驟(I)中確定微波器件的結(jié)構(gòu)參數(shù)，包括介質(zhì)基板和微帶傳輸線的長(zhǎng)度、寬度及厚度，連接線的直徑和長(zhǎng)度；確定微波器件的材料屬性，包括相對(duì)介電常數(shù)、相對(duì)滲透率以及質(zhì)量密度；確定微波器件的電磁工作參數(shù)，包括微帶傳輸線的電磁工作頻率。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種面向傳輸性能的微波器件拼縫寬度的快速確定方法，其特征在于，所述步驟(2)中根據(jù)微波器件的電磁工作參數(shù)，確定微波器件的拼縫寬度，按照下述方法進(jìn)行: 設(shè)k為更新微波器件拼縫寬度的次數(shù)，當(dāng)k = I時(shí)，取微波器件的初始拼縫寬度dx(l)服從于均值為λ/8，標(biāo)準(zhǔn)差為λ/120正態(tài)分布的隨機(jī)數(shù)，其中λ =c/f為微帶傳輸線的波長(zhǎng)，c = 3X 108m/s為電磁波在空間的傳播速度，f為微帶傳輸線的電磁工作頻率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向傳輸性能的微波器件拼縫寬度的快速確定方法，其特征在于，所述步驟(3)根據(jù)步驟(I)中確定的微波器件的結(jié)構(gòu)參數(shù)、材料屬性和電磁工作參數(shù)，以及步驟(2)中確定的微波器件拼縫寬度在HFSS軟件中建立微波器件的電磁分析模型。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向傳輸性能的微波器件拼縫寬度的快速確定方法，其特征在于，所述步驟(4)按照如下過(guò)程進(jìn)行: (4a)設(shè)微帶傳輸線的寬度為w，微波器件的介質(zhì)基板厚為h，饋電端口面的長(zhǎng)為a，饋電端口面的寬為b，根據(jù)單模傳輸理論，得到饋電端口面的尺寸為:
1w w > h
α = \ [5w w < h⑴；
b = 6h (4b)設(shè)兩個(gè)不同介質(zhì)基板的長(zhǎng)度分別為L(zhǎng)1和L2，兩個(gè)不同介質(zhì)基板的寬度分別為W1和W2，由電磁傳播理論可知，第k次的微波器件拼縫寬度dx(k)下的電磁計(jì)算邊界尺寸的長(zhǎng)(U、寬(Wa)、高(Ha)分別為:
(4c)根據(jù)確定的饋電端口面的尺寸在HFSS軟件中建立饋電端口 ；根據(jù)電磁計(jì)算邊界尺寸，在HFSS軟件中建立電磁計(jì)算邊界，并分別將電磁計(jì)算邊界的上表面與四個(gè)側(cè)面設(shè)置為電磁輻射邊界即電磁計(jì)算邊界條件。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向傳輸性能的微波器件拼縫寬度的快速確定方法，其特征在于，所述步驟(6)按照下述步驟進(jìn)行: 根據(jù)步驟(5)計(jì)算的當(dāng)前拼縫寬度下包括電壓駐波比與插入損耗的微波器件傳輸性能參數(shù)，判斷當(dāng)前拼縫寬度下的微波器件傳輸性能是否滿足指標(biāo)要求； (6a)若滿足要求，則當(dāng)前的拼縫寬度即為滿足微波器件傳輸性能的最佳拼縫寬度； (6b)若不滿足要求，則計(jì)算k+Ι次更新的拼縫寬度為: dx(k+l) = dx(k)+dk (3) 其中dx(k)為第k次更新的拼縫寬度，dk為拼縫寬度的更新方向； (6c)由此得到如下公式: dk = vk+w.[F (k) -G (k) ] (4)
Vk+1 = t.Vk 式中，Vk為更新速度，其初值，即V(I)的取值為I ;t為懲罰因子，為[O，I]范圍內(nèi)的均勻隨機(jī)數(shù)為慣性權(quán)值，其取值為1.5
為第k次更新的拼縫寬度相對(duì)于第


一次拼縫寬度的歸一化值；F(k)代表的是第k次計(jì)算的微波傳輸性能參數(shù)相對(duì)于工程設(shè)計(jì)指標(biāo)的歸一化值；(6d)設(shè)第k次更新的拼縫寬度下，微波傳輸?shù)碾妷厚v波比和插入損耗分別為V(k)和S(k)，且工程設(shè)計(jì)中電壓駐波比的最大上限值為Vmax,插入損耗的最大上限值為Smax,則F (k)為:
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種面向傳輸性能的微波器件拼縫寬度的快速確定方法，其特征在于，所述電壓駐波比的最大上限值為VmaxS V(k)，插入損耗的最大上限值為Smax ≥S (k)。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK104166770SQ201410418942
【公開(kāi)日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2014年8月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月22日
【發(fā)明者】王從思, 彭雪林, 康明魁, 王艷, 宋立偉, 李申, 米建偉, 陳光達(dá), 保宏, 張逸群 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)