[发明专利]一种面向传输性能的微波器件拼缝宽度的快速确定方法

说明书

技术领域

本发明属于微波射频电路技术领域，具体是一种面向传输性能的微波器件拼缝宽度的快速确定方法，可用于指导微波器件的结构方案设计，使微波传输性能满足工程指标要求。

背景技术

随着电子技术的发展，各种高速射频电路系统被广泛应用于通信、雷达、监测和导航等众多领域。随着电子设备的发展日益趋向轻量化与小型化，电子元器件的排布变得更加密集，这对微波射频电路的加工工艺提出了很高的要求。而微波射频电路的结构形式与特点直接影响着微波信号的传输性能，制约着整个微波器件电性能的实现。

在一个高速互连系统中，微波信号流经芯片内部连线、芯片封装、PCB板布线通道、焊盘、过孔，螺栓等等，信号本身的电气特性使得其在任何传输路径上都有可能存在信号完整性问题。通过将跨越基板的铜质连接线搭焊到电路基板的微带传输线上，实现微波信号的传输。然而，在实际工程中，由于受到微波器件的实际尺寸与安装位置的限制，微波器件间通常存在着缝隙，对此种跨越基板间的连接方式下的电路特性尚不清楚。在微波射频电路的设计中，针对微波器件拼缝宽度的设计，更多的是靠工程师的主观经验，在生产制造过程中缺乏相关的理论指导及确定方法，然而微波器件拼缝的大小恰恰对微波信号的传输效果影响很大。可见，传统上利用经验方式确定拼缝宽度，往往会导致严重的信号完整性问题，从而制约了微波器件电性能的实现与提高。

因此，有必要系统地研究微波器件拼缝的结构参数对微波信号传输性能的影响机理，根据微波传输性能的指标要求，找到一种快速、有效地确定微波器件拼缝宽度的设计方法，为连接工艺的结构设计提供理论保障。

发明内容

针对上述微波射频电路设计中的不足，本发明的目的在于提出了一种面向传输性能的微波器件拼缝宽度的快速确定方法，该方法通过优化微波器件的拼缝宽度，可以使微波器件的传输性能达到工程设计的指标要求，指导微波器件的结构方案设计。

为了实现上述目的，本发明提供的面向传输性能的微波器件拼缝宽度的快速确定方法包括如下步骤：

(1)根据微波器件的各部分模块组成，确定微波器件的结构参数以及材料属性，同时确定微波器件的电磁工作参数；

(2)根据微波器件的电磁工作参数，确定微波器件的拼缝宽度；

(3)根据给定的微波器件的结构参数、材料属性以及当前的微波器件拼缝宽度，建立微波器件的电磁分析模型；

(4)根据微波器件的结构参数与电磁工作参数，确定馈电端口面的尺寸并设置电磁计算边界条件；

(5)利用三维电磁分析软件HFSS，计算包括电压驻波比、插入损耗的微波器件传输性能参数；

(6)根据微波器件的传输性能指标要求，判断当前的拼缝宽度下微波器件传输性能是否满足要求，如果满足要求，则当前的拼缝宽度即为满足微波器件传输性能的最佳拼缝宽度；否则，根据上一次的拼缝宽度以及当前微波器件的传输性能，更新微波器件的拼缝宽度，并重复步骤(3)至步骤(6)，直至同时满足要求；

进一步地，所述步骤(1)中确定微波器件的结构参数，包括介质基板和微带传输线的的长度、宽度及厚度，连接线的直径和长度；确定微波器件的材料属性，包括相对介电常数、相对渗透率以及质量密度；确定微波器件的电磁工作参数，包括微带传输线的电磁工作频率。

进一步地，所述步骤(2)中根据微波器件的电磁工作参数，确定微波器件的拼缝宽度，按照下述方法进行：

设k为更新微波器件拼缝宽度的次数，当k＝1时，取微波器件的初始拼缝宽度dx(1)服从于均值为λ/8，标准差为λ/120正态分布的随机数，其中λ＝c/f为微带传输线的波长，c＝3×10⁸m/s为电磁波在空间的传播速度，f为微带传输线的电磁工作频率。

进一步地，所述步骤(3)根据步骤(1)中确定的微波器件的结构参数、材料属性和电磁工作参数，以及步骤(2)中确定的微波器件拼缝宽度在HFSS软件中建立微波器件的电磁分析模型。

进一步地，所述步骤(4)按照如下过程进行：

(4a)设微带传输线的宽度为w，微波器件的介质基板厚为h，馈电端口面的长为a，馈电端口面的宽为b，根据单模传输理论，可得到馈电端口面的尺寸为：