[发明专利]一种密集金属过孔的半解析分析方法

说明书

本申请公开了一种密集金属过孔的半解析分析方法，利用边界积分法求解柱面波加法定理系数，在一维边界上划分片段，无需对整个区域划分网格，大大缩短了仿真时间，提高了建模速度，同时，还通过根据平行板的边界条件，考虑来自边界的反射波，可以计算平行板边界的反射波，从而能够实现在更高的频率上的建模更加精确，提高了实用性。

技术领域

本申请涉及金属过孔建模技术领域，尤其涉及一种密集金属过孔的半解析分析方法。

背景技术

金属过孔在多层PCB和封装上被用来连接不同层的信号，是高速系统中较为常见的不连续结构，在高频时会引起非常严重的信号完整性，功率完整性和电磁干扰问题。例如：信号间的串扰和振铃、电源分配网络噪声、信号失真、眼图退化、边缘辐射等等。因此，对金属过孔进行准确且高效的建模对设计高速PCB和封装系统起着关键性的作用。

由密集金属过孔阵列构成的导波结构，例如基片集成波导或者金属电磁带隙结构，可以看作是嵌有金属过孔阵列的平行板，有着加工成本低，易于集成的优点，并且保持了传统金属波导低辐射和低损耗等优点，在高速数字电路上也能实现很好的互连。第五代移动通信(5G)用到毫米波频段资源，考虑到微带馈电在毫米波频段所带来的损耗以及电磁辐射，毫米波天线通常采用金属通孔阵列馈电技术。

由于微波与高速系统正向着集成化、大规模、高速度和宽带的方向发展，电路的功能越来越多，指标越来越高，尺寸越做越小，分析与设计越来越复杂，而设计周期却越来越短，因此需要精确和快速地分析系统电磁特性并进行设计。因此，对平行板上密集通孔阵列的建模有助于分析和设计高速电路和微波电路。

在现有技术中，多是采用全波仿真软件分析或使用基于多重散射法的解析方法对平行板上密集通孔阵列进行建模，但发现上述建模方法中，使用全波仿真软件需要对整个计算区域划分网格，因此，仿真时间比较长，而使用基于多重散射法的解析方法，不能计算平行板边界的反射，相当于无限大的平行板，在更高的频率不够精确。

发明内容

本申请提供了一种密集金属过孔的半解析分析方法，用于解决现有的建模方法的建模时间较长且在更高的频率上的建模不够精确的技术问题。

有鉴于此，本申请提供了一种密集金属过孔的半解析分析方法，应用于多层平行板，多层所述平行板均设有若干个径向端口，若干个所述径向端口包括若干个同轴端口和若干个金属通孔，所述多层平行板之间的若干个所述金属通孔构成金属过孔阵列，包括以下步骤：

S1、以任一个径向端口的中心作为原点建立局部坐标系，基于所述局部坐标系下的柱面波获得垂直于所述平行板所在空间的电场的柱面波函数，基于所述电场的柱面波函数得到出射波的展开系数和入射波的展开系数，将所述出射波的展开系数和所述入射波的展开系数分别转换为出射波的展开系数矩阵和入射波的展开系数矩阵；

S2、依据柱面波加法定理，获得从所述平行板上的任一个径向端口向外出射的电磁波入射另一个径向端口的电磁波的幅度的表征函数，所述表征函数包含柱面波加法定理系数；

S3、根据所述平行板的边界条件，判断是否存在来自边界的反射波，当判断存在来自边界的反射波时，则利用边界积分法求解所述柱面波加法定理系数；

S4、通过所述柱面波加法定理系数关联所述出射波的展开系数矩阵和所述入射波的展开系数矩阵，从而得到第一关联函数关系；

S5、根据所述金属通孔的边界条件确定反射矩阵，根据所述反射矩阵获得所有金属通孔组合后的总反射矩阵，根据所有金属通孔的反射矩阵关系式，将所述总反射矩阵关联所述出射波的展开系数矩阵和所述入射波的展开系数矩阵，从而得到第二关联函数关系；

S6、通过对所述第一关联函数关系和所述第二关联函数关系进行矩阵运算，得到第二径向散射矩阵；

S7、基于所述第二径向散射矩阵和阻抗矩阵的变换关系，将所述第二径向散射矩阵变换为所述平行板的阻抗矩阵。