微波傳輸線中導體粗糙表面輪廓影響的精確建模

《微波傳輸線中導體粗糙表面輪廓影響的精確建模》是依託西安交通大學，由黃斌科擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：微波傳輸線中導體粗糙表面輪廓影響的精確建模
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：黃斌科
• 依託單位：西安交通大學

中文摘要

在微波器件小型化趨勢下，隨著信號頻寬或數字速率的持續增大，導體粗糙表面成為影響微波器件工作性能的重要因素。在高頻段時粗糙表面影響趨於顯著，傳統方法的預估結果和實際器件的電性能相比誤差較大；而採用實驗測試方法時周期長、成本高。本項目以微帶線和閉域波導為模型，考慮導體粗糙表面輪廓，研究多尺度結構共存時Maxwell方程的數值求解問題。採用自適應導體細線模型，混合隱式顯式時域有限差分方法和閉域有耗邊界條件下的電磁場積分方程實現大尺度微波傳輸結構建模，採用周期結構和有耗介質材料層等效實現小尺度粗糙導體邊界表征。採用微分外推方法提取分離導體粗糙表面對微波傳輸線電特性的影響關係，並建立導體粗糙表面輪廓對微波傳輸線電特性參數的影響規律及光滑等效修正關係。導體粗糙表面的精確建模在提高微波電路性能指標、實現PCB板介質材料參數寬頻建模、提高空間微波器件工作可靠性和拓寬微波測量儀器量程等問題中具有套用價值。

結題摘要

項目背景：隨著器件小型化和頻率提高，微波毫米波器件中導體有限電導率，導體表面粗糙對微波器件的電性能影響不容忽視。項目針對微波傳輸線導體表面粗糙的精確建模和數值計算方法開展研究，提高了微波毫米波器件的建模精度，可套用於微波儀器測量和基板介質材料提取的精度提高。 研究內容：1. 波導型傳輸線導體粗糙表面的精確建模。採用坐標變換法、電導率梯度模型等實現了導體粗糙表面的精確建模；採用有限元法、頻域有限差分方法、直線法結合等效電導率仿真了波導模型的傳輸性能參數；利用導體粗糙表面的等效表面阻抗及套用軟體可計算諧振腔，濾波器等微波器件的電性能參數。2. 平面傳輸線導體粗糙表面的精確建模。利用微擾法、電導率梯度模型計算平面傳輸線導體粗糙表面的等效表面阻抗；利用等效介質層表征導體粗糙表面；利用直線法、頻域有限差分方法或套用軟體計算平面傳輸線和平面微波器件的電性能；利用測量結合傳輸線RLCG理論模型計算了導體粗糙表面影響的修正因子。利用多項式混沌展開計算了傳輸線加工參數不確定時電性能參數的統計特性。3. 平面傳輸線基板介質材料參數的提取。利用微分外推方法結合遺傳算法提取了寬頻帶下介質材料參數；利用基片集成波導諧振腔模型，提取了粗糙導體表面的等效電導率，基板介質材料參數。 重要結果：1. 實現了微波傳輸線中粗糙導體表面的精確建模，得到了等效電導率和等效表面阻抗；2. 利用直線法、頻域有限差分等方法可計算導體粗糙表面時微波傳輸線的性能參數；3. 寬頻帶下提取了基板介質的材料參數。研究方法具有通用性，計算精度較高。 關鍵數據：微波器件中導體表面粗糙的加工模型數據；導體表面粗糙時的等效電導率和等效表面阻抗；導體表面粗糙時微波傳輸線傳播參數；平面傳輸線基板介質材料參數的提取數據。 科學意義：項目研究方法對微波毫米波器件的精確建模具有通用性，對研究器件加工參數對其電性能影響具有科學意義，提高了寬頻下材料參數的提取精度。