CN104462651B - 一种基于稀疏排列的微波器件螺栓安装位置的快速确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于稀疏排列的微波器件螺栓安装位置的快速确定方法，包括：1)确定微波器件的结构参数、材料属性和电磁工作参数；2)确定螺栓在介质基板上的安装区域；3)确定螺栓的布局参数；4)确定螺栓排布的初始方案，得到初始螺栓排布稀疏矩阵；5)建立微波器件的结构有限元模型，得到介质基板表面采样节点设计坐标；6)计算介质基板表面采样节点变形后的新坐标；7)得到变形介质基板表面空间曲面方程；(8)建立微波器件的电磁分析模型；(9)计算微波器件的传输性能参数；(10)判断当前螺栓稀疏排布形式下的微波器件传输性能是否满足要求。该方法通过改变螺栓的排布形式，使传输性能达到工程设计要求，指导微波器件结构设计。

Description

一种基于稀疏排列的微波器件螺栓安装位置的快速确定方法

技术领域

本发明属于微波射频电路技术领域，具体是一种基于稀疏排列的微波器件螺栓安装位置的快速确定方法，可用于快速、有效地确定微波器件螺栓安装位置，指导微波器件的结构工艺方案设计，保障微波器件电性能的实现。

背景技术

随着电子技术的日益发展，毫米波、微米波等微波器件被广泛应用于通信、雷达、监测等众多领域，电子设备的工作环境也日趋复杂，这对微波器件在复杂环境下的电性能保障带来了更大的考验。工作环境载荷中，随机振动引起的结构变形问题最为典型，其直接影响着微波射频电路的接地特性，而微波射频电路的接地特性恰恰影响着微波电路的传输性能，制约着整个微波器件电性能的实现。

在高频微波系统中，螺栓连接是实现整个介质基板与承载结构框架连接的一种典型工艺，其一方面起到固定介质基板的作用，另一方面用来实现电路系统的地线与承载结构框架的电连接，即接地。然而，在实际生产装配过程中，由于受到微波器件的结构尺寸与安装位置的限制，螺栓安装的排布形式更多的是靠技术人员的主观经验，缺乏相应的理论指导与设计方案。在承载结构受到随机振动影响下，由于介质基板和结构框架的刚度不同，介质基板和结构框架都会有不同程度的变形，从而产生分离并影响介质基板的接地特性，而接地特性的变化直接影响着微波器件的传输性能。可见，传统意义上，利用经验方式确定螺栓的排布形式往往会带来较为严重的信号完整性问题。

基于此，有必要提出一种方法，对螺栓的安装位置进行快速、有效地确定，进而提出合理的螺栓排布形式，指导微波器件的结构工艺方案设计，以降低对微波电路传输性能的影响。

发明内容

针对上述微波器件结构设计中存在的问题，本发明的目的在于提出一种基于稀疏排列的微波器件螺栓安装位置的快速确定方法，该方法通过改变螺栓的排布形式，可以对螺栓的安装位置进行快速、有效地确定，使微波器件的传输性能达到工程设计的指标要求，同时指导微波器件的结构工艺方案设计。

为了实现上述目的，本发明提出的一种基于稀疏排列的微波器件螺栓安装位置的快速确定方法包括如下步骤：

(1)根据微波器件的各组成部分，确定包含微带线、介质基板及接地外壳的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)根据微波器件的结构参数，确定螺栓的安装区域；

(3)根据微波器件的实际安装需求，确定螺栓的布局参数；

(4)根据确定的螺栓安装区域与螺栓的布局参数，确定螺栓排布的初始方案，得到初始的螺栓排布的稀疏矩阵；

(5)根据给定的微波器件的结构参数、材料属性以及螺栓排布的初始方案在结构分析软件中建立微波器件的结构有限元模型，得到介质基板表面采样节点Q_i的设计坐标(x_i,y_i,z_i)；

(6)利用有限元软件，对微波器件进行有限元分析，得到介质基板表面采样节点Q_i变形后的位移(Δx_i,Δy_i,Δz_i)，并计算采样节点Q_i变形后的新坐标为(x_i+Δx_i,y_i+Δy_i,z_i+Δz_i)；

(7)根据最小二乘法原理，利用数据分析软件MATLAB对变形介质基板表面进行拟合，得到变形介质基板表面的空间曲面方程；

(8)根据变形介质基板表面的空间曲面方程、微波器件的结构参数、材料属性及电磁工作参数，在电磁分析软件中建立微波器件的电磁分析模型；

(9)利用电磁分析软件，计算微波器件的传输性能参数；

(10)根据微波器件的传输性能指标要求，判断当前螺栓稀疏排布形式下计算出的微波传输性能是否满足要求，如果满足要求，则当前螺栓排布的稀疏矩阵为最佳螺栓排布形式；否则，根据上一次的螺栓排布的稀疏矩阵以及当前的微波器件的传输性能，通过选择、交叉、变异的方法更新螺栓排布的稀疏矩阵，并重复步骤(4)至步骤(10)，直至满足要求。

进一步地，所述步骤(1)中确定微波器件的结构参数，包括微带传输线、介质基板以及接地外壳的长度、宽度及高度，安装螺栓的公称直径；确定微波器件的材料属性，包括弹性模量、泊松比、相对介电常数及质量密度；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f与工作波长λ。

进一步地，所述步骤(2)中根据微波器件的结构参数，确定螺栓的安装区域，按照下述方法进行：

(2a)设介质基板的长度与宽度分别为a和b，安装螺栓的公称直径为D，则将介质基板的长划分为M个等间距线段，若M＝a/D为整数，则取M＝a/D；否则，更新螺栓的公称直径为D_k+1＝D_k+1mm，并重复计算，直至M满足整数要求，且当k＝1时，D₁＝D；同理，将介质基板的宽划分为N个等间距线段；

(2b)根据划分后得到的等间距线段，将介质基板的螺栓安装表面划分为M×N个矩形栅格，其中矩形栅格有包含微带线和不包含微带线两种类型，其 中每个不包含微带线的矩形栅格中心即为螺栓的安装区域。

进一步地，所述步骤(3)根据微波器件的实际安装需求，确定螺栓的布局参数，包括螺栓安装表面的稀疏率F。

进一步地，所述步骤(4)根据确定的螺栓安装区域与螺栓的布局参数，给出螺栓排布的初始方案，得到初始的螺栓排布的稀疏矩阵通过下述方法进行：

(4a)设介质基板的表面共有M×N个矩形栅格，其中横向栅格数为M，纵向栅格数为N；若某一个矩形栅格内安装螺栓，则将该栅格值记为1，若不安装螺栓，则将该栅格值记为0，依此，按照栅格编号的顺序存储每个栅格值，从而得到螺栓排布的稀疏矩阵；

(4b)设螺栓排布的稀疏矩阵为P，取初始的螺栓排布的稀疏矩阵P(0)为随机生成的M行N列的[0,1]矩阵，若随机生成的稀疏矩阵中有1元素落在了包含微带线的矩形栅格中，则重新随机生成一组稀疏矩阵，直至生成的稀疏矩阵中所有1元素都在不包含微带线的矩形栅格中，从而得到初始的螺栓排布的稀疏矩阵；

(4c)设矩形栅格中不安装螺栓的栅格数为K₀，安装螺栓的栅格数为K₁，则螺栓安装表面的稀疏率F可表示为：

其中，不安装螺栓的栅格数K₀在矩阵中为0元素的个数，安装螺栓的栅格数K₁在矩阵中为1元素的个数。

进一步地，所述步骤(7)中根据最小二乘法原理，利用数据分析软件MATLAB对变形介质基板表面进行拟合，其中选用的拟合方程为多项式拟合方程；

进一步地，所述步骤(9)利用电磁分析软件计算微波器件的传输性能参数，包括电压驻波比与插入损耗；

进一步地，所述步骤(10)按照下述步骤进行：

根据步骤(9)计算的当前螺栓的稀疏排布形式下微波器件的传输性能，判断当前螺栓的稀疏排布形式下的微波器件传输性能是否满足指标要求；

(10a)若同时满足要求，即：

V(k)≤V_max

S(k)≤S_max

则当前的螺栓排布的稀疏矩阵为最佳螺栓排布形式，其中，V(k)和S(k)为第k次更新的螺栓排布稀疏矩阵下，微波传输的电压驻波比和插入损耗，V_max和S_max为工程中电压驻波比的最大上限值和插入损耗的最大上限值；

(10b)若不满足要求，则通过选择、交叉和变异的方法更新螺栓排布的稀疏矩阵；

设定第k次螺栓排布方案的稀疏矩阵P(k)的行列选择数R和突变率C分别为：

其中，ω₁、ω₂、ω₃为权值系数，本发明中取ω₁＝2，ω₂＝ω₃＝1.5；

(10c)按照行列选择数R将稀疏排布矩阵P(k)|_M×N中的前R行、前R列矩阵元素和后R行、后R列矩阵元素交换位置，若前R个矩阵元素和后R个矩阵元素有重叠，则重叠元素保持不变，只交换未重叠的矩阵元素；若位置交换后， 有1元素被交换到了包含微带线的矩形栅格内，则将该元素沿水平向右方向移动，直至将移出微带线，并将原栅格值记0；

(10d)将矩阵中第C、2C…nC行的1元素按照其在该行的适应度Z，重新进行随机生成，并确保随机生成的1元素不落在包含微带线的矩形栅格内；其中，nC<M；适应度Z为该行1元素的个数在该行栅格总数中所占的比重；

(10e)根据步骤(10c)和(10d)得到第k+1次螺栓的稀疏排布方案的稀疏矩阵为P(k+1)|_M×N。

本发明与现有技术相比，具有以下特点：

1.针对微波器件的结构方案设计中，缺少对微波器件螺栓安装位置进行快速确定方法的问题，本发明利用迭代方式，根据上一次螺栓排布的稀疏矩阵以及当前的微波器件的传输性能，通过选择、交叉、变异的方法优化螺栓的安装位置，实现了微波器件传输性能的保障与提高。传统方法只能根据技术人员的主观经验来定性判断螺栓的安装位置，缺乏相应的理论指导，通常也不考虑螺栓的安装位置对微波器件电性能的影响，而本发明在充分地考虑了螺栓安装位置对微波器件传输性能的影响下，快速、有效地对螺栓的安装位置进行确定，从而避免了现有的主观经验难以实现微波器件高电性能的不足。

2.通过研究微波器件螺栓安装位置与微波器件传输性能之间的影响关系，不仅为微波器件螺栓安装位置提供了快速确定方法，保证了微波器件的高电性能实现，同时也为微波器件的结构工艺方案设计提供了重要技术指导。

附图说明

图1是本发明技术方案的流程图。

图2是微波器件的俯视图以及尺寸标注图。

图3是微波器件的侧视图以及尺寸标注图。

图4是安装螺栓的结构尺寸图。

图5是螺栓的安装区域图。

图6是初始螺栓排布的几何模型图。

图7是微波器件的结构有限元模型。

图8是微波器件的电磁分析模型。

图9是不同螺栓排布稀疏阵的电性能迭代图。

图2中：1.介质基板；2.接地外壳；3.微带传输线。

图6中：1.螺栓安装位置。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

参照图1，一种面向传输性能的微波器件拼缝宽度的快速确定方法，具体步骤如下：

步骤一，确定微波器件的结构参数与电磁工作参数

根据微波器件的各组成部分，确定微波器件的结构参数，包括微带传输线、介质基板以及接地外壳的长度、宽度及高度，如图2、图3所示，安装螺栓的公称直径，如图4所示；确定微波器件的材料属性，包括弹性模量、泊松比、相对介电常数及质量密度；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f与工作波长λ。

步骤二，确定螺栓在介质基板上的安装区域

根据微波器件的结构参数，确定螺栓的安装区域，按照下述方法进行：

2.1)设介质基板的长度与宽度分别为a和b，安装螺栓的公称直径为D，则 将介质基板的长划分为M个等间距线段，若M＝a/D为整数，则取M＝a/D；否则，更新螺栓的公称直径为D_k+1＝D_k+1mm，并重复计算，直至M满足整数要求，且当k＝1时，D₁＝D；同理，将介质基板的宽划分为N个等间距线段；

2.2)根据划分后得到的等间距线段，将介质基板的螺栓安装表面划分为M×N个矩形栅格，其中矩形栅格有包含微带线和不包含微带线两种类型，其中每个不包含微带线的矩形栅格中心即为螺栓的安装区域。

步骤三，根据微波器件的安装需求，确定螺栓的布局参数

根据微波器件的实际安装需求，确定螺栓的布局参数，包括螺栓安装表面的稀疏率F。

步骤四，确定螺栓排布的初始方案，得到初始的螺栓排布的稀疏矩阵

根据确定的螺栓安装区域与螺栓的布局参数，给出螺栓排布的初始方案，得到初始的螺栓排布的稀疏矩阵；

4.1)设介质基板的表面共有M×N个矩形栅格，其中横向栅格数为M，纵向栅格数为N；若某一个矩形栅格内安装螺栓，则将该栅格值记为1，若不安装螺栓，则将该栅格值记为0，依此，按照栅格编号的顺序存储每个栅格值，从而得到螺栓排布的稀疏矩阵；

4.2)设螺栓排布的稀疏矩阵为P，取初始的螺栓排布的稀疏矩阵P(0)为随机生成的M行N列的[0,1]矩阵，若随机生成的稀疏矩阵中有1元素落在了包含微带线的矩形栅格中，则重新随机生成一组稀疏矩阵，直至生成的稀疏矩阵中所有1元素都在不包含微带线的矩形栅格中，从而得到初始的螺栓排布的稀疏矩阵；

4.3)设矩形栅格中不安装螺栓的栅格数为K₀(即矩阵中为0元素的个数)， 安装螺栓的栅格数为K₁(即矩阵中为1元素的个数)，则螺栓安装表面的稀疏率F可表示为：

步骤五，建立微波器件的结构有限元模型，得到介质基板表面采样节点的设计坐标

根据步骤一确定的结构参数、材料属性以及步骤四确定的螺栓排布方案在结构分析软件中建立微波器件的结构有限元模型，得到介质基板表面采样节点Q_i的设计坐标(x_i,y_i,z_i)。

步骤六，对微波器件进行工作环境载荷分析，计算介质基板表面采样节点变形后的新坐标

利用有限元软件，对微波器件进行工作环境载荷分析，得到介质基板表面采样节点变形后Q_i的位移(Δx_i,Δy_i,Δz_i)，并计算采样节点变形后Q_i的新坐标为(x_i+Δx_i,y_i+Δy_i,z_i+Δz_i)。

步骤七，对变形介质基板表面进行拟合，得到变形介质基板表面的空间曲面方程

根据最小二乘法原理，利用数据分析软件MATLAB对变形介质基板进行拟合，得到变形介质基板表面的空间曲面方程。

步骤八，建立微波器件的电磁分析模型

根据步骤七确定的变形介质基板表面的空间曲面方程、微波器件的结构参数、材料属性及电磁工作参数，在电磁分析软件中建立微波器件的电磁分析模型。

步骤九，计算微波器件的传输性能参数

利用三维电磁分析软件，计算当前螺栓的稀疏排布形式下微波器件的传输性能参数：电压驻波比(VSWR)和插入损耗(S21)。

步骤十，判断当前螺栓稀疏排布形式下的微波器件传输性能是否满足要求

10.1)若同时满足要求，即：

V(k)≤V_max (2)

S(k)≤S_max (3)

则当前的螺栓排布的稀疏矩阵为最佳螺栓排布形式，其中，V(k)和S(k)为第k次更新的螺栓排布稀疏矩阵下，微波传输的电压驻波比和插入损耗，V_max和S_max为工程中电压驻波比的最大上限值和插入损耗的最大上限值；

10.2)若不满足要求，则通过选择、交叉和变异的方法更新螺栓排布的稀疏矩阵；

设定第k次螺栓排布方案的稀疏矩阵P(k)的行列选择数R和突变率C分别为：

其中，ω₁、ω₂、ω₃为权值系数，本发明中取ω₁＝2，ω₂＝ω₃＝1.5；

10.3)按照行列选择数R将稀疏排布矩阵P(k)|_M×N中的前R行、前R列矩阵元素和后R行、后R列矩阵元素交换位置，若前R个矩阵元素和后R个矩阵元素有重叠，则重叠元素保持不变，只交换未重叠的矩阵元素；若位置交换后，有1元素被交换到了包含微带线的矩形栅格内，则将该元素沿水平向右方向移动，直至将移出微带线，并将原栅格值记0；

10.4)将矩阵中第C、2C…nC(nC<M)行的1元素按照其在该行的适应度Z，重新进行随机生成，并确保随机生成的1元素不落在包含微带线的矩形栅格内，其中适应度Z为该行1元素的个数在该行栅格总数中所占的比重；

10.5)根据步骤(10c)和(10d)得到第k+1次螺栓的稀疏排布方案的稀疏矩阵为P(k+1)|_M×N。

本发明的优点可通过以下仿真实验进一步说明：

1.确定微波器件的结构参数与电磁工作参数

本实验以S波段3GHz的有源相控阵天线中的TR组件为例，研究其在工作环境载荷中，TR组件介质基板表面的螺栓安装位置对微波器件传输性能的影响。为了简化分析，以TR组件中最为典型的矩形介质基板为例，微带传输线紧贴在介质基板表面，介质基板通过螺栓与接到外壳相连。微波器件的结构参数如图2、图3所示，螺栓的结构尺寸如图4所示，图2、图3中，1为介质基板，2为接地外壳，3为微带传输线。

材料属性见表1。并取微波器件的电磁工作频率f为3GHz。

表1 微波器件的材料属性

2.确定螺栓在介质基板上的安装区域

根据微波器件的结构参数，确定螺栓的安装区域，按照下述方法进行：

2.1)由步骤1确定的微波器件的结构参数可知，介质基板的长度与宽度分 别为a＝100mm和b＝50mm，安装螺栓的公称直径为D＝10mm，则可将介质基板的长划分为10个等间距线段，宽划分为5个等间距线段；

2.2)根据划分后得到的等间距线段，将介质基板的螺栓安装表面划分为10×5个矩形栅格，如图5所示，其中矩形栅格有包含微带线和不包含微带线两种类型，其中每个不包含微带线的矩形栅格中心即为螺栓的安装区域。

3.根据微波器件的安装需求，确定螺栓的布局参数

根据工程实际中，TR组件中的矩形介质基板的固定要求，通常矩形介质基板表面的螺栓安装个数为5，则螺栓安装表面的稀疏率F＝5％。

4.确定螺栓排布的初始方案，得到初始的螺栓排布的稀疏矩阵

4.1)通过步骤2可知，介质基板的表面共有10×5个矩形栅格，其中横向栅格数为10，纵向栅格数为5。若某一个矩形栅格内安装螺栓，则将该栅格值记为1，若不安装螺栓则，将该栅格值记为0，依此，按照栅格编号的顺序存储每个栅格值，从而得到螺栓排布的稀疏矩阵；

4.2)取初始螺栓排布的稀疏矩阵P(0)为随机生成的M行N列的[0,1]矩阵，且稀疏矩阵中的1元素占整个矩阵总元素的5％。在Matlab软件中按照阵面稀布率F＝5％随机生成的初始螺栓排布的稀疏矩阵为

5.建立微波器件的结构有限元模型，得到介质基板表面采样节点的设计坐标

根据步骤一确定的结构参数、材料属性以及步骤四确定的螺栓排布方案， 如图6所示，在结构分析软件中建立微波器件的结构有限元模型，如图7所示，介质基板的表面在xy平面内，由此得到介质基板表面采样节点Q_i的设计坐标为(0,0,0)。

6.对微波器件进行工作环境载荷分析，计算介质基板表面采样节点变形后的新坐标

利用ANSYS通过命令流提取介质基板表面采样节点变形后的位移(Δx_i,Δy_i,Δz_i)，将采样节点Q_i的设计坐标(0,0,0)和采样节点变形后的位移(Δx_i,Δy_i,Δz_i)相加，即(x_i,y_i,z_i)＝(0,0,0)+(Δx_i,Δy_i,Δz_i)，得到介质基板表面采样节点变形后的新坐标。

7.对变形介质基板表面进行拟合，得到变形介质基板表面的空间曲面方程

将介质基板表面采样节点变形后的新坐标导入到数据分析软件MATLAB中，基于最小二乘法原理，对变形介质基板进行五次多项式拟合，得到变形介质基板表面的空间曲面方程：

F(x,y)＝9.076e-06+1.278e-06×x-1.157e-06×y-1.128e-

06×x²-3.086e-07×x×y-1.112e-06×y²-3.211e-

07×x³+6.898e-07×x²×y+2.849e-07×x×y²+

6.072e-08×y³+7.574e-08×x⁴-2.031e-08×x³×y+

1.797e-08×x²×y²+4.546e-08×x×y³+1.185e-

07×y⁴+2.372e-08×x⁵-5.507e-08×x⁴×y-

5.121e-08×x³×y²-4.814e-08×x²×y³-3.12e-

08×x×y⁴+5.496e-09×y⁵

8.建立微波器件的电磁分析模型

根据步骤七确定的变形介质基板表面的空间曲面方程、步骤一确定的微波器件的结构参数、材料属性及电磁工作参数，在电磁分析软件中建立微波器件 的电磁分析模型，如图8所示。

9.计算微波器件的传输性能参数

利用三维电磁分析软件，分别计算当前的螺栓稀疏排布形式下，包括电压驻波比(VSWR)和插入损耗(S21)的微波器件的传输性能参数。根据初始的螺栓排布形式，计算出的电压驻波比：VSWR＝1.9；插入损耗：S21＝2.1dB。

10.最佳螺栓安装位置确定及电性能结果

因为当前螺栓排布形式下的微波器件传输性能不满足工程设计中要求的电压驻波比不大于1.5以及插入损耗不大于0.2dB的指标要求，所以根据式(4)～式(5)通过选择、交叉、变异的方法更新螺栓排布的稀疏矩阵并重复计算，迭代收敛如图9所示，经过16次更新，即当k＝16时，得到满足微波传输性能指标要求的最佳螺栓排布的稀疏矩阵为：

此时计算出的微波器件的传输性能参数，即电压驻波比为VSWR＝1.12，S21＝0.15dB，满足工程设计中要求的电压驻波比不大于1.5和插入损耗不大于0.2dB的指标要求。可见，在当前螺栓排布稀疏矩阵下，螺栓安装位置最优，微波器件的传输性能参数满足了工程设计的指标要求，微波器件的传输性能得到了明显提高。

上述仿真实验可以看出，本发明提出的一种基于稀疏排列的微波器件螺栓安装位置的快速确定方法，在充分地考虑了螺栓安装位置对微波器件传输性能的影响下，快速、有效地对螺栓的安装位置进行确定，从而避免了现有的主观 经验难以实现微波器件高电性能的不足，同时也为微波器件的结构工艺方案设计提供了重要的技术指导。

Claims (7)

1.一种基于稀疏排列的微波器件螺栓安装位置的快速确定方法，其特征在于，该方法包括如下过程：

(1)根据微波器件的各组成部分，确定包含微带线、介质基板及接地外壳的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)根据微波器件的结构参数，确定螺栓的安装区域；

(3)根据微波器件的实际安装需求，确定螺栓的布局参数；

(4)根据确定的螺栓安装区域与螺栓的布局参数，确定螺栓排布的初始方案，得到初始的螺栓排布的稀疏矩阵；

(5)根据给定的微波器件的结构参数、材料属性以及螺栓排布的初始方案在结构分析软件中建立微波器件的结构有限元模型，得到介质基板表面采样节点Q_i的设计坐标(x_i,y_i,z_i)；

(6)利用有限元软件，对微波器件进行工作环境载荷分析，得到介质基板表面采样节点Q_i变形后的位移(Δx_i,Δy_i,Δz_i)，并计算采样节点Q_i变形后的新坐标为(x_i+Δx_i,y_i+Δy_i,z_i+Δz_i)；

(7)根据最小二乘法原理，利用数据分析软件MATLAB对变形介质基板表面进行拟合，得到变形介质基板表面的空间曲面方程；

(8)根据变形介质基板表面的空间曲面方程、微波器件的结构参数、材料属性及电磁工作参数，在电磁分析软件中建立微波器件的电磁分析模型；

(9)利用电磁分析软件，计算微波器件的传输性能参数；

(10)根据微波器件的传输性能指标要求，判断当前螺栓稀疏排布形式下计算出的微波器件传输性能是否满足要求；

(10a)如果同时满足要求，即：

V(k)≤V_max

S(k)≤S_max

则当前螺栓排布的稀疏矩阵为最佳螺栓排布形式，其中，V(k)和S(k)为第k次更新的螺栓排布稀疏矩阵下，微波传输的电压驻波比和插入损耗，V_max和S_max为工程中电压驻波比的最大上限值和插入损耗的最大上限值；

(10b)若不满足要求，根据上一次的螺栓排布的稀疏矩阵以及当前的微波器件的传输性能，通过选择、交叉、变异的方法更新螺栓排布的稀疏矩阵；

设定第k次螺栓排布方案的稀疏矩阵P(k)的行列选择数R和突变率C分别为：

其中，ω₁、ω₂、ω₃为权值系数；

(10c)按照行列选择数R将稀疏排布矩阵P(k)|_M×N中的前R行、前R列矩阵元素和后R行、后R列矩阵元素交换位置，若前R个矩阵元素和后R个矩阵元素有重叠，则重叠元素保持不变，只交换未重叠的矩阵元素；若位置交换后，有1元素被交换到了包含微带线的矩形栅格内，则将该元素沿水平向右方向移动，直至将移出微带线，并将原栅格值记0；

(10d)将矩阵中第C、2C…nC行的1元素按照其在该行的适应度Z，重新进行随机生成，并确保随机生成的1元素不落在包含微带线的矩形栅格内；其中，nC＜M；适应度Z为该行1元素的个数在该行栅格总数中所占的比重；

(10e)根据步骤(10c)和(10d)得到第k+1次螺栓的稀疏排布方案的稀疏矩阵为P(k+1)|_M×N；

并重复步骤(4)至步骤(10)，直至满足要求。

2.根据权利要求1所述的一种基于稀疏排列的微波器件螺栓安装位置的快速确定方法，其特征在于，所述步骤(1)中确定微波器件的结构参数，包括微带线、介质基板以及接地外壳的长度、宽度及高度，安装螺栓的公称直径；确定微波器件的材料属性，包括弹性模量、泊松比、相对介电常数及质量密度；确定微波器件的电磁工作参数，包括微带线的电磁工作频率f与工作波长λ。

3.根据权利要求1所述的一种基于稀疏排列的微波器件螺栓安装位置的快速确定方法，其特征在于，所述步骤(2)中根据微波器件的结构参数，确定螺栓的安装区域，按照下述方法进行：

(2a)设介质基板的长度与宽度分别为a和b，安装螺栓的公称直径为D，则将介质基板的长划分为M个等间距线段，若M＝a/D为整数，则取M＝a/D；否则，更新螺栓的公称直径为D_k+1＝D_k+1mm，并重复计算，直至M满足整数要求，且当k＝1时，D₁＝D；同理，将介质基板的宽划分为N个等间距线段；

(2b)根据划分后得到的等间距线段，将介质基板的螺栓安装表面划分为M×N个矩形栅格，其中矩形栅格有包含微带线和不包含微带线两种类型，其中每个不包含微带线的矩形栅格中心即为螺栓的安装区域。

4.根据权利要求1所述的一种基于稀疏排列的微波器件螺栓安装位置的快速确定方法，其特征在于，所述步骤(3)根据微波器件的实际安装需求，确定螺栓的布局参数，包括螺栓安装表面的稀疏率F。

5.根据权利要求1所述的一种基于稀疏排列的微波器件螺栓安装位置的快速确定方法，其特征在于，所述步骤(4)根据确定的螺栓安装区域与螺栓的布局参数，给出螺栓排布的初始方案，得到初始的螺栓排布的稀疏矩阵通过下述方法进行：

(4a)设介质基板的表面共有M×N个矩形栅格，其中横向栅格数为M，纵向栅格数为N；若某一个矩形栅格内安装螺栓，则将该栅格值记为1，若不安装螺栓，则

将该栅格值记为0，依此，按照栅格编号的顺序存储每个栅格值，从而得到螺栓排布的稀疏矩阵；

(4b)设螺栓排布的稀疏矩阵为P，取初始的螺栓排布的稀疏矩阵P(0)为随机生成的M行N列的[0,1]矩阵，若随机生成的稀疏矩阵中有1元素落在了包含微带线的矩形栅格中，则重新随机生成一组稀疏矩阵，直至生成的稀疏矩阵中所有1元素都在不包含微带线的矩形栅格中，从而得到初始的螺栓排布的稀疏矩阵；

(4c)设矩形栅格中不安装螺栓的栅格数为K₀，安装螺栓的栅格数为K₁，则螺栓安装表面的稀疏率F可表示为：

$F=\frac{K_1}{K_1+K_0};$

其中，不安装螺栓的栅格数K₀在矩阵中为0元素的个数，安装螺栓的栅格数K₁在矩阵中为1元素的个数。

6.根据权利要求1所述的一种基于稀疏排列的微波器件螺栓安装位置的快速确定方法，其特征在于，所述步骤(7)中根据最小二乘法原理，利用数据分析软件MATLAB对变形介质基板表面进行拟合，其中选用的拟合方程为多项式拟合方程。

7.根据权利要求1所述的一种基于稀疏排列的微波器件螺栓安装位置的快速确定方法，其特征在于，所述步骤(9)利用电磁分析软件计算微波器件的传输性能参数，包括电压驻波比与插入损耗。