CN105631106B - 一种高频声表面波器件声电协同全波仿真方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高频声表面波器件声电协同全波仿真方法，本发明首先构建高频声表面波器件声电协同全波仿真系统，所构建的系统包括：HFSS建模仿真模块和Ansoft Designer电路协同仿真模块，通过HFSS建模仿真模块对声表面波表面贴装器件封装部分射频效应进行物理建模和仿真，Ansoft Designer电路协同仿真模块利用Ansoft Designer构建射频等效电路并获取电路协同仿真结果。本发明建模效率高，实施过程简单，可有效解决高频工作条件下不能精确仿真声表面波表贴器件的问题，对高频声表面波器件的研发有着很好的促进作用。

Description

一种高频声表面波器件声电协同全波仿真方法
技术领域
本发明涉及一种全波仿真方法，特别是一种高频声表面波器件声电协同全波仿真方法。
背景技术
目前声表面波器件最通用的仿真方法为采用等效电路模型、耦合模式模型或者有限元\边界元方法来仿真声表面波基片上叉指结构声学特性，其中等效电路模型可把声表面波器件每部分结构等效为电路元件，把声学问题转化为电路问题来解决，在常规损耗声表面波器件仿真应用中有着很大的优势；耦合模式模型以指条间多次反射效应为基础来构建准周期结构，计算结果相对准确且能够进行优化设计，目前最为常用；有限元\边界元方法通过计算金属栅格每一根指来计算整个声表面波器件的输出响应，在所有方法中仿真结果最为精确，这三种方法目前都能精确仿真出声表面波器件的声学理论响应，做出的中低频器件与实测器件性能极为相似，工作频率为500MHz以下往往仿真结果非常接近实际测试结果。但是在器件工作频率达到500MHz以上时，声表面波滤波器受封装电磁效应影响，通带内以及带外抑制等性能将出现不同程度的恶化，实测性能将会严重偏离声学理论仿真结果，故版图寄生参数与封装寄生参数已经不可忽略，以上三种方法并不能解决这个问题。
发明内容
本发明目的在于提供一种高频声表面波器件声电协同全波仿真方法，解决现有方法受封装电磁效应影响大的问题。
一种高频声表面波器件声电协同全波仿真方法的具体步骤为：
第一步 构建高频声表面波器件声电协同全波仿真系统
高频声表面波器件声电协同全波仿真系统，包括：HFSS建模仿真模块和AnsoftDesigner电路协同仿真模块，所述：
HFSS建模仿真模块的功能为：对声表面波表面贴装器件封装部分射频效应进行物理建模和仿真；
Ansoft Designer电路协同仿真模块的功能为：利用Ansoft Designer构建射频等效电路并获取电路协同仿真结果。
第二步 HFSS建模仿真模块对声表面波表面贴装器件封装部分射频效应进行物理建模和仿真
高频声表面波器件包括：表贴外壳、压电基片、压焊线、声学部分和金属电极，其中压电基片粘合在表贴外壳上表面凹槽底部，声学部分和金属电极固定在压电基片上表面，声学部分内部通过金属电极互相连接，金属电极再通过压焊线与表贴外壳连接。HFSS建模仿真模块利用HFSS对高频声表面波器件中的表贴外壳、压电基片、压焊线和金属电极进行物理建模和电磁仿真，即外壳封装效应部分；同时采用声学COM理论模型对声学部分进行仿真，获取声学部分的响应的S参数；在物理建模和电磁仿真中，高频声表面波器件通过空气腔与外界隔绝，外界设置为远场辐射边界条件。
HFSS建模仿真模块根据物理建模实际结构与声学部分结构确定内部端口、对地端口与外部端口，其中内部端口数量与声学部分结构的数量相同，外部端口仅包括两个输入输出端口， HFSS建模仿真模块采用集总端口模型设置各个端口，所有端口均以表贴外壳上表面凹槽底面金属层地为参照。
HFSS建模仿真模块根据高频声表面波器件实际工作频率段与仿真要求精度进行扫频与有限元运算设置，最后进行仿真，获取表征封装效应的Snp参数。
第三步 Ansoft Designer电路协同仿真模块利用Ansoft Designer构建射频等效电路并获取电路协同仿真结果
Ansoft Designer电路协同仿真模块对外壳封装效应部分和声学部分分别作电路元件等效，进行Ansoft Designer电路仿真，并组合到一起形成完整的射频等效电路，Ansoft Designer电路协同仿真模块对声学部分等效电路元件用声学响应S参数进行赋值，对外壳封装效应部分等效电路元件进行Snp参数赋值；Ansoft Designer电路协同仿真模块根据实际需求对射频等效电路进行扫频设置并运行，获取协同仿真最终结果。
本方法能够对所有寄生因素进行考虑，保证不同封装器件都能够准确进行结果预测，对器件模型进行优化时更加方便直观，调节手段更加灵活。
具体实施方式
一种高频声表面波器件声电协同全波仿真方法的具体步骤为：
第一步 构建高频声表面波器件声电协同全波仿真系统
高频声表面波器件声电协同全波仿真系统，包括：HFSS建模仿真模块和AnsoftDesigner电路协同仿真模块，所述：
HFSS建模仿真模块的功能为：对声表面波表面贴装器件封装部分射频效应进行物理建模和仿真；
Ansoft Designer电路协同仿真模块的功能为：利用Ansoft Designer构建射频等效电路并获取电路协同仿真结果。
第二步 HFSS建模仿真模块对声表面波表面贴装器件封装部分射频效应进行物理建模和仿真
高频声表面波器件包括：表贴外壳、压电基片、压焊线、声学部分和金属电极，其中压电基片粘合在表贴外壳上表面凹槽底部，声学部分和金属电极固定在压电基片上表面，声学部分内部通过金属电极互相连接，金属电极再通过压焊线与表贴外壳连接。HFSS建模仿真模块利用HFSS对高频声表面波器件中的表贴外壳、压电基片、压焊线和金属电极进行物理建模和电磁仿真，即外壳封装效应部分；同时采用声学COM理论模型对声学部分进行仿真，获取声学部分的响应的S参数；在物理建模和电磁仿真中，高频声表面波器件通过空气腔与外界隔绝，外界设置为远场辐射边界条件。
HFSS建模仿真模块根据物理建模实际结构与声学部分结构确定内部端口、对地端口与外部端口，其中内部端口数量与声学部分结构的数量相同，外部端口仅包括两个输入输出端口， HFSS建模仿真模块采用集总端口模型设置各个端口，所有端口均以表贴外壳上表面凹槽底面金属层地为参照。
HFSS建模仿真模块根据高频声表面波器件实际工作频率段与仿真要求精度进行扫频与有限元运算设置，最后进行仿真，获取表征封装效应的Snp参数。
第三步 Ansoft Designer电路协同仿真模块利用Ansoft Designer构建射频等效电路并获取电路协同仿真结果
Ansoft Designer电路协同仿真模块对外壳封装效应部分和声学部分分别作电路元件等效，进行Ansoft Designer电路仿真，并组合到一起形成完整的射频等效电路，Ansoft Designer电路协同仿真模块对声学部分等效电路元件用声学响应S参数进行赋值，对外壳封装效应部分等效电路元件进行Snp参数赋值；Ansoft Designer电路协同仿真模块根据实际需求对射频等效电路进行扫频设置并运行，获取协同仿真最终结果。

Claims (1)

1.一种高频声表面波器件声电协同全波仿真方法，其特征在于具体步骤为：
第一步构建高频声表面波器件声电协同全波仿真系统
高频声表面波器件声电协同全波仿真系统，包括：HFSS建模仿真模块和AnsoftDesigner电路协同仿真模块，所述：
HFSS建模仿真模块的功能为：对声表面波表面贴装器件封装部分射频效应进行物理建模和仿真；
Ansoft Designer电路协同仿真模块的功能为：利用Ansoft Designer构建射频等效电路并获取电路协同仿真结果；
第二步HFSS建模仿真模块对声表面波表面贴装器件封装部分射频效应进行物理建模和仿真
高频声表面波器件包括：表贴外壳、压电基片、压焊线、声学部分和金属电极，其中压电基片粘合在表贴外壳上表面凹槽底部，声学部分和金属电极固定在压电基片上表面，声学部分内部通过金属电极互相连接，金属电极再通过压焊线与表贴外壳连接，HFSS建模仿真模块利用HFSS对高频声表面波器件中的表贴外壳、压电基片、压焊线和金属电极进行物理建模和电磁仿真，获得基于HFSS模型的外壳封装效应部分；同时采用声学COM理论模型对声学部分进行仿真，获取声学部分的响应的S参数；在物理建模和电磁仿真中，高频声表面波器件通过空气腔与外界隔绝，外界设置为远场辐射边界条件；
HFSS建模仿真模块根据物理建模实际结构与声学部分结构确定内部端口、对地端口与外部端口，其中内部端口数量与声学部分内部通过金属电极互相连接的组件的数量相同，外部端口仅包括两个输入输出端口，HFSS建模仿真模块采用集总端口模型设置各个端口，所有端口均以表贴外壳上表面凹槽底面金属层地为参照；
HFSS建模仿真模块根据高频声表面波器件实际工作频率段与仿真要求精度进行扫频与有限元运算设置，最后进行仿真，获取表征外壳封装效应的Snp参数；
第三步Ansoft Designer电路协同仿真模块利用Ansoft Designer构建射频等效电路并获取电路协同仿真结果
Ansoft Designer电路协同仿真模块对外壳封装效应部分和声学部分分别作电路元件等效，进行Ansoft Designer电路仿真，并组合到一起形成完整的射频等效电路，AnsoftDesigner电路协同仿真模块对声学部分等效电路元件用声学响应S参数进行赋值，对外壳封装效应部分等效电路元件进行Snp参数赋值；Ansoft Designer电路协同仿真模块根据实际需求对射频等效电路进行扫频设置并运行，获取协同仿真最终结果。
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