CN107247685B - Mems器件端口特性参数提取方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种MEMS器件端口特性参数提取方法和装置，其方法包括：为MEMS器件的接地或者处于开路状态的N‑n个金属导体加上端口；分别在各个金属导体上施加预设幅度值的射频信号电压，每在一个金属导体上施加射频信号电压后，对其他金属导体路进行接地处理，获取N个金属导体上在各个频点的电流值进而确定N端口器件的导纳矩阵中对应当前施加射频信号电压的金属导体的一列数据；在获取到N端口器件的导纳矩阵的N列数据后，根据N端口器件的导纳矩阵获取n端口器件的导纳矩阵，其中，MEMS器件的端口特性参数包括n端口器件的导纳矩阵，如此，可以提高参数提取效率以及提取结果精确度。

Description

MEMS器件端口特性参数提取方法和装置
技术领域
本发明涉及微机电系统器件技术领域，特别是涉及一种MEMS器件端口特性参数提取方法和装置。
背景技术
微机电系统(MEMS，Micro-Electro-Mechanical System)技术把机械部件和半导体电子部件融为一体，设计出了具有不同功能的器件。这些器件的功能部件由导体、半导体、压电体或者介质等材料制作，突出的特点为灵敏度高、尺寸小，一般从几个毫米到几个微米。随着该技术工艺的不断发展和完善，MEMS器件的性能指标得到不断提升，使其在汽车电子、环境检测、智能终端、移动通信等领域得到了广泛的应用。
MEMS器件设计中，仿真是必要的环节，它可以对器件的性能、结构等方面进行优化，实现产品优化设计的目的，为最后加工制作提供可靠依据。由于这种器件的工作环境是力、电、热等多种物理场同时存在，通过多种物理场的作用实现要求的功能，所以对它的仿真分析实为复杂的多物理场仿真计算，常用数值有限元法实施。应用数值有限元法计算时中要对分析的对象进行网格划分，一般产生几十万个节点，从而计算产生庞大的数据，导致数值计算结果不可避免地存在误差，影响计算结果的精确度。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种MEMS器件端口特性参数提取方法和装置、一种计算机可读存储介质以及一种计算机设备，可以提高MEMS器件端口特性参数的提取效率并提高提取出的MEMS器件端口特性参数的精确度。
第一方面，提供一种MEMS器件端口特性参数提取方法，所述MEMS器件包括N个金属导体，所述N个金属导体中的n个金属导体作为所述MEMS器件的端口，剩余的N-n个金属导体接地或者处于开路状态，其中，N和n均为整数，且n小于或者等于N，所述方法包括：
为所述剩余的N-n个金属导体加上端口，以使所述MEMS器件由n端口器件转换成N端口器件；
分别在所述N个金属导体中的各个金属导体上施加预设幅度值的射频信号电压，每在一个金属导体上施加所述射频信号电压后，将除当前施加所述射频信号电压的金属导体外的其他金属导体设置为接地，获取所述N个金属导体上在各个频点的电流值，根据所述预设幅度值和所述N个金属导体上在各个频点的电流值确定所述N端口器件的导纳矩阵中对应当前施加所述射频信号电压的金属导体的一列数据；
在获取到所述N端口器件的导纳矩阵的N列数据后，根据所述N端口器件的导纳矩阵获取所述n端口器件的导纳矩阵，其中，所述MEMS器件的端口特性参数包括所述n端口器件的导纳矩阵。
结合第一方面，在第一方面的一种可能实现方式中，上述的根据所述N端口器件的导纳矩阵获取所述n端口器件的导纳矩阵包括：
根据所述N端口器件的导纳矩阵建立表征所述N端口器件的端口电流值、端口电压值间关系的矩阵方程；
将所述矩阵方程中的对于所述剩余的N-n个金属导体中的接地的金属导体的端口电压值设为零，将所述矩阵方程中的对于所述剩余的N-n个金属导体中的处于开路状态的金属导体的端口电流值设为零；
通过求解进行端口电压值、端口电流值设定后的矩阵方程的方式消去与所述剩余的N-n个金属导体有关的端口电流值、端口电压值，得到消去处理后的矩阵方程，根据所述消去处理后的矩阵方程获取所述n端口器件的导纳矩阵。
结合第一方面或上述某些可能的实现方式，在第一方面的一种可能实现方式中，所建立的矩阵方程为：由所述N端口器件的端口电流值构成的矩阵等于所述N端口器件的导纳矩阵与由所述N端口器件的端口电压值构成的矩阵的乘积。
结合第一方面或上述某些可能的实现方式，在第一方面的一种可能实现方式中，上述的MEMS器件端口特性参数提取方法还包括：
根据所述n端口器件的导纳矩阵确定所述n端口器件的散射矩阵，其中，所述MEMS器件的端口特性参数还包括所述n端口器件的散射矩阵。
第二方面，提供一种MEMS器件端口特性参数提取装置，所述MEMS器件包括N个金属导体，所述N个金属导体中的n个金属导体作为所述MEMS器件的端口，剩余的N-n个金属导体接地或者处于开路状态，其中，N和n均为整数，且n小于或者等于N，所述装置包括：
端口添加单元，用于为所述剩余的N-n个金属导体加上端口，以使所述MEMS器件由n端口器件转换成N端口器件；
处理单元，用于分别在所述N个金属导体中的各个金属导体上施加预设幅度值的射频信号电压，每在一个金属导体上施加所述射频信号电压后，将除当前施加所述射频信号电压的金属导体外的其他金属导体设置为接地，获取所述N个金属导体上在各个频点的电流值，根据所述预设幅度值和所述N个金属导体上在各个频点的电流值确定所述N端口器件的导纳矩阵中对应当前施加所述射频信号电压的金属导体的一列数据；
参数提取单元，用于在所述处理单元获取到所述N端口器件的导纳矩阵的N列数据后，根据所述N端口器件的导纳矩阵获取所述n端口器件的导纳矩阵，其中，所述MEMS器件的端口特性参数包括所述n端口器件的导纳矩阵。
结合第二方面，在第二方面的一种可能实现方式中，上述的参数提取单元包括：
方程建立模块，用于根据所述N端口器件的导纳矩阵建立表征所述N端口器件的端口电流值、端口电压值间关系的矩阵方程；
参数设定模块，用于将所述矩阵方程中的对于所述剩余的N-n个金属导体中的接地的金属导体的端口电压值设为零，将所述矩阵方程中的对于所述剩余的N-n个金属导体中的处于开路状态的金属导体的端口电流值设为零；
矩阵获取模块，用于通过求解进行端口电压值、端口电流值设定后的矩阵方程的方式消去与所述剩余的N-n个金属导体有关的端口电流值、端口电压值，得到消去处理后的矩阵方程，根据所述消去处理后的矩阵方程获取所述n端口器件的导纳矩阵。
结合第二方面或上述某些可能的实现方式，在第二方面的一种可能实现方式中，上述的矩阵方程为：由所述N端口器件的端口电流值构成的矩阵等于所述N端口器件的导纳矩阵与由所述N端口器件的端口电压值构成的矩阵的乘积。
结合第二方面或上述某些可能的实现方式，在第二方面的一种可能实现方式中，上述的参数提取单元还用于根据所述n端口器件的导纳矩阵确定所述n端口器件的散射矩阵，其中，所述MEMS器件的端口特性参数还包括所述n端口器件的散射矩阵。
第三方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上所述MEMS器件端口特性参数提取方法的步骤。
第四方面，提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上所述MEMS器件端口特性参数提取方法的步骤。
根据上述本发明的方案，其是为剩余的N-n个金属导体加上端口，以使MEMS器件由n端口器件转换成N端口器件，分别在N个金属导体中的各个金属导体上施加预设幅度值的射频信号电压，每在一个金属导体上施加射频信号电压后，将其他金属导体设置为接地，获取N个金属导体上在各个频点的电流值，根据该N个金属导体上在各个频点的电流值和预设幅度值确定N端口器件的导纳矩阵中对应当前施加射频信号电压的金属导体的一列数据；在获取到N端口器件的导纳矩阵的N列数据后，根据N端口器件的导纳矩阵获取n端口器件的导纳矩阵。可见，本发明方案中设置边界条件的方式为在单一端口施加激励电信号的同时设置其他导体接地，且采用的是轮换设置，分步计算的方式，在每一次计算中，较强的电场只存在于激励源(施加激励信号的端口)附近，其它区域较弱，这样就可以降低网格密集划分的要求，从而缩短了数值计算时间，提升MEMS器件端口特性参数的提取效率，还可以提高提取出的MEMS器件端口特性参数的精确度。特别是对于射频MEMS器件，由于其尺寸往往是微米、纳米量级，横纵比较大，采用本发明方案会大大降低对网格划分密度的要求，非常利于提高计算精度。
附图说明
图1为n端口MEMS器件的结构示意图，(a)n端口MEMS器件的侧面结构示意图，(b)图例说明，(c)n端口MEMS器件的俯视结构示意图；
图2为一个实施例中的MEMS器件端口特性参数提取方法的实现流程示意图；
图3为图2中的步骤S203在其中一个实施例中的细化流程示意图；
图4为另一个实施例中的MEMS器件端口特性参数提取方法的实现流程示意图；
图5为一个实施例中的MEMS器件端口特性参数提取装置的组成结构示意图；
图6为图5中的参数提取单元在其中一个实施例中的细化组成结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。
如图1所示，为图1为n端口MEMS器件的结构示意图。其中，该MEMS器件除了含有N个金属导体(如金、铜、铝、钼等材料制作)外，还含有压电、半导体等材料部件，这些材料的选取(形状、特性)和摆放位置依产品的功能需要而定。N个金属导体中的n个(n小于或等于N)作为器件的端口，实际使用中这些端口通过电信号与外部通信，而剩余的N-n个金属导体或接地、或处于开路状态。所以该MEMS器件可以看作一个n端口网络，而描述n端口网络特性的参数有n×n导纳矩阵(Y参数矩阵)和n×n散射矩阵(s参数矩阵)。其中，N-n指N减n。因此，MEMS器件端口特性参数提取方案就是要提取出相应的出MEMS器件的导纳矩阵或者/和散射矩阵。
理论上，如果MEMS器件的边界条件已知，根据各个物理场量满足的方程就可以用数值方法求出内部各点物理场的分布，对于三维的MEMS器件最常用的数值计算方法是有限元法，在采用有限元法进行计算时，计算时间长短以及得到的计算结果的精确度都与网格划分形式和边界条件设置密切相关。通常导体上设置的边界条件是电学边界条件，即已知的电压分布，除此之外，还要指定诸如力学边界条件等。很显然，不同的边界条件会得到不同的物理场分布结果。
为了利用有限元法对多MEMS器件进行有效、准确地仿真分析，本发明方案通过轮换在其中一个金属导体上加载激励信号，而同时使其金属它导体接地，即轮换设置边界条件，给出了一种有效的分步计算、分析MEMS器件端口特性参数的方式，即本发明的MEMS器件端口特性参数提取方式。首先针对每种边界条件设置情况进行计算，最后对所有数据进行综合处理，得到需要的器件端口特性参数。以下对本发明的各个实施例方案进行详细阐述。
参见图2所示，在其中一个实施例中，提供一种MEMS器件端口特性参数提取方法。所述MEMS器件包括N个金属导体，所述N个金属导体中的n个金属导体作为所述MEMS器件的端口，剩余的N-n个金属导体接地或者处于开路状态，其中，N和n均为整数，且n小于或者等于N。如图2所示，本实施例中的MEMS器件端口特性参数提取方法包括：
步骤S201：为所述剩余的N-n个金属导体加上端口，以使所述MEMS器件由n端口器件转换成N端口器件；
这里，所述MEMS器件一般指射频MEMS器件。
需要说明的是，对于MEMS器件只有n个端口为MEMS器件的实际端口，而为所述剩余的N-n个金属导体加上端口，以使所述MEMS器件由n端口器件转换成N端口器件，仅是为了满足计算需要。
步骤S202：分别在所述N个金属导体中的各个金属导体上施加预设幅度值的射频信号电压，每在一个金属导体上施加所述射频信号电压后，将除当前施加所述射频信号电压的金属导体外的其他金属导体设置为接地，获取所述N个金属导体上在各个频点的电流值，根据所述预设幅度值和所述N个金属导体上在各个频点的电流值确定所述N端口器件的导纳矩阵中对应当前施加所述射频信号电压的金属导体的一列数据；
这里，所述预设幅度值的大小可以根据实际需要设定，例如，预设幅度值可以为1伏，但也不限于1伏。所述导纳矩阵也称为Y参数矩阵。其中，在一个金属导体上施加所述射频信号电压后，将除当前施加所述射频信号电压的金属导体外的其他金属导体设置为接地，使得N端口器件变成了单端口器件，这时的MEMS器件可以看做一个单端口网络。
具体地，首先在第1个金属导体上施加预设幅度值的射频信号电压，将其它金属导体(即第2个金属导体到第N个金属导体)设置为接地，这时N端口器件变成了单端口器件，通过数值计算可以得到N个导体上在各个频率点的电流值I1(ω)，I2(ω)，......，IN(ω)，这里ω代表角频率，表明电流I是频率的函数。根据当前数值计算得到的N个导体上在各个频率点的电流值以及所述预设幅度值确定所述N端口器件的导纳矩阵的第1列数据y11(ω)，y21(ω)，......，yN1(ω)。其中，y11(ω)＝U0/I1(ω)，y21(ω)＝U0/I2(ω)，......，yN1(ω)＝U0/IN(ω)，U0表示所述预设幅度值。
然后，在第2个金属导体上施加预设幅度值的射频信号电压，将其它金属导体(即第1个金属导体、第3个金属导体至第N个金属导体)设置为接地，通过如上方式可以得到所述N端口器件的导纳矩阵的第1列数据y12(ω)，Y22(ω)，......，yN2(ω)。
以此类推，在剩余的N-2个导体上分别加上预设幅度值的射频信号电压，并分别将对应的其它金属导体设置为接地，分别进行计算后得到导纳矩阵剩余的N-2列的数据。至此，得到所述N端口器件的导纳矩阵的N列数据，即得到所述N端口器件的导纳矩阵。
步骤S203：在获取到所述N端口器件的导纳矩阵的N列数据后，根据所述N端口器件的导纳矩阵获取所述n端口器件的导纳矩阵，其中，所述MEMS器件的端口特性参数包括所述n端口器件的导纳矩阵。
具体地，可以通过求解线性方程的方式得到根据所述N端口器件的导纳矩阵计算出所述n端口器件的导纳矩阵。
据此，根据上述本实施例的方案，其是为剩余的N-n个金属导体加上端口，以使MEMS器件由n端口器件转换成N端口器件，分别在N个金属导体中的各个金属导体上施加预设幅度值的射频信号电压，每在一个金属导体上施加射频信号电压后，将其他金属导体设置为接地，获取N个金属导体上在各个频点的电流值，根据该N个金属导体上在各个频点的电流值和预设幅度值确定N端口器件的导纳矩阵中对应当前施加射频信号电压的金属导体的一列数据；在获取到N端口器件的导纳矩阵的N列数据后，根据N端口器件的导纳矩阵获取n端口器件的导纳矩阵。可见，本实施例方案中设置边界条件的方式为在单一端口施加激励电信号的同时设置其他导体接地，且采用的是轮换设置，分步计算的方式，在每一次计算中，较强的电场只存在于激励源(施加激励信号的端口)附近，其它区域较弱，这样就可以降低网格密集划分的要求，从而缩短了数值计算时间，提升MEMS器件端口特性参数的提取效率，还可以提高提取出的MEMS器件端口特性参数的精确度。特别是对于射频MEMS器件，由于其尺寸往往是微米、纳米量级，横纵比较大，采用本实施例方案会大大降低对网格划分密度的要求，非常利于提高计算精度。
在其中一个实施例中，如图3所示，上述的根据所述N端口器件的导纳矩阵获取所述n端口器件的导纳矩阵包括：
步骤S301：根据所述N端口器件的导纳矩阵建立表征所述N端口器件的端口电流值、端口电压值间关系的矩阵方程；
较佳的，所建立的矩阵方程为：由所述N端口器件的端口电流值构成的矩阵等于所述N端口器件的导纳矩阵与由所述N端口器件的端口电压值构成的矩阵的乘积。
具体地，所建立的矩阵方程为如下的公式(1)：
Figure BDA0001306133130000081
其中，
Figure BDA0001306133130000091
是由所述N端口器件的端口电流值构成的矩阵，
Figure BDA0001306133130000092
是由所述N端口器件的端口电压值构成的矩阵，
Figure BDA0001306133130000093
表示所述N端口器件的导纳矩阵。
步骤S302：将所述矩阵方程中的对于所述剩余的N-n个金属导体中的接地的金属导体的端口电压值设为零，将所述矩阵方程中的对于所述剩余的N-n个金属导体中的处于开路状态的金属导体的端口电流值设为零；
步骤S303：通过求解进行端口电压值、端口电流值设定后的矩阵方程的方式消去与所述剩余的N-n个金属导体有关的端口电流值、端口电压值，得到消去处理后的矩阵方程，根据所述消去处理后的矩阵方程获取所述n端口器件的导纳矩阵。
这里，进行端口电压值、端口电流值设定后的矩阵方程即步骤S302处理后的矩阵方程。
其中，通过求解进行端口电压值、端口电流值设定后的矩阵方程的方式消去与所述剩余的N-n个金属导体有关的端口电流值、端口电压值，从而得到只含有与n个金属导体有关的端口电流值、端口电压值的矩阵方程，即消去处理后的矩阵方程，根据该消去处理后的矩阵方程就可以获取到所述n端口器件的导纳矩阵。
本实施例中的方案只涉及求解线性方程，算法简单，易于编程实现。
在其中一个实施例中，如图4所示，本发明的MEMS器件端口特性参数提取方法，还可以包括步骤：
步骤S401：根据所述n端口器件的导纳矩阵确定所述n端口器件的散射矩阵，其中，所述MEMS器件的端口特性参数还包括所述n端口器件的散射矩阵。
这里，所述散射矩阵也称为s参数矩阵。
其中，根据导纳矩阵确定散射矩阵的方式可以采用任意现有的方式实现，例如，采用微波网络理论中的相关公式进行确定，在此不予赘述。
此外，在获得所述n端口器件的导纳矩阵和散射矩阵之后，就可以基于纳矩阵和散射矩阵对n端口器件进行特性分析。
具体示例
为了便于理解本发明的方案，以下通过一个具体示例对本发明方案作进一步阐述。在该具体示例中，是以所述n个金属导体的编号分别为1、2、......、n，所述剩余的N-n个金属导体分别为n+1、n+2、......、N为例，但这并不构成对本发明方案的限定。
首先，对于具有N个金属导体n端口的MEMS器件，其端口编号为1、2、......、n。为了获取该MEMS器件的端口特征参数。计算中我们把剩余的N-n个金属导体上也加上端口，让该MEMS器件变成一个N端口器件。分步进行计算得到N端口器件的Y参数矩阵：
(1)在第1个金属导体上施加幅度为1V的射频信号电压，其它金属导体短路接地，这时N端口网络变成了单端口网络，然后数值计算得到了N个金属导体上在各个频率点的电流I1(ω)，I2(ω)，......，IN(ω)，这里ω代表角频率，表明电流I是角频率的函数。从而得到了N端口网络Y参数矩阵的第一列数据y11(ω)，y21(ω)，......，yN1(ω)；
(2)在第2个金属导体上加幅度为1V的射频信号电压，同时其它金属导体短路接地，进行计算后得到N端口网络Y参数矩阵的第二列数据y12(ω)，y22(ω)，......，yN2(ω)；
(3)依次类推，在剩余的N-2个金属导体上分别加上激励电压，分别进行计算后得到Y参数矩阵剩余的N-2列的元素。至此，得到N端口器件的Y参数矩阵。端口电流、端口电压间的关系通过Y参数矩阵联系，具体如上述公式(1)所下。
其次，通过N端口器件的Y参数矩阵导出实际的n端口器件的Y参数矩阵：
(1)在方程(1)中，将编号为n+1至N的端口中对于接地部分则相应电压设为零，将编号为n+1至N的端口中对于开路情况则相应电流设为零；
(2)通过解方程(1)消去与端口n+1至N有关的端口电流、端口电压，最后得到只含有端口1至n端口电流、端口电压的方程，从而得到n端口网络Y矩阵，它就是要分析的n端口器件的Y参数矩阵。
(3)在得到n端口器件的Y参数矩阵，通过理论公式很容易导出其s参数矩阵等，基于得出的Y参数矩阵和s参数矩阵可以对n端口器件的特性进行分析。
在该具体示例中采用单一端口施加激励电信号，而同时设置其它导体接地，轮换设置，分步计算的方法。由于每一次计算中，较强的电场只存在于激励源附近，其它区域较弱，这样就降低了网格密集划分的要求，从而缩短了计算时间，还可以得到较为准确的计算结果。特别是对于MEMS器件，尺寸往往是微米、纳米量级，横纵比较大，采用这样的计算方法会大大降低对网格划分密度的要求，非常利于提高计算精度。后续数据的综合处理中只涉及求解线性方程，算法简单，易于编程。
根据上述实施例中的MEMS器件端口特性参数提取方法，本发明还提供一种MEMS器件端口特性参数提取装置，所述MEMS器件包括N个金属导体，所述N个金属导体中的n个金属导体作为所述MEMS器件的端口，剩余的N-n个金属导体接地或者处于开路状态，其中，N和n均为整数，且n小于或者等于N。在其中一个实施例中，如图5所示，本发明实施例的MEMS器件端口特性参数提取装置包括端口添加单元501、处理单元502和参数提取单元503，其中：
端口添加单元501，用于为所述剩余的N-n个金属导体加上端口，以使所述MEMS器件由n端口器件转换成N端口器件；
处理单元502，用于分别在所述N个金属导体中的各个金属导体上施加预设幅度值的射频信号电压，每在一个金属导体上施加所述射频信号电压后，将除当前施加所述射频信号电压的金属导体外的其他金属导体设置为接地，获取所述N个金属导体上在各个频点的电流值，根据所述预设幅度值和所述N个金属导体上在各个频点的电流值确定所述N端口器件的导纳矩阵中对应当前施加所述射频信号电压的金属导体的一列数据；
参数提取单元503，用于在处理单元502获取到所述N端口器件的导纳矩阵的N列数据后，根据所述N端口器件的导纳矩阵获取所述n端口器件的导纳矩阵，其中，所述MEMS器件的端口特性参数包括所述n端口器件的导纳矩阵。
在其中一个实施例中，如图6所示，参数提取单元503包括：
方程建立模块601，用于根据所述N端口器件的导纳矩阵建立表征所述N端口器件的端口电流值、端口电压值间关系的矩阵方程；
参数设定模块602，用于将所述矩阵方程中的对于所述剩余的N-n个金属导体中的接地的金属导体的端口电压值设为零，将所述矩阵方程中的对于所述剩余的N-n个金属导体中的处于开路状态的金属导体的端口电流值设为零；
矩阵获取模块603，用于通过求解进行端口电压值、端口电流值设定后的矩阵方程的方式消去与所述剩余的N-n个金属导体有关的端口电流值、端口电压值，得到消去处理后的矩阵方程，根据所述消去处理后的矩阵方程获取所述n端口器件的导纳矩阵。
在其中一个实施例中，方程建立模块601所建立的矩阵方程为：由所述N端口器件的端口电流值构成的矩阵等于所述N端口器件的导纳矩阵与由所述N端口器件的端口电压值构成的矩阵的乘积。
在其中一个实施例中，参数提取单元503还可以用于根据所述n端口器件的导纳矩阵确定所述n端口器件的散射矩阵，其中，所述MEMS器件的端口特性参数还包括所述n端口器件的散射矩阵。
本发明实施例提供的MEMS器件端口特性参数提取装置的描述，与上述MEMS器件端口特性参数提取方法的描述是类似的，并且具有上述MEMS器件端口特性参数提取方法的有益效果，为节约篇幅，不再赘述；因此，以上对本发明实施例提供的MEMS器件端口特性参数提取装置中未披露的技术细节，请参照上述提供的MEMS器件端口特性参数提取方法的描述。
基于如上所述的实施例，一个实施例中还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上任意一个实施例中的所述的MEMS器件端口特性参数提取方法的步骤。
基于如上所述的实施例，一个实施例中还提供一种计算机设备，该计算机设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上任意一个实施例中的所述的MEMS器件端口特性参数提取方法的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一非易失性的计算机可读取存储介质中，如本发明实施例中，该程序可存储于计算机系统的存储介质中，并被该计算机系统中的至少一个处理器执行，以实现包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)等。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种MEMS器件端口特性参数提取方法，其特征在于，所述MEMS器件处于多物理场仿真环境中，所述多物理场仿真环境至少包括电场和力场，所述MEMS器件包括N个金属导体，所述N个金属导体中的n个金属导体作为所述MEMS器件的端口，剩余的N-n个金属导体接地或者处于开路状态，其中，N和n均为整数，且n小于或者等于N，所述方法包括：
为所述剩余的N-n个金属导体加上端口，以使所述MEMS器件由n端口器件转换成N端口器件；
分别在所述N个金属导体中的各个金属导体上施加预设幅度值的射频信号电压，每在一个金属导体上施加所述射频信号电压后，将除当前施加所述射频信号电压的金属导体外的其他金属导体设置为接地，采用数值有限元法获取所述N个金属导体上在各个频点的电流值，根据所述预设幅度值和所述N个金属导体上在各个频点的电流值确定所述N端口器件的导纳矩阵中对应当前施加所述射频信号电压的金属导体的一列数据；
在获取到所述N端口器件的导纳矩阵的N列数据后，根据所述N端口器件的导纳矩阵获取所述n端口器件的导纳矩阵，其中，所述MEMS器件的端口特性参数包括所述n端口器件的导纳矩阵；
其中，所述采用数值有限元法获取所述N个金属导体上在各个频点的电流值，根据所述预设幅度值和所述N个金属导体上在各个频点的电流值确定所述N端口器件的导纳矩阵中对应当前施加所述射频信号电压的金属导体的一列数据，包括：
若在第i个金属导体上施加预设幅度值的射频信号电压，则将所述N个金属导体中除所述第i个金属导体的其它金属导体设置为接地，采用数值有限元法得到所述N个金属导体上在各个频点的电流值I1(ω)，I2(ω)，……，IN(ω)，i为不大于N的正整数，ω为角频率；
根据所述N个金属导体上在各个频点的电流值以及所述预设幅度值确定所述N端口器件的导纳矩阵的第i列数据y1i(ω)，y2i(ω)，……，yNi(ω)，其中，y1i(ω)＝U0/I1(ω)，y2i(ω)＝U0/I2(ω)，……，yNi(ω)＝U0/IN(ω)，U0为施加在所述第i个金属导体上的预设幅度值的射频信号电压；
其中，所述根据所述N端口器件的导纳矩阵获取所述n端口器件的导纳矩阵包括：
根据所述N端口器件的导纳矩阵建立表征所述N端口器件的端口电流值、端口电压值间关系的矩阵方程；
将所述矩阵方程中的对于所述剩余的N-n个金属导体中的接地的金属导体的端口电压值设为零，将所述矩阵方程中的对于所述剩余的N-n个金属导体中的处于开路状态的金属导体的端口电流值设为零；
通过求解进行端口电压值、端口电流值设定后的矩阵方程的方式消去与所述剩余的N-n个金属导体有关的端口电流值、端口电压值，得到消去处理后的矩阵方程，根据所述消去处理后的矩阵方程获取所述n端口器件的导纳矩阵。
2.根据权利要求1所述的MEMS器件端口特性参数提取方法，其特征在于，所建立的矩阵方程为：由所述N端口器件的端口电流值构成的矩阵等于所述N端口器件的导纳矩阵与由所述N端口器件的端口电压值构成的矩阵的乘积。
3.根据权利要求1或2所述的MEMS器件端口特性参数提取方法，其特征在于，还包括：
根据所述n端口器件的导纳矩阵确定所述n端口器件的散射矩阵，其中，所述MEMS器件的端口特性参数还包括所述n端口器件的散射矩阵。
4.一种MEMS器件端口特性参数提取装置，其特征在于，所述MEMS器件处于多物理场仿真环境中，所述多物理场仿真环境至少包括电场和力场，所述MEMS器件包括N个金属导体，所述N个金属导体中的n个金属导体作为所述MEMS器件的端口，剩余的N-n个金属导体接地或者处于开路状态，其中，N和n均为整数，且n小于或者等于N，所述装置包括：
端口添加单元，用于为所述剩余的N-n个金属导体加上端口，以使所述MEMS器件由n端口器件转换成N端口器件；
处理单元，用于分别在所述N个金属导体中的各个金属导体上施加预设幅度值的射频信号电压，每在一个金属导体上施加所述射频信号电压后，将除当前施加所述射频信号电压的金属导体外的其他金属导体设置为接地，采用数值有限元法获取所述N个金属导体上在各个频点的电流值，根据所述预设幅度值和所述N个金属导体上在各个频点的电流值确定所述N端口器件的导纳矩阵中对应当前施加所述射频信号电压的金属导体的一列数据；
参数提取单元，用于在所述处理单元获取到所述N端口器件的导纳矩阵的N列数据后，根据所述N端口器件的导纳矩阵获取所述n端口器件的导纳矩阵，其中，所述MEMS器件的端口特性参数包括所述n端口器件的导纳矩阵；
其中，所述处理单元具体用于若在第i个金属导体上施加预设幅度值的射频信号电压，则将所述N个金属导体中除所述第i个金属导体的其它金属导体设置为接地，采用数值有限元法得到所述N个金属导体上在各个频点的电流值I1(ω)，I2(ω)，……，IN(ω)，i为不大于N的正整数，ω为角频率；根据所述N个金属导体上在各个频点的电流值以及所述预设幅度值确定所述N端口器件的导纳矩阵的第i列数据y1i(ω)，y2i(ω)，……，yNi(ω)，其中，y1i(ω)＝U0/I1(ω)，y2i(ω)＝U0/I2(ω)，……，yNi(ω)＝U0/IN(ω)，U0为施加在所述第i个金属导体上的预设幅度值的射频信号电压；
其中，所述参数提取单元包括：
方程建立模块，用于根据所述N端口器件的导纳矩阵建立表征所述N端口器件的端口电流值、端口电压值间关系的矩阵方程；
参数设定模块，用于将所述矩阵方程中的对于所述剩余的N-n个金属导体中的接地的金属导体的端口电压值设为零，将所述矩阵方程中的对于所述剩余的N-n个金属导体中的处于开路状态的金属导体的端口电流值设为零；
矩阵获取模块，用于通过求解进行端口电压值、端口电流值设定后的矩阵方程的方式消去与所述剩余的N-n个金属导体有关的端口电流值、端口电压值，得到消去处理后的矩阵方程，根据所述消去处理后的矩阵方程获取所述n端口器件的导纳矩阵。
5.根据权利要求4所述的MEMS器件端口特性参数提取装置，其特征在于，所建立的矩阵方程为：由所述N端口器件的端口电流值构成的矩阵等于所述N端口器件的导纳矩阵与由所述N端口器件的端口电压值构成的矩阵的乘积。
6.根据权利要求4或5所述的MEMS器件端口特性参数提取装置，其特征在于：
所述参数提取单元还用于根据所述n端口器件的导纳矩阵确定所述n端口器件的散射矩阵，其中，所述MEMS器件的端口特性参数还包括所述n端口器件的散射矩阵。
7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如下MEMS器件端口特性参数提取方法的步骤，其中，所述MEMS器件处于多物理场仿真环境中，所述多物理场仿真环境至少包括电场和力场，所述MEMS器件包括N个金属导体，所述N个金属导体中的n个金属导体作为所述MEMS器件的端口，剩余的N-n个金属导体接地或者处于开路状态，其中，N和n均为整数，且n小于或者等于N，所述步骤包括：
为所述剩余的N-n个金属导体加上端口，以使所述MEMS器件由n端口器件转换成N端口器件；
分别在所述N个金属导体中的各个金属导体上施加预设幅度值的射频信号电压，每在一个金属导体上施加所述射频信号电压后，将除当前施加所述射频信号电压的金属导体外的其他金属导体设置为接地，采用数值有限元法获取所述N个金属导体上在各个频点的电流值，根据所述预设幅度值和所述N个金属导体上在各个频点的电流值确定所述N端口器件的导纳矩阵中对应当前施加所述射频信号电压的金属导体的一列数据；
在获取到所述N端口器件的导纳矩阵的N列数据后，根据所述N端口器件的导纳矩阵获取所述n端口器件的导纳矩阵，其中，所述MEMS器件的端口特性参数包括所述n端口器件的导纳矩阵；
其中，所述采用数值有限元法获取所述N个金属导体上在各个频点的电流值，根据所述预设幅度值和所述N个金属导体上在各个频点的电流值确定所述N端口器件的导纳矩阵中对应当前施加所述射频信号电压的金属导体的一列数据，包括：
若在第i个金属导体上施加预设幅度值的射频信号电压，则将所述N个金属导体中除所述第i个金属导体的其它金属导体设置为接地，采用数值有限元法得到所述N个金属导体上在各个频点的电流值I1(ω)，I2(ω)，……，IN(ω)，i为不大于N的正整数，ω为角频率；
根据所述N个金属导体上在各个频点的电流值以及所述预设幅度值确定所述N端口器件的导纳矩阵的第i列数据y1i(ω)，y2i(ω)，……，yNi(ω)，其中，y1i(ω)＝U0/I1(ω)，y2i(ω)＝U0/I2(ω)，……，yNi(ω)＝U0/IN(ω)，U0为施加在所述第i个金属导体上的预设幅度值的射频信号电压；
其中，所述根据所述N端口器件的导纳矩阵获取所述n端口器件的导纳矩阵包括：
根据所述N端口器件的导纳矩阵建立表征所述N端口器件的端口电流值、端口电压值间关系的矩阵方程；
将所述矩阵方程中的对于所述剩余的N-n个金属导体中的接地的金属导体的端口电压值设为零，将所述矩阵方程中的对于所述剩余的N-n个金属导体中的处于开路状态的金属导体的端口电流值设为零；
通过求解进行端口电压值、端口电流值设定后的矩阵方程的方式消去与所述剩余的N-n个金属导体有关的端口电流值、端口电压值，得到消去处理后的矩阵方程，根据所述消去处理后的矩阵方程获取所述n端口器件的导纳矩阵。
8.根据权利要求7所述的计算机可读存储介质，其特征在于，所建立的矩阵方程为：由所述N端口器件的端口电流值构成的矩阵等于所述N端口器件的导纳矩阵与由所述N端口器件的端口电压值构成的矩阵的乘积。
9.根据权利要求7或8所述的计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时还实现如下步骤：
根据所述n端口器件的导纳矩阵确定所述n端口器件的散射矩阵，其中，所述MEMS器件的端口特性参数还包括所述n端口器件的散射矩阵。
10.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-3之一所述MEMS器件端口特性参数提取方法的步骤。
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