CN110442960A - 活动引线搭焊电磁传输性能与互联点形态的耦合预测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种活动引线搭焊电磁传输性能与互联点形态的耦合预测方法，包括：确定活动引线搭焊互联结构参数与物性参数，建立活动引线搭焊互联形态的参数化表征模型，设计活动引线搭焊互联形态参数与电磁传输性能指标的正交试验，计算活动引线搭焊互联形态参数关联强度、活动引线搭焊互联形态参数显著性，确定活动引线搭焊互联形态关键参数并进行关联区间及最佳参数计算，并基于此预测电磁传输性能是否达标。本方法可指导微波组件设计与优化，提升微波产品研制品质。
Description
技术领域
本发明属于微波射频电路技术领域，具体是一种活动引线搭焊电磁传输性能与互联点形态的耦合预测方法，可指导微波组件设计与优化，提升微波产品研制品质。
背景技术
随着电子信息技术的快速发展，微波射频电路及模块被广泛应用于移动通信、卫星通信、雷达、及其它航空航天等领域。微波电子器件及模块的研制日趋小型化、集成化、高速率与高可靠，这对微波器件及模块的组装互联提出了非常严苛的要求。微波组件中电路模块互联形态对高频电磁传输性能的影响随着频率的升高急剧显著，同时，在电子设备服役中，互联形态也极易受温度及环境载荷的影响，上述使得高频微波组件中模块互联问题成为严重影响微波组件性能和制约微波组件研制水平提升的关键因素。
在高频有源微波组件中，电路模块间组装由于受到组装精度和制造公差的限制，安装间隙不可避免，而且由于组装精度和制造公差取值的变化会造成模块间隙距离显著变化。采用活动引线搭焊互联结构，不仅能起到信号精确传递的作用，同时还具有调节组装误差与缓冲载荷的效果，并且这种互联形态能够有效克服由于材料热膨胀系数不匹配所造成的连接易开裂等缺陷，显著地改善了互联处抗热应力的不足，提升了电路互联可靠性。然而活动引线搭焊互联形态的改变及瞬时变化会对高频微波电磁传输性能造成显著影响，现有针对互联形态与电磁传输性能的影响机理鲜见研究，且工程中多停留在人工经验以及大量软件仿真上，无法精确快速给出面向传输性能的最佳互联形态，造成人工成本高，且工作效率低。
因此，有必要深入研究活动引线搭焊电磁传输性能与互联点形态的耦合预测方法，构建互联点参数化模型，筛选关键参数，确定最佳参数组合及关联区间，实现对互联点电磁传输性能是否达标的快速预测，指导微波组件设计与优化，提升微波产品研制品质。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种活动引线搭焊电磁传输性能与互联点形态的耦合预测方法，以便快速、准确地确定活动引线搭焊互联最佳形态参数，为微波组件性能提升，以及复杂环境下电性能的保障提供理论指导。
实现本发明目的的技术解决方案是一种活动引线搭焊电磁传输性能与互联点形态的耦合预测方法，包括下述步骤：
(1)根据高频微波组件互联的具体要求，确定微波组件中活动引线搭焊互联的结构参数与物性参数；
(2)根据微波组件互联形态，对活动引线搭焊互联形态进行参数化表征；
(3)根据确定的微波组件中活动引线搭焊互联结构参数、物性参数及形态参数化表征，建立活动引线搭焊互联结构-电磁分析模型；
(4)根据微波组件中活动引线搭焊互联形态参数与电性能评价指标，确定因素、水平和指标，设计活动引线搭焊互联形态参数与电磁传输性能指标的正交试验；
(5)根据正交试验结果极差分析，计算活动引线搭焊互联形态参数关联强度；
(6)根据正交试验结果方差分析，计算活动引线搭焊互联形态参数显著性；
(7)根据活动引线搭焊互联形态参数关联强度与显著性，确定活动引线搭焊互联形态关键参数并进行关联区间及最佳参数计算；
(8)实测活动引线搭焊互联点关键参数值，并根据关联区间及最佳参数快速预测电磁传输性能；若所测的所有关键参数值均在关联区间以内，则性能达标，若有关键参数值不在关联区间内，则性能不达标。
进一步，上述的步骤(1)中，确定微波组件中活动引线搭焊互联的结构参数与物性参数，具体包括：
确定结构参数包括：介质基板长度L1、介质基板宽度W1、介质基板厚度H1、微带线长度L2、微带线宽度W2、微带线厚度H2、接插件探针长度L3、接插件直径D1、接插件母座长度L4、接插件探针直径D2、接插件开孔长度L5、接插件开孔直径D3、接插件夹缝长度L6、接插件夹缝宽度W3、接插件与介质基板距离L7、互联点与接插件距离L9、接插件距离微带线距离H3、金带与接插件探针距离L12、同轴接头探针直径D4、同轴接头玻璃介质长度L8、同轴接头插入接插件长度L10、同轴接头与介质基板距离L11和同轴接头玻璃介质直径D5；
确定物性参数包括：信号传输频率f、介质基板介电常数εs、介质基板损耗角正切θs、玻璃介质介电常数εg和玻璃介质损耗角正切θg。
进一步，上述的步骤(2)包括接插件与介质基板连接点形态表征，接插件与同轴接头连接点形态表征，具体包括：
(2a)接插件与介质基板连接点(坐标系位于介质基板中心)：
针对互联点与接插件探针、微带线，包括引线圆心坐标、直径、长度、引线与微带线过度面表征，针对互联点切面拟合线表征，针对微带线与接插件表征包括微带线起始点；
(2b)接插件与同轴接头连接点(坐标系位于介质基板中心)：
针对接插件，包括接插件的圆心坐标、直径和长度标准的表征，以及接插件内部插槽的直径、长度和接插件夹缝的表征；
针对同轴接头，包括同轴接头探针的圆心、直径、长度的表征，以及玻璃介质的圆心、直径和长度的表征。
进一步，上述的步骤(3)根据步骤(1)中确定的微波组件活动引线搭焊互联结构参数、物性参数，以及步骤(2)中对活动引线搭焊互联形态进行的参数化表征，在三维电磁全波仿真分析软件中建立活动引线搭焊互联结构-电磁分析模型。
进一步，上述的步骤(4)按如下过程进行：
(4a)根据微波组件互联形态，确定活动引线搭焊互联形态6个调控因素分别为：微带线宽度W2、接插件探针长度L3、互联点与接插件距离L9、金带与接插件探针距离L12、同轴接头插入接插件长度L10、同轴接头与介质基板距离L11；
(4b)根据微波组件互联形态，确定活动引线搭焊互联形态6个因素波动范围分别为：微带线宽度W2∈[W2min,W2max]、接插件探针长度L3∈[L3min,L3max]、互联点与接插件距离L9∈[L9min,L9max]、金带与接插件探针距离L12∈[L12min,L12max]、同轴接头插入接插件长度L10∈[L10min,L10max]、同轴接头与介质基板距离L11∈[L11min,L11max]；
(4c)依据活动引线搭焊互联形态6个因素波动范围，选取等间距6个因素的7个水平数值；
(4d)根据微波组件互联与电磁传输工程实际调研，确定活动引线搭焊互联电磁传输性能指标为插入损耗S21和电压驻波比VSWR；
(4e)设计6因素7水平正交表L49(78)，并结合三维电磁全波仿真软件分析设计活动引线搭焊互联形态参数与电磁传输性能指标的正交试验。
进一步，上述的步骤(5)对步骤(4)中的正交试验结果进行极差分析，具体计算为：
设列数为r，因素数为v，则有r≥v；水平数为m，总试验次数为n，i＝1,2···m，j＝1,2…r，Ti j为第j列i水平所对应的试验指标数值之和，u为第j列同一水平出现的次数，则得到第j列i水平所对应的试验指标平均值计算公式；
各参数的极差值Rj为该参数各水平计算的统计参数kij最大值与最小值的差值。
进一步，上述的步骤(6)按如下过程进行：
(6a)根据步骤(5)中的正交试验结果计算偏差平方和，得到互联形态各参数及空列偏差平方和、总差方和和试验误差平方和；
(6b)根据步骤(5)中的正交试验计算自由度，得到试验总自由度、各参数自由度和试验误差自由度；
(6c)结合上述计算过程(6a)和(6b)计算平均差方和，得到各参数平均差方和和误差平均差方和；
(6d)结合上述计算结果，计算平均偏差平方和比值F值；
(6e)根据正交试验方差分析结果，查F分布表，自由度fA是因子A的，自由度fe是误差的，其临界值Fα(fA,fe)，如果FA＞Fα(fA,fe)就舍弃假设，可以认为因子A是显著的；如果FA≤Fα(fA,fe)就没有理由否定假设，则认为因子A是不显著的。
进一步，上述的步骤(7)涉及两个指标电压驻波比和插入损耗，采用多目标筛选的加权求和法，将多个指标转化为单指标，然后用单指标的分析方法获得多指标试验的结论,按如下过程进行：
(7a)确定约束条件，在一系列约束条件下，寻找一组参数值，使函数的目标值达到最优，得到其筛选矢量；
(7b)确定目标函数，采取插入损耗S21最小值和电压驻波比VSWR最小值作为电磁传输性能的筛选目标，确定总体筛选目标函数。
进一步，关联区间的确定以最佳参数为基础进行，依次单独调整某一参数，在HFSS软件中进行面向插入损耗和电压驻波比的扫参分析，得到该参数对应于插入损耗与电压驻波比的两个区间，取其交集即为该参数的关联区间，在此区间内插入损耗及电压驻波比均达标。
本发明与现有技术相比，具有以下特点：
1.本发明针对微波组件活动引线搭焊互联结构，建立了面向电性能的活动引线搭焊互联形态参数化表征模型，基于此表征模型研究了互联形态与电磁传输性能之间的影响关系，确定了活动引线搭焊互联最佳形态参数，解决了目前微波组件中模块互联形态与电磁传输性能间影响关联不清，精确优化设计方向不明的难题。
2.利用活动引线搭焊电磁传输性能与互联点形态的耦合预测方法，可实现在设计制造全过程与工作服役全周期中，互联形态的参数化定量精确表征，快速给出活动引线搭焊互联最佳形态参数，为工程设计人员在微波组件中模块互联中性能预测提供理论指导，从而提升工作效率，降低产品研制成本，保障产品服役性能。
附图说明
图1是活动引线搭焊电磁传输性能与互联点形态的耦合预测方法流程图；
图2是活动引线搭焊互联结果尺寸标注图；
图3是活动引线焊参数化表征模型图；
图4是活动引线搭焊面向插入损耗极差分析图；
图5是活动引线搭焊面向电压驻波比极差分析图。
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，本发明为一种活动引线搭焊电磁传输性能与互联点形态的耦合预测方法，具体步骤如下：
步骤1，确定微波组件中活动引线搭焊互联的结构参数与物性参数
结构参数标注如图2所示，包括：介质基板长度L1、介质基板宽度W1、介质基板厚度H1、微带线长度L2、微带线宽度W2、微带线厚度H2、接插件探针长度L3、接插件直径D1、接插件母座长度L4、接插件探针直径D2、接插件开孔长度L5、接插件开孔直径D3、接插件夹缝长度L6、接插件夹缝宽度W3、接插件与介质基板距离L7、互联点与接插件距离L9、接插件距离微带线距离H3、金带与接插件探针距离L12、同轴接头探针直径D4、同轴接头玻璃介质长度L8、同轴接头插入接插件长度L10、同轴接头与介质基板距离L11和同轴接头玻璃介质直径D5；
确定物性参数包括：信号传输频率f、介质基板介电常数εs、介质基板损耗角正切θs、玻璃介质介电常数εg和玻璃介质损耗角正切θg。
步骤2，对活动引线搭焊互联形态进行参数化表征
根据微波组件互联形态，对活动引线搭焊互联形态分段进行参数化表征，包括接插件与介质基板连接点形态表征，接插件与同轴接头连接点形态表征，按如下过程进行：
(2a)接插件与介质基板连接点(坐标系位于介质基板中心)：
针对互联点与接插件探针、微带线：
引线圆心坐标：(xs,ys,zs)＝(0,L1/2-L4-L7,H1+H2+H3+D1/2)；
直径：D2；长度：-L3；
引线与微带线过度面：起点(xs,ys,zs)＝(-W2/2,L1/2-L4-L7-L9,H1+H2+H3+D1/2)；
其中：XSize:W2 YSize:-L3+L9；
针对互联点切面拟合线：
P1＝(x1,y1,z1)-＞(x2,y2,z2)＝(-W2/2,L1/2-L3-L4-L7,H1+H2)-＞(W2/2,L1/2-L3-L4-L7,H1+H2)
P2＝(x2,y2,z2)-＞(x3,y3,z3)＝(W2/2,L1/2-L3-L4-L7,H1+H2)-＞(W2/2,L1/2-L3+H3+D1-L4-L7,H1+H2+H3+D1)
P3＝(x2,y2,z2)->(x3,y3,z3)＝(W2/2,L1/2-L3+H3+D1-L4-L7,H1+H2+H3+D1)->(-W2/2,L1/2-L3+H3+D1-L4-L7,H1+H2+H3+D1)
针对微带线与接插件：
微带线起始点：(x,y,z)＝(-W2/2,-L1/2,H1)XSize：W2 YSize：L2 ZSize：H2；
(2b)接插件与同轴接头连接点(坐标系位于介质基板中心)：
针对接插件：
接插件圆心坐标：(x,y,z)＝(0mm,L1/2-L4-L7,H1+H2+H3+D1/2)
直径：D1；长度：L4；
接插件内部插槽：圆心(x,y,z)＝(0mm,L1/2-L7,H1+H2+H3+D1/2)
直径：D3；长度：-L5；
接插件夹缝：起点(x,y,z)＝(W3/2,L1/2-L7,H1+H2+H3)；
XSize:-W3 YSize:-L6 ZSize:D1；
针对同轴接头：
同轴接头探针：圆心(x,y,z)＝(0mm,L1/2,H1+H2+H3+D1/2)；
直径：D3；长度：-L7-L10；
玻璃介质：圆心(x,y,z)＝(0mm,L1/2+L11,H1+H2+H3+D1/2)；
直径：D5；长度：L8；
式中，L1为介质基板长度、L2为微带线长度、L3为接插件探针长度、L4为接插件母座长度、L5为接插件开孔长度、L6为接插件夹缝长度、L7为接插件与介质基板距离、L8为同轴接头玻璃介质长度、L9为互联点与接插件距离、L10为同轴接头插入接插件长度、L11为同轴接头与介质基板距离、D1为接插件直径、D2为接插件探针直径、D3为接插件开孔直径、D4为同轴接头探针直径、D5为同轴接头玻璃介质直径、W1为介质基板宽度、W2为微带线宽度、W3为接插件夹缝宽度、H1为介质基板厚度、H2为微带线厚度、H3为接插件距离微带线距离。
步骤3，建立活动引线搭焊互联结构-电磁分析模型
根据确定的微波组件中活动引线搭焊互联结构参数、物性参数及形态参数化表征，建立活动引线搭焊互联结构-电磁分析模型，包括根据步骤(1)中确定的微波组件活动引线搭焊互联结构参数、物性参数，以及步骤(2)中对活动引线搭焊互联形态进行的参数化表征，在三维电磁全波仿真分析软件中建立活动引线搭焊互联结构-电磁分析模型，所建立的模型如下图3示。
步骤4，设计活动引线搭焊互联形态参数与电磁传输性能指标的正交试验
根据微波组件中活动引线搭焊互联形态参数与电性能评价指标，确定因素、水平和指标，设计活动引线搭焊互联形态参数与电磁传输性能指标的正交试验，按照以下步骤进行：
(4a)根据微波组件互联形态，确定活动引线搭焊互联形态6个调控因素分别为：微带线宽度W2、接插件探针长度L3、互联点与接插件距离L9、金带与接插件探针距离L12、同轴接头插入接插件长度L10、同轴接头与介质基板距离L11；
(4b)根据微波组件互联形态，确定活动引线搭焊互联形态6个因素波动范围分别为：微带线宽度W2∈[W2min,W2max]、接插件探针长度L3∈[L3min,L3max]、互联点与接插件距离L9∈[L9min,L9max]、金带与接插件探针距离L12∈[L12min,L12max]、同轴接头插入接插件长度L10∈[L10min,L10max]、同轴接头与介质基板距离L11∈[L11min,L11max]；
(4c)依据活动引线搭焊互联形态6个因素波动范围，选取等间距6个因素的7个水平数值；
(4d)根据微波组件互联与电磁传输工程实际调研，确定活动引线搭焊互联电磁传输性能指标为插入损耗S21和电压驻波比VSWR；
(4e)设计6因素7水平正交表L49(78)，并结合三维电磁全波仿真软件分析设计活动引线搭焊互联形态参数与电磁传输性能指标的正交试验。
步骤5，计算活动引线搭焊互联形态参数关联强度
根据正交试验结果进行极差分析，计算活动引线搭焊互联形态参数关联强度，将步骤(5)对步骤(4)中的正交试验结果进行极差分析，具体计算为：
设列数为r，因素数为v，则有r≥v；水平数为m，总试验次数为n，i＝1,2···m，j＝1,2…r，Ti j为第j列i水平所对应的试验指标数值之和，u为第j列同一水平出现的次数，则第j列i水平所对应的试验指标平均值计算公式：
各参数的极差值Rj为该参数各水平计算的统计参数kij最大值与最小值的差值：
Rj＝kj(max)-kj(min)
式中，kj(max)为第j列中最大的ki j值，kj(min)为第j列中最小的ki j值。
步骤6，计算活动引线搭焊互联形态参数显著性
根据正交试验结果进行方差分析，计算活动引线搭焊互联形态参数显著性，按照以下步骤进行：
(6a)根据步骤(5)中的正交试验结果计算偏差平方和，互联形态各参数及空列偏差平方和为：
上式中，为第j列1水平所对应的试验指标平均值，为第j列2水平所对应的试验指标平均值，为第j列m水平所对应的试验指标平均值，m为水平数，u为第j列同一水平出现的次数，xir为第i水平，第r个观测数据；为所有观测数据平均值；
总差方和为：
试验误差平方和Qe为：
(6b)根据步骤(5)中的正交试验计算自由度，试验总自由度fT为：
fT＝mu-1
各参数自由度fj为：
fj＝m-1
试验误差自由度fe为：
(6c)结合上述计算过程(6a)和(6b)计算平均差方和，各参数平均差方和为：
误差平均差方和为：
(6d)结合上述计算结果，计算平均偏差平方和比值F值为：
式中，Fj为第j个参数的平均差方和MQj与误差平均差方和MQe之比；
(6e)根据正交试验方差分析结果，查F分布表，自由度fA是因子A的，自由度fe是误差的，其临界值Fα(fA,fe)，如果FA＞Fα(fA,fe)就舍弃假设，可以认为因子A是显著的；如果FA≤Fα(fA,fe)就没有理由否定假设，则认为因子A是不显著的。
步骤7，确定活动引线搭焊互联形态关键参数并进行关联区间和最佳参数计算
根据活动引线搭焊互联形态参数关联强度与显著性，确定活动引线搭焊互联形态关键参数并进行关联区间和最佳参数计算，涉及电压驻波比和插入损耗两个指标，采用多目标筛选的加权求和法，将多个指标转化为单指标，然后用单指标的分析方法获得多指标试验的结论，按照以下步骤进行：
(7a)确定约束条件，在一系列约束条件下，寻找一组参数值，使函数的目标值达到最优，其筛选矢量可以表示为：
X＝(A,B,C,D,E,F)
将满足上述约束条件的X的集合记为M；其中A,B,C,D,E,F为集合X的元素；
(7b)确定目标函数，采取插入损耗S21最小值和电压驻波比VSWR最小值作为电磁传输性能的筛选目标，确定总体筛选目标函数为：
minφ(X)X∈M
式中，X为筛选矢量，X0为筛选前的参数组合，kIL为插损的权重系数，kVSWR为电压驻波比的权重系数。
关联区间的确定以最佳参数为基础进行，依次单独调整某一参数，在HFSS软件中进行面向插入损耗和电压驻波比的扫参分析，得到该参数对应于插入损耗与电压驻波比的两个区间，取其交集即为该参数的关联区间，在此区间内插入损耗及电压驻波比均达标。
步骤8，实测活动引线搭焊互联点关键参数值，并根据关联区间及最佳参数快速预测电磁传输性能
步骤(8)基于步骤(7)中的各关键参数的关联区间及最佳参数，实测活动引线搭焊互联点关键参数值并预测电磁传输性能，若所测的所有关键参数值均在关联区间以内，则性能达标，且关键参数整体参数值越接近最佳参数性能越好，若有关键参数值不在关联区间内，则性能不达标。
本发明的优点可通过以下仿真实验进一步说明：
一、确定活动引线搭焊互联的结构参数与物性参数
本实验以L波段有源相控阵天线T/R组件为例，研究T/R组件中电路模块互联采用活动引线搭焊结构时，互联形态参数对电路微波传输性能的影响。活动引线搭焊互联参数化模型参数标注图见图2，活动引线搭焊互联的结构参数与物性参数见表1，并取T/R组件的电磁工作频率为1.5GHz。
表1活动引线搭焊互联的结构参数与物性参数
二、计算活动引线搭焊互联最佳形态参数
1.建立活动引线搭焊互联结构-电磁分析模型
根据确定的T/R组件中活动引线搭焊互联结构参数、物性参数及形态参数化表征，建立活动引线搭焊互联结构-电磁分析模型如图3，所建立的模型由同轴接头、接插件、微带线、介质基板等部分组成。
2.设计活动引线搭焊互联形态参数与电磁传输性能指标的正交试验
(1)确定活动引线搭焊互联设计变量、设计初值与波动范围
根据微波组件互联形态，确定活动引线搭焊互联形态6个调控因素对应的设计变量、设计初值和波动范围如下表2示。设计初值选取为波动范围的中值。
表2活动引线搭焊互联的设计变量、设计初值与波动范围
| 序号 | 表征量 | 参数名 | 参数初值 | 变化范围 |
| 1 | 微带线宽度(mm) | W2 | 0.65 | 0.50～0.80 |
| 2 | 接插件探针长度(mm) | L3 | 2.00 | 1.00～3.00 |
| 3 | 互联点与接插件距离(mm) | L9 | 0.15 | 0.00～0.30 |
| 4 | 金带与接插件探针距离(mm) | L12 | 1.25 | 0.00～2.50 |
| 5 | 同轴接头插入接插件长度(mm) | L10 | 1.10 | 0.20～2.00 |
| 6 | 同轴接头与介质基板距离(mm) | L11 | 0.15 | 0.00～0.30 |
(2)选取正交试验因素、水平和指标
对活动引线搭焊互联形态依据波动范围选取等间距6因素7水平数值，根据微波组件互联与电磁传输工程实际调研，确定活动引线搭焊互联电磁传输性能指标为插入损耗S21≤0.3dB，电压驻波比VSWR≤1.5。
(3)设计正交试验
设计6因素7水平正交表L49(78)，并结合三维电磁全波仿真软件分析设计活动引线搭焊互联形态参数与电磁传输性能指标的正交试验，分析结果见表3。
表3活动引线焊L波段正交试验分析结果
3.计算活动引线搭焊互联形态参数关联强度
对活动引线搭焊互联正交试验结果进行极差分析，第j列i水平所对应的试验指标平均值计算如下：
式中，i＝1,2···m，m为水平数；j＝1,2…r，r为列数，因素数为v，则有r≥v；Ti j为第j列i水平所对应的试验指标数值之和，u为第j列同一水平出现的次数。
极差值Rj为该参数各水平计算的统计参数kij最大值与最小值的差值：
Rj＝kj(max)-kj(min)
则，面向插损指标S21的极差分析结果以各个参数水平为横坐标，以试验指标平均值(ki)为纵坐标，绘制各参数水平与插入损耗趋势图如图4所示，关联强度排序如表4所示。
表4插入损耗极差分析结果及关联强度排序
面向电压驻波比VSWR的极差分析结果以各个参数水平为横坐标，以试验指标平均值(ki)为纵坐标，绘制各参数水平与插入损耗趋势图如图5所示，关联强度排序如表5所示。
表5电压驻波比极差分析结果及关联强度排序
| 参数 | 极差 | 关联强度 |
| W2 | 0.0683 | 1 |
| L11 | 0.0306 | 2 |
| L12 | 0.0183 | 3 |
| L3 | 0.0134 | 4 |
| L9 | 0.0040 | 5 |
| L10 | 0.0026 | 6 |
4.计算活动引线搭焊互联形态参数显著性
(1)活动引线搭焊互联正交试验结果方差分析
根据正交试验结果进行方差分析，结合相关计算公式，F值计算公式为：
则，面向插损指标S21的方差分析F值计算结果为：
FS21＝[643.871 136.611 1.714 26.39 1.11 122.9]
面向电压驻波比VSWR指标的方差分析F值计算结果为：
FVSWR＝[1190.960 0.419 17.570 56.680 0.975 161.100]
(2)活动引线搭焊互联形态参数显著性计算
根据正交试验方差分析结果，面向插损指标S21的活动引线搭焊互联形态参数显著性分析结果如表6所示。
表6针对插入损耗的参数显著性及关键参数
| 参数 | 显著性 | 关键参数 |
| W2 | 非常显著 | 是 |
| L3 | 非常显著 | 是 |
| L12 | 非常显著 | 是 |
| L11 | 非常显著 | 是 |
面向电压驻波比指标VSWR的活动引线搭焊互联形态参数显著性分析结果如表7所示。
表7针对电压驻波比的参数显著性及关键参数
| 参数 | 显著性 | 关键参数 |
| W2 | 非常显著 | |
| L3 | 非常显著 | 是 |
| L12 | 非常显著 | |
| L11 | 非常显著 | 是 |
5.确定活动引线搭焊互联形态关键参数并计算关联区间及最佳参数
综合以上面向插入损耗及电压驻波比的所有试验结果，确定该模型该频段最终的关键参数为W2，L3，L9，L11，L12，其二水平参数如表8所示。
表8寻优过程所需考虑关键参数及其二水平值
通过HFSS仿真得到插入损耗最优及电压驻波比最优时对应参数如表9所示。
表9面向插损及驻波的最优参数组合
| 参数 | W2/mm | L3/mm | L9/mm | L11/mm | L12/mm |
| S21最优值 | 0.8 | 3 | 0.3 | 0 | 1.25 |
| VSWR最优值 | 0.8 | 2 | 0.3 | 0 | 1.25 |
由表可见，两个性能指标最优时的参数组合仅参数L3不同，故需采用多目标参数筛选，确定总体筛选目标函数为：
minφ(X)X∈M
式中，X为筛选矢量，X0为筛选前的参数组合，kIL为插损的权重系数，kVSWR为电压驻波比的权重系数。
而且根据微波领域对电磁传输性能的要求，插入损耗与电压驻波比权重应该相等，因此可以设各权重系数为kIL＝10，kVSWR＝10。
然后用单指标的分析方法获得多指标试验的结论，分析结果如表10所示。
表10插损与驻波最优参数值对应目标函数值对比
| 参数 | W2/mm | L3/mm | L9/mm | L11/mm | L12/mm | S21 | VSWR | 目标函数 |
| 初始值 | 0.60 | 1.50 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | -0.04 | 1.15 | |
| S21优 | 0.80 | 3.00 | 0.30 | 0.00 | 1.25 | -0.02 | 1.07 | 13.88 |
| VSWR优 | 0.80 | 2.00 | 0.30 | 0.00 | 1.25 | -0.02 | 1.07 | 14.42 |
由表可知，对于目标值，插入损耗最优时的参数对应的目标函数值最小，即取L3＝3mm，由此可以分析最佳参数值性能与初始参数值性能的比较如表11所示。
表11最佳参数值性能与初始参数值性能比较
根据得到的最佳参数值进行关联区间的分析，将最佳参数代入软件仿真，进行单参数在其可调范围内扫参的方式进行结果分析，得到结果如表12所示。
表12单参数在其可调范围内扫参结果
由上表可知，各个关键参数在其取值范围内波动均满足插损及驻波的指标要求，故在L频段的参数关联区间如表13所示。
表13活动引线搭焊L频段参数关联区间
| 参数 | W2/mm | L3/mm | L9/mm | L12/mm | L10/mm | L11/mm |
| 关联区间 | 0.5～0.8 | 1～3 | 0～0.3 | 0～2.5 | 0.2～2 | 0～0.3 |
由上述仿真实验可以看出，本发明提出的一种活动引线搭焊电磁传输性能与互联点形态的耦合预测方法，可快速、准确地分析计算出活动引线搭焊互联最佳形态参数，能够显著提升微波组件中模块互联设计效率与电磁传输性能。
6.实测活动引线搭焊互联点关键参数值并预测电磁传输性能
实测活动引线搭焊互联点关键参数值如表14所示。
表14实测活动引线搭焊互联点关键参数值
| 参数 | W2/mm | L3/mm | L9/mm | L12/mm | L10/mm | L11/mm |
| 实测值 | 0.80 | 2.00 | 0.20 | 1.00 | 2.10 | 0.35 |
由表可知，所测的关键参数L10与L11值在其关联区间以内，则此时对活动引线搭焊互联点的预测结果为性能不达标。
Claims (9)
1.一种活动引线搭焊电磁传输性能与互联点形态的耦合预测方法，其特征在于，包括下述步骤：
(1)根据高频微波组件互联的具体要求，确定微波组件中活动引线搭焊互联的结构参数与物性参数；
(2)根据微波组件互联形态，对活动引线搭焊互联形态进行参数化表征；
(3)根据确定的微波组件中活动引线搭焊互联结构参数、物性参数及形态参数化表征，建立活动引线搭焊互联结构-电磁分析模型；
(4)根据微波组件中活动引线搭焊互联形态参数与电性能评价指标，确定因素、水平和指标，设计活动引线搭焊互联形态参数与电磁传输性能指标的正交试验；
(5)根据正交试验结果极差分析，计算活动引线搭焊互联形态参数关联强度；
(6)根据正交试验结果方差分析，计算活动引线搭焊互联形态参数显著性；
(7)根据活动引线搭焊互联形态参数关联强度与显著性，确定活动引线搭焊互联形态关键参数并进行关联区间及最佳参数计算；
(8)实测活动引线搭焊互联点关键参数值，并根据关联区间及最佳参数快速预测电磁传输性能；若所测的所有关键参数值均在关联区间以内，则性能达标，若有关键参数值不在关联区间内，则性能不达标。
2.根据权利要求1所述的活动引线搭焊电磁传输性能与互联点形态的耦合预测方法，其特征在于，所述步骤(1)中，确定微波组件中活动引线搭焊互联的结构参数包括：介质基板长度L1、介质基板宽度W1、介质基板厚度H1、微带线长度L2、微带线宽度W2、微带线厚度H2、接插件探针长度L3、接插件直径D1、接插件母座长度L4、接插件探针直径D2、接插件开孔长度L5、接插件开孔直径D3、接插件夹缝长度L6、接插件夹缝宽度W3、接插件与介质基板距离L7、互联点与接插件距离L9、接插件距离微带线距离H3、金带与接插件探针距离L12、同轴接头探针直径D4、同轴接头玻璃介质长度L8、同轴接头插入接插件长度L10、同轴接头与介质基板距离L11和同轴接头玻璃介质直径D5；
确定物性参数包括：信号传输频率f、介质基板介电常数εs、介质基板损耗角正切θs、玻璃介质介电常数εg和玻璃介质损耗角正切θg。
3.根据权利要求2所述的活动引线搭焊电磁传输性能与互联点形态的耦合预测方法，其特征在于，所述步骤(2)包括接插件与介质基板连接点形态表征，接插件与同轴接头连接点形态表征，具体包括：
(2a)接插件与介质基板连接点，坐标系位于介质基板中心：
针对互联点与接插件探针、微带线：
引线圆心坐标：(xs,ys,zs)＝(0,L1/2-L4-L7,H1+H2+H3+D1/2)；
直径：D2；长度：-L3；
引线与微带线过度面：起点(xs,ys,zs)＝(-W2/2,L1/2-L4-L7-L9,H1+H2+H3+D1/2)；
其中：XSize:W2 YSize:-L3+L9；
针对互联点切面拟合线：
P1＝(x1,y1,z1)-＞(x2,y2,z2)＝(-W2/2,L1/2-L3-L4-L7,H1+H2)
-＞(W2/2,L1/2-L3-L4-L7,H1+H2)
P2＝(x2,y2,z2)-＞(x3,y3,z3)＝(W2/2,L1/2-L3-L4-L7,H1+H2)
-＞(W2/2,L1/2-L3+H3+D1-L4-L7,H1+H2+H3+D1)
P3＝(x2,y2,z2)->(x3,y3,z3)＝(W2/2,L1/2-L3+H3+D1-L4-L7,H1+H2+H3+D1)
->(-W2/2,L1/2-L3+H3+D1-L4-L7,H1+H2+H3+D1)
针对微带线与接插件：
微带线起始点：(x,y,z)＝(-W2/2,-L1/2,H1) XSize：W2 YSize：L2 ZSize：H2；
(2b)接插件与同轴接头连接点，坐标系位于介质基板中心：
针对接插件：
接插件圆心坐标：(x,y,z)＝(0mm,L1/2-L4-L7,H1+H2+H3+D1/2)；
直径：D1；长度：L4；
接插件内部插槽：圆心(x,y,z)＝(0mm,L1/2-L7,H1+H2+H3+D1/2)；
直径：D3；长度：-L5；
接插件夹缝：起点(x,y,z)＝(W3/2,L1/2-L7,H1+H2+H3)；
XSize:-W3 YSize:-L6 ZSize:D1；
针对同轴接头：
同轴接头探针：圆心(x,y,z)＝(0mm,L1/2,H1+H2+H3+D1/2)；
直径：D3；长度：-L7-L10；
玻璃介质：圆心(x,y,z)＝(0mm,L1/2+L11,H1+H2+H3+D1/2)；
直径：D5；长度：L8；
式中，L1为介质基板长度、L2为微带线长度、L3为接插件探针长度、L4为接插件母座长度、L5为接插件开孔长度、L6为接插件夹缝长度、L7为接插件与介质基板距离、L8为同轴接头玻璃介质长度、L9为互联点与接插件距离、L10为同轴接头插入接插件长度、L11为同轴接头与介质基板距离、D1为接插件直径、D2为接插件探针直径、D3为接插件开孔直径、D4为同轴接头探针直径、D5为同轴接头玻璃介质直径、W1为介质基板宽度、W2为微带线宽度、W3为接插件夹缝宽度、H1为介质基板厚度、H2为微带线厚度、H3为接插件距离微带线距离。
4.根据权利要求1所述的活动引线搭焊电磁传输性能与互联点形态的耦合预测方法，其特征在于，所述步骤(3)根据步骤(1)中确定的微波组件活动引线搭焊互联结构参数、物性参数，以及步骤(2)中对活动引线搭焊互联形态进行的参数化表征，在三维电磁全波仿真分析软件中建立活动引线搭焊互联结构-电磁分析模型。
5.根据权利要求1所述的活动引线搭焊电磁传输性能与互联点形态的耦合预测方法，其特征在于，步骤(4)按如下过程进行：
(4a)根据微波组件互联形态，确定活动引线搭焊互联形态6个调控因素分别为：微带线宽度W2、接插件探针长度L3、互联点与接插件距离L9、金带与接插件探针距离L12、同轴接头插入接插件长度L10和同轴接头与介质基板距离L11；
(4b)根据微波组件互联形态，确定活动引线搭焊互联形态6个因素波动范围分别为：微带线宽度W2∈[W2min,W2max]、接插件探针长度L3∈[L3min,L3max]、互联点与接插件距离L9∈[L9min,L9max]、金带与接插件探针距离L12∈[L12min,L12max]、同轴接头插入接插件长度L10∈[L10min,L10max]和同轴接头与介质基板距离L11∈[L11min,L11max]；
(4c)依据活动引线搭焊互联形态6个因素波动范围，选取等间距6个因素的7个水平数值；
(4d)根据微波组件互联与电磁传输工程实际调研，确定活动引线搭焊互联电磁传输性能指标为插入损耗S21和电压驻波比VSWR；
(4e)设计6因素7水平数值正交表L49(78)，并结合三维电磁全波仿真软件分析设计活动引线搭焊互联形态参数与电磁传输性能指标的正交试验。
6.根据权利要求1所述的活动引线搭焊电磁传输性能与互联点形态的耦合预测方法，其特征在于，步骤(5)对步骤(4)中的正交试验结果进行极差分析，具体计算为：
设列数为r，因素数为v，则有r≥v；水平数为m，总试验次数为n，i＝1,2···m，j＝1,2…r，Ti j为第j列i水平所对应的试验指标数值之和，u为第j列同一水平出现的次数，则第j列i水平所对应的试验指标平均值计算公式：
各参数的极差值Rj为该参数各水平计算的统计参数kij最大值与最小值的差值：
Rj＝kj(max)-kj(min)
式中，kj(max)为第j列中最大的ki j值，kj(min)为第j列中最小的ki j值。
7.根据权利要求1所述的活动引线搭焊电磁传输性能与互联点形态的耦合预测方法，其特征在于，步骤(6)按如下过程进行：
(6a)根据步骤(5)中的正交试验结果计算偏差平方和，互联形态各参数及空列偏差Qj平方和为：
式中，为第j列1水平所对应的试验指标平均值，为第j列2水平所对应的试验指标平均值，为第j列m水平所对应的试验指标平均值，m为水平数，u为第j列同一水平出现的次数，xir为第i水平，第r个观测数据；为所有观测数据平均值；
总差方和QT为：
试验误差平方和Qe为：
(6b)根据步骤(5)中的正交试验计算自由度，试验总自由度fT为：
fT＝mu-1
各参数自由度fj为：
fj＝m-1
试验误差自由度fe为：
n为总试验次数；
(6c)结合上述计算过程(6a)和(6b)计算平均差方和，各参数平均差方和为：
误差平均差方和为：
(6d)结合上述计算结果，计算平均偏差平方和比值F值为：
式中，Fj为第j个参数的平均差方和MQj与误差平均差方和MQe之比；
(6e)根据正交试验方差分析结果，查F分布表，自由度fA是因子A的，自由度fe是误差的，其临界值Fα(fA,fe)，如果FA＞Fα(fA,fe)就舍弃假设，可以认为因子A是显著的；如果FA≤Fα(fA,fe)就没有理由否定假设，则认为因子A是不显著的。
8.根据权利要求1所述的活动引线搭焊电磁传输性能与互联点形态的耦合预测方法，其特征在于，步骤(7)涉及电压驻波比和插入损耗两个指标，采用多目标筛选的加权求和法，将多个指标转化为单指标，然后用单指标的分析方法获得多指标试验的结论，按如下过程进行：
(7a)确定约束条件，在一系列约束条件下，寻找一组参数值，使函数的目标值达到最优，其筛选矢量可以表示为：
X＝(A,B,C,D,E,F)
将满足上述约束条件的X的集合记为M；其中A,B,C,D,E,F为集合X的元素；
(7b)确定目标函数，采取插入损耗S21最小值和电压驻波比VSWR最小值作为电磁传输性能的筛选目标，确定总体筛选目标函数为：
minφ(X)X∈M
式中，X为筛选矢量，X0为筛选前的参数组合，kIL为插损的权重系数，kVSWR为电压驻波比的权重系数。
9.根据权利要求8所述的活动引线搭焊电磁传输性能与互联点形态的耦合预测方法，其特征在于，关联区间的确定以最佳参数为基础进行，依次单独调整某一参数，在HFSS软件中进行面向插入损耗和电压驻波比的扫参分析，得到该参数对应于插入损耗与电压驻波比的两个区间，取其交集即为该参数的关联区间，在此区间内插入损耗及电压驻波比均达标。
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