CN110457864A - 一种考虑交互作用的芯线绕焊互联机电耦合参数辨识方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种考虑交互作用的芯线绕焊互联机电耦合参数辨识方法，包括：确定芯线绕焊互联几何参数、物性参数和电磁传输参数，对芯线绕焊互联形态进行参数化表征，建立芯线绕焊互联形态‑电磁分析模型，设计芯线绕焊互联形态参数与电性能指标的正交试验，进行芯线绕焊互联形态参数水平优选；设计考虑交互作用的芯线绕焊互联形态参数与电性能指标的正交试验；进行芯线绕焊互联形态与电磁传输耦合性及耦合度计算；考虑交互作用的芯线绕焊互联机电耦合参数辨识。本方法考虑交互作用的芯线绕焊互联形态与高频电磁传输性能之间的关联，辨识出考虑交互作用的芯线绕焊互联机电耦合参数，可指导高性能微波组件设计与优化，提升高性能微波产品研制品质。

Description

一种考虑交互作用的芯线绕焊互联机电耦合参数辨识方法

技术领域

本发明属于微波射频电路技术领域，具体是一种考虑交互作用的芯线绕焊互联机电耦合参数辨识方法，可用于指导微波组件中模块互联设计优化与电磁传输性能调控。

背景技术

电子信息产业飞速发展，微波组件与微波电路在互联通信、雷达探测、电子对抗及其它航空航天领域有着广泛的应用。为了全面不断提升与升级电子装备性能，作为电子装备核心单元及部件的微波组件，其研制需求日益向高速率、高可靠、多功能、与小型化方向发展。在微波组件中，随着信号传输频率的升高，微波电路模块互联处结构形态对电磁信号传输的影响逐渐加剧，同时，互联形态在环境载荷影响下会产生变形，进而也会对信号传输造成影响，两者叠加甚至会造成组件失效。因此，微波组件中互联的设计品质逐渐成为制约微波组件性能提升的关键因素。

高频有源微波组件中的互联在实现信号传输的同时，也承受着自身应力和环境载荷的影响。针对微波组件中典型的同轴与微带互联结构，通过使用芯线绕焊柔性互联结构替代传统的焊锡刚性连接，可使互联自身应力和承受的外部载荷得到缓冲，极大的改善了互联可靠性，然而芯线绕焊互联的形态参数引入，参数优化及受力变形等，改变了信号传输路径的不连续性，会对高频微波信号传输性能造成显著影响，并且互联形态参数间的交互作用也会对信号传输造成一定影响。现有文献中针对互联形态与信号传输性能的影响机理研究鲜见报道，而工程中多停留在人工经验以及大量软件热力学仿真上，无法精确而有效的实现面向电磁传输性能的互联优化设计与调控，造成人工成本高，且工作效率低。

因此，有必要深入研究一种考虑交互作用的芯线绕焊互联机电耦合参数辨识方法，对互联形态进行参数化精确表征建模，探究互联形性影响规律，突破互联机电耦合参数辨识，量化互联形性耦合影响程度，为微波组件中模块互联优化设计与电性能调控提供理论保障。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种考虑交互作用的芯线绕焊互联机电耦合参数辨识方法，以便快速、准确地获取芯线绕焊互联机电耦合参数及其耦合度，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，一种考虑交互作用的芯线绕焊互联机电耦合参数辨识方法，该方法包括下述步骤：

(1)根据高频微波组件中互联的具体要求，确定芯线绕焊互联的几何参数与物性参数；

(2)根据微波组件中互联工况及性能指标，确定芯线绕焊互联电磁传输参数；

(3)根据微波组件中互联形态及工程实际调研，对芯线绕焊互联形态进行参数化表征；

(4)根据确定的微波组件中芯线绕焊互联几何参数、物性参数、电磁传输参数及形态参数化表征，建立芯线绕焊互联形态-电磁分析模型；

(5)根据微波组件中芯线绕焊互联形态参数与电性能评价指标，确定因素、水平和指标，设计芯线绕焊互联形态参数与电磁传输性能指标的正交试验；

(6)根据正交试验极差分析及多目标优化方法，进行芯线绕焊互联形态参数水平优选；

(7)根据优选后的参数水平，设计考虑交互作用的芯线绕焊互联形态参数与电性能指标的正交试验；

(8)根据正交试验方差分析与极差分析结果，进行考虑交互作用的芯线绕焊互联形态与电磁传输关联性及关联度计算；

(9)根据确定的芯线绕焊互联形态与电磁传输关联性及关联度，进行考虑交互作用的芯线绕焊互联机电耦合参数辨识。

进一步，步骤(1)中，确定微波组件中芯线绕焊互联的几何参数包括：芯线直径D₂、芯线连接处到内导体端部距离S^e、芯线连接处到介质基板端部距离L_p ^e、芯线上圆弧与内导体距离P^e、芯线跨距L_k ^e、芯线上圆弧半径R₁、芯线下圆弧半径R₂、芯线水平段长度L_s ^e、内导体直径D₁、内导体到介质基板高度H^e、玻璃介质外径D_g、玻璃介质内径D₁、玻璃介质长度L_g、玻璃介质与介质基板间隙S_g、微带导体宽度W、微带导体厚度T和介质基板厚度H_s。

确定物性参数包括：介质基板介电常数ε_s、介质基板损耗角正切θ_s、玻璃介质介电常数ε_g和玻璃介质损耗角正切θ_g。

进一步，所述步骤(2)中，确定微波组件中芯线绕焊互联电磁传输参数，具体包括：信号传输频率f，回波损耗S₁₁和插入损耗S₂₁。

进一步，所述步骤(3)中，对芯线绕焊互联形态进行参数化表征按照以下步骤进行：

(3a)根据芯线绕焊互联形态特征分析，对芯线绕焊互联形态进行表征的关键首先为中间变量芯线倾斜角的计算；

(3b)根据芯线绕焊互联形态特征分析，建立三维空间笛卡尔直角坐标系，对芯线绕焊互联形态划分为7段分别进行分段函数表征，分别为：

对内导体段L_sty、芯线半圆弧段L_ar1、芯线竖直直线段L_st1、芯线上圆弧段L_ar2、芯线倾斜直线段L_st2、芯线下圆弧段L_ar3和芯线水平直线段L_st3进行表征。

进一步，步骤(4)中，所建立芯线绕焊互联形态-电磁分析模型包括内导体、芯线、导体带、焊锡、玻璃介质和介质基板。

进一步，所述步骤(5)中，确定因素、水平和指标，设计芯线绕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：

(5a)根据微波组件互联形态及工程实际调研，确定芯线绕焊互联形态6个机电耦合辨识参数分别为：芯线连接处到内导体端部距离S^e、内导体到介质基板高度H^e、芯线上圆弧与内导体距离P^e、芯线水平段长度L_s ^e、芯线跨距L_k ^e、芯线连接处到介质基板端部距离L_p ^e；

(5b)根据微波组件互联形态及工程实际调研，确定芯线绕焊互联形态6个机电耦合辨识参数几何可调空间，对芯线绕焊互联形态机电耦合辨识参数选取等间距6因素7水平数值；

(5c)根据微波组件互联与电磁传输工程实际调研，确定芯线绕焊互联电磁传输性能指标为插入损耗和电压驻波比；

(5d)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芯线绕焊互联形态参数与电磁传输性能指标的正交试验。

进一步，所述步骤(6)中，进行芯线绕焊互联形态参数水平优选按照以下步骤进行：

(6a)对步骤(5)中的正交试验结果进行极差分析，分别求出面向回波损耗RL和插入损耗IL的互联各机电耦合辨识参数下的电性能极值及对应的水平；

(6b)对芯线绕焊互联机电耦合辨识几何参数进行第一水平优选，选取回波损耗RL最小值和插入损耗IL最大值作为芯线绕焊互联信号传输性能的水平优选单目标，确定总体水平优选目标函数；

(6c)对芯线绕焊互联机电耦合辨识几何参数进行第二水平优选，选取回波损耗RL最大值和插入损耗IL最小值作为芯线绕焊互联信号传输性能的水平优选单目标，确定总体水平优选目标函数。

进一步，所述步骤(7)中，设计考虑交互作用的芯线绕焊互联形态参数与电性能指标的正交试验按照以下步骤进行：

(7a)根据因素作用影响规律，单因素作用影响大，因素交互作用影响通常低于单因素作用，并且随交互级数增加影响逐渐递减，选取单因素作用和因素间一级交互作用，忽略高级交互作用，则确定需考察的效应为种；

(7b)根据步骤(6)中优选的芯线绕焊互联机电耦合辨识参数水平及需要考察的效应数目，设计考虑交互作用的6因素2水平正交表L₃₂(2³¹)，并结合三维电磁全波仿真软件分析，设计考虑交互作用的芯线绕焊互联形态参数与电性能指标的正交试验。

进一步，所述步骤(8)中，进行考虑交互作用的芯线绕焊互联形态与电磁传输耦合性及耦合度计算按照以下步骤进行：

(8a)根据考虑交互作用的正交试验方差分析结果，确定判定芯线绕焊互联形态与电磁传输耦合性的标准；

(8b)根据芯线绕焊互联形态与电磁传输耦合性的判定标准，规定某一交互作用为强耦合或弱耦合，则进行与此交互作用相关的两个单因素耦合性判定：

(8c)根据极差分析结果，计算芯线绕焊互联形态与电磁传输耦合度。

进一步，所述步骤(9)中，进行考虑交互作用的芯线绕焊互联机电耦合参数辨识按照以下步骤进行：

(9a)根据芯线绕焊互联形态与电磁传输耦合性及耦合度，确定考虑交互作用的芯线绕焊互联机电耦合参数辨识包括：机电耦合单参数辨识、机电耦合交互参数辨识、机电耦合强耦合参数辨识、机电耦合弱耦合参数辨识、机电耦合无耦合参数辨识，并计算机电耦合参数对应的耦合度；

(9b)根据芯线绕焊互联形态单因素作用与交互作用在耦合性判定标准上的处理规定，确定机电耦合单参数辨识。

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芯线绕焊互联形态，建立了面向电性能的芯线绕焊互联形态参数化表征模型，基于此表征模型研究了考虑交互作用的互联形态与信号传输性能之间的影响关系，实现了互联考虑交互作用下的机电耦合参数辨识，并给出了耦合度，解决了目前微波组件中模块互联形态与信号传输性能间影响关联不清，性能调控与参数精确优化设计方向不明的难题。

2.利用一种考虑交互作用的芯线绕焊互联机电耦合参数辨识方法，可实现在微波组件设计、制造与应用过程中，互联形态的参数化定量精确表征，快速辨识出考虑交互作用的芯线绕焊互联机电耦合参数，为工程设计人员在微波组件中模块传输性能调控与互联优化设计方面提供理论指导，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是本发明一种考虑交互作用的芯线绕焊互联机电耦合参数辨识方法的流程图；

图2是芯线绕焊互联机电耦合参数化模型示意图；

图3是芯线倾斜角参数计算示意图；

图4是芯线绕焊互联形态分段示意图；

图5是芯线绕焊互联形态-电磁分析模型；

图6是互联机电耦合辨识参数6因素7水平与回波损耗S11指标趋势图；

图7是互联机电耦合辨识参数6因素7水平与插入损耗S21指标趋势图；

图8是互联形态考虑交互作用21因素2水平与回波损耗S11指标趋势图；

图9是互联形态考虑交互作用21因素2水平与插入损耗S21指标趋势图。

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，本发明为一种考虑交互作用的芯线绕焊互联机电耦合参数辨识方法，具体步骤如下：

步骤1，确定微波组件中芯线绕焊互联的几何参数与物性参数

根据高频微波组件互联的具体要求，分别确定微波组件中芯线绕焊互联的几何参数与物性参数，参照图2。

确定几何参数包括，芯线直径D₂、芯线连接处到内导体端部距离S^e、芯线连接处到介质基板端部距离L_p ^e、芯线上圆弧与内导体距离P^e、芯线跨距L_k ^e、芯线上圆弧半径R₁、芯线下圆弧半径R₂、芯线水平段长度L_s ^e、内导体直径D₁、内导体到介质基板高度H^e、玻璃介质外径D_g、玻璃介质内径D₁、玻璃介质长度L_g、玻璃介质与介质基板间隙S_g、微带导体宽度W、微带导体厚度T和介质基板厚度H_s。

确定物性参数包括，介质基板介电常数ε_s、介质基板损耗角正切θ_s、玻璃介质介电常数ε_g和玻璃介质损耗角正切θ_g。

步骤2，确定芯线绕焊互联电磁传输参数

确定微波组件中芯线绕焊互联电磁传输参数，具体包括：信号传输频率f，回波损耗S₁₁和插入损耗S₂₁等。

步骤3，对芯线绕焊互联形态进行参数化表征

根据微波组件互联形态及工程实际调研，对芯线绕焊互联形态分段进行参数化表征，参照图3与图4，按照以下步骤进行：

(3a)根据芯线绕焊互联形态特征分析，对芯线绕焊互联形态进行表征的关键首先为中间变量芯线倾斜角的计算。

设介质基板下平面到芯线上圆弧圆心距离为H₁，则H₁高度计算为：

在直角三角形ACD中，根据几何关系有：

sin²α+cos²α＝1

联立求解上式计算可得到芯线倾斜角α为，

(3b)根据芯线绕焊互联形态特征分析，建立三维空间笛卡尔直角坐标系，对芯线绕焊互联形态划分为7段分别进行分段函数表征，其中内导体段L_sty表征函数为：

芯线半圆弧段L_ar1表征函数为：

芯线竖直直线段L_st1表征函数为：

芯线上圆弧段L_ar2表征函数为：

芯线倾斜直线段L_st2表征函数为：

上式中，

芯线下圆弧段L_ar3表征函数为：

芯线水平直线段L_st3表征函数为：

步骤4，建立芯线绕焊互联形态-电磁分析模型

根据确定的微波组件中芯线绕焊互联几何参数、物性参数、电磁传输参数及形态参数化表征，建立芯线绕焊互联形态-电磁分析模型，参照图5，包括根据步骤(1)中确定的微波组件芯线绕焊互联几何参数、物性参数，和步骤(2)中确定的电磁传输参数，以及步骤(3)中对芯线绕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芯线绕焊互联形态-电磁分析模型，所建立的模型由引线、芯线、微带线、焊锡、玻璃介质和介质基板等部分组成。

步骤5，确定因素、水平和指标，设计芯线绕焊互联形态参数与电磁传输性能指标的正交试验

根据微波组件中芯线绕焊互联形态参数与电性能评价指标，确定因素、水平和指标，设计芯线绕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：

(5a)根据微波组件互联形态及工程实际调研，确定芯线绕焊互联形态6个机电耦合辨识参数分别为：芯线连接处到内导体端部距离S^e、内导体到介质基板高度H^e、芯线上圆弧与内导体距离P^e、芯线水平段长度L_s ^e、芯线跨距L_k ^e和芯线连接处到介质基板端部距离L_p ^e。

(5b)根据微波组件互联形态及工程实际调研，确定芯线绕焊互联形态6个机电耦合辨识参数几何可调空间，对芯线绕焊互联形态机电耦合辨识参数选取等间距6因素7水平数值为：

其中，(S^e)_v1～(S^e)_v7为芯线连接处到内导体端部距离取7水平数值，(H^e)_v1～(H^e)_v7为内导体到介质基板高度取7水平数值，(P^e)_v1～(P^e)_v7为芯线上圆弧与内导体距离取7水平数值，(L_s ^e)_v1～(L_s ^e)_v7为芯线水平段长度取7水平数值，(L_k ^e)_v1～(L_k ^e)_v7为芯线跨距取7水平数值，(L_p ^e)_v1～(L_p ^e)_v7为芯线连接处到介质基板端部距离取7水平数值；

表中因素水平计算公式为：

式中，j为因素数，m为水平数，为第j因素对应第m水平参数值，X_j为第j因素参数值，δX_j 为第j因素参数值可调下界，为第j因素参数值可调上界。

(5c)根据微波组件互联与电磁传输工程实际调研，确定芯线绕焊互联电磁传输性能指标为插入损耗和电压驻波比：

In_EP＝[S11S21]

(5d)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芯线绕焊互联形态参数与电磁传输性能指标的正交试验。

步骤6，进行芯线绕焊互联形态参数水平优选；

根据正交试验极差分析结果，对芯线绕焊互联形态参数进行水平优选，参照图6，图7，按照以下步骤进行：

(6a)对步骤(5)中的正交试验结果进行极差分析，分别求出面向回波损耗RL和插入损耗IL的互联各机电耦合辨识参数下的电性能极值及对应的水平。

(6b)对芯线绕焊互联机电耦合辨识几何参数进行第一水平优选，选取回波损耗RL最小值和插入损耗IL最大值作为芯线绕焊互联信号传输性能的水平优选单目标，确定总体水平优选目标函数为：

maxφ(X_s1(X_j)) X_s1(X_j)∈Q

式中，X_s1(X_j)为机电耦合辨识单参数第一水平优选，X_d为机电耦合辨识参数设计值组合，Q为单目标参数水平优选集合，w_RL为回波损耗权重系数，w_IL为插入损耗权重系数。

以单参数逐个进行总体目标水平优选计算，当该参数回波损耗S11最小值对应水平与插入损耗S21最大值对应水平相同时，则总体水平优选为

(6c)对芯线绕焊互联机电耦合辨识几何参数进行第二水平优选，选取回波损耗RL最大值和插入损耗IL最小值作为芯线绕焊互联信号传输性能的水平优选单目标，确定总体水平优选目标函数为：

minφ(X_s2(X_j)) X_s2(X_j)∈Q

式中，X_s2(X_j)为机电耦合辨识单参数第二水平优选。

以单参数逐个进行总体目标水平优选计算，当该参数回波损耗S11最大值对应水平与插入损耗S21最小值对应水平相同时，则总体水平优选为

步骤7，设计考虑交互作用的芯线绕焊互联形态参数与电性能指标的正交试验

根据优选后的参数水平，设计考虑交互作用的芯线绕焊互联形态参数与电性能指标的正交试验，按照以下步骤进行：

(7a)根据因素作用影响规律，单因素作用影响大，因素交互作用影响通常低于单因素作用，并且随交互级数增加影响逐渐递减，选取单因素作用和因素间一级交互作用，忽略高级交互作用，则确定需考察的效应为种。

(7b)根据步骤(6)中优选的芯线绕焊互联机电耦合辨识参数水平及需要考察的效应数目，设计考虑交互作用的6因素2水平正交表L₃₂(2³¹)，并结合三维电磁全波仿真软件分析，设计考虑交互作用的芯线绕焊互联形态参数与电性能指标的正交试验。

步骤8，进行考虑交互作用的芯线绕焊互联形态与电磁传输的耦合性及耦合度计算

根据正交试验方差分析与极差分析结果，进行考虑交互作用的芯线绕焊互联形态与电磁传输耦合性及耦合度计算，参照图8，图9，按照以下步骤进行：

(8a)根据考虑交互作用的正交试验方差分析结果，确定判定芯线绕焊互联形态与电磁传输耦合性的标准为：时，耦合性为强耦合；时，耦合性为弱耦合；时，耦合性为无耦合。

上式中，C_v表示括号中等式所求因素耦合性数值，C_p表示括号中等式所求临界耦合性数值，为面向回波损耗S11的第j因素对应指标平均差方和与误差平均差方和的比值，为面向插入损耗S21的第j因素对应指标平均差方和与误差平均差方和的比值，为面向回波损耗S11的根据第j因素自由度f_j和误差自由度f_e，并结合F分布及α分位数确定的临界值，为面向插入损耗S21的根据第j因素自由度f_j和误差自由度f_e，并结合F分布及α分位数，确定的临界值，α₁＜α₂，w₁和w₂分别为对应的权系数。

(8b)根据芯线绕焊互联形态与电磁传输耦合性的判定标准，规定某一交互作用为强耦合或弱耦合，则与此交互作用相关的两个单因素耦合性判定由下式确定：

max{C_r(X),C_r(X₁X₂)}

其中，C_r(X)表示单因素耦合性，C_r(X₁X₂)表示交互因素耦合性。

(8c)根据极差分析结果，计算芯线绕焊互联形态与电磁传输耦合度为：

上式中，为面向回波损耗S11的第j因素的极差值，为面向插入损耗S21的第j因素的极差值，v为强耦合与弱耦合因素数之和。

步骤9，进行考虑交互作用的芯线绕焊互联机电耦合参数辨识

根据确定的芯线绕焊互联形态与电磁传输耦合性及耦合度，进行考虑交互作用的芯线绕焊互联机电耦合参数辨识，按照以下步骤进行：

(9a)根据芯线绕焊互联形态与电磁传输耦合性及耦合度，确定考虑交互作用的芯线绕焊互联机电耦合参数辨识包括：机电耦合单参数辨识、机电耦合交互参数辨识、机电耦合强耦合参数辨识、机电耦合弱耦合参数辨识、机电耦合无耦合参数辨识，并计算机电耦合参数对应的耦合度。

(9b)根据芯线绕焊互联形态单因素作用与交互作用在耦合性判定标准上的处理规定，确定机电耦合单参数辨识为：

Par_C＝Par_C(X)∪X₁(Par_C(X₁X₂))∪X₂(Par_C(X₁X₂))

上式中，Par_C为单因素耦合参数，Par_C(X₁X₂)为交互作用耦合参数，X表示单因素，X₁X₂为因素一阶交互项，X₁为交互项中第一因素，X₂为交互项中第二因素。

本发明的优点可通过以下仿真实验进一步说明：

一、确定芯线绕焊互联的几何参数与物性参数

本实验以X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芯线绕焊形态时，互联形态参数对电路微波传输性能的影响，并探究考虑参数交互作用的互联机电耦合参数辨识方法。为了简化分析，选取T/R组件中典型的同轴电路与微带电路互联，芯线绕焊互联利用自身特殊形态，一端与同轴内导体连接，另一端与导体带连接，从而实现同轴电路与微带电路的过渡连接及微波信号传输。芯线绕焊互联参数化模型示意图见图2，芯线绕焊互联的几何参数与物性参数见表1。

表1 芯线绕焊互联的几何参数与物性参数

二、对芯线绕焊互联机电耦合辨识参数进行水平优选

1.确定微波组件中芯线绕焊互联电磁传输参数

确定微波组件中芯线绕焊互联电磁传输参数，具体包括：信号传输中心频率f＝10GHz，回波损耗指标S₁₁，插入损耗指标S₂₁等。

2.建立芯线绕焊互联形态-电磁分析模型

根据确定的T/R组件中芯线绕焊互联几何参数、物性参数、电磁传输参数以及对芯线绕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芯线绕焊互联形态-电磁分析模型，所建立的模型由内导体、芯线、导体带、焊锡、玻璃介质、介质基板等部分组成。

3.设计芯线绕焊互联形态机电耦合辨识参数与电磁传输性能指标的正交试验

根据微波组件中互联形态及工程实际调研，确定芯线绕焊互联形态6个机电耦合辨识参数如下表2示。对金带互联结构选取等间距6因素7水平数值，设计6因素7水平正交表L₄₉(7⁸)。以回波损耗和插入损耗为电磁传输性能指标，结合三维电磁全波仿真软件分析，设计芯线绕焊互联形态机电耦合辨识参数与电磁传输性能指标的正交试验。

表2 芯线绕焊互联的设计变量、设计值与辨识空间

4.对芯线绕焊互联机电耦合辨识参数进行水平优选

第一水平优选

对芯线绕焊互联机电耦合辨识几何参数进行第一水平优选，选取回波损耗RL最小值和插入损耗IL最大值作为芯线绕焊互联信号传输性能的水平优选单目标，确定总体水平优选目标函数为：

maxφ(X_s1(X_j)) X_s1(X_j)∈Q

式中，X_s1(X_j)为机电耦合辨识单参数第一水平优选，X_d为机电耦合辨识参数设计值组合，Q为单目标参数水平优选集合，w_RL为回波损耗权重系数，w_IL为插入损耗权重系数。

根据微波领域对信号传输性能的要求，选取权重系数为w_RL＝w_IL＝1。以单参数逐个进行总体目标水平优选计算，当该参数回波损耗S11最小值对应水平与插入损耗S21最大值对应水平相同时，则总体水平优选为

第二水平优选

对芯线绕焊互联机电耦合辨识几何参数进行第二水平优选，选取回波损耗RL最大值和插入损耗IL最小值作为芯线绕焊互联信号传输性能的水平优选单目标，确定总体水平优选目标函数为：

minφ(X_s2(X_j)) X_s2(X_j)∈Q

式中，X_s2(X_j)为机电耦合辨识单参数第二水平优选。

以单参数逐个进行总体目标水平优选计算，当该参数回波损耗S11最大值对应水平与插入损耗S21最小值对应水平相同时，则总体水平优选为

水平优选后，确定的芯线绕焊互联机电耦合辨识几何参数6因素2水平如下表3所示。

表3 芯线绕焊互联机电耦合辨识参数优选后的6因素2水平

三、考虑交互作用的芯线绕焊互联机电耦合参数辨识

1.设计考虑交互作用的芯线绕焊互联机电耦合辨识参数与电性能指标的正交试验

选取单因素作用和因素间一级交互作用，忽略高级交互作用，设计考虑交互作用的6因素2水平正交表L₃₂(2³¹)，并结合三维电磁全波仿真软件分析，设计考虑交互作用的金带互联结构工艺变动参数与电性能指标的正交试验。

2.进行考虑交互作用的芯线绕焊互联形态与电磁传输耦合性及耦合度计算

根据确定的判定芯线绕焊互联形态与电磁传输耦合性的标准：时，耦合性为强耦合；时，耦合性为弱耦合；时，耦合性为无耦合。

分别依据上述标准，进行单因素与交互作用耦合性判定。

上述中与交互作用相关的两个单因素耦合性判定由下式确定：

max{C_r(X),C_r(X₁X₂)}

根据极差分析结果，计算芯线绕焊互联形态与电磁传输耦合度为：

3.进行考虑交互作用的芯线绕焊互联机电耦合参数辨识

依据耦合判定结果与耦合度计算结果，进行芯线绕焊互联机电耦合参数辨识分析，确定考虑交互作用的芯线绕焊互联机电耦合参数辨识如下表4所示。

表4 芯线绕焊互联机电耦合参数辨识

本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种考虑交互作用的芯线绕焊互联机电耦合参数辨识方法，其特征在于，包括下述步骤：

(1)根据高频微波组件中互联的具体要求，确定芯线绕焊互联的几何参数与物性参数；

(2)根据微波组件中互联工况及性能指标，确定芯线绕焊互联电磁传输参数；

(3)根据微波组件中互联形态及工程实际调研，对芯线绕焊互联形态进行参数化表征；

(4)根据确定的微波组件中芯线绕焊互联几何参数、物性参数、电磁传输参数及形态参数化表征，建立芯线绕焊互联形态-电磁分析模型；

(5)根据微波组件中芯线绕焊互联形态参数与电性能评价指标，确定因素、水平和指标，设计芯线绕焊互联形态参数与电磁传输性能指标的正交试验；

(6)根据正交试验极差分析及多目标优化方法，进行芯线绕焊互联形态参数水平优选；

(7)根据优选后的参数水平，设计考虑交互作用的芯线绕焊互联形态参数与电性能指标的正交试验；

(8)根据正交试验方差分析与极差分析结果，进行考虑交互作用的芯线绕焊互联形态与电磁传输耦合性及耦合度计算；

(9)根据确定的芯线绕焊互联形态与电磁传输耦合性及耦合度，进行考虑交互作用的芯线绕焊互联机电耦合参数辨识。

2.根据权利要求1所述的一种考虑交互作用的芯线绕焊互联机电耦合参数辨识方法，其特征在于，所述步骤(1)中，确定微波组件中芯线绕焊互联的几何参数包括：芯线直径D₂、芯线连接处到内导体端部距离S^e、芯线连接处到介质基板端部距离L_p ^e、芯线上圆弧与内导体距离P^e、芯线跨距L_k ^e、芯线上圆弧半径R₁、芯线下圆弧半径R₂、芯线水平段长度L_s ^e、内导体直径D₁、内导体到介质基板高度H^e、玻璃介质外径D_g、玻璃介质内径D₁、玻璃介质长度L_g、玻璃介质与介质基板间隙S_g、微带导体宽度W、微带导体厚度T和介质基板厚度H_s；

确定物性参数包括：介质基板介电常数ε_s、介质基板损耗角正切θ_s、玻璃介质介电常数ε_g和玻璃介质损耗角正切θ_g；

所述步骤(2)中，确定微波组件中芯线绕焊互联电磁传输参数包括：信号传输频率f，回波损耗S₁₁和插入损耗S₂₁。

3.根据权利要求2所述的一种考虑交互作用的芯线绕焊互联机电耦合参数辨识方法，其特征在于，步骤(3)按如下过程进行：

(3a)根据芯线绕焊互联形态特征分析，对芯线绕焊互联形态进行表征的关键首先为中间变量芯线倾斜角的计算；

设介质基板下平面到芯线上圆弧圆心距离为H₁，则H₁高度计算为：

在直角三角形ACD中，根据几何关系有：

sin²α+cos²α＝1

联立求解上式计算可得到芯线倾斜角α为，

α＝arcsin

(3b)根据芯线绕焊互联形态特征分析，建立三维空间笛卡尔直角坐标系，对芯线绕焊互联形态划分为7段分别进行分段函数表征，其中内导体段L_sty表征函数为：

芯线半圆弧段L_ar1表征函数为：

芯线竖直直线段L_st1表征函数为：

芯线上圆弧段L_ar2表征函数为：

芯线倾斜直线段L_st2表征函数为：

上式中，

芯线下圆弧段L_ar3表征函数为：

芯线水平直线段L_st3表征函数为：

4.根据权利要求1所述的一种考虑交互作用的芯线绕焊互联机电耦合参数辨识方法，其特征在于所述步骤(4)所建立的芯线绕焊互联形态-电磁分析模型包括内导体、芯线、导体带、焊锡、玻璃介质和介质基板。

5.根据权利要求1所述的一种考虑交互作用的芯线绕焊互联机电耦合参数辨识方法，其特征在于，步骤(5)按如下过程进行：

(5a)根据微波组件互联形态及工程实际调研，确定芯线绕焊互联形态6个机电耦合辨识参数分别为：芯线连接处到内导体端部距离S^e、内导体到介质基板高度H^e、芯线上圆弧与内导体距离P^e、芯线水平段长度L_s ^e、芯线跨距L_k ^e、芯线连接处到介质基板端部距离L_p ^e；

(5b)根据微波组件互联形态及工程实际调研，确定芯线绕焊互联形态6个机电耦合辨识参数几何可调空间，对芯线绕焊互联形态机电耦合辨识参数选取等间距6因素7水平数值为：

其中，(S^e)_v1～(S^e)_v7为芯线连接处到内导体端部距离取7水平数值，(H^e)_v1～(H^e)_v7为内导体到介质基板高度取7水平数值，(P^e)_v1～(P^e)_v7为芯线上圆弧与内导体距离取7水平数值，(L_s ^e)_v1～(L_s ^e)_v7为芯线水平段长度取7水平数值，(L_k ^e)_v1～(L_k ^e)_v7为芯线跨距取7水平数值，(L_p ^e)_v1～(L_p ^e)_v7为芯线连接处到介质基板端部距离取7水平数值；

表中因素水平计算公式为：

式中，j为因素数，m为水平数，为第j因素对应第m水平参数值，X_j为第j因素参数值，δX_j 为第j因素参数值可调下界，为第j因素参数值可调上界；

(5c)根据微波组件互联与电磁传输工程实际调研，确定芯线绕焊互联电磁传输性能指标为插入损耗和电压驻波比：

In_EP＝[S11 S21]；

(5d)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芯线绕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所述的一种考虑交互作用的芯线绕焊互联机电耦合参数辨识方法，其特征在于，步骤(6)按如下过程进行：

(6a)对步骤(5)中的正交试验结果进行极差分析，分别求出面向回波损耗RL和插入损耗IL的互联各机电耦合辨识参数下的电性能极值及对应的水平；

(6b)对芯线绕焊互联机电耦合辨识几何参数进行第一水平优选，选取回波损耗RL最小值和插入损耗IL最大值作为芯线绕焊互联信号传输性能的水平优选单目标，确定总体水平优选目标函数为：

maxφ(X_s1(X_j)) X_s1(X_j)∈Q

式中，X_s1(X_j)为机电耦合辨识单参数第一水平优选，X_d为机电耦合辨识参数设计值组合，Q为单目标参数水平优选集合，w_RL为回波损耗权重系数，w_IL为插入损耗权重系数；

以单参数逐个进行总体目标水平优选计算，当该参数回波损耗S11最小值对应水平与插入损耗S21最大值对应水平相同时，则总体水平优选为

(6c)对芯线绕焊互联机电耦合辨识几何参数进行第二水平优选，选取回波损耗RL最大值和插入损耗IL最小值作为芯线绕焊互联信号传输性能的水平优选单目标，确定总体水平优选目标函数为：

minφ(X_s2(X_j)) X_s2(X_j)∈Q

式中，X_s2(X_j)为机电耦合辨识单参数第二水平优选；

以单参数逐个进行总体目标水平优选计算，当该参数回波损耗S11最大值对应水平与插入损耗S21最小值对应水平相同时，则总体水平优选为

7.根据权利要求1所述的一种考虑交互作用的芯线绕焊互联机电耦合参数辨识方法，其特征在于，步骤(7)按如下过程进行：

(7a)选取单因素作用和因素间一级交互作用，忽略高级交互作用，则确定需考察的效应为种；

(7b)根据步骤(6)中优选的芯线绕焊互联机电耦合辨识参数水平及需要考察的效应数目，设计考虑交互作用的6因素2水平正交表L₃₂(2³¹)，并结合三维电磁全波仿真软件分析，设计考虑交互作用的芯线绕焊互联形态参数与电性能指标的正交试验。

8.根据权利要求1所述的一种考虑交互作用的芯线绕焊互联机电耦合参数辨识方法，其特征在于，步骤(8)按如下过程进行：

(8a)根据考虑交互作用的正交试验方差分析结果，确定判定芯线绕焊互联形态与电磁传输耦合性的标准为：

时，耦合性为强耦合；

时，耦合性为弱耦合；

时，耦合性为无耦合；

上式中，C_v表示括号中等式所求因素耦合性数值，C_p表示括号中等式所求临界耦合性数值，为面向回波损耗S11的第j因素对应指标平均差方和与误差平均差方和的比值，为面向插入损耗S21的第j因素对应指标平均差方和与误差平均差方和的比值，为面向回波损耗S11的根据第j因素自由度f_j和误差自由度f_e，并结合F分布及α分位数确定的临界值，为面向插入损耗S21的根据第j因素自由度f_j和误差自由度f_e，并结合F分布及α分位数，确定的临界值，α₁＜α₂，w₁和w₂分别为对应的权系数；

(8b)根据芯线绕焊互联形态与电磁传输耦合性的判定标准，规定某一交互作用为强耦合或弱耦合，则与此交互作用相关的两个单因素耦合性判定由下式确定：

max{C_r(X),C_r(X₁X₂)}

其中，C_r(X)表示单因素耦合性，C_r(X₁X₂)表示交互因素耦合性；

(8c)根据极差分析结果，计算芯线绕焊互联形态与电磁传输耦合度为：

上式中，为面向回波损耗S11的第j因素的极差值，为面向插入损耗S21的第j因素的极差值，v为强耦合与弱耦合因素数之和。

9.根据权利要求1所述的一种考虑交互作用的芯线绕焊互联机电耦合参数辨识方法，其特征在于，步骤(9)按如下过程进行：

(9a)根据芯线绕焊互联形态与电磁传输耦合性及耦合度，确定考虑交互作用的芯线绕焊互联机电耦合参数辨识包括：机电耦合单参数辨识、机电耦合交互参数辨识、机电耦合强耦合参数辨识、机电耦合弱耦合参数辨识和机电耦合无耦合参数辨识，并计算机电耦合参数对应的耦合度；

(9b)根据芯线绕焊互联形态单因素作用与交互作用在耦合性判定标准上的处理规定，确定机电耦合单参数辨识为：

Par_C＝Par_C(X)∪X₁(Par_C(X₁X₂))∪X₂(Par_C(X₁X₂))

上式中，Par_C为单因素耦合参数，Par_C(X₁X₂)为交互作用耦合参数，X表示单因素，X₁X₂为因素一阶交互项，X₁为交互项中第一因素，X₂为交互项中第二因素。