CN112069675A - 考虑构形波动的双根带键路耦合信号传输性能预测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种考虑构形波动的双根带键路耦合信号传输性能预测方法，包括：确定双根带键互联几何、物性和电磁传输参数，建立参数化表征模型；互联区域阻抗计算、键带等效与感抗计算，分段离散与线性等效；分段建立传输线等效电路；求解转移矩阵、导纳参量、散射参量、吸收损耗；建立传输性能路耦合模型；对带有构形波动的双根带键互联结构实现传输性能预测。利用本发明耦合模型可实现考虑构形波动的微波互联构形参数到信号传输性能的精准预测，指导高性能微波电路考虑构形波动的设计与优化，指导工艺制造条件及服役环境工况等改善，有效提升微波产品研制品质。

Description

考虑构形波动的双根带键路耦合信号传输性能预测方法
技术领域
本发明属于微波射频电路技术领域，具体是一种考虑构形波动的双根带键路耦合信号传输性能预测方法，可用于指导微波组件在工程设计优化、制造及使用中，考虑构形波动的互联电路传输性能预测。
背景技术
在现代微波电子信息技术快速发展进程中，微波组件的应用领域越来越广泛，涉及到雷达导航、通信传输、探测识别、电子对抗及其他航空航天领域，其研制趋势向高组装密度、高频、高功率密度和高可靠的方向不断发展，这对微波组件中的电路互联提出了更为严苛的要求，既要求电路互联满足机械与电气更高的可靠性，又要求信号传输具有更低的功率损耗。微波组件中互联构形对信号传输的影响随工作频率的升高显著增大，作为电子装备典型核心部件的微波组件，研究其中电路互联形性耦合设计已经成为提升电子装备性能的关键技术。
微波组件在设计制造与使用各环节中，电路互联通常会受到工艺制造精度误差与服役环境载荷的双重影响，因而造成实际互联结构产生构形波动，不同互联构形的设计再叠加互联构形的波动将造成互联信号传输性能极大的不确定性。因此在研制高性能微波组件时，对于电路互联的设计制造需要将互联构形波动的影响预先考虑进去，使互联在实际工作中始终满足电性能指标要求，可有效保障微波组件性能的可靠。但目前关于考虑构形波动的互联传输性能预测相关研究还停留在人工经验和软件仿真层面，缺少考虑构形波动的互联形性耦合预测模型，无法针对性的控制加工制造过程中工艺误差及环境载荷，也无法快速有效的实现考虑构形波动的互联优化设计，致使高性能微波组件的研制受电路互联传输性能制约，研制周期长，提升效果差，实际效率低。
因此，针对双根圆弧金带键合互联结构，本文提出了一种考虑构形波动的双根带键路耦合信号传输性能预测方法，通过对考虑构形波动的双根金带构形进行参数化表征建模，进一步基于等效电路法建立考虑构形波动的双根带键互联构形与信号传输性能路耦合模型，从而实现对于考虑构形波动的信号传输性能快速精准预测，为微波组件设计制造及使用过程中，考虑工艺制造误差和环境载荷影响的互联优化设计和电性能精准调控提供理论指导。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种考虑构形波动的双根带键路耦合信号传输性能预测方法，以便快速、准确地预测带有构形波动的互联信号传输性能，指导微波组件中互联优化制造与性能调控，为考虑制造误差与环境载荷下电性能的保障提供理论支持。
实现本发明目的的技术解决方案是，一种考虑构形波动的双根带键路耦合信号传输性能预测方法，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，确定双根带键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，确定双根带键互联电磁传输参数；
(3)根据互联构形及工程实际调研，确定考虑构形波动的双根带键互联几何参数；
(4)根据微波组件中互联构形及工程实际调研，建立考虑构形波动的双根带键互联构形参数化表征模型；
(5)基于均匀传输线理论，对考虑构形波动的双根带键互联区域进行阻抗计算；
(6)基于高频电路中趋肤效应与键合线电感理论，对双根带键互联区域进行键带等效与感抗计算；
(7)基于非均匀传输线理论与分段线性理论，对考虑构形波动的双根带键互联区域进行分段离散与线性等效；
(8)根据建立的考虑构形波动的双根带键互联构形参数化表征模型与均匀传输线理论，分段建立AB段考虑构形波动的单根键合段传输线等效电路、BC段考虑构形波动的单根三导体传输线等效电路、CD段考虑构形波动的单根双层介质传输线等效电路、DE段考虑构形波动的单根空气介质传输线等效电路和HI、GH、FG、EF段考虑构形波动的单根传输线等效电路；
(9)根据建立的考虑构形波动的双根带键互联分段等效电路与微波网络分析理论，求解考虑构形波动的单根带键互联整体转移矩阵；
(10)根据建立的考虑构形波动的单根键带互联整体转移矩阵与微波网络分析理论，分别求解考虑构形波动的双根带键互联整体导纳参量、散射参量和吸收损耗；
(11)根据计算的考虑构形波动的双根带键互联整体散射参数与吸收损耗，结合传输线理论与微波网络理论，建立考虑构形波动的双根带键互联构形与信号传输性能路耦合模型；
(12)根据建立的考虑构形波动的双根带键互联构形与信号传输性能路耦合模型，对带有构形波动的金带键合互联结构实现传输性能预测。
进一步，所述确定几何参数包括：金带宽度B、金带厚度T、左端微带宽度W1、右端微带宽度W2、左端介质基板厚度h1、右端介质基板厚度h2、微带厚度h3、左端金带键合处长度b1、微带左端到基板左端距离d1，金带键合左处距微带左端距离p1，介质模块间隙g，金带键合右端距微带右端距离p2，微带右端到基板右端距离d2，右端金带键合处长度b2，金带拱高hb和双根金带间隙SR；
确定物性参数包括：左端介质基板相对介电常数εr1、右端介质基板相对介电常数εr2、左端介质基板介电损耗角δ1、右端介质基板介电损耗角δ2，真空磁导率μ0，真空光速cv和第n段导体电导率σn；
确定微波组件中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。
进一步，所述步骤(3)中，确定考虑构形波动的双根带键互联几何参数，按照以下步骤进行：
(3a)采用区间分析方法，确定单一构形波动参数为
Figure BDA0002659304790000031
其中工艺扰动的波动参数为
Figure BDA0002659304790000032
环境载荷的波动参数为
Figure BDA0002659304790000033
Figure BDA0002659304790000034
确定
Figure BDA0002659304790000035
为多个单一构形波动参数计算得到的波动参数；
根据工程实际调研，确定金带互联结构考虑构形波动的9个主要参数为：左端金带键合处长度
Figure BDA0002659304790000036
微带左端到基板左端距离
Figure BDA0002659304790000037
金带键合左处距微带左端距离
Figure BDA0002659304790000038
介质模块间隙gI，金带键合右端距微带右端距离
Figure BDA0002659304790000039
微带右端到基板右端距离
Figure BDA00026593047900000310
右端金带键合处长度
Figure BDA00026593047900000311
金带拱高
Figure BDA00026593047900000312
和双根金带间隙
Figure BDA00026593047900000313
(3b)确定单一构形波动参数
Figure BDA00026593047900000314
中的扰动量为δXs，其中包含工艺扰动波动参数δXsp与环境载荷波动参数δXse，工艺扰动δXsp服从正态分布，δXsp～N(μ,σ2)，环境载荷δXse依据具体环境载荷而定；则确定金带互联结构9个构形波动参数对应的扰动量分别为：左端金带键合处长度的扰动量δb1、微带左端到基板左端距离的扰动量δd1、金带键合左处距微带左端距离的扰动量δp1、介质模块间隙的扰动量δg、金带键合右端距微带右端距离的扰动量δp2、微带右端到基板右端距离的扰动量δd2、右端金带键合处长度的扰动量δb2、金带拱高的扰动量δhb和双根金带间隙的扰动量δSR。
进一步，所述步骤(4)中，建立考虑构形波动的双根带键互联构形参数化表征模型按照以下步骤进行：
(4a)根据考虑构形波动的双根带键互联构形特征分析，对考虑构形波动的双根带键互联构形采用圆弧函数进行参数化表征；
(4b)对金带键合非键合区线上金带长度进行计算；
(4c)对考虑构形波动的双根带键互联构形采用圆弧函数进行参数化表征，建立金带键合互联构形参数化表征模型。
进一步，所述步骤(5)中，对考虑构形波动的双根带键互联区域进行阻抗计算按照以下步骤进行：
根据均匀传输线理论，根据等效导带宽度W，介质厚度
Figure BDA0002659304790000041
介质相对介电常数εr，有效导带宽度We，等效导带厚度Te，等效相对介电常数
Figure BDA0002659304790000042
等效相对介电常数
Figure BDA0002659304790000043
计算微带传输线特性阻抗
Figure BDA0002659304790000044
进一步，所述步骤(6)中，对考虑构形波动的双根带键互联区域进行键带等效与感抗计算按照以下步骤进行：
(6a)利用等表面积法，对考虑构形波动的双根带键互联区域进行键带等效。频率增大使金带内部的电流分布不均匀，电流集中在金带外表薄层，将金带通过保持横截面周长不变的方式转化成金丝，二者表面积相同，金带可等效成与其横截面等周长的金丝，计算等效后的金丝直径DR；
(6b)对双根金带键合互联区域进行感抗计算，考虑到等效后的金丝自身形成的自感量
Figure BDA0002659304790000045
的和金丝—金丝间由于耦合形成的互感量
Figure BDA0002659304790000046
影响，分别计算自感量
Figure BDA0002659304790000047
和互感量
Figure BDA0002659304790000048
进一步，所述步骤(7)中，对考虑构形波动的双根带键互联区域进行分段离散与线性等效按照以下步骤进行：
(7a)对考虑构形波动的双根带键互联区域进行分段离散与线性等效，将金带键合互联区域依结构变化划分为8段，分别为：AB键合段、BC三导体段、CD双层介质段、DE空气介质段，EF空气介质段、FG双层介质段、GH三导体段、HI键合段。EF、FG、GH、HI四段分别与DE、CD、BC、AB四段结构特征类似；
(7b)将金带键合互联区域按照已划分的8段进行分段线性处理，分别为：长度为
Figure BDA0002659304790000051
的AB段键合段传输线、长度为
Figure BDA0002659304790000052
的BC段三导体传输线、长度为
Figure BDA0002659304790000053
的CD段双层介质传输线、长度为
Figure BDA0002659304790000054
的DE段空气介质传输线，EF、FG和GH、HI四段分别与DE、CD、BC和AB四段类似，对应长度表示为
Figure BDA0002659304790000055
Figure BDA0002659304790000056
和
Figure BDA0002659304790000057
传输线结构特征相似。
进一步，所述步骤(8)中，建立AB段考虑构形波动的键合段传输线等效电路。
(ab1)将AB键合段看成导带厚度为Tabe＝h3+T，等效宽度为Wab＝(BT+Wlh3)/(h3+T)的微带线，AB段有效导带宽度为Wabe，介质厚度为左侧介质基板厚度h1，相对介电常数为εr1，将上述参数带入微带传输线特性阻抗计算公式，即可得到考虑构形波动的AB键合段传输线阻抗
Figure BDA0002659304790000058
(ab2)根据建立的考虑构形波动的双根带键互联构形参数化表征模型与均匀传输线理论，计算键合段等效微带线的电长度
Figure BDA0002659304790000059
(ab3)计算键合段等效微带线的转移矩阵
Figure BDA00026593047900000510
建立BC段考虑构形波动的三导体传输线等效电路按照以下步骤进行：
(bc1)将BC段可以看成由接地板、导带(微带线)以及金带构成的三导体传输线，用一个T型集总元件电路对BC段长度为l，特性阻抗为Z0的微带线进行等效，将其等效为两个电感L先串联，再在两电感中间并联一个电容C。令T型集总元件电路与特性阻抗为Z0的微带线转移矩阵相等，求T型集总元件电路中各元件值；
(bc2)进一步考虑到BC段上金带—微带线间以空气为介质形成新的传输线的电感量
Figure BDA00026593047900000511
的影响，计算电感量
Figure BDA00026593047900000512
(bc3)考虑到自感量
Figure BDA00026593047900000513
的影响，基于电感串联理论，将电感量
Figure BDA00026593047900000514
代入等效电路当中，得到最终的等效电路；
(bc4)将BC段的转移矩阵
Figure BDA00026593047900000515
可看成由三个基本电路单元级联而成，即由两个串联阻抗和一个并联导纳组成，根据BC段等效电路模型，计算转移矩阵
Figure BDA00026593047900000516
建立CD段考虑构形波动的双层介质传输线等效电路按照以下步骤进行：
(cd1)将CD段可以看成由金带、中间空气与基板介质形成的双层介质层以及接地板形成的传输线，取CD段金带中间高度
Figure BDA0002659304790000061
作为平均高度，计算CD段空气介质平均厚度
Figure BDA0002659304790000062
(cd2)对于双层介质的微带传输线，其特性阻抗求解基于微带传输线寄生电容的串并联，计算CD段传输线特性阻抗
Figure BDA0002659304790000063
(cd3)计算CD段等效微带线的电长度
Figure BDA0002659304790000064
(cd4)考虑到CD段金带自身形成的自感量
Figure BDA0002659304790000065
和金带—金带间由于耦合形成的互感量
Figure BDA0002659304790000066
的影响，分别计算自感量
Figure BDA0002659304790000067
和互感量
Figure BDA0002659304790000068
(cd5)根据建立的考虑构形波动的双根带键互联构形参数化表征模型与均匀传输线理论，计算CD段等效微带线的转移矩阵
Figure BDA0002659304790000069
建立DE段考虑构形波动的空气介质传输线等效电路按照以下步骤进行：
(de1)对于DE段，可将其视为一段介质为空气的微带传输线，然后取DE段金带中点高度作为此段平均高度，计算DE段的等效阻抗
Figure BDA00026593047900000610
其中，Bde为DE段有效金带宽度，计算弧DE段中点到接地板上表面的高度
Figure BDA00026593047900000611
(de2)计算DE段等效微带线的电长度
Figure BDA00026593047900000612
(de3)考虑到DE段金带自身形成的自感量
Figure BDA00026593047900000613
和金带—金带间由于耦合形成的互感量
Figure BDA00026593047900000614
的影响，分别计算自感量
Figure BDA00026593047900000615
和互感量
Figure BDA00026593047900000616
(de4)计算DE段等效微带线的转移矩阵
Figure BDA00026593047900000617
进一步，建立HI、GH、FG、EF段考虑构形波动的传输线等效电路；
HI、GH、FG、EF段金带结构与AB、BC、CD、DE段结构类似，特征相同，等效电路建立步骤相同。HI、GH、FG、EF段等效电路建立时，需将部分参数需要替换：将左端微带宽度W1改为右端微带宽度W2，将左端介质基板厚度h1改为右端介质基板厚度h2，介质基板相对介电常数εr1改为εr2，介质基板介电损耗角δ1改为δ2，AB段
Figure BDA00026593047900000618
改为HI段
Figure BDA00026593047900000619
BC段
Figure BDA00026593047900000620
改为GH段
Figure BDA00026593047900000621
CD段
Figure BDA00026593047900000622
改为FG段
Figure BDA00026593047900000623
DE段
Figure BDA00026593047900000624
改为EF段
Figure BDA00026593047900000625
进一步，所述步骤(9)中，利用微波网络转移矩阵级联，求解考虑构形波动的单根带键互联整体转移矩阵
Figure BDA0002659304790000071
进一步，所述步骤(10)中，根据建立的考虑构形波动的单根键带互联整体转移矩阵与微波网络分析理论，求解考虑构形波动的双根带键互联整体导纳参量、求解考虑构形波动的双根带键互联整体散射参量、计算考虑构形波动的双根带键互联整体吸收损耗；
计算考虑构形波动的双根带键互联整体吸收损耗按照以下步骤进行：
(10a)根据建立的考虑构形波动的双根带键互联构形参数化表征模型、传输线损耗理论与微波网络分析理论，计算导体损耗αcn；
(10b)计算介质损耗αd；
(10c)计算考虑构形波动的双根带键互联构形整体吸收损耗
Figure BDA0002659304790000072
进一步，所述步骤(11)中，建立考虑构形波动的双根带键互联构形与信号传输性能路耦合模型按照以下步骤进行：
(11a)根据计算的考虑构形波动的双根带键互联整体散射参数与吸收损耗，结合传输线理论与微波网络分析理论，求解考虑构形波动的双根带键互联整体含吸收损耗的散射参量；
(11b)根据建立的考虑构形波动的双根带键互联构形参数化表征模型、求解的考虑构形波动的双根带键互联整体含吸收损耗的散射参量，结合传输线理论与微波网络分析理论，建立考虑构形波动的双根带键互联构形参数与信号传输性能路耦合模型。
进一步，所述步骤(12)中，对考虑构形波动的双根带键互联结构实现传输性预测按照以下步骤进行：
(12a)根据初始由于加工设备的精度和服役的环境载荷问题导致的金带键合模型尺寸扰动问题，基于其尺寸扰动范围，使用考虑构形波动的双根带键互联构形参数与信号传输性能路耦合模型，获取其性能扰动范围；
(12b)基于求得的性能扰动范围，形成初始金带模型的电性能包络区间。
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中的金带键合互联，建立了面向电性能的考虑构形波动的双根带键互联构形参数化表征模型，基于此表征模型进一步建立了考虑构形波动的双根带键互联构形与信号传输性能间路耦合预测模型，实现了对带有构形波动的金带键合构形的信号传输性能的预测，解决了目前微波组件中由于工艺误差及环境载荷引起的电路互联波动构形与信号传输性能间影响关联不清，性能调控与制造精度、环境条件、及互联构形参数精确优化设计方向不明的难题。
2.利用考虑构形波动的双根带键路耦合信号传输性能预测方法，可实现在微波组件设计、制造与应用过程中，电路互联形态的参数化定量精确表征，基于构形波动和互联几何构形快速实现考虑构形波动的信号传输性能预测，为工程设计人员在微波组件中电路传输性能调控与工艺精度控制、环境载荷控制、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是本发明一种考虑构形波动的双根带键路耦合信号传输性能预测方法的流程图；
图2是双根带键互联结构组成示意图；
图3是双根带键互联参数示意图；
图4(a)-(c)是考虑构形波动的双根带键互联参数示意图；图4(a)是构形波动上界的双根带键互联参数示意图；图4(b)是表明构形波动区间的双根带键互联参数示意图；图4(c)是构形波动下界的双根带键互联参数示意图；
图5是圆弧函数表征计算金带尺寸示意图；
图6是双根带键互联结构分段示意图；
图7是双根带键互联结构离散线性等效示意图；
图8(a)、(b)是双根带键互联结构AB段横截面示意图和等效微带线横截面示意图；
图9是双根带键互联结构BC段横截面示意图；
图10(a)、(b)是双根带键互联结构BC段微带线等效电路；
图11是双根带键互联结构BC段最终等效电路；
图12是双根带键互联结构CD段横截面示意图；
图13是双根带键互联结构DE段横截面示意图；
图14是单根金带键合互联结构等效电路拓扑结构；
图15是双根带键互联结构整体二端口网络结构；
图16是双根带键互联三维结构-电磁仿真模型与局部放大图；
图17是考虑构形波动的双根带键互联HFSS仿真与路耦合模型计算的电性能对比图；
图18是考虑构形波动的双根带键互联结构路耦合模型设计值及其上下界电性能对比图。
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，本发明为一种考虑构形波动的双根带键路耦合信号传输性能预测方法，具体步骤如下：
步骤1，确定双根带键互联几何参数与物性参数
参照图2、3所示，高频微波组件中双根带键互联包括接地板6，在接地板6上层连接有介质基片1和5，在介质基片1上连接的导体带2通过金带3、4和介质基片5上连接的导体带6连接。根据高频微波组件中互联的具体要求，分别确定微波组件中金带键合互联的几何参数与物性参数。
确定几何参数包括，金带宽度、金带厚度T、左端微带宽度W1、右端微带宽度W2、左端介质基板厚度h1、右端介质基板厚度h2、微带厚度h3、左端金带键合处长度b1、微带左端到基板左端距离d1，金带键合左处距微带左端距离p1，介质模块间隙g，金带键合右端距微带右端距离p2，微带右端到基板右端距离d2，右端金带键合处长度b2，金带拱高hb，双根金带间隙SR；
确定物性参数包括，左端介质基板相对介电常数εr1和右端介质基板相对介电常数εr2、左端介质基板介电损耗角δ1和右端介质基板介电损耗角δ2，真空磁导率μ0，真空光速cv，第n段导体电导率σn。
步骤2，确定双根带键互联电磁传输参数
确定微波组件中金带键合互联电磁传输参数，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，确定考虑构形波动的双根带键互联几何参数
根据微波组件互联形态及工程实际调研，对考虑构形波动的双根带键互联形态分段进行参数化表征，参照图4(a)-(c)、图5，按照以下步骤进行：
(3a)考虑工艺扰动和环境载荷带来的构形波动，采用区间分析方法，确定单一构形波动参数为
Figure BDA0002659304790000101
其中工艺扰动的波动参数为
Figure BDA0002659304790000102
环境载荷的波动参数为
Figure BDA0002659304790000103
Figure BDA0002659304790000104
Figure BDA0002659304790000105
其中Xs ＝Xs+δXs ,
Figure BDA0002659304790000106
分别称为区间
Figure BDA0002659304790000107
的下界和上界，δXs 和
Figure BDA0002659304790000108
分别称为δXs的下界和上界；确定
Figure BDA0002659304790000109
为多个单一构形波动参数计算得到的波动参数；
确定金带互联结构考虑构形波动的9个主要参数为：左端金带键合处长度
Figure BDA00026593047900001010
微带左端到基板左端距离
Figure BDA00026593047900001011
金带键合左处距微带左端距离
Figure BDA00026593047900001012
介质模块间隙
Figure BDA00026593047900001013
金带键合右端距微带右端距离
Figure BDA00026593047900001014
微带右端到基板右端距离
Figure BDA00026593047900001015
右端金带键合处长度
Figure BDA00026593047900001016
金带拱高
Figure BDA00026593047900001017
双根金带间隙
Figure BDA00026593047900001018
式中，
Figure BDA00026593047900001019
b1 、b1、δb1分别是
Figure BDA00026593047900001020
的上界、下界、设计值和扰动量；
Figure BDA00026593047900001021
d1 、d1、δd1分别是
Figure BDA00026593047900001022
的上界、下界、设计值和扰动量；
Figure BDA00026593047900001023
p1 、p1、δp1分别是
Figure BDA00026593047900001024
的上界、下界、设计值和扰动量
Figure BDA00026593047900001025
g、g、δg分别是gI的上界、下界、设计值和扰动量；
Figure BDA00026593047900001026
p2 、p2、δp2分别是
Figure BDA00026593047900001027
的上界、下界、设计值和扰动量；
Figure BDA00026593047900001028
d2 、d2、δd2分别是
Figure BDA00026593047900001029
的上界、下界、设计值和扰动量；
Figure BDA00026593047900001030
b2 、b2、δb2分别是
Figure BDA00026593047900001031
的上界、下界、设计值和扰动量；
Figure BDA00026593047900001032
hb 、hb、δhb分别是
Figure BDA00026593047900001033
的上界、下界、设计值和扰动量；
Figure BDA00026593047900001034
SR 、SR、δSR分别是
Figure BDA00026593047900001035
的上界、下界、设计值和扰动量；
(3b)确定单一构形波动参数
Figure BDA00026593047900001036
中的扰动量为δXs，其中工艺扰动的波动参数为δXsp，环境载荷的波动参数为δXse，δXs＝δXsp+δXse，工艺扰动δXsp服从正态分布，δXsp～N(μ,σ2)，环境载荷δXse依据具体环境载荷而定。则确定金带互联结构9个构形波动参数对应的扰动量分别为：左端金带键合处长度的扰动量
Figure BDA00026593047900001037
δb1 为δb1的下界，
Figure BDA00026593047900001038
为δb1的上界；微带左端到基板左端距离的扰动量
Figure BDA00026593047900001039
δd1 为δd1的下界，
Figure BDA00026593047900001040
为δd1的上界；金带键合左处距微带左端距离的扰动量
Figure BDA0002659304790000111
δp1 为δp1的下界，
Figure BDA0002659304790000112
为δp1的上界；介质模块间隙的扰动量
Figure BDA0002659304790000113
δg为δg的下界，
Figure BDA0002659304790000114
为δg的上界；金带键合右端距微带右端距离的扰动量
Figure BDA0002659304790000115
δp2 为δp2的下界，
Figure BDA0002659304790000116
为δp2的上界；微带右端到基板右端距离的扰动量
Figure BDA0002659304790000117
δd2 为δd2的下界，
Figure BDA0002659304790000118
为δd2的上界；右端金带键合处长度的扰动量
Figure BDA0002659304790000119
δb2 为δb2的下界，
Figure BDA00026593047900001110
为δb2的上界；金带拱高的扰动量
Figure BDA00026593047900001111
δhb 为δhb的下界，
Figure BDA00026593047900001112
为δhb的上界；双根金带间隙的扰动量
Figure BDA00026593047900001113
δSR 为δSR的下界，
Figure BDA00026593047900001114
为δSR的上界。
步骤4，建立考虑构形波动的双根带键互联构形参数化表征模型
根据微波组件中互联构形及工程实际调研，建立考虑构形波动的双根带键互联构形参数化表征模型，参照图4(a)-(c)、图5，按照以下步骤进行：
(4a)对考虑构形波动的双根带键互联构形采用圆弧函数进行参数化表征，圆弧函数如以下公式所示：
Figure BDA00026593047900001115
式中，
Figure BDA00026593047900001116
是圆弧曲率中心的横、纵坐标，
Figure BDA00026593047900001117
是圆弧的曲率半径，x是金带构形函数曲线的横坐标；
Figure BDA00026593047900001118
Figure BDA00026593047900001119
式中，
Figure BDA00026593047900001120
Figure BDA00026593047900001121
(4b)对金带键合互联构形采用圆弧函数进行参数化表征，金带非键合区线上金带长度计算如下：
金带圆弧段长度为
Figure BDA0002659304790000121
其中，
Figure BDA0002659304790000122
Ol为圆弧函数构建所得金带的曲率中心，坐标为
Figure BDA0002659304790000123
G为金带弯曲部分左端起始点，坐标为(-p1-δp1-d1-δd1,h1+h3)，B为金带弯曲部分右端终止点，坐标为(p2+δp2+d2+δd2+g+δg,h2+h3)，
Figure BDA0002659304790000124
为曲率中心与B点连线与水平线的夹角，
Figure BDA0002659304790000125
为曲率中心与G点连线与水平线的夹角，
Figure BDA0002659304790000126
为圆弧的圆心角；
Figure BDA0002659304790000127
(4c)对考虑构形波动的双根带键互联构形采用圆弧函数进行参数化表征，建立金带键合互联构形参数化表征模型如下：
Figure BDA0002659304790000128
步骤5，对考虑构形波动的双根带键互联区域进行阻抗计算
根据均匀传输线理论，对考虑构形波动的双根带键互联区域进行阻抗计算，微带传输线特性阻抗
Figure BDA0002659304790000129
计算如下：
Figure BDA00026593047900001210
式中，W为等效导带宽度，
Figure BDA00026593047900001211
为介质厚度，εr为介质相对介电常数，We为有效导带宽度，有效导带宽度W可以由下式计算：
Figure BDA00026593047900001212
式中，Te为导带厚度。
Figure BDA0002659304790000131
为等效相对介电常数，可由下式计算：
Figure BDA0002659304790000132
其中，
Figure BDA0002659304790000133
Figure BDA0002659304790000134
为考虑导带厚度的等效相对介电常数。
步骤6，对考虑构形波动的双根带键互联区域进行键带等效与感抗计算
基于高频电路中趋肤效应与键合线电感理论，对考虑构形波动的双根带键互联区域进行键带等效与感抗计算，按照以下步骤进行：
(6a)根据高频电路中的趋肤效应和键合线电感理论，利用等表面积法，对考虑构形波动的双根带键互联区域进行键带等效。频率增大使金带内部的电流分布不均匀，电流集中在金带外表薄层，将金带通过保持横截面周长不变的方式转化成金丝，二者表面积相同，金带可等效成与其横截面等周长的金丝，等效后的金丝直径为：
Figure BDA0002659304790000135
(6b)对考虑构形波动的双根带键互联区域进行感抗计算，考虑到等效后的金丝自身形成的自感量
Figure BDA0002659304790000136
的影响，自感
Figure BDA0002659304790000137
的计算公式如下：
Figure BDA0002659304790000138
式中，DR为金带等效后的金丝直径，
Figure BDA0002659304790000139
为非键合段金带长度；
进一步考虑到等效后的金丝—金丝间由于耦合形成的互感量
Figure BDA00026593047900001310
的影响，互感量
Figure BDA00026593047900001311
的计算公式如下：
Figure BDA00026593047900001312
步骤7，对考虑构形波动的双根带键互联区域进行离散分段与线性等效
根据非均匀传输线理论与分段线性理论，对考虑构形波动的双根带键互联区域进行分段离散与线性等效，参照图6与图7，按照以下步骤进行：
(7a)根据非均匀传输线理论与分段线性理论，对考虑构形波动的双根带键互联区域进行分段离散与线性等效，将金带键合互联区域依结构变化划分为8段，分别为：AB键合段、BC三导体段、CD双层介质段、DE空气介质段，EF空气介质段、FG双层介质段、GH三导体段、HI键合段。EF、FG、GH、HI四段分别与DE、CD、BC、AB四段结构特征类似；
(7b)对考虑构形波动的双根带键互联区域进行分段离散与线性等效，将金带键合互联区域按照已划分的8段进行分段线性处理，分别为：长度为
Figure BDA0002659304790000141
的AB段键合段传输线、长度为
Figure BDA0002659304790000142
的BC段三导体传输线、长度为
Figure BDA0002659304790000143
的CD段双层介质传输线、长度为
Figure BDA0002659304790000144
的DE段空气介质传输线，EF、FG和GH、HI四段分别与DE、CD、BC和AB四段类似，对应长度表示为
Figure BDA0002659304790000145
Figure BDA0002659304790000146
和
Figure BDA0002659304790000147
传输线结构特征相似。
步骤8，建立AB段考虑构形波动的单根键合段传输线等效电路
根据建立的考虑构形波动的双根带键互联构形参数化表征模型与均匀传输线理论，建立AB段考虑构形波动的单根键合段传输线等效电路，参照图8(a)、(b)，按照以下步骤进行：
(8a)根据建立的考虑构形波动的双根带键互联构形参数化表征模型与均匀传输线理论，AB键合段可看成导带厚度为Tabe＝h3+T，等效宽度为Wab＝(BT+W1h3)/h3+T的微带线，AB段有效导带宽度为Wabe，介质厚度为左侧介质基板厚度h1，相对介电常数为εr1，将上述参数带入微带传输线特性阻抗计算公式，即可得到考虑构形波动的AB键合段传输线阻抗
Figure BDA0002659304790000148
(8b)键合段等效微带线的电长度
Figure BDA0002659304790000149
计算公式如下；
Figure BDA00026593047900001410
式中，β0为真空中的相位常数，ω为角频率；
(8c)键合段等效微带线的转移矩阵
Figure BDA00026593047900001411
计算公式如下：
Figure BDA0002659304790000151
式中，j为虚数单位。
步骤9，建立BC段考虑构形波动的单根三导体传输线等效电路
根据建立的考虑构形波动的双根带键互联构形参数化表征模型与均匀传输线理论，建立BC段考虑构形波动的单根三导体传输线等效电路，参照图9、图10(a)、(b)、图11，按照以下步骤进行：
(9a)BC段可以看成由接地板、导带(微带线)以及金带构成的三导体传输线，用一个T型集总元件电路对BC段长度为l，特性阻抗为Z0的微带线进行等效，将其等效为两个电感L先串联，再在两电感中间并联一个电容C。令T型集总元件电路与特性阻抗为Z0的微带线转移矩阵相等，当BC段微带线长度很小，如p1+δp1＜λg/8或
Figure BDA0002659304790000152
可求得T型集总元件电路中各元件值如下：
Figure BDA0002659304790000153
式中，λg为介质中波长，εre为BC段等效相对介电常数；
(9b)进一步考虑到BC段上金带—微带线间以空气为介质形成新的传输线的电感量
Figure BDA0002659304790000154
的影响，电感量
Figure BDA0002659304790000155
的计算公式如下：
Figure BDA0002659304790000156
式中，
Figure BDA0002659304790000157
为BC金带—微带组成传输线的特性阻抗，η为真空波阻抗(为120π)，
Figure BDA0002659304790000158
为BC段金带导体与微带导体间空气间隙厚度，Bbc为BC段有效金带宽度；
BC段空气间隙的平均厚度
Figure BDA0002659304790000159
计算公式如下；
Figure BDA00026593047900001510
式中，
Figure BDA0002659304790000161
为弧BC段中点到接地板上表面的高度，计算公式如下；
Figure BDA0002659304790000162
(9c)考虑到自感量
Figure BDA0002659304790000163
和的影响，基于电感串联理论，将电感量
Figure BDA0002659304790000164
和代入等效电路当中，得到最终的等效电路如下：
Figure BDA0002659304790000165
C1＝C
式中，
Figure BDA0002659304790000166
为非对称的T型电路网络近B端等效电感参量，
Figure BDA0002659304790000167
为非对称的T型电路网络近C端等效电感参量，C1为等效电容参量；
(9d)BC段的转移矩阵
Figure BDA0002659304790000168
可看成由三个基本电路单元级联而成，即由两个串联阻抗和一个并联导纳组成，根据BC段等效电路模型，转移矩阵
Figure BDA0002659304790000169
的计算公式如下：
Figure BDA00026593047900001610
其中，
Figure BDA00026593047900001611
Y＝jωC1＝jωC，
Figure BDA00026593047900001612
式中，
Figure BDA00026593047900001613
为非对称的T型电路网络等效电感参量
Figure BDA00026593047900001614
对应的阻抗参量，Y为等效电容参量C1对应的导纳参量，
Figure BDA00026593047900001615
为非对称的T型电路网络等效电感参量
Figure BDA00026593047900001616
对应的阻抗参量。
步骤10，建立CD段考虑构形波动的单根双层介质传输线等效电路
根据建立的考虑构形波动的双根带键互联构形参数化表征模型与均匀传输线理论，建立CD段考虑构形波动的单根双层介质传输线等效电路，参照图12、按照以下步骤进行：
(10a)CD段可以看成由金带、中间空气与基板介质形成的双层介质层以及接地板形成的传输线，取CD段金带中间高度
Figure BDA00026593047900001617
作为平均高度，
Figure BDA00026593047900001618
为CD段空气介质平均厚度，计算公式如下；
Figure BDA00026593047900001619
(10b)对于双层介质的微带传输线，其特性阻抗求解基于微带传输线寄生电容的串并联，CD段传输线特性阻抗
Figure BDA00026593047900001620
CD段传输线等效相对介电常数
Figure BDA00026593047900001621
计算如下：
Figure BDA0002659304790000171
Figure BDA0002659304790000172
式中，
Figure BDA0002659304790000173
是高度为
Figure BDA0002659304790000174
无填充介质的CD段传输线特性阻抗；
Figure BDA0002659304790000175
是高度为
Figure BDA0002659304790000176
介电常数为εrl的传输线特性阻抗；
Figure BDA0002659304790000177
是高度为
Figure BDA0002659304790000178
无填充介质的传输线特性阻抗；
Figure BDA0002659304790000179
是高度为
Figure BDA00026593047900001710
相对介电常数为εrl的传输线特性阻抗；
(10c)CD段等效微带线的电长度
Figure BDA00026593047900001711
计算公式如下：
Figure BDA00026593047900001712
(10d)考虑到CD段金带自身形成的自感量
Figure BDA00026593047900001713
和金带—金带间由于耦合形成的互感量
Figure BDA00026593047900001714
的影响，自感量
Figure BDA00026593047900001715
和互感量
Figure BDA00026593047900001716
的计算公式分别如下：
Figure BDA00026593047900001717
式中，
Figure BDA00026593047900001718
为CD段金带长度；
(10e)CD段等效微带线的转移矩阵
Figure BDA00026593047900001719
表示如下：
Figure BDA00026593047900001720
其中，
Figure BDA00026593047900001721
步骤11，建立DE段考虑构形波动的单根空气介质传输线等效电路
根据建立的考虑构形波动的双根带键互联构形参数化表征模型与均匀传输线理论，建立CD段考虑构形波动的单根空气介质传输线等效电路，参照图13，按照以下步骤进行：
(11a)对于DE段，可将其视为一段介质为空气的微带传输线，然后取DE段金带中点高度作为此段平均高度，计算DE段的等效阻抗
Figure BDA0002659304790000181
其中，Bde为DE段有效金带宽度，
Figure BDA0002659304790000182
为弧DE段中点到接地板上表面的高度，可以由公式表示如下：
Figure BDA0002659304790000183
(11b)DE段等效微带线的电长度
Figure BDA0002659304790000184
计算公式如下：
Figure BDA0002659304790000185
(11c)考虑到DE段金带自身形成的自感量
Figure BDA0002659304790000186
和金带—金带间由于耦合形成的互感量
Figure BDA0002659304790000187
的影响，自感量
Figure BDA0002659304790000188
和互感量
Figure BDA0002659304790000189
的计算公式分别如下：
Figure BDA00026593047900001810
Figure BDA00026593047900001811
式中，
Figure BDA00026593047900001812
为DE段金带长度；
(11d)DE段等效微带线的转移矩阵
Figure BDA00026593047900001813
计算公式如下：
Figure BDA00026593047900001814
其中，
Figure BDA00026593047900001815
步骤12，建立HI、GH、FG、EF段考虑构形波动的单根传输线等效电路
HI、GH、FG、EF段金带结构与AB、BC、CD、DE段结构类似，特征相同，等效电路建立步骤相同。HI、GH、FG、EF段等效电路建立时，需将部分参数需要替换：将左端微带宽度W1改为右端微带宽度W2，将左端介质基板厚度h1改为右端介质基板厚度h2，介质基板相对介电常数εr1改为εr2，介质基板介电损耗角δ1改为δ2，AB段
Figure BDA00026593047900001816
改为HI段
Figure BDA00026593047900001817
BC段
Figure BDA00026593047900001818
改为GH段
Figure BDA00026593047900001819
CD段
Figure BDA00026593047900001820
改为FG段
Figure BDA0002659304790000191
DE段
Figure BDA0002659304790000192
改为EF段
Figure BDA0002659304790000193
步骤13，求解考虑构形波动的单根带键互联整体转移矩阵
根据建立的考虑构形波动的双根带键互联分段等效电路与微波网络分析理论，参照图14利用微波网络转移矩阵级联，计算考虑构形波动的单根带键互联构形整体转移矩阵表示如下：
Figure BDA0002659304790000194
式中，
Figure BDA0002659304790000195
为考虑构形波动的单根金带键合互联EF段等效微带线的转移矩阵；
Figure BDA0002659304790000196
为考虑构形波动的单根金带键合互联FG段等效微带线的转移矩阵；
Figure BDA0002659304790000197
为考虑构形波动的单根金带键合互联GH段等效微带线的转移矩阵；
Figure BDA0002659304790000198
为考虑构形波动的单根金带键合互联HI段等效微带线的转移矩阵。
步骤14，求解考虑构形波动的双根带键互联整体导纳参量
根据建立的考虑构形波动的单根键带互联整体转移矩阵与微波网络分析理论，参照图15利用二端口网络导纳参量矩阵的并联，计算得到双根金带键合互联构形整体导纳参量，在二端口网络中ABCD参数和Y参数之间的转换公式如下所示：
Figure BDA0002659304790000199
式中，
Figure BDA00026593047900001910
分别为考虑构形波动的单根金带键合互联导纳参量；
双根金带并联有
Figure BDA00026593047900001911
式中，
Figure BDA00026593047900001912
分别为两根金带的Y参数矩阵。
步骤15，求解考虑构形波动的双根带键互联整体散射参量
根据求解的考虑构形波动的双根带键互联整体导纳参量与微波网络分析理论，求解考虑构形波动的双根带键互联整体散射参量如下所示：
Figure BDA0002659304790000201
式中，
Figure BDA0002659304790000202
分别为无吸收损耗的端口1电压反射系数和端口1到端口2的电压传输系数；
Figure BDA0002659304790000203
式中，Y0＝1/Z0为微带线导纳，
Figure BDA0002659304790000204
为中间参量，Z0为微带线特性阻抗。
步骤16，计算考虑构形波动的双根带键互联整体吸收损耗
根据建立的考虑构形波动的双根带键互联构形参数化表征模型、传输线损耗理论与微波网络分析理论，计算金带键合互联整体吸收损耗，按照以下步骤进行：
(16a)导体损耗αcn计算如下式：
Figure BDA0002659304790000205
其中，Wen为考虑导带厚度时的等效带宽，由下式确定
Figure BDA0002659304790000206
式中，
Figure BDA0002659304790000207
为考虑导带厚度所增加的宽度，Rsn为导体表面趋肤电阻率，可由下式确定
Figure BDA0002659304790000211
上式中，
Figure BDA0002659304790000212
为第n段传输线特征阻抗，Wcn为第n段传输线宽度，htn为第n段传输线厚度，hdn为第n段介质厚度，σn为第n段导体电导率，e为奈培基数。n＝1,2,3,4,5,6,7,8,9,10，令Zc1＝Z0，
Figure BDA0002659304790000213
Zc10＝Z0；Wc1＝W1，Wc2＝Wc3＝Wc4＝Wc5＝Wc6＝Wc7＝Wc8＝Wc9＝B，Wc10＝W2；σn＝σ；ht1＝ht10＝h3，ht2＝ht3＝ht4＝ht5＝ht6＝ht7＝ht8＝ht9＝T；hd1＝h1，
Figure BDA0002659304790000214
Figure BDA0002659304790000215
hd10＝h2，其中
Figure BDA0002659304790000216
可通过[A]ab计算得出；
(16b)介质损耗计算如下式：
Figure BDA0002659304790000217
式中，δi为介质基板介电损耗角，i＝1,2；
(16c)计算考虑构形波动的双根带键互联构形整体吸收损耗为：
Figure BDA0002659304790000218
式中，Qc1为左端微带传输线的导体损耗；
Figure BDA0002659304790000219
Qc5、Qc6、Qc7、Qc8、Qc9分别为AB段、BC段、CD段、DE段、EF段、FG段、GH段、HI段的金带导体损耗；；Qc10为右端微带传输线的导体损耗；Qd1为左端传输线介质损耗；Qd10为左端传输线介质损耗。
步骤17，建立考虑构形波动双根带键互联构形与信号传输性能路耦合模型
根据计算的考虑构形波动的双根带键互联整体散射参数与吸收损耗，结合传输线理论与微波网络分析理论，建立考虑构形波动的双根带键互联构形与信号传输性能路耦合模型，按照以下步骤进行：
(17a)求解考虑构形波动的双根带键互联整体含吸收损耗的回波损耗与插入损耗计算如下式所示：
Figure BDA00026593047900002110
Figure BDA0002659304790000221
(17b)建立考虑构形波动的双根带键互联构形参数与信号传输性能路耦合模型，用函数Fi表示，i＝1,2，简记为：
Figure BDA0002659304790000222
式中，PG表示除上式中参数外，金带键合互联其余几何参数。
步骤18，对带有构形波动的双根带键互联结构实现传输性能预测
根据建立考虑构形波动的双根带键互联构形与信号传输性能路耦合模型，对考虑构形波动的双根带键互联结构实现传输性能预测，按照以下步骤进行：
(18a)根据初始由于加工设备的精度和服役的环境载荷问题导致的金带键合模型尺寸扰动问题，基于其尺寸扰动范围，使用考虑构形波动的双根带键互联构形参数与信号传输性能路耦合模型，获取其性能扰动范围；
Figure BDA0002659304790000223
Figure BDA0002659304790000224
(18b)基于求得的性能扰动范围，形成初始金带模型的电性能包络区间；
Figure BDA0002659304790000225
式中，Δ1和Δ2便是由于加工设备的精度和服役的环境载荷引起的电性能误差。
本发明的优点可通过以下仿真实验进一步说明：
一、确定金带键合互联的几何参数与物性参数
本实验通过对比在三维电磁仿真软件HFSS仿真结果与基于金带键合互联路耦合模型的MATLAB计算结果，以验证金带互联路耦合模型的准确性与有效性。首先需给定金带键合互联几何参数与物性参数，金带键合互联参数化模型示意图见图2、3，金带键合互联构形波动参数示意图见图4(a)-(c)，金带键合互联的几何参数与物性参数见表1，构形波动参数及扰动范围见表2。
表1金带键合互联的几何参数与物性参数
Figure BDA0002659304790000231
表2构形波动参数及扰动区间(hb取跨距10％，其余取原值20％为扰动范围)
Figure BDA0002659304790000232
Figure BDA0002659304790000241
二、建立考虑构形波动的双根带键互联结构-电磁仿真模型
确定微波组件中金带键合互联电磁传输参数，具体包括：信号传输扫描频率f＝1～40GHz，回波损耗指标S11，插入损耗指标S21等。
根据确定的微波组件中金带键合互联几何参数、物性参数、电磁传输参数以及对考虑构形波动的双根带键互联构形进行的参数化表征建模，在三维电磁全波仿真分析软件HFSS中建立考虑构形波动的双根带键互联结构-电磁分析模型，见图16所示。所建立的模型由金带、微带导体、介质基板等部分组成。
三、金带键合互联路耦合模型验证
选取频率f＝1～40GHz，以0.5GHz为步长，分别通过HFSS软件仿真与路耦合模型计算，求得信号传输性能回波损耗S11与插入损耗S21。对比结果见图17所示，从图中可以看出首尾耦合模型误差较大，4-37GHz频段路耦合模型计算曲线与HFSS仿真曲线吻合良好。
从图中结果对比可见，在4-37GHz宽频带内，回波损耗最大绝对误差|S11|＝2.411dB，平均绝对误差|S11|＝0.133dB，最大相对误差等于24.24％，平均相对误差等于1.77％；插入损耗最大绝对误差|S21|＝0.104dB，平均绝对误差|S21|＝0.034dB，最大相对误差等于1.20％，平均相对误差等于0.373％。上述表明该路耦合模型可靠有效，具有良好的信号传输性能预测能力。
四、对考虑构形波动的双根带键互联结构进行传输性能预测
选取频率f＝1～40GHz，以0.5GHz为步长，按表2构形波动参数表引入扰动量，利用考虑构形波动的路耦合模型计算，求得信号传输性能回波损耗S11与插入损耗S21，得出扰动上下界，形成包络区间。对比结果见图18所示，在4-37GHz宽频带内，以金带互联构形设计值计算传输性能的回波损耗从-34.71dB增大至-8.87dB，回波损耗的包络区间上界从-38.33dB增大至-7.14dB，回波损耗的包络区间下界从-44.41dB增大至-11.36dB，随着频率的增大，回波损耗包络区间由6.08dB减小为4.22dB；在1-40GHz宽频带内，以金带互联构形设计值计算传输性能的插入损耗从-0.038dB减小至-0.819dB，插入损耗的包络区间上界从-0.017dB减小至-1.175dB，插入损耗的包络区间下界从-0.016dB减小至-0.571dB,随着频率的增大，插入损耗的包络区间由0.0012dB增大至0.6048dB。所以，考虑构形波动时，信号传输性能均落在包络区间内，当设计制造金带键合互联电路时，可根据考虑构形波动的路耦合模型，对金带互联结构进行性能预测，从而更好地指导设计生产。

Claims (10)

1.一种考虑构形波动的双根带键路耦合信号传输性能预测方法，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，确定双根带键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，确定双根带键互联电磁传输参数；
(3)根据微波组件中互联构形及工程实际调研，确定考虑构形波动的双根带键互联几何参数；
(4)根据微波组件中互联构形及工程实际调研，建立考虑构形波动的双根带键互联构形参数化表征模型；
(5)基于均匀传输线理论，对考虑构形波动的双根带键互联区域进行阻抗计算；
(6)基于高频电路中趋肤效应与键合线电感理论，对考虑构形波动的双根带键互联区域进行键带等效与感抗计算；
(7)基于非均匀传输线理论与分段线性理论，对考虑构形波动的双根带键互联区域进行分段离散与线性等效；
(8)根据建立的考虑构形波动的双根带键互联构形参数化表征模型与均匀传输线理论，分段建立AB段考虑构形波动的单根键合段传输线等效电路、BC段考虑构形波动的单根三导体传输线等效电路、CD段考虑构形波动的单根双层介质传输线等效电路、DE段考虑构形波动的单根空气介质传输线等效电路和HI、GH、FG、EF段考虑构形波动的单根传输线等效电路；
(9)根据建立的考虑构形波动的双根带键互联分段等效电路与微波网络分析理论，求解考虑构形波动的单根带键互联整体转移矩阵；
(10)根据建立的考虑构形波动的单根键带互联整体转移矩阵与微波网络分析理论，分别求解考虑构形波动的双根带键互联整体导纳参量、散射参量和吸收损耗；
(11)根据计算的考虑构形波动的双根带键互联整体散射参量与吸收损耗，结合传输线理论与微波网络分析理论，建立考虑构形波动的双根带键互联构形与信号传输性能路耦合模型；
(12)根据建立的考虑构形波动的双根带键互联构形与信号传输性能路耦合模型，对带有构形波动的双根带键互联结构实现传输性能预测。
2.根据权利要求1所述的考虑构形波动的双根带键路耦合信号传输性能预测方法，其特征在于，确定几何参数包括:金带宽度B、金带厚度T、左端微带宽度W1、右端微带宽度W2、左端介质基板厚度h1、右端介质基板厚度h2、微带厚度h3、左端金带键合处长度b1、微带左端到基板左端距离d1，金带键合左处距微带左端距离p1，介质模块间隙g，金带键合右端距微带右端距离p2，微带右端到基板右端距离d2，右端金带键合处长度b2，金带拱高hb和双根金带间隙SR；
确定物性参数包括:左端介质基板相对介电常数εr1、右端介质基板相对介电常数εr2、左端介质基板介电损耗角δ1、右端介质基板介电损耗角δ2，真空磁导率μ0，真空光速cv和第n段导体电导率σn；
确定微波组件中金带键合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1所述的考虑构形波动的双根带键路耦合信号传输性能预测方法，其特征在于，步骤(3)按如下过程进行：
(3a)采用区间分析方法，确定单一构形波动参数为
Figure FDA0002659304780000021
其中工艺扰动的波动参数为
Figure FDA0002659304780000022
环境载荷的波动参数为
Figure FDA0002659304780000023
确定
Figure FDA0002659304780000024
为多个单一构形波动参数计算得到的波动参数；
确定金带互联结构考虑构形波动的9个主要参数为：左端金带键合处长度
Figure FDA0002659304780000025
微带左端到基板左端距离
Figure FDA0002659304780000026
金带键合左处距微带左端距离
Figure FDA0002659304780000027
介质模块间隙gI，金带键合右端距微带右端距离
Figure FDA0002659304780000028
微带右端到基板右端距离
Figure FDA0002659304780000029
右端金带键合处长度
Figure FDA00026593047800000210
金带拱高
Figure FDA00026593047800000211
和双根金带间隙
Figure FDA00026593047800000212
(3b)确定单一构形波动参数
Figure FDA00026593047800000213
中的扰动量为δXs，其中包含工艺扰动波动参数δXsp与环境载荷波动参数δXse，工艺扰动δXsp服从正态分布，δXsp～N(μ,σ2)，环境载荷δXse依据具体环境载荷而定；则确定金带互联结构9个构形波动参数对应的扰动量分别为：左端金带键合处长度的扰动量δb1、微带左端到基板左端距离的扰动量δd1、金带键合左处距微带左端距离的扰动量δp1、介质模块间隙的扰动量δg、金带键合右端距微带右端距离的扰动量δp2、微带右端到基板右端距离的扰动量δd2、右端金带键合处长度的扰动量δb2、金带拱高的扰动量δhb和双根金带间隙的扰动量δSR。
4.根据权利要求1所述的考虑构形波动的双根带键路耦合信号传输性能预测方法，其特征在于，步骤(4)按如下过程进行：
(4a)根据考虑构形波动的双根带键互联构形特征分析，对考虑构形波动的双根带键互联构形采用圆弧函数进行参数化表征，圆弧函数如以下公式所示：
Figure FDA0002659304780000031
式中，
Figure FDA0002659304780000032
是圆弧曲率中心的横、纵坐标，
Figure FDA0002659304780000033
是圆弧的曲率半径，x是金带构形函数曲线的横坐标；
(4b)金带非键合区线上金带圆弧段长度
Figure FDA0002659304780000034
计算如下：
Figure FDA0002659304780000035
式中，
Figure FDA0002659304780000036
为圆弧的圆心角；
(4c)建立金带键合互联构形参数化表征模型如下：
Figure FDA0002659304780000037
5.根据权利要求1所述的考虑构形波动的双根带键路耦合信号传输性能预测方法，其特征在于，步骤(5)根据均匀传输线理论，对考虑构形波动的双根带键互联区域进行阻抗计算，计算如下：
Figure FDA0002659304780000038
式中，W为导带宽度，
Figure FDA0002659304780000039
为介质厚度，εr为介质相对介电常数，We为有效导带宽度，
Figure FDA00026593047800000310
为等效相对介电常数，可由下式计算：
Figure FDA0002659304780000041
式中，
Figure FDA0002659304780000042
为考虑导带厚度的等效相对介电常数。
6.根据权利要求2所述的考虑构形波动的双根带键路耦合信号传输性能预测方法，其特征在于，步骤(6)按如下过程进行：
(6a)利用等表面积法，对考虑构形波动的双根带键互联区域进行键带等效，将金带通过保持横截面周长不变的方式转化成金丝，二者表面积相同，金带可等效成与其横截面等周长的金丝，等效后的金丝直径为：
Figure FDA0002659304780000043
(6b)等效后的金丝自身形成的自感量
Figure FDA0002659304780000044
计算公式如下：
Figure FDA0002659304780000045
DR为金带等效后的金丝直径，
Figure FDA0002659304780000046
为非键合段金带长度；
等效后的金丝—金丝间由于耦合形成的互感量
Figure FDA0002659304780000047
的计算公式如下：
Figure FDA0002659304780000048
7.根据权利要求2所述的考虑构形波动的双根带键路耦合信号传输性能预测方法，其特征在于，步骤(7)按如下过程进行：
(7a)根据非均匀传输线理论与分段线性理论，对考虑构形波动的双根带键互联区域进行分段离散与线性等效，将金带键合互联区域依结构变化划分为8段，分别为：AB键合段、BC三导体段、CD双层介质段、DE空气介质段，EF空气介质段、FG双层介质段、GH三导体段、HI键合段；EF、FG、GH、HI四段分别与DE、CD、BC、AB四段结构特征类似；
(7b)对考虑构形波动的双根带键互联区域进行分段离散与线性等效，将金带键合互联区域按照已划分的8段进行分段线性处理，分别为：长度为
Figure FDA0002659304780000051
的AB段键合段传输线、长度为
Figure FDA0002659304780000052
的BC段三导体传输线、长度为
Figure FDA0002659304780000053
的CD段双层介质传输线、长度为
Figure FDA0002659304780000054
的DE段空气介质传输线，EF、FG和GH、HI四段分别与DE、CD、BC和AB四段类似，对应长度表示为
Figure FDA0002659304780000055
和
Figure FDA0002659304780000056
传输线结构特征相似。
8.根据权利要求2所述的考虑构形波动的双根带键路耦合信号传输性能预测方法，其特征在于，步骤(8)建立AB段考虑构形波动的单根键合段传输线等效电路如下：
(1ab)AB键合段视为导带厚度为Tabe＝h3+T，等效宽度为Wab＝(BT+Wlh3)/(h3+T)的微带线，AB段有效导带宽度为Wabe，介质厚度为左侧介质基板厚度h1，相对介电常数为εr1，将上述参数带入微带传输线特性阻抗计算公式，即可得到考虑构形波动的AB键合段传输线阻抗
Figure FDA0002659304780000057
(2ab)键合段等效微带线的电长度
Figure FDA0002659304780000058
计算公式如下；
Figure FDA0002659304780000059
式中，β0为真空中的相位常数，ω为角频率；
(3ab)键合段等效微带线的转移矩阵
Figure FDA00026593047800000510
计算公式如下：
Figure FDA00026593047800000511
式中，j为虚数单位；
步骤(8)建立BC段考虑构形波动的单根三导体传输线等效电路如下：
(1bc)BC段可视为由接地板、导带微带线以及金带构成的三导体传输线，用一个T型集总元件电路对BC段长度为l，特性阻抗为Z0的微带线进行等效，将其等效为两个电感L先串联，再在两电感中间并联一个电容C；令T型集总元件电路与特性阻抗为Z0的微带线转移矩阵相等，当BC段微带线长度很小，p1+δp1＜λg/8或
Figure FDA00026593047800000512
可求得T型集总元件电路中各元件值如下：
Figure FDA0002659304780000061
式中，λg为介质中波长，εre为BC段等效相对介电常数；
(2bc)考虑到BC段上金带—微带线间以空气为介质形成新的传输线的电感量
Figure FDA0002659304780000062
的影响，电感量
Figure FDA0002659304780000063
的计算公式如下：
Figure FDA0002659304780000064
式中，
Figure FDA0002659304780000065
为BC金带—微带组成传输线的特性阻抗，η为真空波阻抗，
Figure FDA0002659304780000066
为BC段金带导体与微带导体间空气间隙厚度，Bbc为BC段有效金带宽度；
(3bc)考虑到自感量
Figure FDA0002659304780000067
的影响，将电感量
Figure FDA0002659304780000068
代入等效电路当中，得到最终的等效电路如下：
Figure FDA0002659304780000069
式中，
Figure FDA00026593047800000610
为非对称的T型电路网络近B端等效电感参量，
Figure FDA00026593047800000611
为非对称的T型电路网络近C端等效电感参量，C1为等效电容参量；
(4bc)将BC段的转移矩阵
Figure FDA00026593047800000612
视为由两个串联阻抗和一个并联导纳组成，根据BC段等效电路模型，转移矩阵
Figure FDA00026593047800000613
的计算公式如下：
Figure FDA00026593047800000614
式中，
Figure FDA00026593047800000615
为非对称的T型电路网络等效电感参量
Figure FDA00026593047800000616
对应的阻抗参量，Y为等效电容参量C1对应的导纳参量，
Figure FDA00026593047800000617
为非对称的T型电路网络等效电感参量
Figure FDA00026593047800000618
对应的阻抗参量；
步骤(8)建立CD段考虑构形波动的单根双层介质传输线等效电路如下：
(1cd)将CD段视为由金带、中间空气与基板介质形成的双层介质层以及接地板形成的传输线，取CD段金带中间高度
Figure FDA0002659304780000071
作为平均高度，
Figure FDA0002659304780000072
为CD段空气介质平均厚度，计算公式如下；
Figure FDA0002659304780000073
(2cd)CD段传输线特性阻抗
Figure FDA0002659304780000074
CD段传输线等效相对介电常数
Figure FDA0002659304780000075
计算如下：
Figure FDA0002659304780000076
Figure FDA0002659304780000077
式中，
Figure FDA0002659304780000078
是高度为
Figure FDA0002659304780000079
无填充介质的CD段传输线特性阻抗；
Figure FDA00026593047800000710
是高度为
Figure FDA00026593047800000711
介电常数为εr1的传输线特性阻抗；
Figure FDA00026593047800000712
是高度为
Figure FDA00026593047800000713
无填充介质的传输线特性阻抗；
Figure FDA00026593047800000714
是高度为
Figure FDA00026593047800000715
相对介电常数为εr1的传输线特性阻抗；
(3cd)CD段等效微带线的电长度
Figure FDA00026593047800000716
计算公式如下：
Figure FDA00026593047800000717
(4cd)考虑到CD段金带自身形成的自感量
Figure FDA00026593047800000718
和金带—金带间由于耦合形成的互感量
Figure FDA00026593047800000719
的影响，自感量
Figure FDA00026593047800000720
和互感量
Figure FDA00026593047800000721
的计算公式分别如下：
Figure FDA00026593047800000722
式中，
Figure FDA00026593047800000723
为CD段金带长度；
(5cd)CD段等效微带线的转移矩阵
Figure FDA00026593047800000724
表示如下：
Figure FDA0002659304780000081
其中：
Figure FDA0002659304780000082
为自感量
Figure FDA0002659304780000083
和互感量
Figure FDA0002659304780000084
对应的感抗参量；
步骤(8)建立DE段考虑构形波动的单根空气介质传输线等效电路如下：
(1de)将DE段视为一段介质为空气的微带传输线，然后取DE段金带中点高度作为此段平均高度，计算DE段的等效阻抗
Figure FDA0002659304780000085
其中，Bde为DE段有效金带宽度，
Figure FDA0002659304780000086
为弧DE段中点到接地板上表面的高度，可以由公式表示如下：
Figure FDA0002659304780000087
(2de)DE段等效微带线的电长度
Figure FDA0002659304780000088
计算公式如下：
Figure FDA0002659304780000089
(3de)考虑到DE段金带自身形成的自感量
Figure FDA00026593047800000810
和金带—金带间由于耦合形成的互感量
Figure FDA00026593047800000811
的影响，自感量
Figure FDA00026593047800000812
和互感量
Figure FDA00026593047800000813
的计算公式分别如下：
Figure FDA00026593047800000814
式中，
Figure FDA00026593047800000815
为DE段金带长度；
(4de)DE段等效微带线的转移矩阵
Figure FDA00026593047800000816
计算公式如下：
Figure FDA00026593047800000817
其中：
Figure FDA00026593047800000818
为自感量
Figure FDA00026593047800000819
和互感量
Figure FDA00026593047800000820
对应的感抗参量；
按照AB、BC、CD、DE段的等效电路建立HI、GH、FG、EF段考虑构形波动的传输线等效电路：将部分参数替换：将左端微带宽度W1改为右端微带宽度W2，将左端介质基板厚度h1改为右端介质基板厚度h2，介质基板相对介电常数εr1改为εr2，介质基板介电损耗角δ1改为δ2，AB段
Figure FDA0002659304780000091
改为HI段
Figure FDA0002659304780000092
BC段
Figure FDA0002659304780000093
改为GH段
Figure FDA0002659304780000094
CD段
Figure FDA0002659304780000095
改为FG段
Figure FDA0002659304780000096
DE段
Figure FDA0002659304780000097
改为EF段
Figure FDA0002659304780000098
9.根据权利要求1所述的考虑构形波动的双根带键路耦合信号传输性能预测方法，其特征在于，步骤(9)利用微波网络转移矩阵级联，计算考虑构形波动的单根带键互联构形整体转移矩阵表示如下：
Figure FDA0002659304780000099
式中，
Figure FDA00026593047800000910
为考虑构形波动的单根金带键合互联EF段等效微带线的转移矩阵；
Figure FDA00026593047800000911
为考虑构形波动的单根金带键合互联FG段等效微带线的转移矩阵；
Figure FDA00026593047800000912
为考虑构形波动的单根金带键合互联GH段等效微带线的转移矩阵；
Figure FDA00026593047800000913
为考虑构形波动的单根金带键合互联HI段等效微带线的转移矩阵；
步骤(10)利用二端口网络导纳参量矩阵的并联，计算得到双根金带键合互联构形整体导纳参量，在二端口网络中ABCD参数和Y参数之间的转换公式如下：
Figure FDA00026593047800000914
Figure FDA00026593047800000915
式中，
Figure FDA00026593047800000916
分别为考虑构形波动的单根金带键合互联导纳参量；
双根金带并联有
Figure FDA00026593047800000917
式中，
Figure FDA00026593047800000918
分别为两根金带的Y参数矩阵；
步骤(10)求解考虑构形波动的双根带键互联整体散射参量，求解考虑构形波动的双根带键互联整体散射参量如下所示：
Figure FDA0002659304780000101
式中，
Figure FDA0002659304780000102
分别为无吸收损耗的端口1电压反射系数和端口1到端口2的电压传输系数；
Figure FDA0002659304780000103
式中，Y0＝1/Z0为微带线导纳，
Figure FDA0002659304780000104
为中间参量，Z0为微带线特性阻抗；
步骤(10)求解考虑构形波动的双根带键互联整体吸收损耗，按如下过程进行：
(10a)导体损耗αcn计算如下式：
Figure FDA0002659304780000105
式中，Rsn为导体表面趋肤电阻率，
Figure FDA0002659304780000106
为考虑导带厚度时的等效带宽，
Figure FDA0002659304780000107
为第n段传输线特征阻抗，Wn为第n段传输线宽度，htn为第n段传输线厚度，
Figure FDA0002659304780000108
为第n段介质厚度，e为奈培基数；
(10b)介质损耗计算如下式：
Figure FDA0002659304780000109
式中，δi为介质基板介电损耗角；
(10c)计算考虑构形波动的双根带键互联构形整体吸收损耗为：
Figure FDA0002659304780000111
式中，Qc1为左端均匀微带传输线的导体损耗；
Figure FDA0002659304780000112
Qc3、Qc4、Qc5、Qc6、Qc7、Qc8、Qc9分别为AB段、BC段、CD段、DE段、EF段、FG段、GH段、HI段金带导体损耗；Qc10为右端均匀微带传输线的导体损耗；Qd1为左端传输线介质损耗；Qd10为左端传输线介质损耗。
10.根据权利要求1所述的考虑构形波动的双根带键路耦合信号传输性能预测方法，其特征在于，步骤(11)按如下过程进行：
(11a)求解考虑构形波动的双根带键互联整体含吸收损耗的回波损耗与插入损耗计算如下式所示：
Figure FDA0002659304780000113
Figure FDA0002659304780000114
(11b)建立考虑构形波动的双根带键互联构形参数与信号传输性能路耦合模型，用函数Fi表示，i＝1,2，简记为：
Figure FDA0002659304780000115
式中，PG表示除上式中参数外，金带键合互联其余几何参数；
步骤(12)按如下过程进行：
(12a)基于其尺寸扰动范围，使用考虑构形波动的双根带键互联构形参数与信号传输性能路耦合模型，获取其性能扰动范围：
Figure FDA0002659304780000116
Figure FDA0002659304780000117
Figure FDA0002659304780000118
Figure FDA0002659304780000119
Figure FDA00026593047800001110
Figure FDA00026593047800001111
(12b)基于求得的性能扰动范围，形成初始金带模型的电性能包络区间：
Figure FDA00026593047800001112
式中，Δ1和Δ2便是由于加工设备的精度和服役的环境载荷引起的电性能误差。
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