CN114117690A - 声表面波滤波器仿真方法、相关设备及存储介质 - Google Patents

声表面波滤波器仿真方法、相关设备及存储介质 Download PDF

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CN114117690A CN202210098346.4A CN202210098346A CN114117690A CN 114117690 A CN114117690 A CN 114117690A CN 202210098346 A CN202210098346 A CN 202210098346A CN 114117690 A CN114117690 A CN 114117690A
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Abstract

本发明实施例提供了一种声表面波滤波器仿真方法，其包括步骤：步骤S1、根据所述谐振器进行建模；步骤S2、组成广义刚度矩阵；步骤S3、生成消去内部自由度刚度矩阵；步骤S4、生成谐振器矩阵；步骤S5、获得所述谐振器的导纳曲线。本发明实施例还提供了一种应用所述的声表面波滤波器仿真方法的仿真设备和计算机可读存储介质。采用本发明的技术方案可降低矩阵自由度，仿真计算量少且仿真计算速度高，并可减少总体的频点计算时间且仿真计算效率高。

Description

声表面波滤波器仿真方法、相关设备及存储介质
技术领域
本发明涉及滤波器仿真技术领域，尤其涉及一种声表面波滤波器仿真方法、仿真设备以及计算机可读存储介质。
背景技术
近年滤波器应用越来越广，声表面波滤波器（surface acoustic wave，简称SAW）滤波器为滤波器重要的一种。其中，声表面波是沿物体表面传播的一种弹性波。滤波器包括普通SAW、TC-SAW和IHP SAW滤波器。SAW滤波器的仿真方法成为S AW滤波器的精细化设计和理论发展重要部分。
目前，现有技术中SAW滤波器的仿真方法包括脉冲响应模型仿真方法、耦合模模型仿真方法、有限元(FEM)仿真方法以及边界元/有限元仿真方法。
然而，现有技术中SAW滤波器的仿真方法都难以在仿真精度和计算速度取得折衷。脉冲响应模型不能准确分析以反射为主的SAW器件，耦合模模型需要十分准确的提参参数。传统的有限元方法进行谐振器仿真时，内存和计算量需要过大。基于二次拉格朗日单元的有限元和层次级联技术(Second-HCT-FEM)的仿真，在网格量一定时，基于二次拉格朗日单元的有限元方法自由度过多，导致有限元（HCT-FEM）仿真中关键的一步，即A矩阵到B矩阵，严重影响了算法的效率。因自由度过大，导致求逆时间较大,严重影响了谐振器仿真效率。基于有限元（HCT-FEM）的仿真方法，部分的解决了此问题。而其中制约有限元（HCT-FEM）仿真的计算速度的问题，在于广义刚度矩阵矩阵到消去内部自由度的刚度矩阵的舒尔补(Schur complement)运算，其中矩阵自由度数量是制约该问题的主要因素。而降低自由度无非通过稀疏有限元网格或者采用线性单元，而这两种方法会大幅度降低计算精度，甚至导致仿真结果不准确。
因此，实有必要提供一种新的SAW滤波器仿真方法和设备来解决上述技术问题。
发明内容
本发明的目的是克服上述技术问题，提供一种可降低矩阵自由度，仿真计算量少且仿真计算速度高，并可减少总体的频点计算时间且仿真计算效率高的声表面波滤波器仿真方法、仿真设备以及计算机可读存储介质。
第一方面，本发明实施例提供了一种声表面波滤波器仿真方法，其应用于具有谐振器的声表面波滤波器，该方法包括如下步骤：
步骤S1、根据所述谐振器进行建模：通过对所述谐振器进行几何建模并获得几何模型，将所述几何模型的结构依次进行划分网格、选择离散单元、施加边界条件以及选择特征频率求解器处理后产生仿真模型；
步骤S2、组成广义刚度矩阵：通过所述特征频率求解器将所述仿真模型进行提取以获得所述谐振器对应的刚度矩阵、质量矩阵和阻尼矩阵，再将所述刚度矩阵、所述质量矩阵以及所述阻尼矩阵组成所述广义刚度矩阵；
步骤S3、生成消去内部自由度刚度矩阵：将所述广义刚度矩阵依次通过分类节点、重排节点、施加边界条件以及舒尔补运算处理后生成所述消去内部自由度刚度矩阵，以消去所述广义刚度矩阵的内部自由度；
步骤S4、生成谐振器矩阵：将所述消去内部自由度刚度矩阵依次通过级联IDT、反射栅、左完美匹配层以及右完美匹配层处理后生成所述谐振器矩阵；
步骤S5、获得所述谐振器的导纳曲线：将所述谐振器矩阵通过预设的数学公式进行处理后获得所述谐振器的导纳曲线。
优选的，所述步骤S2中，所述广义刚度矩阵为A，所述刚度矩阵为K，所述质量矩阵为E，所述阻尼矩阵为D，w为参数，f为所述谐振器的频率，x为由所有网格的节点对应的位移矢量和电势组成的位置量，其中，所述网格为将所述几何模型的结构进行所述划分网格所产生，L为载荷向量，满足如下公式：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE001
；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE002
；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE003
；
其中，L满足：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE004
；q为和所述谐振器的电级与所述谐振器的基底交界面处 电势自由度相关的参数；i为复数。
优选的，所述步骤S3还包括如下步骤：
将输入的矩阵进行分块以产生分块矩阵，在通过所述舒尔补运算消去所述输入的矩阵的内部自由度，所述输入的矩阵为所述刚度矩阵或所述质量矩阵或所述阻尼矩阵；
其中，所述分块矩阵为：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE005
；
所述舒尔补运算为将所述分块矩阵转化为：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE006
；其中，A11为所述广义刚度矩阵A的第一行 第一列的快分子矩阵，A12为所述广义刚度矩阵A的第一行第二列的快分子矩阵，A21为所述 广义刚度矩阵A的第二行第一列的快分子矩阵，A22为所述广义刚度矩阵A的第二行第二列的 快分子矩阵；x1为所述由所有网格的节点对应的位移矢量和电势组成的位置量x的第一行 的快分子位置量，x2为所述由所有网格的节点对应的位移矢量和电势组成的位置量x的第 二行的快分子位置量；q1为所述和所述谐振器的电级与所述谐振器的基底交界面处电势自 由度相关的参数q的第一行的快分子向量，q2为所述和所述谐振器的电级与所述谐振器的 基底交界面处电势自由度相关的参数q的第二行的快分子向量。
优选的，所述步骤S4还包括如下子步骤：
步骤S41、将所述消去内部自由度刚度矩阵通过所述级联IDT获得所述级联IDT对应的B矩阵；
步骤S42、将所述消去内部自由度刚度矩阵通过所述反射栅获得所述反射栅对应的B矩阵；
步骤S43、将所述消去内部自由度刚度矩阵通过所述左完美匹配层获得所述左完美匹配层对应的B矩阵；
步骤S44、将所述消去内部自由度刚度矩阵通过所述右完美匹配层获得所述右完美匹配层对应的B矩阵；
步骤S45、将所述级联IDT对应的B矩阵、所述反射栅对应的B矩阵、所述左完美匹配层对应的B矩阵以及所述右完美匹配层对应的B矩阵进行级联，再通过所述舒尔补运算获得所述谐振器矩阵。
优选的，所述步骤S5中，所述谐振器的导纳为Y，v为所述谐振器交界面施加等电势，所述预设的数学公式为：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE007
；
其中，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE008
为所述谐振器矩阵的第一行和第一列的数据，Y(w) 为所述谐振器 的导纳曲线，j为复数。
优选的，所述步骤S3中，所述分类节点为将所述谐振器的指条所对应的节点，所述分类节点包括左节点、右节点、电极处电势自由度节点以及内部节点。
优选的，所述步骤S3中，所述施加边界条件为将公式
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE009
进行降维操作，所述 施加边界条件包括底面固定边界条件、孔径方向周期性边界条件以及电极基底交界面。
优选的，所述步骤S4中，所述级联IDT包括正电极矩阵和接地电极矩阵。
第二方面，本发明实施例还提供了一种高维数据异常检测设备，包括处理器和存储器，所述处理器用于读取所述存储器中的程序，所述处理器读取所述存储器中的程序时执行本发明实施例提供的上述声表面波滤波器仿真方法中的步骤。
第三方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述程序指令被处理器执行时实现如本发明实施例提供的上述声表面波滤波器仿真方法中的步骤。
与现有技术相比，本发明的声表面波滤波器仿真方法通过如下步骤：步骤S1、根据所述谐振器进行建模；步骤S2、组成广义刚度矩阵；步骤S3、生成消去内部自由度刚度矩阵；步骤S4、生成谐振器矩阵；步骤S5、获得所述谐振器的导纳曲线。该步骤的实施，采用基于巧凑单元的有限元方法，降低有限元中计算所需自由度，从而降低有限元（HCT-FEM）仿真中，所述广义刚度矩阵矩阵到消去内部自由度的所述消去内部自由度刚度矩阵所需的计算量，降低了所述广义刚度矩阵的自由度，提高了计算效率，从而使得本发明提供的声表面波滤波器仿真方法、仿真设备以及计算机可读存储介质可降低矩阵自由度，仿真计算量少且仿真计算速度高，并可减少总体的频点计算时间且仿真计算效率高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中，
图1为本发明实施例提供的一种声表面波滤波器仿真方法的流程框图；
图2为本发明实施例提供的一种声表面波滤波器仿真方法的步骤S4的流程框图；
图3为本发明实施例提供的一种声表面波滤波器仿真方法与相关技术的拉格朗日仿真方法的导纳曲线示意图；
图4为本发明实施例提供的一种仿真设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本申请的说明书和权利要求书及附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。本申请的说明书和权利要求书或附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。在本文中提及“实施例或本实施方式”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
本发明提供一种声表面波滤波器仿真方法。所述声表面波滤波器仿真方法用于具有谐振器的声表面波滤波器。滤波器是一种选频装置，通过耦合基本元件或谐振器来实现，可以使信号中特定的频率成分通过，而极大地衰减其它频率成分。利用滤波器的这种选频作用，可以滤除干扰噪声或进行频谱分析。
请参照图1所示，图1为本发明实施例提供的一种声表面波滤波器仿真方法的流程框图。所述声表面波滤波器仿真方法包括如下步骤：
步骤S1、根据所述谐振器进行建模：通过对所述谐振器进行几何建模并获得几何模型，将所述几何模型的结构依次进行划分网格、选择离散单元、施加边界条件以及选择特征频率求解器处理后产生仿真模型。
本实施方式中，所述步骤S1的实施为通过有限元软件实现。
声表面波滤波器的精确模拟需要更加精确的方法进行计算。而作为声表面波滤波器的基本单元谐振器，其模拟精度决定了滤波器的仿真精度。目前，计算谐振器的模型有唯象模型和精确模型，其中涉及到解偏微分方程的方法称为精确方法。例如，有限元法、边界元有限元法和谱元法。由于解偏微分方程涉及到几何建模、划分网格等前处理操作。几何建模就是将实际的谐振器的几何结构，通过几何建模软件在计算机中进行构建，以便于后续求解偏微分方程，从而获得谐振器的特性。
声表面波滤波器是一种声波器件，为了求解声波的传输特性，需要对结构进行网格划分，以通过求解响应网格单元节点上的偏微分方程，求得每个细小单元的声学响应，并进一步地，将细小单元的结果结合为整个滤波器的结果。
离散单元是有限元的核心思想。有限元求解方法即通过对整体结果划分为有限个离散单元，并求解每个离散单元的响应，来得到整体的精确表现。在有限元计算中，离散单元有结构单元和非结构单元。结构单元包括六面体和四边形。非结构单元有四面体和三角形等。选择离散单元的目的是为了得到声表面波器件的精确响应。
将几何模型划分完网格后，网格边界需要施加边界条件。例如谐振器底面需要施 加固定边界条件，也就是三个方向的位移自由度为0。电极处需要施加等电势条件，
Figure DEST_PATH_IMAGE010
。 在孔径方向，需要施加周期性边界条件等。这是由于偏微分方程在求解时，需要添加边界条 件，来得知解的初始值，在此基础上，偏微分方程才能完成求解。此外，施加边界条件的另一 个目的是使仿真模型逼真真实模型以及简化计算量等。
在频域中提取刚度矩阵、质量矩阵和阻尼矩阵。由于每个频点都需要计算并提取一次刚度矩阵、质量矩阵和阻尼矩阵，这样会非常耗时。而在特征频率求解器中只需要提取一次刚度矩阵、质量矩阵和阻尼矩阵即可。
所述步骤S1的实施是为了得到谐振器对应刚度矩阵、质量矩阵和阻尼矩阵。
步骤S2、组成广义刚度矩阵：通过所述特征频率求解器将所述仿真模型进行提取以获得所述谐振器对应的刚度矩阵、质量矩阵和阻尼矩阵，再将所述刚度矩阵、所述质量矩阵以及所述阻尼矩阵组成所述广义刚度矩阵。
所述步骤S2中，所述广义刚度矩阵为A，所述刚度矩阵为K，所述质量矩阵为E，所述阻尼矩阵为D，w为参数，f为所述谐振器的频率，x为由所有网格的节点对应的位移矢量和电势组成的位置量，，其中，所述网格为将所述几何模型的结构进行所述划分网格所产生L为载荷向量，满足如下公式：
Figure DEST_PATH_IMAGE011
；
Figure DEST_PATH_IMAGE012
；
Figure DEST_PATH_IMAGE013
；
其中，L满足：
Figure DEST_PATH_IMAGE014
；q为和所述谐振器的电级与所述谐振器的基底交界面 处电势自由度相关的参数；i为复数。
求解
Figure DEST_PATH_IMAGE015
，可以得到所有位置量x，最后便可以得到谐振器的所有特性。
刚度是衡量物体形变能力的量，也就是物体抵抗变形能力的大小。刚度矩阵K是刚度从一维到多维的推广，且考虑了多维情况下，维度之间的相关性。
质量矩阵E是质量到从一维到多维的推广。它部分的描述了系统的动能，且依赖于位置矢量且随时间变化。
阻尼矩阵D由质量矩阵和刚度矩阵按比例组合构成。在地震波传播中，阻尼描述了材料内部的摩擦损耗和结构内部潜在的接触面耗能。
通过有限元方法的特征频率求解，提取谐振器对应的所述刚度矩阵为K、所述质量矩阵为E以及所述阻尼矩阵为D，而由这3个矩阵组成的所述广义刚度矩阵（即A矩阵）完全描述了谐振器的特性。
步骤S3、生成消去内部自由度刚度矩阵：将所述广义刚度矩阵依次通过分类节点、重排节点、施加边界条件以及舒尔补运算处理后生成所述消去内部自由度刚度矩阵，以消去所述广义刚度矩阵的内部自由度。
所述步骤S3中，所述施加边界条件为将公式
Figure DEST_PATH_IMAGE016
进行降维操作，所述施加边 界条件包括底面固定边界条件、孔径方向周期性边界条件以及电极基底交界面。
施加边界条件是将
Figure DEST_PATH_IMAGE017
进行降维操作。
对谐振器底部施加固定底面边界条件，即
Figure DEST_PATH_IMAGE018
内对应的 fixed对面的所有索引
Figure DEST_PATH_IMAGE019
，令
Figure DEST_PATH_IMAGE020
。
对谐振器前后施加周期性条件。例如，对谐振器前后面某两个网格节点
Figure DEST_PATH_IMAGE021
。
Figure DEST_PATH_IMAGE022
变为
Figure DEST_PATH_IMAGE023
对谐振器交界面施加等电势条件，其中v=1v。
Figure DEST_PATH_IMAGE024
变为
Figure DEST_PATH_IMAGE025
所述步骤S3中，所述分类节点为将所述谐振器的指条所对应的节点，所述分类节点包括左节点、右节点、电极处电势自由度节点以及内部节点。例如：
Figure DEST_PATH_IMAGE026
。
重排节点是将上述x排序为
Figure DEST_PATH_IMAGE027
。
所述步骤S3还包括如下步骤：
将输入的矩阵进行分块以产生分块矩阵，在通过所述舒尔补运算消去所述输入的矩阵的内部自由度，所述输入的矩阵为所述刚度矩阵或所述质量矩阵或所述阻尼矩阵；
其中，所述分块矩阵为：
Figure DEST_PATH_IMAGE028
；
所述舒尔补运算为将所述分块矩阵转化为：
Figure DEST_PATH_IMAGE029
。
其中，A11为所述广义刚度矩阵A的第一行第一列的快分子矩阵，A12为所述广义刚度矩阵A的第一行第二列的快分子矩阵，A21为所述广义刚度矩阵A的第二行第一列的快分子矩阵，A22为所述广义刚度矩阵A的第二行第二列的快分子矩阵；x1为所述由所有网格的节点对应的位移矢量和电势组成的位置量x的第一行的快分子位置量，x2为所述由所有网格的节点对应的位移矢量和电势组成的位置量x的第二行的快分子位置量；q1为所述和所述谐振器的电级与所述谐振器的基底交界面处电势自由度相关的参数q的第一行的快分子向量，q2为所述和所述谐振器的电级与所述谐振器的基底交界面处电势自由度相关的参数q的第二行的快分子向量。
所述步骤S3涉及到
Figure DEST_PATH_IMAGE030
决定了HCT算法的效率，过去算法都集中使用二次拉格朗 日单元。但是二次拉格朗日单元的使用会使
Figure DEST_PATH_IMAGE031
矩阵维度很大，导致算法效率很低。降低网 格量是相关技术的实现解决仿真的技术手段，而过分的降低网格会使结果精度较差所述步 骤S3中采用二次巧凑单元可以部分的解决此问题，在同样的精度下，可以将HCT算法加速5 到10倍，从而大幅度提高设计效率。
其中，在谐振器指条中，一般
Figure DEST_PATH_IMAGE032
，
Figure DEST_PATH_IMAGE033
，令
Figure DEST_PATH_IMAGE034
，即
Figure DEST_PATH_IMAGE035
。B完全描述了谐振器指条。
步骤S4、生成谐振器矩阵：将所述消去内部自由度刚度矩阵依次通过级联IDT、反射栅、左完美匹配层以及右完美匹配层处理后生成所述谐振器矩阵。
所述级联IDT包括正电极矩阵和接地电极矩阵。本实施方式中，正电极在左，接地在右。例如：
Figure DEST_PATH_IMAGE036
Figure DEST_PATH_IMAGE037
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE038
将上述矩阵分别扩充维度：
Figure DEST_PATH_IMAGE039
Figure DEST_PATH_IMAGE040
相加即为模块之间的级联。
Figure DEST_PATH_IMAGE041
通过舒尔补运算，即可得到级联后的B矩阵。级联后的B矩阵，可以不断的进行级联，由2根通过级联运算到几百根。最后可以得到多根IDT对应的B矩阵。
反射栅也是如此，只不过反射栅由于全部接地，因此，第4行和第5行
Figure DEST_PATH_IMAGE042
。
最后级联
Figure DEST_PATH_IMAGE043
， 得到
Figure DEST_PATH_IMAGE044
这里
Figure DEST_PATH_IMAGE045
。
通过舒尔补运算得到：
Figure DEST_PATH_IMAGE046
请参照图2所示，图2为本发明实施例提供的一种声表面波滤波器仿真方法的步骤S4的流程框图。所述步骤S4还包括如下子步骤：
步骤S41、将所述消去内部自由度刚度矩阵通过所述级联IDT获得所述级联IDT对应的B矩阵。
步骤S42、将所述消去内部自由度刚度矩阵通过所述反射栅获得所述反射栅对应的B矩阵。
步骤S43、将所述消去内部自由度刚度矩阵通过所述左完美匹配层获得所述左完美匹配层对应的B矩阵。
步骤S44、将所述消去内部自由度刚度矩阵通过所述右完美匹配层获得所述右完美匹配层对应的B矩阵。
步骤S45、将所述级联IDT对应的B矩阵、所述反射栅对应的B矩阵、所述左完美匹配层对应的B矩阵以及所述右完美匹配层对应的B矩阵进行级联，再通过所述舒尔补运算获得所述谐振器矩阵。
步骤S5、获得所述谐振器的导纳曲线：将所述谐振器矩阵通过预设的数学公式进行处理后获得所述谐振器的导纳曲线。
所述步骤S5中，所述谐振器的导纳为Y，v为所述谐振器交界面施加等电势，所述预设的数学公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE047
；
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE048
为所述谐振器矩阵的第一行和第一列的数据，Y(w) 为所述谐振器 的导纳曲线，j为复数。
综上述的所述步骤S1至所述步骤S5，通过本发明的所述声表面波滤波器仿真方法的实施，采用基于巧凑单元的有限元方法，降低有限元中计算所需自由度，从而降低有限元（HCT-FEM）仿真中，所述广义刚度矩阵矩阵（即A矩阵）到消去内部自由度的所述消去内部自由度刚度矩阵（即B矩阵）所需的计算量，降低了所述广义刚度矩阵的自由度，提高了计算效率，从而使得本发明提供的声表面波滤波器仿真方法可降低矩阵自由度，仿真计算量少且仿真计算速度高，并可减少总体的频点计算时间且仿真计算效率高。
为了验证本发明的所述声表面波滤波器仿真方法的精度和效率，以下通过对比本发明的声表面波滤波器仿真方法与相关技术的拉格朗日仿真方法。
请参照图3所示，图3为本发明实施例提供的一种声表面波滤波器仿真方法与相关技术的拉格朗日仿真方法的导纳曲线示意图。
W1为本发明的声表面波滤波器仿真方法计算出的谐振器的导纳曲线，其中，设置2.5s一个频点。
W2为相关技术的拉格朗日仿真方法计算出的谐振器的导纳曲线，其中，设置10s一个频点。
设置谐振器电极为Al，基底为LT42。谐振器几何部分参数如下表1所示：
Figure DEST_PATH_IMAGE049
表1，谐振器几何部分参数表。
由图3的导纳曲线可得：
本发明的声表面波滤波器仿真方法计算出的谐振器的导纳曲线W1与相关技术的拉格朗日仿真方法计算出的谐振器的导纳曲线W2除了反谐振处有微小偏差，两个导纳曲线其他各处都十分接近，基本重合。因此，本发明提供的声表面波滤波器仿真方法可降低矩阵自由度，仿真计算量少且仿真计算速度高，并可减少总体的频点计算时间且仿真计算效率高。
本发明还提供一种仿真设备1000。请参照图4所示，图4为本发明仿真设备1000的结构示意图。
所述仿真设备1000包括处理器1001、存储器1002、网络接口1003及存储在存储器1002上并可在处理器1001上运行的计算机程序，所述处理器1001用于读取所述存储器中1002的程序，处理器1001执行计算机程序时实现实施例提供的声表面波滤波器仿真方法中的步骤。即处理器1001执行所述声表面波滤波器仿真方法中的步骤。
具体的，处理器1001用于执行以下步骤：
步骤S1、根据所述谐振器进行建模：对所述谐振器进行几何建模并获得几何模型，将所述几何模型的结构依次进行划分网格、选择离散单元、施加边界条件以及选择特征频率求解器处理后产生仿真模型。
步骤S2、组成广义刚度矩阵：通过所述特征频率求解器将所述仿真模型进行提取以获得所述谐振器对应的刚度矩阵、质量矩阵和阻尼矩阵，再将所述刚度矩阵、所述质量矩阵以及所述阻尼矩阵组成所述广义刚度矩阵。
所述步骤S2中，所述广义刚度矩阵为A，所述刚度矩阵为K，所述质量矩阵为E，所述阻尼矩阵为D，w为参数，f为所述谐振器的频率，x为由所有网格的节点对应的位移矢量和电势组成的位置量，L为载荷向量，其中，所述网格为将所述几何模型的结构进行所述划分网格所产生，满足如下公式：
Figure DEST_PATH_IMAGE050
；
Figure DEST_PATH_IMAGE051
；
Figure DEST_PATH_IMAGE052
；
其中，L满足：
Figure DEST_PATH_IMAGE053
；q为和所述谐振器的电级与所述谐振器的基底交界面处 电势自由度相关的参数。
步骤S3、生成消去内部自由度刚度矩阵；将所述广义刚度矩阵依次通过分类节点、重排节点、施加边界条件以及舒尔补运算处理后生成所述消去内部自由度刚度矩阵，以消去所述广义刚度矩阵的内部自由度。
所述步骤S3还包括如下步骤：
将输入的矩阵进行分块以产生分块矩阵，在通过所述舒尔补运算消去所述输入的矩阵的内部自由度，所述输入的矩阵为所述刚度矩阵或所述质量矩阵或所述阻尼矩阵；
其中，所述分块矩阵为：
Figure DEST_PATH_IMAGE054
；
所述舒尔补运算为将所述分块矩阵转化为：
Figure DEST_PATH_IMAGE055
。
所述步骤S3中，所述分类节点为将所述谐振器的指条所对应的节点，所述分类节点包括左节点、右节点、电极处电势自由度节点以及内部节点。
所述步骤S3中，所述施加边界条件为将公式
Figure DEST_PATH_IMAGE056
进行降维操作，所述施加边 界条件包括底面固定边界条件、孔径方向周期性边界条件以及电极基底交界面。
步骤S4、生成谐振器矩阵：将所述消去内部自由度刚度矩阵依次通过级联IDT、反射栅、左完美匹配层以及右完美匹配层处理后生成所述谐振器矩阵。
所述级联IDT包括正电极矩阵和接地电极矩阵。
所述步骤S4还包括如下子步骤：
步骤S41、将所述消去内部自由度刚度矩阵通过所述级联IDT获得所述级联IDT对应的B矩阵；
步骤S42、将所述消去内部自由度刚度矩阵通过所述反射栅获得所述反射栅对应的B矩阵；
步骤S43、将所述消去内部自由度刚度矩阵通过所述左完美匹配层获得所述左完美匹配层对应的B矩阵；
步骤S44、将所述消去内部自由度刚度矩阵通过所述右完美匹配层获得所述右完美匹配层对应的B矩阵；
步骤S45、将所述级联IDT对应的B矩阵、所述反射栅对应的B矩阵、所述左完美匹配层对应的B矩阵以及所述右完美匹配层对应的B矩阵进行级联，再通过所述舒尔补运算获得所述谐振器矩阵。
步骤S5、获得所述谐振器的导纳曲线：将所述谐振器矩阵通过预设的数学公式进行处理后获得所述谐振器的导纳曲线。
所述步骤S5中，所述谐振器的导纳为Y，v为所述谐振器交界面施加等电势，所述预设的数学公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE057
；
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE058
为所述谐振器矩阵的第一行和第一列的数据，Y(w) 为所述谐振器 的导纳曲线。
本发明实施例提供的所述仿真设备1000能够实现声表面波滤波器仿真方法实施例中的各个实施方式，以及相应有益效果，为避免重复，这里不再赘述。
需要指出的是，图4中仅示出了具有组件的1001-1003，但是应理解的是，并不要求实施所有示出的组件，可以替代的实施更多或者更少的组件。其中，本技术领域技术人员可以理解，这里的所述仿真设备1000是一种能够按照事先设定或存储的指令，自动进行数值计算和/或信息处理的设备，其硬件包括但不限于微处理器、专用集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuit，ASIC)、可编程门阵列(Field－Programmable GateArray，FPGA)、数字处理器(Digital Signal Processor，DSP)、嵌入式设备等。
所述存储器1002至少包括一种类型的可读存储介质，可读存储介质包括闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器（例如，SD或DX存储器等）、随机访问存储器（RAM）、静态随机访问存储器（SRAM）、只读存储器（ROM）、电可擦除可编程只读存储器（EEPROM）、可编程只读存储器（PROM）、磁性存储器、磁盘、光盘等。在一些实施例中，所述存储器1002可以是所述仿真设备1000的内部存储单元，例如所述仿真设备1000的硬盘或内存。在另一些实施例中，所述存储器1002也可以是所述仿真设备1000的外部存储设备，例如该仿真设备1000上配备的插接式硬盘，智能存储卡（Smart Media Card, SMC），安全数字（Secure Digital, SD）卡，闪存卡（Flash Card）等。当然，所述存储器1002还可以既包括所述仿真设备1000的内部存储单元也包括其外部存储设备。本实施例中，所述存储器1002通常用于存储安装于所述仿真设备1000的操作系统和各类应用软件，例如仿真设备1000的声表面波滤波器仿真方法的程序代码等。此外，所述存储器1002还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的各类数据。
所述处理器1001在一些实施例中可以是中央处理器（Central Processing Unit，CPU）、控制器、微控制器、微处理器、或其他数据处理芯片。该所述处理器1001通常用于控制所述仿真设备1000的总体操作。本实施例中，所述处理器1001用于运行所述存储器1002中存储的程序代码或者处理数据，例如运行仿真设备1000的声表面波滤波器仿真方法的程序代码。
网络接口1003可包括无线网络接口或有线网络接口，该网络接口1003通常用于在仿真设备1000与其他电子设备之间建立通信连接。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述程序指令被处理器1001执行时实现如上所述的声表面波滤波器仿真方法中的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现实施例仿真设备1000的声表面波滤波器仿真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，的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如各方法的实施例的流程。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体（Read-Only Memory，ROM）或随机存取存储器（Random Access Memory，简称RAM）等。
在本发明实施例中提到的本实施方式为了便于表述。以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
与现有技术相比，本发明的声表面波滤波器仿真方法通过如下步骤：步骤S1、根据所述谐振器进行建模；步骤S2、组成广义刚度矩阵；步骤S3、生成消去内部自由度刚度矩阵；步骤S4、生成谐振器矩阵；步骤S5、获得所述谐振器的导纳曲线。该步骤的实施，采用基于巧凑单元的有限元方法，降低有限元中计算所需自由度，从而降低有限元（HCT-FEM）仿真中，所述广义刚度矩阵矩阵到消去内部自由度的所述消去内部自由度刚度矩阵所需的计算量，降低了所述广义刚度矩阵的自由度，提高了计算效率，从而使得本发明提供的声表面波滤波器仿真方法、仿真设备以及计算机可读存储介质可降低矩阵自由度，仿真计算量少且仿真计算速度高，并可减少总体的频点计算时间且仿真计算效率高。
以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种声表面波滤波器仿真方法，其应用于具有谐振器的声表面波滤波器，其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤S1、根据所述谐振器进行建模：对所述谐振器进行几何建模并获得几何模型，将所述几何模型的结构依次进行划分网格、选择离散单元、施加边界条件以及选择特征频率求解器处理后产生仿真模型；
步骤S2、组成广义刚度矩阵：通过所述特征频率求解器将所述仿真模型进行提取以获得所述谐振器对应的刚度矩阵、质量矩阵和阻尼矩阵，再将所述刚度矩阵、所述质量矩阵以及所述阻尼矩阵组成所述广义刚度矩阵；
步骤S3、生成消去内部自由度刚度矩阵；将所述广义刚度矩阵依次通过分类节点、重排节点、施加边界条件以及舒尔补运算处理后生成所述消去内部自由度刚度矩阵，以消去所述广义刚度矩阵的内部自由度；
步骤S4、生成谐振器矩阵：将所述消去内部自由度刚度矩阵依次通过级联IDT、反射栅、左完美匹配层以及右完美匹配层处理后生成所述谐振器矩阵；
步骤S5、获得所述谐振器的导纳曲线：将所述谐振器矩阵通过预设的数学公式进行处理后获得所述谐振器的导纳曲线。
2.根据权利要求1所述的声表面波滤波器仿真方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述广义刚度矩阵为A，所述刚度矩阵为K，所述质量矩阵为E，所述阻尼矩阵为D，w为参数，f为所述谐振器的频率，x为由所有网格的节点对应的位移矢量和电势组成的位置量，其中，所述网格为将所述几何模型的结构进行所述划分网格所产生，L为载荷向量，满足如下公式：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
；
Figure DEST_PATH_IMAGE002
；
Figure DEST_PATH_IMAGE003
；
其中，L满足：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
；q为和所述谐振器的电级与所述谐振器的基底交界面处电势 自由度相关的参数；i为复数。
3.根据权利要求2所述的声表面波滤波器仿真方法，其特征在于，所述步骤S3还包括如下步骤：
将输入的矩阵进行分块以产生分块矩阵，在通过所述舒尔补运算消去所述输入的矩阵的内部自由度，所述输入的矩阵为所述刚度矩阵或所述质量矩阵或所述阻尼矩阵；
其中，所述分块矩阵为：
Figure DEST_PATH_IMAGE005
；
所述舒尔补运算为将所述分块矩阵转化为：
Figure DEST_PATH_IMAGE006
；其中，A11为所述广义刚度矩阵A的第一行第一列的 快分子矩阵，A12为所述广义刚度矩阵A的第一行第二列的快分子矩阵，A21为所述广义刚度 矩阵A的第二行第一列的快分子矩阵，A22为所述广义刚度矩阵A的第二行第二列的快分子矩 阵；x1为所述由所有网格的节点对应的位移矢量和电势组成的位置量x的第一行的快分子 位置量，x2为所述由所有网格的节点对应的位移矢量和电势组成的位置量x的第二行的快 分子位置量；q1为所述和所述谐振器的电级与所述谐振器的基底交界面处电势自由度相关 的参数q的第一行的快分子向量，q2为所述和所述谐振器的电级与所述谐振器的基底交界 面处电势自由度相关的参数q的第二行的快分子向量。
4.根据权利要求3所述的声表面波滤波器仿真方法，其特征在于，所述步骤S4还包括如下子步骤：
步骤S41、将所述消去内部自由度刚度矩阵通过所述级联IDT获得所述级联IDT对应的B矩阵；
步骤S42、将所述消去内部自由度刚度矩阵通过所述反射栅获得所述反射栅对应的B矩阵；
步骤S43、将所述消去内部自由度刚度矩阵通过所述左完美匹配层获得所述左完美匹配层对应的B矩阵；
步骤S44、将所述消去内部自由度刚度矩阵通过所述右完美匹配层获得所述右完美匹配层对应的B矩阵；
步骤S45、将所述级联IDT对应的B矩阵、所述反射栅对应的B矩阵、所述左完美匹配层对应的B矩阵以及所述右完美匹配层对应的B矩阵进行级联，再通过所述舒尔补运算获得所述谐振器矩阵。
5.根据权利要求2所述的声表面波滤波器仿真方法，其特征在于，所述步骤S5中，所述谐振器的导纳为Y，v为所述谐振器交界面施加等电势，所述预设的数学公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE007
；
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE008
为所述谐振器矩阵的第一行和第一列的数据，Y(w) 为所述谐振器的导纳 曲线，j为复数。
6.根据权利要求2所述的声表面波滤波器仿真方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述分类节点为将所述谐振器的指条所对应的节点，所述分类节点包括左节点、右节点、电极处电势自由度节点以及内部节点。
7.根据权利要求2所述的声表面波滤波器仿真方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述 施加边界条件为将公式
Figure DEST_PATH_IMAGE009
进行降维操作，所述施加边界条件包括底面固定边界条 件、孔径方向周期性边界条件以及电极基底交界面。
8.根据权利要求1所述的声表面波滤波器仿真方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述级联IDT包括正电极矩阵和接地电极矩阵。
9.一种仿真设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述处理器用于读取所述存储器中的程序，执行如权利要求1至8中任一项所述的声表面波滤波器仿真方法中的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述程序指令被处理器执行时实现如权利要求1-8中任意一项所述的声表面波滤波器仿真方法中的步骤。
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