Способ моделирования параметров геометрической неоднородности поверхности микрополосковой линии передачи

Изобретение относится к области радиотехники. Технический результат - повышение точности компьютерного моделирования целостности сигнала и электромагнитной совместимости проектируемых СВЧ устройств в расширенном диапазоне рабочих частот до 100 ГГц и более. Для этого расчет параметров геометрической неоднородности поверхности микрополосковой линии передач проводят последовательно в три этапа: при этом на подготовительном этапе проводят получение микрофотографии поверхности микрополосковой линии передачи, например, с помощью сканирующей электронной микроскопии, ввод исходных данных, вычисление глубины скин-слоя; на втором этапе задают градиент неоднородности по указанной области неоднородности, параметрам самой глубокой впадины и калибровочной линейки на микрофотографии поверхности микрополосковой линии передачи и на основе рекурсивного метода цифровой обработки микрофотографии проводят наложение и обработку маски неоднородности; на заключительном этапе на основе введенных исходных данных и полученной маски неоднородности поверхности проводят построение эквивалентной RLCG-модели микрополосковой линии передачи, учитывающей параметры геометрической неоднородности ее поверхности. 6 ил.

 

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано при проектировании сложных радиотехнических изделий, к примеру, сверхвысокочастотных (СВЧ) устройств, выполненных на основе низкотемпературной совместно-обжигаемой керамики. Реализация изобретения позволяет повысить точность проектирования изделий за счет определения геометрической неоднородности микрополосковых линий передач при компьютерном моделировании целостности сигналов, паразитных связей, перекрестных наводок и др. в обеспечение требований их электромагнитной совместимости.

Известны аналогичные способы моделирования параметров геометрической неоднородности поверхности линий передач:

1) Hall S. Modeling Requirements for Transmission Lines in Multi-Gigabit // Electrical Performance of Electronic Packaging, IEEE 13th Topical Meeting. 2004. - pp. 67-70;

2) Huray P.G., Pytel S.G., Hall S.H., Oluwafemi F., Mellitz R.I., Hua D., and Ye P. Fundamentals of a 3-D "Snowball" Model for Surface Roughness Power Losses" // 11th Annual IEEE SPI Proceedings. May 13-16, 2006. - pp. 121-124;

3) Brian C. Loss Modeling in Non-Ideal Transmission Lines for Optimal Signal Integrity. 1st ed. Berlin: Technischen Berlin, 2012. - 106 pp.;

4) Method for modeling conductor surface roughness US 8527246 B1.

Данные способы позволяют математически описать определенную геометрию поверхности линии передачи в виде корректирующего коэффициента параметров отражения и передачи. При этом модель:

- Хэммерстада - описывает пилообразный профиль;

- Холла - аппроксимирует неоднородность поверхности в виде серии полушарий;

- Холла-Хуррея - описывает поперечное сечение проводника в виде сфер, расположенных на полусферах.

Точность вычисляемых значений и результатов расчетов коэффициентов с использованием перечисленных моделей, как правило, сильно зависит от рабочей частоты и достоверности исходных данных для расчета, вводимых вручную, таких как: высота, диаметр и средняя плотность распределения неоднородностей.

При этом за прототип взят метод моделирования шероховатости поверхности проводника (Method for modeling conductor surface roughness US 8527246 В1). Данный метод заключается в двухуровневом определении размеров и расположения выступов на поверхности проводника с последующим получением трех поправочных коэффициентов, причем, последний фактор коррекции получается путем объединения первого и второго поправочного коэффициента. Определение размеров и габаритов выступов предлагается делать путем анализа микрофотографии поверхности. В общем виде метод позволяет получить поверхностное волновое сопротивление проводника следующим образом:

1) Определение количества уровней N для модели шероховатости;

2) Определение профиля шероховатости поверхности;

3) Выявление ith выступов с использованием ith базовой поверхности для ith уровня;

4) Определение ith корректирующего коэффициента Ki для ith уровня используя параметры для ith выступа;

5) Повторение пунктов 3 и 4 до тех пор пока I не станет равно N;

6) Расчет финального корректирующего коэффициента Ks;

7) Расчет поверхностного волнового сопротивления появляющегося на шероховатой поверхности с использованием Ks.

Из данного прототипа взята идея получения профиля шероховатости поверхности по реальной микрофотографии поверхности исследуемого материала. Однако прототип имеет существенные недостатки:

- частотный диапазон применимости ограничен частотой в 50 ГГц;

- отсутствует возможность учета геометрической неоднородности поверхности линий передач пористых структур, выполненных, к примеру, на основе технологии низкотемпературной совместно-обжигаемой керамики;

- необходимость ручного подбора параметров геометрической неоднородности поверхности для достижения удовлетворительной точности расчета;

- использование корректирующего коэффициента исключает возможность учета пространственного распределения геометрической неоднородности по поверхности линии передачи.

Задачей изобретения является устранение указанных выше недостатков прототипа, а именно:

- повышение точности компьютерного моделирования целостности сигнала и электромагнитной совместимости проектируемых СВЧ устройств в расширенном диапазоне рабочих частот до 100 ГГц и более;

- возможность учета геометрической неоднородности поверхности линий передач (в том числе пористых структур);

- автоматическое определение параметров геометрической неоднородности поверхности для достижения удовлетворительной точности расчета;

- исключение корректирующего коэффициента путем учета пространственного распределения геометрической неоднородности по поверхности линии передачи.

Поставленная задача решается за счет того, что моделирование параметров геометрической неоднородности поверхности микрополосковой линии передач на основе пространственной дискретизации эквивалентной RLCG-модели (где: L - индуктивность линии; R - активное сопротивление линии; С - емкость пленочного конденсатора; G -проводимость утечки через изоляцию) проводится последовательно в три этапа:

- на подготовительном этапе, например, с помощью метода сканирующей электронной микроскопии проводится получение микрофотографии поверхности линии передачи. Затем вводятся исходные данные, необходимые для расчета: рабочая частота проектируемого СВЧ-устройства, характеристики применяемых диэлектрических материалов (диэлектрическая проницаемость, тангенс угла диэлектрических потерь), параметры линии передачи (коэффициент передачи, коэффициент отражения). Корме того, на данном этапе проводится вычисление глубины скин-слоя и указывается область неоднородности на микрофотографии поверхности.

- на втором этапе по указанной области неоднородности, параметрам самой глубокой впадины и калибровочной линейки на микрофотографии поверхности микрополосковой линии передачи задается градиент неоднородности. После чего по микрофотографии поверхности, например, с помощью рекурсивного метода цифровой обработки изображений, проводится наложение и обработка маски неоднородности.

- на заключительном этапе, на основе введенных исходных данных и полученной маски неоднородности поверхности, проводится построение эквивалентной RLCG-модели микрополосковой линии передачи, в которой учитываются параметры геометрической неоднородности ее поверхности.

Суть изобретения поясняется чертежами, где на Фиг. 1 изображен алгоритм моделирования, на Фиг. 2 представлены микрофотографии пористой поверхности микрополосковой линии передачи, выполненной на основе технологии низкотемпературной совместно-обжигаемой керамики: увеличение в 600 раз (слева) и увеличение в 2300 раз (справа), на Фиг. 3 приведена иллюстрация базовой ячейки RLCG-компонентов, на Фиг. 4 представлен фрагмент эквивалентной электрической модели микрополосковой линии передачи, в центре которой встречается геометрическая неоднородность поверхности в виде паза.

На Фиг. 1 изображен алгоритм моделирования посредством дискретизации поверхности, где:

- Этап 1. Подготовительный;

- Этап 2. Вычисление маски геометрической неоднородности поверхности;

- Этап 3. Построение эквивалентной RLCG-модели микрополосковой линии передачи, учитывающей геометрическую неоднородность поверхности.

Определение параметров геометрической неоднородности поверхности линии передачи начинается с того, что на исходном микроизображении поверхности линий передач, окно обработки (Фиг. 5) построчно, пиксель за пикселем, принимает все возможные положения на плоскости микроизображения, и в каждом положении по значениям, лежащим в нем выходных отчетов, рассчитывается значение одного отсчета получаемой маски неоднородности.

Таким образом, пространственно-инвариантная обработка записана следующим соотношением:

где f(n1-m1,n2-m2) и g(n1,n2) - двумерные последовательности отсчетов входного и выходного изображения соответственно; G - оператор преобразования; D - конечное множество отсчетов, заданное относительно начала координат и определяющее форму и размеры окна обработки.

При этом D ограничивается прямоугольной областью:

где , , , - параметры, указывающие границы окна по следующим координатам (, ). При этом используется прямоугольное окно, симметричное относительно центрального пикселя:

Определение принадлежности соседних пикселей внутри области будет определяться следующим образом:

где Р0 - пиксель, указанный пользователем как пиксель неоднородности; Рn - анализируемый пиксель; Т - порог отклонения от указанного пикселя неоднородности.

Поскольку каждый пиксель изображения состоит из трех цветов - красного, зеленого и синего, то и проверка принадлежности пикселя к неоднородности проводится для каждого цвета отдельно, и только в случае, если все три цвета удовлетворяют условию, пиксель считается пикселем неоднородности.

На Фиг. 6 представлены результаты накладываемой маски неоднородности при различных значениях градиента неоднородности (слева-направо): 0,2; 0,3; 0,4.

На основе проведенной дискретизации и вычисленной маски неоднородности поверхности микрополосковая линия передачи впоследствии представляется в виде эквивалентной RLCG-модели, реализуемой с использованием последовательного включения базовых ячеек пассивных компонентов (Фиг. 3). С помощью последовательного включения RL-компонентов имитируют распространение сигнала, а с помощью параллельного включения CG-компонентов - взаимосвязь линии с опорным слоем, при этом в местах наличия геометрической неоднородности поверхности RL-цепь разрывают (Фиг.4).

Расчет значений RLCG-компонентов линии передачи проводится согласно следующим выражениям:

где d, w - длина и ширина линии передачи (м);

μ0 - магнитная проницаемость вакуума (Гн/м);

ρ - проводимость линии передачи (Ом);

ƒ - частота (Гц);

Zc - волновое сопротивление (Ом);

с - скорость света в вакууме (м/с);

εeƒƒ - эффективная диэлектрическая проницаемость;

tan(δ) - тангенс угла диэлектрических потерь;

ω - угловая частота (ω=2πƒ) (рад/с).

Способ моделирования параметров геометрической неоднородности поверхности микрополосковой линии передач с использованием автоматического построения расчетных эквивалентных RLCG-моделей является универсальным и легко интегрируется в различные системы схемотехнического (SPICE) моделирования. Так же будет действовать правило: чем больше цепей и звеньев эквивалентной RLCG-модели, тем точнее имитация геометрической неоднородности поверхности.

Данный способ программно проработан и прошел отладку и верификацию при проектировании СВЧ устройств. Практическое применение данного способа позволяет уменьшить сроки проектирования СВЧ устройств на основе компьютерного моделирования задач электромагнитной совместимости, что подтверждает эффективность предложенного способа.

Способ моделирования параметров геометрической неоднородности поверхности микрополосковой линии передач, включающий получение профиля шероховатости поверхности по реальной микрофотографии поверхности исследуемого материала, последующее получение распределения геометрических неоднородностей по поверхности, а также их параметров, отличающийся тем, что расчет параметров геометрической неоднородности поверхности микрополосковой линии передач, основанный на пространственной дискретизации эквивалентной RLCG-модели, где L - индуктивность линии, R - активное сопротивление линии, С - емкость пленочного конденсатора, G - проводимость утечки через изоляцию, проводят последовательно в три этапа: на подготовительном этапе проводят получение микрофотографии поверхности микрополосковой линии передачи с помощью сканирующей электронной микроскопии; вводят исходные данные, необходимые для расчета: рабочую частоту проектируемого СВЧ-устройства, характеристики применяемых диэлектрических материалов, а также учитывают параметры линии передачи - коэффициент передачи и отражения; вычисляют глубину скин-слоя; указывают область неоднородности на микрофотографии поверхности; на втором этапе задают градиент неоднородности по указанной области неоднородности, параметрам самой глубокой впадины и калибровочной линейки на микрофотографии поверхности микрополосковой линии передачи; на основе рекурсивного метода цифровой обработки по микрофотографии поверхности проводят наложение и обработку маски неоднородности; на заключительном этапе на основе введенных исходных данных и полученной маски неоднородности поверхности проводят построение эквивалентной RLCG-модели микрополосковой линии передачи, учитывающей параметры геометрической неоднородности ее поверхности.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области магнитогидродинамики. Магнитогидродинамическое моделирующее устройство включает в себя плазменный контейнер.

Изобретение относится к способам многомасштабного моделирования нелинейных процессов подземной гидродинамики. Сущность: разбивают исследуемую геологическую структуру на крупномасштабные блоки (КМБ).

Изобретение относится к области создания трехмерных цифровых моделей. Технический результат – повышение достоверности и точности получаемых геопространственных данных за счет использования технологий лазерного сканирования в трехмерном пространстве.

Изобретение относится к области разработки нефтяных месторождений с применением закачки в пласт перегретого водяного пара, более подробно - к лабораторным методам совместного исследования керна и собственно нефти, нахождению зависимостей соотношения изомеров метилдибензотиофена, содержащихся в керне и нефти, построению двухмерных и трёхмерных геохимических моделей, может быть использовано при разработке залежей преимущественно сверхвязкой нефти и битума.

Изобретение относится к области геолого-гидродинамического моделирования и может быть использовано при решении задач поиска, разведки и проектирования разработки нефтяных месторождений в условиях сложного строения коллекторов.

Изобретение относится к системе, устройству и способу прогнозирования буримости горных пород на основе данных измерений электромагнитного излучения (ЭМИ) в ходе буровых работ.

Изобретение относится к способу и системе определения петрофизических свойств. Техническим результатом является повышение точности и надежности определения петрофизических свойств горных пород/пластов.

Группа изобретений относится к области модульного визуального и самообучающегося инструмента, предназначенного для использования в качестве интегрированных системы и способа для исследования физиологии человека, получения возможности определения состояния заболевания и вариантов лечения и взаимодействия с другими пользователями, использующими социальные сетевые службы.

Изобретение относится к области нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для определения фильтрационно-емкостных свойств низкопроницаемых пластов.

Изобретение относится к газовой промышленности и может быть использовано для исследования проницаемости пластов газовых и газоконденсатных месторождений Крайнего Севера, оценки газогидродинамической взаимосвязи между отдельными скважинами.
Группа изобретений относится к области для измерения шероховатости поверхности в труднодоступных областях. Устройство измерения шероховатости поверхности содержит основное и вспомогательные излучающие волокна, собирающие волокна, оптический корпус, главное и вспомогательные отражающие зеркала и внешнюю цепь.

Группа изобретений относится к способу и устройству проверки инспекционной системы для обнаружения поверхностных дефектов продукта. Способ проверки инспекционной системы (1) и система для реализации способа для обнаружения поверхностных дефектов (2, 3) продукта (5), преимущественно плоского стального продукта, в котором с помощью одной камеры (6), преимущественно цифровой камеры, делают один снимок (10) одной поверхности (4) одного продукта (5), один снимок (10) в оцифрованном изображении передают на устройство (7) обработки изображений, одно оцифрованное изображение (11, 12) поверхностного дефекта (2, 3) интегрируют в оцифрованный снимок (10), с помощью устройства (7) обработки изображений и с помощью оцифрованного снимка (10), включая оцифрованное изображение (11, 12) поверхностного дефекта (2, 3), обнаруживают недостаток и определяют, распознает ли устройство (7) обработки изображений оцифрованное изображение (11, 12) поверхностного дефекта (2, 3) как недостаток на проверяемой поверхности (4).

Группа изобретений относится к способу и устройству проверки инспекционной системы для обнаружения поверхностных дефектов продукта. Способ проверки инспекционной системы (1) и система для реализации способа для обнаружения поверхностных дефектов (2, 3) продукта (5), преимущественно плоского стального продукта, в котором с помощью одной камеры (6), преимущественно цифровой камеры, делают один снимок (10) одной поверхности (4) одного продукта (5), один снимок (10) в оцифрованном изображении передают на устройство (7) обработки изображений, одно оцифрованное изображение (11, 12) поверхностного дефекта (2, 3) интегрируют в оцифрованный снимок (10), с помощью устройства (7) обработки изображений и с помощью оцифрованного снимка (10), включая оцифрованное изображение (11, 12) поверхностного дефекта (2, 3), обнаруживают недостаток и определяют, распознает ли устройство (7) обработки изображений оцифрованное изображение (11, 12) поверхностного дефекта (2, 3) как недостаток на проверяемой поверхности (4).

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к устройствам для оптического бесконтактного измерения профиля поверхности, и может быть использовано для измерения параметров неровности, шероховатости поверхности, например дорожного покрытия, поверхности металлов и изделий сложной формы.

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к устройствам для оптического бесконтактного измерения профиля поверхности, и может быть использовано для измерения параметров неровности, шероховатости поверхности, например дорожного покрытия, поверхности металлов и изделий сложной формы.

Изобретение относится к области сварки, в том числе, при строительстве трубопроводов и при изготовлении крупногабаритных объектов. Заявленный мобильный сканер для определения качества поверхности сварного шва содержит модуль перемещения, который включает платформу с размещенным на ней считывающим блоком, датчиком пройденного пути, блоком беспроводной передачи и приема информации.

Изобретение относится к области океанографических измерений. Способ дистанционного определения дисперсии уклонов морской поверхности заключается в том, что импульсным лазером вертикально зондируют морскую поверхность, регистрируют отраженные импульсы и по ним рассчитывают дисперсию уклонов морской поверхности.

Устройство для контроля углового положения дифракционных порядков дифракционного элемента состоит из координатного стола, оптически связанных рассеивающего экрана с пропускающим окном, контролируемого дифракционного элемента, расположенного между координатным столом и рассеивающим экраном, источника излучения, фокусирующего объектива, видеокамеры, блока обработки и управления.

Изобретение относится к визуальной оценке качества поверхностей плоских подложек для оптико-электронных компонентов и может быть использовано при техническом контроле состояния поверхности крупных партий деталей в электротехнической промышленности.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и направлено на повышение точности определения положений дефектов на асферических поверхностях как второго, так и более высокого порядка в процессе их формообразования.

Изобретение относится к области радиотехники. Технический результат - повышение точности компьютерного моделирования целостности сигнала и электромагнитной совместимости проектируемых СВЧ устройств в расширенном диапазоне рабочих частот до 100 ГГц и более. Для этого расчет параметров геометрической неоднородности поверхности микрополосковой линии передач проводят последовательно в три этапа: при этом на подготовительном этапе проводят получение микрофотографии поверхности микрополосковой линии передачи, например, с помощью сканирующей электронной микроскопии, ввод исходных данных, вычисление глубины скин-слоя; на втором этапе задают градиент неоднородности по указанной области неоднородности, параметрам самой глубокой впадины и калибровочной линейки на микрофотографии поверхности микрополосковой линии передачи и на основе рекурсивного метода цифровой обработки микрофотографии проводят наложение и обработку маски неоднородности; на заключительном этапе на основе введенных исходных данных и полученной маски неоднородности поверхности проводят построение эквивалентной RLCG-модели микрополосковой линии передачи, учитывающей параметры геометрической неоднородности ее поверхности. 6 ил.

Наверх