一种面向传输性能的微波器件拼缝宽度的确定方法与流程

本发明涉及微波器件，具体为一种面向传输性能的微波器件拼缝宽度的确定方法。

背景技术：

1、微波器件是指工作在微波波段（频率为300～300000兆赫）的器件。微波器件按其功能可分为微波振荡器（微波源）、功率放大器、混频器、检波器、微波天线、微波传输线等。微波器件按其工作原理和所用材料、工艺不同，又可分为微波电真空器件、微波半导体器件、微波集成电路（固态器件）和微波功率模块。 微波电真空器件包括速调管、行波管、磁控管、返波管、回旋管、虚阴极振荡器等，利用电子在真空中运动及与外围电路相互作用产生振荡、放大、混频等各种功能。

2、微波器件的拼缝宽度对微波器件的传输性能有着重要的影响。因此，在设计微波器件时，需要通过模拟、优化和实验验证等方法来确定合适的拼缝宽度，以保证良好的传输性能和系统性能。具体的确定方法需要结合实际情况和具体应用需求进行综合考虑。

3、在申请公布号为cn104166770a的中国发明专利中，公开了一种面向传输性能的微波器件拼缝宽度的快速确定方法，包括：1）确定微波器件的结构参数、材料属性以及微波器件的电磁工作参数；2）根据微波器件的电磁工作频率，确定微波器件的拼缝宽度；3）根据给定的微波器件的结构参数、材料属性以及当前的微波器件拼缝宽度，建立微波器件的电磁分析模型；4）根据微波器件的结构参数与电磁工作参数，确定馈电端口面的尺寸并设置电磁计算边界条件；5）计算包括电压驻波比和插入损耗的微波器件传输性能参数；6）判断当前的拼缝宽度下微波器件传输性能是否满足要求。

4、以上申请中记载的方法通过优化微波器件的拼缝宽度，可以使微波器件的传输性能达到工程设计的指标要求，指导微波器件的结构方案设计，但是在结合以上申请及现有技术后，现有的拼缝宽度的确定方法中，通常是通过建立器件微波器件的电磁分析模型来对拼缝宽度进行逐步优化，但在优化过程中，通常只对拼缝宽度这一单一因素进行优化，而未能将其他因素带来的影响考虑在内，导致确定的拼缝宽度未必能使微波器件的传输性能达到最佳的状态，使拼缝宽度的确定值和实际最佳值存在一定的差距。

5、为此，本发明提供了一种面向传输性能的微波器件拼缝宽度的确定方法。

技术实现思路

1、（一）解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种面向传输性能的微波器件拼缝宽度的确定方法，通过使用修改后的器件模型对实验器件的运行状态进行测试，获取测试数据；由测试数据构建实验器件的状态系数，并计算拼缝宽度与状态系数间的相关度，若相关度超过相关度阈值，依次对各个实验器件进行测试，构建实验器件的性能系数，依据性能系数与异常阈值的关系，构建实验器件的异常值对实验器件作筛选；获取优化后的验证模型，由验证模型对相应的目标器件的运行状态进行测试，由测试数据构建优化系数，依据优化系数为实验器件确定相应的拼缝宽度。通过构建优化模型对器件做整体性筛选，确定出的拼缝宽度可实践性更高，对器件的运行带来的影响尽量缩小，从而解决了背景技术中提出的技术问题。

3、（二）技术方案

4、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种面向传输性能的微波器件拼缝宽度的确定方法，包括，由设计的器件数据构建初始器件模型，对拼缝宽度对其做出修改后，获取若干个修改后的器件模型，在预设使用场景下，使用修改后的器件模型对实验器件的运行状态进行测试，获取测试数据；

5、由测试数据构建实验器件的状态系数，并计算拼缝宽度与状态系数间的相关度，若相关度超过相关度阈值，发出测试指令；

6、接收到测试指令后依次对各个实验器件进行测试，由相应的测试数据构建实验器件的性能系数，依据性能系数与异常阈值的关系，构建实验器件的异常值，以异常值对实验器件作筛选；

7、以训练后的优化模型对筛选出器件模型做出优化，获取优化后的验证模型，由验证模型对相应的目标器件的运行状态进行测试，由测试数据构建优化系数，依据优化系数为实验器件确定相应的拼缝宽度。

8、进一步的，预先设计实验器件，以设计数据作为样本数据，构建初始器件模型，以拼缝宽度对初始器件模型做出修改后，获取若干个修改后的器件模型；

9、为实验器件预设运行场景并设置若干个等间隔的预测节点，由修改后的器件模型对实验器件的运行状态进行测试，并获取到各个预测节点上的预测数据，将各个实验器件的预测数据做出汇总，构建测试数据集合。

10、进一步的，对由实验器件的测试数据集合内获取实验器件的相位延迟 xw及驻波比 zw做线性归一化处理，并将相应的数据值映射至区间内，依据如下方式构建实验器件的状态系数：

11、

12、其中， m， m为预测节点的个数，为相位延迟的合格标准值，为驻波比的合格标准值；为第i个预测节点的相位延迟，为第i个预测节点的驻波比；权重系数：，，且。

13、进一步的，接收到测试指令后，为各个实验器件设置测试频率，测试频率与拼缝宽度成正比，依据测试频率设置若干个等间隔的测试节点，依次对各个实验器件进行测试，并于测试节点上获取到相应的测试数据，将测试数据汇总后构建性能数据集合。

14、进一步的，由性能数据集合构建实验器件的性能系数，具体方式如下：对由性能数据集合内获取的传输损耗 cs及插入损耗 ps做线性归一化处理，将相应的数据值映射至区间内，以最近 m个测试节点上的测试数据作为样本数据，再依照如下公式计算性能系数：

15、

16、其中，为传输损耗的合格参考值，为插入损耗的合格参考值，权重系数： ，，且，，为测试节点的个数，为第i个测试节点的传输损耗，为第i个测试节点的插入损耗。

17、进一步的，在连续获取到若干组的性能系数后构建异常阈值，将所述性能系数与异常阈值做对比，由各个实验器件的性能系数超出异常阈值的次数生成异常率 yp，并以若干次异常的异常程度之和作为异常比 yb。

18、进一步的，构建实验器件的异常值，具体方式如下：将异常率 yp及异常比 yb做线性归一化处理后，将相应的数据映射至区间内，依照如下公式：

19、

20、权重系数：，，以其中异常值最低的实验器件作为目标器件，以与目标器件对应的器件模型作为目标模型。

21、进一步的，由遗传算法训练获取优化模型，为训练后的优化模型设置优化终止条件后，依据预设的优化目标及约束条件，使用优化模型对目标器件包含拼缝宽度在内的各项参数做出优化，直至达到终止条件后，获取相应的优化方案；

22、并在经过若干次优化后，连续获取若干个优化方案，并依据优化方案的各项数据对相应的目标模型做出修改，将修改后的目标模型标记为验证模型。

23、进一步的，在预设运行场景并设置若干个等间隔的预测节点后，由验证模型对相应的目标器件的运行状态进行测试，并获取到各个预测节点上的测试数据，再次以最近 n个测试节点上的测试数据作为样本数据计算目标器件的性能系数：

24、由性能系数构建优化系数，从优化系数最大的验证模型中确定出相应的拼缝宽度，并将其作为目标拼缝宽度。

25、进一步的，将目标器件优化前后的各个预测节点依据时间轴排序，并一一对应，依据如下方式构建优化系数：

26、

27、其中，为性能系数中间值，为其均值， i为预测节点的序号，， n为预测节点的个数，及分别为优化前后第 i个预测节点上的性能系数，及为相应的均值。

28、（三）有益效果

29、本发明提供了一种面向传输性能的微波器件拼缝宽度的确定方法，具备以下有益效果：

30、1、通过状态系数对实验器件的运行状态进行评价和筛选，通过计算获取状态系数和拼缝宽度间的相关性，若是获取的两者相关性超过预期，对拼缝宽度做出有效调整，降低拼缝宽度会对器件的性能及品质的干扰。

31、2、在获取器件的性能系数后，依据构建的异常阈值对器件运行性能的稳定性进行判断，若器件性能的稳定性较高，其产生异常的频率较低，且每次异常程度也较低，也即异常值相对较低时，则可以说明当前器件的性能稳定性较高，能够满足设计要求，可以将其作为合格品，从若干个不同的拼缝宽度中获取较佳的拼缝宽度，对拼缝宽度形成初步确定。

32、3、从若干个实验器件中筛选出相应的目标器件；在完成对拼缝宽度的初步确定后，以训练后的优化模型对目标器件的拼缝宽度进行优化，并获取到若干个优化结果，优化后的数据相当于初步设定的数据可靠性更高，而且整体性效果更好。

33、4、由验证模型对优化后的器件的运行进行预测，连续获取到若干个预测节点上的性能系数，并进而构建相应的优化系数，以优化系数在若干个优化方案中做出筛选，在与器件其他参数相契合的前提下，筛选出较佳的拼缝宽度，完成对拼缝宽度的确定；相对于单一因素的评价和筛选，通过构建优化模型对器件做整体性筛选，所确定出的拼缝宽度可实践性更高，且能够使拼缝宽度对器件的运行带来的影响尽量缩小。