一种将电流密度解代入非线性函数的传输线互调仿真方法与流程

本发明涉及信号建模和电磁场仿真技术，属于通信电路领域，特别是指一种将电流密度解代入非线性函数的传输线互调仿真方法。

背景技术：

1、在现代的微波射频电子元器件的设计和加工制造领域，对元器件的电磁仿真技术一直是实现元器件电性能预测的先验技术中的关键。电磁仿真技术是通过对电子元器件的三维或二维结构进行等比例建模，并结合开发的各种电磁场仿真算法，实现电子元器件的电磁场真实情况的近似。各家商业软件公司开发了各种商业电磁仿真软件，如基于时域有限差分法(fdtd)的hfss软件和基于有限元方法(fem)的cst软件。这些电磁场仿真软件广泛应用于工业设计和科研教学，能够最大程度地模拟和预测电子元器件的电性能，如各种传输线的传输参数和反射参数等。

2、另一方面，对于任意传输线，其电性能除了包括线性参数(传输参数和反射参数)，还包括非线性参数。非线性参数是传输线自身结构或者材料带来的固有属性，而这种传输线自身的非线性在通信链路中往往会引起无源互调干扰。对应用于现代大功率通信设备的各种通信链路传输线，其无源互调性能是越来越受关注的一个指标。关于传输线非线性引起的无源互调的建模，也是通信设备商和可靠性工程师们正着手解决的难题。

3、然而值得注意的是，市面上的大部分商用电磁仿真软件能够求解线性参数，但并不擅长求解非线性问题。目前，对传输线的非线性建模还停留在一对一提出建模方案，缺少统一模块化的建模方法。

技术实现思路

1、鉴于现有技术中存在的问题，本发明提出一种将电流密度解代入非线性函数的传输线互调仿真方法，该方法将线性电流密度解代入非线性传递函数进行互调计算，实现了商业电磁仿真软件难以实现的通用型非线性建模和互调预测。

2、本发明采用的技术方案为：

3、一种将电流密度解代入非线性函数的传输线互调仿真方法，包括以下步骤：

4、构建传输线金属导体横截面的二维几何结构；

5、判断金属导体横截面的电流密度分布是否均匀；

6、对电流密度分布均匀的横截面进行数值计算并求得电流密度分布函数，推导出常量几何因子；

7、对电流密度分布不均匀的横截面进行有限元仿真并求得电流密度分布解，推导出变量几何因子；

8、建立传输线的分布非线性参数模型，从而推导出非线性电阻和电感的传递函数；

9、将常量几何因子和变量几何因子代入非线性电阻和电感的传递函数，建立传输线非线性互调的仿真模型。

10、进一步地，所述构建传输线金属导体横截面的二维几何结构中，等比例测绘横截面的几何形状，并标注二维几何结构的关键参数。

11、进一步地，所述判断金属导体横截面的电流密度分布是否均匀包含两步：

12、判断传输线是否几何连续；

13、判断传输线金属导体横截面几何形状是否规则。

14、进一步地，对于电流密度分布均匀的横截面，通过推导电流密度分布函数的封闭表达式来进行表征，并且其几何因子在整段传输线中处处相等。

15、进一步地，对于电流密度分布不均匀的横截面，通过有限元仿真分析求出电流密度分布解来进行表征，并且其几何因子在整段传输线中是动态变化的。

16、进一步地，建立传输线的分布非线性参数模型的具体方式为：在传输线经典电报方程的基础上，将电报方程转换为波动方程，并将方程从时域转换为频域，从而推导出传输线的分布非线性参数。

17、进一步地，建立传输线非线性互调的仿真模型的具体方式为，先计算非线性电阻和电感，然后计算非线性电流，最后计算出传输线的非线性互调功率。

18、本发明的有益效果在于：

19、1、本发明能够针对不同类型的传输线给出一个通用的非线性建模和无源互调预测方法，为传输线的低互调结构设计提供指导性意见和判据。

20、2、本发明提出的仿真方法覆盖范围广，不仅可用于形状规则的传输线，还可以用于形状不规则、几何不连续的传输线的非线性建模。

21、3、本发明提出的仿真方法可操作性强。该仿真方法将一般可获得的线性电流密度解作为非线性建模的输入，而无需复杂的非线性边界条件的设置。

技术特征：

1.一种将电流密度解代入非线性函数的传输线互调仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种将电流密度解代入非线性函数的传输线互调仿真方法，其特征在于，所述构建传输线金属导体横截面的二维几何结构中，等比例测绘横截面的几何形状，并标注二维几何结构的关键参数。

3.根据权利要求1所述的一种将电流密度解代入非线性函数的传输线互调仿真方法，其特征在于，所述判断金属导体横截面的电流密度分布是否均匀包含两步：

4.根据权利要求1所述的一种将电流密度解代入非线性函数的传输线互调仿真方法，其特征在于，对于电流密度分布均匀的横截面，通过推导电流密度分布函数的封闭表达式来进行表征，并且其几何因子在整段传输线中处处相等。

5.根据权利要求1所述的的一种将电流密度解代入非线性函数的传输线互调仿真方法，其特征在于，对于电流密度分布不均匀的横截面，通过有限元仿真分析求出电流密度分布解来进行表征，并且其几何因子在整段传输线中是动态变化的。

6.根据权利要求1所述的一种将电流密度解代入非线性函数的传输线互调仿真方法，其特征在于，建立传输线的分布非线性参数模型的具体方式为：在传输线经典电报方程的基础上，将电报方程转换为波动方程，并将方程从时域转换为频域，从而推导出传输线的分布非线性参数。

7.根据权利要求1所述的一种将电流密度解代入非线性函数的传输线互调仿真方法，其特征在于，建立传输线非线性互调的仿真模型的具体方式为，先计算非线性电阻和电感，然后计算非线性电流，最后计算出传输线的非线性互调功率。

技术总结
本发明公开了一种将电流密度解代入非线性函数的传输线互调仿真方法，属于通信电路领域。本发明包括：构建传输线金属导体横截面的二维几何结构；判断金属导体横截面的电流密度分布是否均匀；对电流密度分布均匀的横截面进行数值计算并求得电流密度分布函数，推导出常量几何因子；对电流密度分布不均匀的横截面进行有限元仿真并求得电流密度分布解，推导出变量几何因子；建立传输线的分布非线性参数模型；将几何因子代入非线性电阻和电感的传递函数，建立非线性互调的数学模型。本发明建立了基于线性电流密度解的非线性无源互调数学模型，能够实现任意传输线结构的非线性无源互调仿真和预测，为传输线的低互调性能和结构设计提供了理论指导和依据。

技术研发人员：徐小龙,罗俊宇,庄唯玲,谢军,郎俊杰,宋庆辉,张海福,郑见树,王璇,李晓明,周子巍,于慧贤,樊警旭
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第五十四研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/5/10