[發明專利]射頻微波器件粗糙表面射頻有效電導率的計算方法

有效

• 申請號: 200810044356.X
• 申請日: 2008-05-07
• 公開（公告）號: CN101387665A
• 公開（公告）日: 2009-03-18
• 發明（設計）人: 熊長武;王勇
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第十研究所
• 主分類號: G01R27/02
• 分類號: G01R27/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種電磁場、微波工程應用研究領域粗糙表面射頻有效電導率的分析計算方法，適用于射頻微波器件的理論設計、仿真分析及工程應用。

背景技術

表面粗糙度是指零件表面的微觀幾何形狀誤差，是零件表面質量的重要技術指標。在零件加工過程中，往往由于機床、刀具、夾具、工藝、潤滑、冷卻及工件的結構、材料等因素，導致零件表面產生這樣或那樣的缺陷，其中常見的有：刀痕粗糙、鱗刺現象、劃傷拉毛、刀花不勻、高頻振紋等。其中最主要的粗糙度即為刀痕粗糙，其產生及形成原因可從圖1中刀痕粗糙形成原理一目了然地得到理解，刀具在走刀過程中，由于刀刃前端的過渡圓弧R會在工件表面形成行進波浪粗糙刀痕。

傳統表面粗糙度的表述方法通常如圖2所示，主要表述方法有：輪廓算術平均偏差Ra、微觀不平度十點高度Rz、輪廓最大高度Rv、輪廓微觀不平度的平均間距Sm等。這些傳統幾何學基礎上的粗糙表面評判體系只包含局部一維信息，不能充分考慮被測要素的二維及三維整體形貌特征。表面粗糙度不僅在機械上對零件接觸面的摩擦、運動面的磨損、貼合面的密封、配合面的可靠、旋轉件的疲勞強度以及抗腐蝕性能等有影響，而且對射頻微波器件的電性能也有明顯影響。因為射頻電流存在明顯的集膚效應，電流只在微波器件的表層(厚度約1-3倍趨膚深度)流動，而表面粗糙度的存在將明顯增大表面電流的路徑，從而增加電磁能量損耗。

在電磁場、微波工程電路設計中，將實際粗糙表面所表現出的電導特性稱為射頻有效電導率。射頻有效電導率不同于材料的直流電導率。射頻有效電導率是隨著表面質量的粗糙度變化而變化的，并與頻率密切相關。然而迄今為止，傳統的理論分析方法及仿真軟件都未能對其影響關系進行準確的研究和分析計算，一般僅憑設計師的經驗來判別表面粗糙度對實際電性能的影響。同時即使根據一般經驗建立起了表面粗糙度與電性能間的初步模型，但由于所采用的粗糙度描述模型仍為機械行業通用的一維輪廓算術平均偏差Ra，往往與粗糙度影響電性能的根本原理不一致。因此，僅靠輪廓算術平均偏差Ra無法準確反映表面電流路徑的增大幅度，得到的結論也與大量工程經驗和實測數據不相吻合，從而存在極大的不確定性。因此，這些建立在傳統幾何學基礎上的粗糙表面評判體系在研究表面粗糙度對微波器件表面電導性能的影響已顯示出了嚴重的不足。

發明內容：

本發明的目的是建立一種可操作性強，同時又不改變實際表面粗糙度對表面射頻有效電導率的影響關系，通過比較實際粗糙表面中心電流線與理想表面中心電流線的長度來確定粗糙表面射頻電導率有效系數，從而計算射頻微波器件射頻有效電導率的計算方法，以解決現有技術傳統機械行業表面粗糙度描述模型與表面粗糙度影響電性能的根本原理不一致的問題，以及目前計算射頻有效電導率僅靠經驗判斷而無理論基礎的問題。

為了實現本發明的上述目的，本發明提供的一種射頻微波器件粗糙表面射頻有效電導率的計算方法，包括下列步驟：

一種射頻微波器件粗糙表面射頻有效電導率的計算方法，包括下列步驟：

在傳統表面粗糙度模型基本參數“輪廓算術平均偏差Ra”基礎上增加輔助參數“表面輪廓長度率Rl”，建立二維的表面粗糙度描述模型；

在測得實際輪廓表面粗糙度輪廓算術平均偏差基本參數Ra和表面輪廓長度率輔助參數Rl基礎上，建立具有上述相同二維表面粗糙度值的等效簡化三角波粗糙表面數學模型；

結合射頻電流趨膚效應和電流線路徑最短原則，分析表面電流在簡化三角波粗糙表面的分布規律，確定電流在簡化三角波粗糙表面的分布區域，確定中心電流線的位置和表達式；

比較等效簡化粗糙表面中心電流線的長度與理想表面中心電流線的長度，得到實際粗糙表面的射頻電導率有效系數，計算出射頻有效電導率。

本發明相比于現有技術具有如下有益效果。

首先本發明所建立的二維粗糙度描述模型彌補了傳統幾何學基礎上的粗糙表面評判體系只包含局部一維信息，未能充分考慮被測要素的二維、三維整體形貌特征的缺陷。其次所建立的二維等效簡化三角波粗糙表面數學模型簡單，可操作性強，同時不改變實際表面粗糙度對表面射頻有效電導率的影響關系；再其次是通過比較實際粗糙表面中心電流線與理想表面中心電流線的長度來確定射頻有效電導率的方法，避免了復雜的電磁場理論分析及數學運算過程，得到的結論與大量工程經驗和實測數據相吻合，可以圓滿解決工程應用領域射頻有效電導率無法準確分析計算的問題。

附圖說明

下面結合附圖和實施進一步說明本發明，但并不因此將本發明限制在所述的實例范圍之中。

圖1顯示的是工件在加工過程中刀痕粗糙形成的原理圖。