[發(fā)明專利]一種基于接觸結(jié)構(gòu)等效阻抗的矩形波導(dǎo)傳輸損耗分析方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710229816.5
• 申請(qǐng)日: 2017-04-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107180122B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-11-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 葛潮流;王偉;婁順喜;錢思浩;段寶巖;王從思;李娜;宋立偉;李鵬;周金柱
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 姚詠華

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于接觸結(jié)構(gòu)阻抗等效的矩形波導(dǎo)傳輸損耗的分析方法，包括分形函數(shù)建立粗糙表面模型，多尺度粗糙面接觸模型的建立；多尺度接觸電阻模型的建立；等效連續(xù)媒質(zhì)的介電常數(shù)和電導(dǎo)率的求解；波導(dǎo)傳輸模型中的傳輸系數(shù)確定。本發(fā)明建立了波導(dǎo)連接面粗糙特征參數(shù)、力學(xué)參數(shù)、電磁參數(shù)對(duì)波導(dǎo)傳輸損耗的影響關(guān)系，對(duì)波導(dǎo)連接面制造精度以及裝配要求的確定具有重要意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微波傳輸線領(lǐng)域，具體涉及一種基于接觸結(jié)構(gòu)阻抗等效的矩形波導(dǎo)傳輸損耗的分析方法，可用于指導(dǎo)工程中制定波導(dǎo)連接面制造精度以及裝配要求以保證波導(dǎo)傳輸性能。

背景技術(shù)

微波波導(dǎo)通過(guò)螺釘對(duì)法蘭盤(pán)的固定來(lái)連接，以實(shí)現(xiàn)電磁波的連續(xù)定向傳輸，連接質(zhì)量明顯的對(duì)傳輸性能產(chǎn)生影響。連接的質(zhì)量體現(xiàn)在截面拼接在一起的連續(xù)性，為了保證這個(gè)連續(xù)性，對(duì)法蘭盤(pán)的截面進(jìn)行精度的設(shè)計(jì)。當(dāng)頻率達(dá)到100GHz以上，為了保證連接損耗盡可能小，對(duì)法蘭面精度以及定位孔、連接孔精度提出更高的要求。

在實(shí)際情況下波導(dǎo)連接處存在不連續(xù)，這將導(dǎo)致電磁波在波導(dǎo)中存在傳輸損耗。不連續(xù)主要分為兩種，一種是由于波導(dǎo)連接時(shí)產(chǎn)生偏置，會(huì)造成腔體邊界不連續(xù)，引起回波損耗。一種是由于法蘭平面加工時(shí)存在平面度、粗糙度，并且當(dāng)螺釘緊固力不足時(shí)，造成波導(dǎo)連接截面的非完全接觸，在波導(dǎo)的長(zhǎng)邊壁面上存在沿傳輸方向的面電流，面電流流經(jīng)連接的位置，導(dǎo)體的非完全接觸結(jié)構(gòu)導(dǎo)致局部阻抗的增大，進(jìn)而造成傳輸電磁能的損失。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)波導(dǎo)連接面的非完全接觸會(huì)產(chǎn)生損耗的問(wèn)題，本發(fā)明采用分形函數(shù)建立粗糙表面模型，將接觸結(jié)構(gòu)等效成具有新的介電常數(shù)和電導(dǎo)率的連續(xù)媒質(zhì)，然后得到等效阻抗。運(yùn)用傳輸線模型建立了粗糙特征參數(shù)、力學(xué)參數(shù)、電磁參數(shù)對(duì)傳輸損耗的影響關(guān)系，對(duì)波導(dǎo)連接面制造精度以及裝配要求的確定具有重要意義。

本發(fā)明是通過(guò)下述技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

一種基于接觸結(jié)構(gòu)阻抗等效的矩形波導(dǎo)傳輸損耗的分析方法，包括以下步驟：

(1)根據(jù)粗糙表面形貌的自相似性，確定波導(dǎo)連接粗糙表面的分形函數(shù)h(x,y)；

(2)提取粗糙表面接觸結(jié)構(gòu)的材料參數(shù)，并進(jìn)行等效處理；

(3)對(duì)粗糙表面的每一維尺度，借助擬合公式求解出粗糙表面實(shí)際接觸面積與法向位移量；

(4)根據(jù)粗糙表面實(shí)際表面形貌參數(shù)的接觸面積與法向位移量，求出電接觸等效電阻與電容；

(5)由得到的電接觸等效電阻與電容，將接觸結(jié)構(gòu)等效成具有新的介電常數(shù)與電導(dǎo)率的連續(xù)媒質(zhì)；

(6)應(yīng)用波導(dǎo)傳輸線理論將接觸等效連續(xù)媒質(zhì)作為插入阻抗，計(jì)算出因接觸引起的傳輸損耗。

所述步驟(2)中，接觸結(jié)構(gòu)具有相同的材料特性參數(shù)，分別為彈性模量E和泊松比ν，并且將粗糙面接觸等效為平面與粗糙面接觸，得到等效彈性模量E^*。

所述步驟(3)包括如下步驟：

(3a)基維尺度的名義接觸面積為表面的投影面積A₀，平均應(yīng)力為宏觀實(shí)際應(yīng)力p₀，則接觸面總的壓力為F；

(3b)第n級(jí)完全接觸時(shí)應(yīng)力為

(3c)求解當(dāng)表面初始接觸時(shí)的接觸圓面積為(A_JGH)₁，表面接近求解完全接觸時(shí)的接觸矩形面積為(A_JGH)₂，表面初始接觸時(shí)的接觸圓半徑為a₁，表面接近完全接觸時(shí)的接觸正方形邊長(zhǎng)為b₁；

(3d)第n級(jí)尺度接觸面積公式通過(guò)下式得到

(3e)沿接觸面方向的變形為