[发明专利]射频微波器件粗糙表面射频有效电导率的计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电磁场、微波工程应用研究领域粗糙表面射频有效电导率的分析计算方法，适用于射频微波器件的理论设计、仿真分析及工程应用。

背景技术

表面粗糙度是指零件表面的微观几何形状误差，是零件表面质量的重要技术指标。在零件加工过程中，往往由于机床、刀具、夹具、工艺、润滑、冷却及工件的结构、材料等因素，导致零件表面产生这样或那样的缺陷，其中常见的有：刀痕粗糙、鳞刺现象、划伤拉毛、刀花不匀、高频振纹等。其中最主要的粗糙度即为刀痕粗糙，其产生及形成原因可从图1中刀痕粗糙形成原理一目了然地得到理解，刀具在走刀过程中，由于刀刃前端的过渡圆弧R会在工件表面形成行进波浪粗糙刀痕。

传统表面粗糙度的表述方法通常如图2所示，主要表述方法有：轮廓算术平均偏差Ra、微观不平度十点高度Rz、轮廓最大高度Rv、轮廓微观不平度的平均间距Sm等。这些传统几何学基础上的粗糙表面评判体系只包含局部一维信息，不能充分考虑被测要素的二维及三维整体形貌特征。表面粗糙度不仅在机械上对零件接触面的摩擦、运动面的磨损、贴合面的密封、配合面的可靠、旋转件的疲劳强度以及抗腐蚀性能等有影响，而且对射频微波器件的电性能也有明显影响。因为射频电流存在明显的集肤效应，电流只在微波器件的表层(厚度约1-3倍趋肤深度)流动，而表面粗糙度的存在将明显增大表面电流的路径，从而增加电磁能量损耗。

在电磁场、微波工程电路设计中，将实际粗糙表面所表现出的电导特性称为射频有效电导率。射频有效电导率不同于材料的直流电导率。射频有效电导率是随着表面质量的粗糙度变化而变化的，并与频率密切相关。然而迄今为止，传统的理论分析方法及仿真软件都未能对其影响关系进行准确的研究和分析计算，一般仅凭设计师的经验来判别表面粗糙度对实际电性能的影响。同时即使根据一般经验建立起了表面粗糙度与电性能间的初步模型，但由于所采用的粗糙度描述模型仍为机械行业通用的一维轮廓算术平均偏差Ra，往往与粗糙度影响电性能的根本原理不一致。因此，仅靠轮廓算术平均偏差Ra无法准确反映表面电流路径的增大幅度，得到的结论也与大量工程经验和实测数据不相吻合，从而存在极大的不确定性。因此，这些建立在传统几何学基础上的粗糙表面评判体系在研究表面粗糙度对微波器件表面电导性能的影响已显示出了严重的不足。

发明内容：

本发明的目的是建立一种可操作性强，同时又不改变实际表面粗糙度对表面射频有效电导率的影响关系，通过比较实际粗糙表面中心电流线与理想表面中心电流线的长度来确定粗糙表面射频电导率有效系数，从而计算射频微波器件射频有效电导率的计算方法，以解决现有技术传统机械行业表面粗糙度描述模型与表面粗糙度影响电性能的根本原理不一致的问题，以及目前计算射频有效电导率仅靠经验判断而无理论基础的问题。

为了实现本发明的上述目的，本发明提供的一种射频微波器件粗糙表面射频有效电导率的计算方法，包括下列步骤：

一种射频微波器件粗糙表面射频有效电导率的计算方法，包括下列步骤：

在传统表面粗糙度模型基本参数“轮廓算术平均偏差Ra”基础上增加辅助参数“表面轮廓长度率Rl”，建立二维的表面粗糙度描述模型；

在测得实际轮廓表面粗糙度轮廓算术平均偏差基本参数Ra和表面轮廓长度率辅助参数Rl基础上，建立具有上述相同二维表面粗糙度值的等效简化三角波粗糙表面数学模型；

结合射频电流趋肤效应和电流线路径最短原则，分析表面电流在简化三角波粗糙表面的分布规律，确定电流在简化三角波粗糙表面的分布区域，确定中心电流线的位置和表达式；

比较等效简化粗糙表面中心电流线的长度与理想表面中心电流线的长度，得到实际粗糙表面的射频电导率有效系数，计算出射频有效电导率。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果。

首先本发明所建立的二维粗糙度描述模型弥补了传统几何学基础上的粗糙表面评判体系只包含局部一维信息，未能充分考虑被测要素的二维、三维整体形貌特征的缺陷。其次所建立的二维等效简化三角波粗糙表面数学模型简单，可操作性强，同时不改变实际表面粗糙度对表面射频有效电导率的影响关系；再其次是通过比较实际粗糙表面中心电流线与理想表面中心电流线的长度来确定射频有效电导率的方法，避免了复杂的电磁场理论分析及数学运算过程，得到的结论与大量工程经验和实测数据相吻合，可以圆满解决工程应用领域射频有效电导率无法准确分析计算的问题。

附图说明

下面结合附图和实施进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实例范围之中。

图1显示的是工件在加工过程中刀痕粗糙形成的原理图。