[发明专利]一种包含平面对谐振特性影响的分段式过孔建模方法

权利要求书

1.一种包含平面对谐振特性影响的分段建模的过孔建模方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：

步骤一：将过孔结构在每块平板的中心位置处进行分解，分解后为三部分：顶层微带线到上部分过孔垂直转换结构、中间多层板垂直过孔结构和下部分过孔到底层微带线垂直转换结构；

步骤二：提取过孔各部分等效电路中的的电容和电感参数，具体有：焊盘对平面电容C_pad上/下柱体对平面电容C_top/bottom，中间柱体对平面电容C_viabody，上/下柱体电感L_top/bottom，中间柱体电感L_viabody；当过孔穿过多个平面对时，中间柱体相应被分成多段，此时中间柱体的电容和电感值也因各段的长度不同而不同；对于差分过孔，还需要求解上/下柱体对间的互容C_m-top/bottom，中间柱体对间互容C_m-viabody，上/下柱体对间互感L_m-top/bottom和中间柱体对间互感L_m-viabody参数；

步骤三：建立顶层微带线到上部分过孔垂直转换结构和下部分过孔到底层微带线垂直转换结构的等效电路图；

步骤四：提取平面对在过孔圆心所在位置处的阻抗参数；基于谐振腔原理，应用Matlab编程求得一系列频率相关的阻抗数据，记为Zpp；

步骤五：将步骤四中所得的Zpp添加到中间垂直过孔的等效电路模型中；该模型反映了平面对的谐振特性对过孔的影响；

步骤六：将步骤三和步骤五中过孔的各部分等效电路按顶层微带线到上部分过孔垂直转换结构-中间多层板垂直过孔结构-下部分过孔到底层微带线垂直转换结构顺序级联，并在最终等效电路两端各加一个终端端口，添加一个S参数控制器，扫描频率从100MHz到10GHz，扫描步长为10MHz，计算两个端口的S11参数和S21参数；

步骤七：在ADS中建立过孔结构的一阶电路模型，并在仿真软件HFSS中建立过孔的物理模型，两个模型的求解设置与步骤六中相同，计算S11参数和S21参数，并将所得结果与步骤六中的结果作比对。

2.根据权利要求1所述的一种包含平面对谐振特性影响的分段建模的过孔建模方法，其特征在于：步骤二中所述的“提取过孔各部分等效电路中的的电容和电感参数”，其具体实现过程如下：焊盘对平面电容C_pad：

其中

Λ={J0(χ01)N0(χ01(rpad/rviabody))-N0(χ01)J0(χ01(rpad/rviabody))}2(J02(χ01)/J02(χ01(rpad/rviabody)))-1]]>

χ01=3.1rantipad/rviabody-1]]>

上/下柱体对平面电容C_top/bottom：

C_top/bottom＝A[D_I+D_II+D_III]        (2)

其中

A=2πϵ0ϵrln(rantipad/rviabody)]]>

DI=Σp=1v(h+d)(rantipad-rviabody)v(h-(p-1)(h/v))2+(rantipad-rviabody)2]]>

DII=Σp=1v(h2+(rantipad-rpad)2)(rpad-rviabody)vh2+((rantipad-rpad)+(p-1)((rpad-rviabody)/v))2]]>

DIII=Σp=1v(h2+(rantipad-rpad)2)(rantipad-rpad)2+(h+((p-1)d/v))2]]>

中间柱体对平面电容C_viabody：

Cviabody=B(2πϵ0ϵrln(rantipad/rviabody))---(3)]]>

其中

B=Σp=1v(h+d)(rantipad-rviabody)((h/2)-(p-1)(h/2v))2+(rantipad-rviabody)2]]>

对于差分过孔，过孔各部分间的互容可由式(4)计算得到，自感与互感可由式(5)计算得到；当计算自感时，令式(5)中s等于孔的半径即可；

Cm=hπϵ0ϵrln{s2rviabody[1+1-(2rviabodys)2]}---(4)]]>

Lij=5.08{ln((hs)+1+(hs)2)-(1+(sh)2)+(sh)}---(5)]]>

公式(1)-(5)中各参数含义分别为：

ε₀：真空中的介电常数        ε_r：介质的介电常数           π：圆周率

r_viabody：过孔半径          r_pad：过孔焊盘半径             r_antipad：过孔反焊盘半径

d：平板的厚度               h：孔的高度                    s：差分过孔间的距离

v：分段数目                 J₀(x)：零阶第一类贝赛尔函数    N₀(x)：零阶第二类贝赛尔函数

C_m：互容                    L_ij：当i≠j时为互感，当i＝j时为自感。