[发明专利]一种微波有源电路的多物理场时域协同仿真方法

权利要求书

1.一种微波有源电路的多物理场时域协同仿真方法，其特征在于，包括以下步骤，

S1：将微波有源电路分为无源结构和有源器件两部分，所述有源器件由管芯和封装构成；

S2：利用FDTD对无源结构的电磁效应进行分析；

S3：采用有限体积法对有源器件的管芯进行多物理场仿真和分析；

S4：利用节点分析法对有源器件的封装等效电路进行电路仿真和分析；

S5：将有源器件管芯的多物理场仿真和封装等效电路仿真通过等效源耦合到FDTD，实现整个微波有源电路强电磁效应的多物理场时域协同仿真。

2.根据权利要求1所述的一种微波有源电路的多物理场时域协同仿真方法，其特征在于，步骤S3的具体操作包括以下步骤，

S301：初始化有源器件管芯的参数、终端电压和当前温度；

S302：在当前时间步，根据温度计算有源器件管芯的物理参数；

S303：求解半导体方程，所述半导体方程包括泊松方程、电子和空穴电流方程和电流连续性方程；

S304：求解热传导方程得到有源器件管芯的温度；

S305：检验步骤S304中求解得到的有源器件管芯的温度是否满足收敛条件，若满足，继续步骤S306；若不满足，返回步骤S302，重复步骤S302-304；直至步骤S304中求解得到的有源器件管芯的温度满足收敛条件；

S306：通过多物理场仿真求得有源器件管芯的电压和电流值。

3.根据权利要求2所述的一种微波有源电路的多物理场时域协同仿真方法，其特征在于：步骤S302中所述的物理参数包括载流子浓度分布、产生率、结合律和迁移率。

4.根据权利要求2所述的一种微波有源电路的多物理场时域协同仿真方法，其特征在于，步骤S5的具体操作包括以下步骤，

S501：将有源器件管芯的多物理场仿真与等效源进行耦合仿真；

S502：将有源器件的封装等效电路仿真与等效源进行耦合仿真；

S503：将微波有源电路的有源器件管芯通过步骤S501的方式耦合到FDTD仿真中，同时，将有源器件的外部封装等效电路采用步骤S502的方式耦合到FDTD仿真，实现整个微波有源电路强电磁效应的多物理场时域协同仿真。

5.根据权利要求4所述的一种微波有源电路的多物理场时域协同仿真方法，其特征在于，步骤S501的具体操作包括以下步骤，

S5011：设计共源的场效应管与电磁波相互作用的等效源电路结构；

S5012：构建多物理场仿真与等效源的耦合方程

式中，V_GS和V_DS分别是场效应管栅级和漏极在每个FDTD时间步内的电压；I_GS和I_DS分别是栅极电流和漏极电流；I_EMG、I_EMD和R_grid为电磁场对场效应管的等效作用，而且在FDTD场路协同仿真的每一时间步Δt内为确定的值；

S5013：基于动态时间步自动调整机制对多物理场仿真与等效源的耦合方程进行求解。

6.根据权利要求5所述的一种微波有源电路的多物理场时域协同仿真方法，其特征在于，步骤S502的具体操作包括以下步骤，

S5021：构建基于多物理场的有源器件封装寄生等效电路，所述有源器件封装寄生等效电路包含寄生电阻、电容和电感；

S5022：采用多端口等效源方法对封装寄生元件建立电路方程

式中，k是电路中未知节点电压的索引；

S5023：采用非线性牛顿迭代法求解步骤S5022中的方程组，将整个电路仿真过程简化成一个迭代操作，迭代方程为

Uⁿ⁺¹＝Uⁿ-J^-1(Uⁿ)f(Uⁿ)

式中，J为步骤S5022中电路方程组的雅克比矩阵。