一種通孔型介質支撐等效介電常數計算方法技術

本發明專利技術提供一種通孔型介質支撐等效介電常數計算方法，步驟1：對于通孔型介質撐可假設同軸傳輸線無限長，內部填充了介質材料，介質材料沿同軸線的軸向沒有變化，材料不均勻性集中在橫截面上；步驟2：求解填充非均勻介質材料的同軸傳輸線的電磁場；步驟3：通過公式計算通孔介質撐等效介電常數。采用上述方案，建立了通孔型介質撐等效介電常數的一種有效計算方法，與目前使用的“稱重法”相比，該方法具有較高的計算精度，同時還有比較好的計算效率，能夠很好地滿足通孔型介質撐設計工作需求。

【技術實現步驟摘要】
一種通孔型介質支撐等效介電常數計算方法
本專利技術屬于通孔型介質支撐等效介電常數計算
，尤其涉及的是一種通孔型介質支撐等效介電常數計算方法。
技術介紹
為了提高同軸傳輸線和同軸連接器的工作頻率，同軸傳輸線的橫截面尺寸越來越小。小型化同軸連接器均采用空氣介質，并且已標準化和系列化。介質支撐是保持同軸連接器內外導體之間相對位置而必不可少的重要組成部分，介質支撐的引入破壞了同軸傳輸線的連續性。介質支撐設計非常關鍵，在滿足特性阻抗要求的同時，還要對介質與空氣交界處的不連續性進行補償。介質支撐材料的介電常數越接近空氣介電常數，引入的不連續性就越小，但介電常數小的介質材料往往機械強度低、可加工性能差。因此，進一步降低介質材料介電常數受到限制。通常的處理方法是在介質支撐上打孔來降低介質支撐的等效介電常數,打孔處理可以有效降低介質撐的等效介電常數，從而減輕介質撐-空氣交界面處的不連續性。但打孔處理也帶來了另外一個問題，即打孔后介質撐等效介電常數的確定問題。為保證連接器阻抗匹配，設計師需要精確知道打孔后介質撐的等效介電常數。但打孔介質撐等效介電常數的確定問題一直沒有得到很好解決。目前，設計介質撐時一般有兩種處理方法。一種方法是借助HFSS等電磁場仿真軟件。不過，這類仿真軟件無法直接計算介質撐等效介電常數，只是利用它們進行一些輔助分析，設計效率很低。另一種方法是利用粗略的方法估算打孔介質撐的等效介電常數，這種方法精度很差，僅適應于技術指標不高的同軸連接器介質支撐設計。由于現有電磁場仿真軟件只能處理介質撐設計工作中的正問題，即由已知的介電常數、結構形式等計算連接器的特性阻抗、S參數等，而無法直接計算出打孔介質撐的等效介電常數。因而，借助電磁場仿真軟件(如HFSS)進行介質撐設計的工作模式如下：設計人員先根據自身經驗確定出初始設計方案，然后利用仿真軟件進行仿真分析，再根據仿真結果和個人經驗修改介質撐設計方案，如此反復，直到達到要求的設計指標。這種設計方法，過程繁瑣、效率低下，同時還依賴于設計人員本身的經驗。由于仿真軟件的不足，設計介質撐時，常用“稱重法”來估算其等效介電常數，計算公式為：ε等效＝ε(1-V孔/V總)；其中：ε為介質材料的介電常數，V孔為挖去介質的體積，V總為介質支撐總體積。“稱重法”沒有考慮挖去介質所處的位置，但同軸傳輸線從內導體到外導體電場強度由強變弱，挖去的介質靠近內導體和靠近外導體對場的影響肯定不一樣。因此，“稱重法”計算精度低，只能用于技術指標不高的同軸連接器介質支撐設計。因此，現有技術存在缺陷，需要改進。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提供一種通孔型介質支撐等效介電常數計算方法。本專利技術的技術方案如下：一種通孔型介質支撐等效介電常數計算方法，其中，包括以下步驟：步驟1：對于通孔型介質撐可假設同軸傳輸線無限長，內部填充了介質材料，介質材料沿同軸線的軸向沒有變化，材料不均勻性集中在橫截面上；步驟2：求解填充非均勻介質材料的同軸傳輸線的電磁場；步驟3：對于橫截面介質分布不均勻的同軸傳輸線，采用扇形剖分，M為沿極坐標的角度方向旋轉一周等角度剖分的次數，N為沿半徑方向等間距剖分的次數，設每一個扇面內介質材料的介電常數相同，即均勻分布，建立通孔介質撐等效介電常數的計算公式如下：式中，a、b分別為同軸連接器內、外導體半徑，ε(n,m)中表示第n個圓環區與第m個扇形區構成的重疊區域中介質的介電常數。采用上述方案，建立了通孔型介質撐等效介電常數的一種有效計算方法，與目前使用的“稱重法”相比，該方法具有較高的計算精度，同時還有比較好的計算效率，能夠很好滿足通孔型介質撐設計工作需求。附圖說明圖1為本專利技術同軸線橫截面扇形部分示意圖。具體實施方式以下結合附圖和具體實施例，對本專利技術進行詳細說明。實施例1首先，根據介質撐的實際結構對其進行合理的理論抽象和簡化；然后，基于靜電場理論以及剖分技術，建立通孔型介質撐等效介電常數計算公式。為了保證介質支撐有一定強度，同軸連接器介質支撐必須有一定的厚度，軸向尺寸要足夠得大。因此，對于通孔型介質撐可假設同軸傳輸線無限長，內部填充了介質材料，介質材料沿同軸線的軸向沒有變化，材料不均勻性集中在橫截面上。經過這個假設將一個復雜的三維問題轉化為二維問題，最終歸結為：求解填充非均勻介質材料的同軸傳輸線的電磁場問題。對于這個特殊的同軸傳輸線，傳輸的電磁波主模仍可以認為是TEM模式，因此可借助靜電場的分析方法來推導非均勻介質支撐等效介電常數的計算公式。對于橫截面介質分布不均勻的同軸傳輸線，采用如圖1所示的扇形剖分，M為沿極坐標的角度方向旋轉一周等角度剖分的次數，N為沿半徑方向等間距剖分的次數。假設每一個扇面內介質材料的介電常數相同，即均勻分布。應用靜電場理論，建立通孔介質撐等效介電常數的計算公式如下：式中，a、b分別為同軸連接器內、外導體半徑，ε(n,m)中表示第n個圓環區與第m個扇形區構成的重疊區域中介質的介電常數。在上述內容的基礎上，進一步而言，一種通孔型介質支撐等效介電常數計算方法，其中，包括以下步驟：步驟1：對于通孔型介質撐可假設同軸傳輸線無限長，內部填充了介質材料，介質材料沿同軸線的軸向沒有變化，材料不均勻性集中在橫截面上；步驟2：求解填充非均勻介質材料的同軸傳輸線的電磁場；步驟3：對于橫截面介質分布不均勻的同軸傳輸線，采用扇形剖分，M為沿極坐標的角度方向旋轉一周等角度剖分的次數，N為沿半徑方向等間距剖分的次數，設每一個扇面內介質材料的介電常數相同，即均勻分布，建立通孔介質撐等效介電常數的計算公式如下：式中，a、b分別為同軸連接器內、外導體半徑，ε(n,m)中表示第n個圓環區與第m個扇形區構成的重疊區域中介質的介電常數。本專利技術的關鍵點有如下幾項：(1)基于合理假設簡化通孔型介質撐理論模型。作為一個三維問題，介質撐等效介電常數的求解是一個復雜的問題，實現難度非常大。本專利技術基于合理的假設，將其轉換為一個二維問題，即橫向非均勻填充的同軸傳輸線的電磁場問題，從而可借助于靜電場理論進行求解，使問題得以簡化。(2)基于剖分思想處理非均勻介質問題。利用剖分處理將非均勻介質撐細分成均勻介質單元，即將非均勻介質問題轉換為均勻介質問題，在此基礎上建立起等效介電常數計算公式。本專利技術的保護點有如下幾項：(1)建立通孔型介質撐等效介電常數計算公式的思想和具體方法。(2)通孔型介質撐等效介電常數計算公式。本專利技術建立了通孔型介質撐等效介電常數的一種有效計算方法，與目前使用的“稱重法”相比，該方法具有較高的計算精度，同時還有比較好的計算效率，能夠很好滿足通孔型介質撐設計工作需求。應當理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應屬于本專利技術所附權利要求的保護范圍。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種通孔型介質支撐等效介電常數計算方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟1：對于通孔型介質撐可假設同軸傳輸線無限長，內部填充了介質材料，介質材料沿同軸線的軸向沒有變化，材料不均勻性集中在橫截面上；步驟2：求解填充非均勻介質材料的同軸傳輸線的電磁場；步驟3：對于橫截面介質分布不均勻的同軸傳輸線，采用扇形剖分，M為沿極坐標的角度方向旋轉一周等角度剖分的次數，N為沿半徑方向等間距剖分的次數，設每一個扇面內介質材料的介電常數相同，即均勻分布，建立通孔介質撐等效介電常數的計算公式如下：式中，a、b分別為同軸連接器內、外導體半徑，ε(n,m)中表示第n個圓環區與第m個扇形區構成的重疊區域中介質的介電常數。

【技術特征摘要】
1.一種通孔型介質支撐等效介電常數計算方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟1：對于通孔型介質支撐可假設同軸傳輸線無限長，內部填充了介質材料，介質材料沿同軸線的軸向沒有變化，材料不均勻性集中在橫截面上；步驟2：求解填充非均勻介質材料的同軸傳輸線的電磁場；步驟3：對于橫截面介質分布不均勻的同軸傳輸線，采用扇...

【專利技術屬性】
技術研發人員：年夫順，
申請(專利權)人：中國電子科技集團公司第四十一研究所，
類型：發明
國別省市：山東;37