快速构建整体矩阵的仿真方法、系统及相关设备技术方案

本发明专利技术适用于压电材料力电耦合技术领域，提供了一种快速构建整体矩阵的仿真方法、系统及相关设备，所述仿真方法包括：获取声表面波器件的几何结构，并划分为多个基础结构；根据有限单元法对基础结构进行网格划分，并计算不同网格对应的仿真单元矩阵，之后，将不同的仿真单元矩阵拼接级联，得到仿真整体矩阵；选取任意三个仿真整体矩阵计算得到尺寸转换矩阵，之后，根据尺寸转换矩阵获取其他尺寸的仿真整体矩阵；将不同的仿真整体矩阵级联拼接得到声表面波器件的目标矩阵，并计算在预设仿真频率下的频点频率响应，得到仿真频率响应曲线。本发明专利技术通过分离声表面波器件中整体矩阵随尺寸变化的基函数实现了矩阵的快速计算。变化的基函数实现了矩阵的快速计算。变化的基函数实现了矩阵的快速计算。

【技术实现步骤摘要】
快速构建整体矩阵的仿真方法、系统及相关设备


[0001]本专利技术属于压电材料力电耦合
，尤其涉及一种快速构建整体矩阵的仿真方法、系统及相关设备。

技术介绍

[0002]随着智能手机的发展，声表面波器件的需求量越来越大。声表面波器件是一种力电耦合的声学构件，例如谐振器，其通常通过有限单元法进行精准仿真。有限单元法（ISBN：7
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9，2015）在20世纪50年代被提出，是一种将复杂结构计算问题转化为简单单元的分析和集合问题的数学计算方法，但是由于有限单元法对计算资源的消耗巨大，因此在实际环境中，不会对声表面波器件进行全尺寸的完整仿真，而是通常采用平面应变假设后进行二维仿真。但是，当声表面波器件中的叉指结构较多或模型精度要求较高时，二维模型也会存在较大的计算资源与时间消耗。根据声表面波器件叉指结构周期性变化的特点，层次级联技术得到了广泛的运用。
[0003]层次级联技术通过Schur补（舒尔补）运算消除内部自由度的操作，大幅降低了对计算资源的需求，使得声表面波器件的全尺寸仿真变为可能。常规的层次级联技术主要通过COMSOL以及Matlab联合仿真实现，而层次级联技术在仿真中的性能消耗主要在于模型整体矩阵的提取与整体矩阵的层次级联两个方面。
[0004]其中，对于指条尺寸完全一致的声表面波器件，可以通过COMSOL创建单根指条的整体矩阵模型，并使用Matlab对单根指条的整体矩阵读取、并进行Schur补运算消去内部自由度，再将Schur补运算后的边界自由度进行级联，从而实现对整个声表面波器件的仿真。在这种情况下模型整体矩阵的提取所消耗的时间虽然有数秒，但相对整体的计算时间仍可以忽略不计。
[0005]但是在实际工程中，经常会出现渐进DMS模型这样的指条尺寸不断变化的声表面波器件，渐进DMS模型中可能会有数十甚至上百根尺寸各异的指条，其中每根指条的pitch、金属化率、电极位置都可能发生变化。在这种情况下，传统的层次级联算法需要在COMSOL中对每根指条都进行建模，并使用Matlab进行提取，此时模型整体矩阵的提取时间就会成倍地增加到数百秒，从而使得仿真的计算时间大幅增加。

技术实现思路

[0006]本专利技术实施例提供一种快速构建整体矩阵的仿真方法、系统及相关设备，旨在解决现有的声表面波器件仿真过程使用层次级联技术在提取不同尺寸的叉指等结构的矩阵时计算量大、仿真效率低的问题。
[0007]第一方面，本专利技术实施例提供尺寸缩放的快速构建整体矩阵的方法，所述方法用于对声表面波器件进行仿真，所述方法包括以下步骤：获取所述声表面波器件的几何结构，并根据所述几何结构将所述声表面波器件划分为多个基础结构；
根据有限单元法对所述基础结构进行网格划分，并计算不同网格对应的仿真单元矩阵，之后，将不同网格计算得到的所述仿真单元矩阵进行拼接级联，得到所述基础结构对应的仿真整体矩阵；选取任意三个所述基础结构对应的所述仿真整体矩阵K1、K2、K3，并根据所述仿真整体矩阵K1、K2、K3计算得到尺寸转换矩阵，之后，根据所述尺寸转换矩阵获取所述仿真整体矩阵K1、K2、K3之外的所述仿真整体矩阵K
s
；将不同的所述仿真整体矩阵级联拼接得到所述声表面波器件的目标矩阵，并计算所述目标矩阵在预设仿真频率下的频点频率响应，得到所述声表面波器件的仿真频率响应曲线。
[0008]更进一步地，定义所述仿真整体矩阵K1、K2、K3在坐标系的x轴方向上的尺寸大小分别为l
l
、l2、l3，所述仿真整体矩阵K1、K2、K3分别满足以下关系式：；其中，A、B、C为基矩阵，所述基矩阵A、B、C的联立矩阵满足以下关系式：；所述尺寸转换矩阵满足以下关系式：。
[0009]更进一步地，根据所述尺寸转换矩阵获取所述仿真整体矩阵K1、K2、K3之外的所述仿真整体矩阵K
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的步骤中，所述仿真整体矩阵K
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满足以下关系式：；其中，为所述仿真整体矩阵在坐标系的x轴方向上的尺寸大小。
[0010]更进一步地，所述基础结构包括叉指结构和GAP结构。
[0011]更进一步地，将不同的所述仿真整体矩阵级联拼接得到所述声表面波器件的目标矩阵的步骤，还包括：使用Schur补运算消去所述仿真整体矩阵进行拼接级联时产生的共用矩阵节点。
[0012]第二方面，本专利技术实施例还提供快速构建整体矩阵的仿真系统，所述系统用于对声表面波器件进行仿真，包括：仿真参数获取模块，用于获取所述声表面波器件的几何结构，并根据所述几何结构将所述声表面波器件划分为多个基础结构；有限单元建模模块，用于根据有限单元法对所述基础结构进行网格划分，并计算不同网格对应的仿真单元矩阵，之后，将不同网格计算得到的所述仿真单元矩阵进行拼接
级联，得到所述基础结构对应的仿真整体矩阵；矩阵缩放模块，用于选取任意三个所述基础结构对应的所述仿真整体矩阵K1、K2、K3，并根据所述仿真整体矩阵K1、K2、K3计算得到尺寸转换矩阵，之后，根据所述尺寸转换矩阵获取所述仿真整体矩阵K1、K2、K3之外的所述仿真整体矩阵K
s
；级联仿真模块，用于将不同的所述仿真整体矩阵级联拼接得到所述声表面波器件的目标矩阵，并计算所述目标矩阵在预设仿真频率下的频点频率响应，得到所述声表面波器件的仿真频率响应曲线。
[0013]第三方面，本专利技术实施例还提供一种计算机设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述实施例中任意一项所述的快速构建整体矩阵的仿真方法中的步骤。
[0014]第四方面，本专利技术实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述实施例中任意一项所述的快速构建整体矩阵的仿真方法中的步骤。
[0015]本专利技术所达到的有益效果，相对于现有技术的声表面波器件仿真使用有限元理论计算所有基础结构的矩阵的方法，通过分离声表面波器件中整体矩阵随尺寸变化的基函数，并通过基函数得到任意尺寸的基础结构的整体矩阵，从而实现了快速计算，减少了获得整体矩阵的时间成本，降低了仿真的计算维度，提高了利用层次级联技术的声表面波器件仿真的计算效率。
附图说明
[0016]图1是现有技术的使用有限单元法的声表面波器件的仿真步骤流程框图；图2是本专利技术提供的声表面波器件的基础结构划分示意图；图3是本专利技术实施例提供的有限单元法中常用的二阶拉格朗日单元示意图；图4是本专利技术实施例提供的单元矩阵拼接为整体矩阵的过程示意图；图5是本专利技术实施例提供的快速构建整体矩阵的仿真方法的步骤流程框图；图6是本专利技术实施例需要提取的基础结构示意图；图7是本专利技术实施例提供的整体矩阵示意图；图8是本专利技术实施例提供的叉指结构示意图；图9是本专利技术实施例提供的快速构建整体矩阵的仿真系统200的结构示意图；图10是本专利技术实施例提供的计算本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种快速构建整体矩阵的仿真方法，所述仿真方法用于对声表面波器件进行仿真，其特征在于，所述仿真方法包括以下步骤：获取所述声表面波器件的几何结构，并根据所述几何结构将所述声表面波器件划分为多个基础结构；根据有限单元法对所述基础结构进行网格划分，并计算不同网格对应的仿真单元矩阵，之后，将不同网格计算得到的所述仿真单元矩阵进行拼接级联，得到所述基础结构对应的仿真整体矩阵；选取任意三个所述基础结构对应的所述仿真整体矩阵，并根据所述仿真整体矩阵计算得到尺寸转换矩阵，之后，根据所述尺寸转换矩阵获取所述仿真整体矩阵之外的所述仿真整体矩阵；将不同的所述仿真整体矩阵级联拼接得到所述声表面波器件的目标矩阵，并计算所述目标矩阵在预设仿真频率下的频点频率响应，得到所述声表面波器件的仿真频率响应曲线。2.如权利要求1所述的快速构建整体矩阵的仿真方法，其特征在于，定义所述仿真整体矩阵在坐标系的轴方向上的尺寸大小分别为，所述仿真整体矩阵分别满足以下关系式：；其中，A、B、C为基矩阵，所述基矩阵A、B、C的联立矩阵满足以下关系式：；所述尺寸转换矩阵满足以下关系式：。3.如权利要求2所述的快速构建整体矩阵的仿真方法，其特征在于，根据所述尺寸转换矩阵获取所述仿真整体矩阵之外的所述仿真整体矩阵的步骤中，所述仿真整体矩阵K
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满足以下关系式：；其中，为所述仿真整体矩阵在坐标系的x轴方向上的尺寸大小。4.如权利要求1所述的快速构建整体矩阵的仿真方法，其特征在于，所述基础结构包括叉指结构和GAP结构。
5.如权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱玉泉，关鹏，杨睿智，胡锦钊，钟阳，郭嘉帅，
申请(专利权)人：深圳飞骧科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：