多对称声表面波器件的快速仿真方法、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，尤其涉及一种多对称声表面波器件的快速仿真方法、系统及相关设备。本发明专利技术针对渐进式多对称的声表面波滤波器的特殊结构，以及有限元方法中矩阵对称的数学关系，在声表面波滤波器的仿真过程中利用矩阵的取反与对等关系减少了大量的子单元矩阵的构建时间和层次级联技术对矩阵进行拼接的计算时间，从而提高了渐进式多对称的声表面波滤波器的仿真速度，提高了仿真效率。真效率。真效率。

【技术实现步骤摘要】
多对称声表面波器件的快速仿真方法、系统及相关设备


[0001]本专利技术适用于压电材料力电耦合
，尤其涉及一种多对称声表面波器件的快速仿真方法、系统及相关设备。

技术介绍

[0002]随着无线技术的发展，智能通讯设备中声学滤波器元件的需求越来越大。为了验证方案可行性，进一步提高设备性能，设计人员通常使用有限元方法（FEM）对声学滤波器精确仿真。有限元方法基于物理模型的偏微分方程，具体是将已知边界条件的连续区域离散划分为有限个网格，再通过网格节点重新连接构建整体方程，从而求解得到模型的精确数值解。以声表面波（SAW）谐振器为例，有限元方法可以计算任何材料和形状，以及任意复杂层状结构器件的位移和电势等变量。但是声表面波谐振器全三维尺寸的仿真需要剖分数量巨大的网格，消耗大量的计算资源，实际情况中很难做到，通常采用二维或准三维结构在周期性边界条件下，以牺牲一部分精确度来换取时间和计算成本。
[0003]层次级联技术（HCT）的提出解决了上述问题中的计算资源问题，这种方法利用声表面波谐振器中叉指的周期性的结构特点，将完整器件以一个电极对应区域为子单元进行分割，并将每个子单元通过舒尔（Schur）补算法消除内部自由度，仅留下边缘和电极处的少量自由度，并且这一步骤没有精度的损失；将这些子单元相邻的边缘拼接并消除接触边缘的自由度，重复上述步骤可获得完整器件的矩阵，从而轻易地计算滤波器的响应。由于仿真所需的资源消耗大大减少，且最大程度地保留了计算精确度，因此层次级联技术成为了声表面波器件有限元仿真热门方法之一，层次级联技术计算时，相同大小的子单元不需要重复生成矩阵，因为结构相同的情况下，对应的矩阵必然相同，对于周期特性很强的传统的声表面波谐振器来说，周期子单元可通过1根、2根、4根、8根等2的指数增长方式快速级联成一个整体，这是层次级联技术算法中实现加速重要的步骤。
[0004]然而，随着移动技术的发展，声表面波滤波器对于低损耗大带宽的要求越来越高，使得传统周期性结构的谐振器叉指无法满足需求，因此出现了如渐进双模耦合声表面波滤波器（DMS）的高性能结构。渐进式双模耦合声表面波滤波器的特点是包含多个叉指换能器（IDT），叉指换能器的叉指尺寸并不一致，这样的设计有利于拓展带宽；相邻叉指换能器之间也会排列几根、甚至数十根的尺寸变化的叉指用以过渡，以减小相邻叉指换能器之间的声波传播损耗。一个渐进式双模耦合声表面波滤波器可能包含几十甚至上百种不同尺寸的叉指，这意味着在使用层次级联技术方法对渐进式双模耦合声表面波滤波器进行仿真前，需要先构建对应数量的子单元矩阵，而在级联的过程中，由于周期性结构变少且不连续，通过指数增长的级联方式难以应用，只能按序依次级联，这就导致了仿真过程中层次级联技术的计算时间大幅度增加。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种多对称声表面波器件的快速仿真方法、系统及相关设备，旨在解
决现有技术基于有限元方法和层次级联技术对多对称声表面波器件进行仿真时的计算量大的问题。
[0006]第一方面，本专利技术提供一种多对称声表面波器件的快速仿真方法，所述快速仿真方法包括以下步骤：S1、获取多对称声表面波器件的整体几何结构，所述多对称声表面波器件包括多个按周期性规律对称排布的叉指换能器；S2、判断所述多对称声表面波器件是否满足中心对称：若是，则标记所述声表面波器件的中心对称位置，所述中心对称为平面轴对称；S3、判断所述叉指换能器连接组成的区域是否满足中心对称，若是，则将满足中心对称的所述叉指换能器连接组成的区域标记为对称叉指换能器区域；S4、判断不属于所述对称叉指换能器区域的任意两个所述叉指换能器是否满足中心对称，若是，则将满足的所述叉指换能器标记为对称单叉指换能器；S5、将所述声表面波器件根据所述叉指换能器划分为多个基础子单元，并使用有限单元法计算满足预设对称和周期性条件的所述基础子单元的基础有限元矩阵；S6、判断步骤S4是否标记了所述对称单叉指换能器，若是，则根据所述对称单叉指换能器的所述基础有限元矩阵按照矩阵对称规则计算中心对称的异侧的所述基础有限元矩阵；S7、判断步骤S3是否标记了所述对称叉指换能器区域，若是，则在所述对称叉指换能器区域中，将所述中心对称的同侧的所述叉指换能器的所述基础有限元矩阵根据层次级联方法进行拼接，得到区域矩阵，并根据矩阵对称规则计算中心对称的异侧的所述区域矩阵；S8、判断步骤S2是否标记了所述中心对称位置，若是，则将所述基础有限元矩阵和/或所述区域矩阵按照所述整体几何结构的顺序根据所述层次级联方法进行拼接，直到所述中心对称位置，得到所述多对称声表面波器件的半整体矩阵，之后，将所述半整体矩阵按照矩阵对称规则计算所述声表面波器件的整体仿真矩阵；若否，则将所述基础有限元矩阵和/或所述区域矩阵按照所述整体几何结构的顺序根据所述层次级联方法进行拼接，得到所述多对称声表面波器件的所述整体仿真矩阵。
[0007]更进一步地，所述基础子单元包括叉指子单元和间隙子单元。
[0008]更进一步地，所述预设对称和周期性条件包括：不满足中心对称的所述叉指子单元；满足中心对称、且不属于所述多对称声表面波器件中周期性结构的其中一个所述叉指子单元；属于所述多对称声表面波器件中周期性结构的其中一个所述叉指子单元；所述多对称声表面波器件中不同结构的所述间隙子单元。
[0009]更进一步地，步骤S5中，还包括步骤：使用舒尔补运算消除所述基础有限元矩阵的内部自由度，保留所述基础有限元矩阵的左右边缘的位移自由度和内部的电极自由度。
[0010]更进一步地，所述矩阵对称规则为：定义所述基础有限元矩阵在x、y、z方向上的位移自由度分别为u、v、w，电势自由度
为V，关于所述中心对称的所述基础有限元矩阵之间的x方向上的所述位移自由度取相反数，x、y方向上的所述位移自由度和所述电势自由度V保持对应相等。
[0011]更进一步地，步骤S7中，还包括步骤：使用舒尔补运算消除所述区域矩阵的内部自由度，保留所述区域矩阵左右边缘的位移自由度和内部的电极自由度。
[0012]更进一步地，步骤S8中，还包括步骤：使用舒尔补运算消除所述半整体矩阵和/或所述整体仿真矩阵的内部自由度，保留所述半整体矩阵和/或所述整体仿真矩阵左右边缘的位移自由度和内部的电极自由度。
[0013]第二方面，本专利技术还提供一种多对称声表面波器件的快速仿真系统，所述快速仿真系统包括：几何获取模块，用于获取多对称声表面波器件的整体几何结构，所述多对称声表面波器件包括多个按周期性规律对称排布的叉指换能器；整体对称判断模块，用于判断所述多对称声表面波器件是否满足中心对称：若是，则标记所述声表面波器件的中心对称位置，所述中心对称为平面轴对称；区域对称判断模块，用于判断所述叉指换能器连接组成的区域是否满足中心对称，若是，则将满足中心对称的所述叉指换能器连接组成的区域标记为对称叉指换能器区域；单指对称判断模块，用于判断不属于所述对称叉指换能器区域的任意两个所述叉指换能器是否满足中心对称，若是，则将满足的所述叉指换能器标记为对称单本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多对称声表面波器件的快速仿真方法，其特征在于，所述快速仿真方法包括以下步骤：S1、获取多对称声表面波器件的整体几何结构，所述多对称声表面波器件包括多个按周期性规律对称排布的叉指换能器；S2、判断所述多对称声表面波器件是否满足中心对称：若是，则标记所述声表面波器件的中心对称位置，所述中心对称为平面轴对称；S3、判断所述叉指换能器连接组成的区域是否满足中心对称，若是，则将满足中心对称的所述叉指换能器连接组成的区域标记为对称叉指换能器区域；S4、判断不属于所述对称叉指换能器区域的任意两个所述叉指换能器是否满足中心对称，若是，则将满足的所述叉指换能器标记为对称单叉指换能器；S5、将所述声表面波器件根据所述叉指换能器划分为多个基础子单元，并使用有限单元法计算满足预设对称和周期性条件的所述基础子单元的基础有限元矩阵；S6、判断步骤S4是否标记了所述对称单叉指换能器，若是，则根据所述对称单叉指换能器的所述基础有限元矩阵按照矩阵对称规则计算中心对称的异侧的所述基础有限元矩阵；S7、判断步骤S3是否标记了所述对称叉指换能器区域，若是，则在所述对称叉指换能器区域中，将所述中心对称的同侧的所述叉指换能器的所述基础有限元矩阵根据层次级联方法进行拼接，得到区域矩阵，并根据矩阵对称规则计算中心对称的异侧的所述区域矩阵；S8、判断步骤S2是否标记了所述中心对称位置，若是，则将所述基础有限元矩阵和/或所述区域矩阵按照所述整体几何结构的顺序根据所述层次级联方法进行拼接，直到所述中心对称位置，得到所述多对称声表面波器件的半整体矩阵，之后，将所述半整体矩阵按照矩阵对称规则计算所述声表面波器件的整体仿真矩阵；若否，则将所述基础有限元矩阵和/或所述区域矩阵按照所述整体几何结构的顺序根据所述层次级联方法进行拼接，得到所述多对称声表面波器件的所述整体仿真矩阵。2.如权利要求1所述的多对称声表面波器件的快速仿真方法，其特征在于，所述基础子单元包括叉指子单元和间隙子单元。3.如权利要求2所述的多对称声表面波器件的快速仿真方法，其特征在于，所述预设对称和周期性条件包括：不满足中心对称的所述叉指子单元；满足中心对称、且不属于所述多对称声表面波器件中周期性结构的其中一个所述叉指子单元；属于所述多对称声表面波器件中周期性结构的其中一个所述叉指子单元；所述多对称声表面波器件中不同结构的所述间隙子单元。4.如权利要求1所述的多对称声表面波器件的快速仿真方法，其特征在于，步骤S5中，还包括步骤：使用舒尔补运算消除所述基础有限元矩阵的内部自由度，保留所述基础有限元矩阵的左右边缘的位移自由度和内部的电极自由度。5.如权利要求1所述的多对称声表面波器件的快速仿真方法，其特征在于，所述矩阵对称规则为：定义所述基础有限元矩阵在x、y、z方向上的位移自由度分别为u、v、w，电势自由度为V，
关于所述中心对称的所述基础有限元矩阵之间的x方向上的所述位移自由度取相反数，x、y方向上的所述位移自由度和所述电势自由度V保持对应相等。6.如权利要求1所述的多对称声表面波器件的快速仿真方...

【专利技术属性】
技术研发人员：关鹏，朱玉泉，常林森，陈柔筱，钟阳，袁军平，周温涵，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：