本发明专利技术涉及一种基于场路协同的太赫兹功率放大器电路设计方法，属于太赫兹电路设计技术领域。该方法为了提高太赫兹功率放大器电路版图的设计效率，通过引入重心插值算法建立了太赫兹功率放大器电路版图中元件的参数化模型。通过所建立的参数化模型可快速得到元件的不同设计变量取值下的等效端口网络模型，缩短了场路协同的仿真时间，达到了提高版图设计效率的目的。本发明专利技术方法主要适用于太赫兹功率放大器电路全版图仿真设计。
【技术实现步骤摘要】
一种基于场路协同的太赫兹功率放大器电路设计方法
本专利技术涉及一种基于场路协同的太赫兹功率放大器电路设计方法，属于太赫兹电路设计
技术介绍
太赫兹的频率范围为100GHz-10THz，位于微波与红外辐射之间，具有许多独特的优势。比如，与微波毫米波相比，太赫兹频率很高，具有空间分辨率高的优点；与红外辐射相比，太赫兹受恶劣天气影响较小，可以有效地穿透沙尘和烟雾。因此太赫兹在探测防撞系统、安全检查、雷达成像、无损检测、宽带通信、射电天文以及生物医疗具有广阔的应用前景。但是太赫兹电路的设计依然面临诸多问题，其中之一就是需要进行电路全版图仿真优化设计，这样会带来设计周期长，成本高的问题。对于微波毫米波电路，采用传统的场路协同仿真方法设计的电路与全版图仿真结果较为一致，无需进行进一步的优化设计。而太赫兹电路由于频率很高，分布参数效应异常明显，较小的尺寸变化就会影响设计结果，因此，往往需要进行电路全版图迭代优化设计。但是进行全版图迭代优化设计往往需要很长的仿真时间，仿真优化效率低下，带来极高的仿真代价。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种基于场路协同的太赫兹功率放大器电路设计方法，在进行太赫兹电路全版图仿真设计时，通过引入重心插值算法，建立了电路版图中某一元件的参数化模型。通过所建立的参数化模型可快速得到元件不同设计变量取值下的等效端口网络模型，缩短了版图的仿真时间，达到了提高版图设计效率的目的。本专利技术提出的基于场路协同的太赫兹功率放大器电路设计方法，包括以下步骤：(1)设定待设计太赫兹功率放大器的增益G；(2)利用场路协同仿真方法，对太赫兹功率放大器电路全版图，进行仿真计算得到太赫兹功率放大器电路的增益G0，将步骤(1)的增益G与仿真计算得到的增益G0比较，若G0≥G，则判定太赫兹功率放大器电路已达标，完成设计；若G0＜G，则判定太赫兹功率放大器电路未达标，进行步骤(3)；(3)建立太赫兹功率放大器电路的元件参数化模型，包括以下步骤：(3-1)从太赫兹功率放大器电路的所有元件中任意选取一个元件r，设定该元件r的设计变量为L，并设定设计变量L的取值范围为[L1,LN]，[L1,LN]中的插值节点值为(L1,L2,….,LN-1,LN)，设定太赫兹功率放大器元件r的工作频带为[f1,fM],[f1,fM]中所要计算的离散频点值为(f1,f2,….,fM-1,fM)；(3-2)采用有限元方法，计算出太赫兹功率放大器版图中元件r在插值节点值(L1,L2,….,LN-1,LN)和离散频点值(f1,f2,….,fM-1,fM)处的散射参数值S(fi,Lv)，其中fi为(3-1)中第i个离散频点值，i＝1,...,M，Lv为(3-1)中第v个插值节点值，v＝1,...,N；(3-3)利用重心插值方法，建立元件r的设计变量L在频点(f1,f2,….,fM-1,fM)处的参数化模型如下：其中，ω是权重系数，Π表示连乘，v＝1,...,N，i＝1,...,M，设计变量L的取值范围为[L1,LN],且L的取值不等于插值节点值，即L≠L1,L2,….,LN-1,LN；(4)从设计变量L的取值范围[L1,LN]中取出最小值L1，令Lj＝L1，并判断Lj是否是插值节点值，若是，则由步骤(3-2)直接获得相应的散射参数值S(fi,Lj)，若不是，则求解步骤(3)的元件参数化模型，得到并将S(fi,Lj)转换为等效端口网络模型，模型为Touchstonefile格式；(5)用步骤(4)的等效端口网络模型代替太赫兹功率放大器全版图中的元件r，利用场路协同仿真方法，对太赫兹功率放大器全版图进行仿真计算，得到太赫兹功率放大器的增益G1，将G1与待设计太赫兹功率放大器的增益G比较，若G1≥G，则判定太赫兹功率放大器电路已达标，完成设计，若G1＜G，则判定太赫兹功率放大器电路未达标，进行步骤(6)；(6)使Lj＝Lj+d，其中d＝(LN-L1)/(10N)，N为步骤(3-1)中插值节点的个数，重复步骤(4)和步骤(5)，经过10N次迭代，遍历设计变量L取值范围[L1,LN]中的最小值L1到最大值LN，Lj具有10N个值，通过10N次重复步骤(4)和步骤(5)的迭代过程，得到10N个太赫兹功率放大器的增益值Gs(s＝1,2,...,10N)，取10N个太赫兹功率放大器的增益值Gs中的最大值max(Gs)，将max(Gs)与步骤(1)的增益G进行比较，若max(Gs)≥G，则完成设计；若max(Gs)＜G，则重新从太赫兹功率放大器电路中选取元件r以外的其它元件，重复步骤(3)-步骤(6)。本专利技术提出的基于场路协同的太赫兹功率放大器电路设计方法，其优点是：本专利技术利用重心插值算法可建立版图元件关于设计变量的参数化模型，可快速得到版图元件在设计变量多个取值下的等效端口网络模型，缩短了基于场路协同仿真的全版图设计时间，有效提高了设计效率。附图说明图1为本专利技术方法的流程框图。图2为本专利技术方法涉及的太赫兹功率放大器的全版图。图3为设计前的太赫兹功率放大器增益仿真曲线。图4为用本方法设计后的太赫兹功率放大器增益仿真曲线。具体实施方式本专利技术提出的基于场路协同的太赫兹功率放大器电路设计方法，其流程框图如图1所示，包括以下步骤：(1)设定待设计太赫兹功率放大器的增益G；(2)利用场路协同仿真方法，对太赫兹功率放大器电路全版图，如图2所示，进行仿真计算得到太赫兹功率放大器电路的增益G0，将步骤(1)的增益G与仿真计算得到的增益G0比较，若G0≥G，则判定太赫兹功率放大器电路已达标，完成设计；若G0＜G，则判定太赫兹功率放大器电路未达标，进行步骤(3)；(3)建立太赫兹功率放大器电路的元件参数化模型，包括以下步骤：(3-1)从太赫兹功率放大器电路的所有元件中任意选取一个元件r，太赫兹功率放大器电路中的元件可以是传输线长度LTL、传输线宽度WTL、变压器线圈的半径R和叉指电容器长度Lcap等，设定该元件r的设计变量为L，并设定设计变量L的取值范围为[L1,LN]，[L1,LN]中的插值节点值为(L1,L2,….,LN-1,LN)，设定太赫兹功率放大器元件r的工作频带为[f1,fM],[f1,fM]中所要计算的离散频点值为(f1,f2,….,fM-1,fM)；(3-2)采用有限元方法，计算出太赫兹功率放大器版图中元件r在插值节点值(L1,L2,….,LN-1,LN)和离散频点值(f1,f2,….,fM-1,fM)处的散射参数值S(fi,Lv)，其中fi为(3-1)中第i个离散频点值，i＝1,...,M，Lv为(3-1)中第v个插值节点值，v＝1,...,N；(3-3)利用重心插值方法，建立元件r的设计变量L在频点(f1,f2,….,fM-1,fM)处的参数化模型如下：其中，ω是权重系数，Π表示连乘，v＝1,...,N，i＝1,...,M设计变量L的取值范围为[L1,LN],且L的取值不等于插值节点值，即L≠L1,L2,….,LN-1,LN。(4)从设计变量L的取值范围[L1,LN]中取出最小值L1，令Lj＝L1，并判断Lj是否是插值节点值，若是，则由步骤(3-2)直接获得相应的散射参数值S(fi,Lj)，若不是，则求解步骤(3)的元件参数化模型，得到并将S(fi,Lj本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于场路协同的太赫兹功率放大器电路设计方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：(1)设定待设计太赫兹功率放大器的增益G；(2)利用场路协同仿真方法，对太赫兹功率放大器电路全版图，进行仿真计算得到太赫兹功率放大器电路的增益G0，将步骤(1)的增益G与仿真计算得到的增益G0比较，若G0≥G，则判定太赫兹功率放大器电路已达标，完成设计；若G0＜G，则判定太赫兹功率放大器电路未达标，进行步骤(3)；(3)建立太赫兹功率放大器电路的元件参数化模型，包括以下步骤：(3‑1)从太赫兹功率放大器电路的所有元件中任意选取一个元件r，设定该元件r的设计变量为L，并设定设计变量L的取值范围为[L1,LN]，[L1,LN]中的插值节点值为(L1,L2,….,LN‑1,LN)，设定太赫兹功率放大器元件r的工作频带为[f1,fM],[f1,fM]中所要计算的离散频点值为(f1,f2,….,fM‑1,fM)；(3‑2)采用有限元方法，计算出太赫兹功率放大器版图中元件r在插值节点值(L1,L2,….,LN‑1,LN)和离散频点值(f1,f2,….,fM‑1,fM)处的散射参数值S(fi,Lv)，其中fi为(3‑1)中第i个离散频点值，i＝1,...,M，Lv为(3‑1)中第v个插值节点值，v＝1,...,N；(3‑3)利用重心插值方法，建立元件r的设计变量L在频点(f1,f2,….,fM‑1,fM)处的参数化模型如下：...
【技术特征摘要】
1.一种基于场路协同的太赫兹功率放大器电路设计方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：(1)设定待设计太赫兹功率放大器的增益G；(2)利用场路协同仿真方法，对太赫兹功率放大器电路全版图，进行仿真计算得到太赫兹功率放大器电路的增益G0，将步骤(1)的增益G与仿真计算得到的增益G0比较，若G0≥G，则判定太赫兹功率放大器电路已达标，完成设计；若G0＜G，则判定太赫兹功率放大器电路未达标，进行步骤(3)；(3)建立太赫兹功率放大器电路的元件参数化模型，包括以下步骤：(3-1)从太赫兹功率放大器电路的所有元件中任意选取一个元件r，设定该元件r的设计变量为L，并设定设计变量L的取值范围为[L1,LN]，[L1,LN]中的插值节点值为(L1,L2,….,LN-1,LN)，设定太赫兹功率放大器元件r的工作频带为[f1,fM],[f1,fM]中所要计算的离散频点值为(f1,f2,….,fM-1,fM)；(3-2)采用有限元方法，计算出太赫兹功率放大器版图中元件r在插值节点值(L1,L2,….,LN-1,LN)和离散频点值(f1,f2,….,fM-1,fM)处的散射参数值S(fi,Lv)，其中fi为(3-1)中第i个离散频点值，i＝1,...,M，Lv为(3-1)中第v个插值节点值，v＝1,...,N；(3-3)利用重心插值方法，建立元件r的设计变量L在频点(f1,f2,….,fM-1,fM)处的参数化模型如下：其中，ω是权重系数，Π表示连乘，v＝1,...,N，i＝1,...,M，设计变量L的取值范围为...
【专利技术属性】
技术研发人员：张雷，张卫东，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11
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