• 28.09.2014

  Схема уст-ва показана на рисунке, в основе схемы лежит задающий генератор на КР531ГГ1 — микросхема представляет собой 2-а управляемых генератора, частота которых зависит от С1 С2 подключенным к микросхеме которые представляют собой кварцевые или пьезокерамические резонаторы. R1 подключенный к микросхеме служит для облегчения запуска генератора при частотах ниже 4 МГц. …

• 21.09.2014

  Блок предназначен для переключения фиксированных настроек УКВ-ЧМ тюнера с электронной настройкой. Уст-во описанное в статье может коммутировать 10 переменных резисторов с помощью которых осуществляется настройка на каналы. Индикация — светодиодная. помимо квазисенсорного выбора каналов в блоке предусмотрено по круговое обратное и прямое переключение каналов. блок настроек построен на микросхемах серии …

• 15.11.2014

  Усилитель на базе TDA7266M применяется в бытовой технике, имеет фиксированное усиление. Микросхема оснащена тепловой защитой, защитой от КЗ выхода по переменному току. Имеются встроенные функции MUTE и STAND-BY. В усилителе нет параметрической обратной связи и корректирующей RC-цепочки. Микросхема TDA7266M аналогична TDA7266, но содержит только один усилитель. Усилитель на базе TDA7266M …

• 24.09.2014

  Регулятор оборотов выполнен на специализированной микросхеме U2008, она имеет модуль мягкого старта управления двигателя, блок контроля потребляемого тока нагрузкой и стабилизатор оборотов двигателя. Как показано на схеме Р1 выполняет роль регулятора мощности, а Р2 регулятора скорости вращения двигателя. Микросхема U2008 имеет малые импульсные помехи, в целом регулятор хорошо работает с …

Из аннотации: Книга индийских авторов посвящена вопросам автоматизации проектирования интегральных схем СВЧ. В книге обобщены многочисленные материалы как по элементам СВЧ схем, так и по методам их анализа и оптимизации. Приведены расчётные формулы и характеристики различных линий передачи, неоднородностей в этих линиях, пассивных и активных элементов. Дана программа анализа и описано построение системы полного цикла разработки и изготовления СВЧ устройств. Для инженеров-разработчиков СВЧ устройств и систем машинного проектирования. Примечание: Скан содержит по две страницы на одном листе. Другие новости по теме "Техника СВЧ ": Веселов Г.И. (ред) Микроэлектронные устройства СВЧ (1988) Малорацкий Л.Г. Микроминиатюризация элементов и устройств СВЧ (1976) Бушминский И.П. Изготовление элементов конструкций СВЧ. Волноводы и волноводные устройства (1974) Вольман В.И. (ред) Справочник по расчету и конструированию СВЧ полосковых устройств (1982) Гаистон М.А.Р. Справочник по волновым сопротивлениям фидерных линий СВЧ (1976) Карпов В.М. и др. Широкополосные устройства СВЧ на элементах с сосредоточенными параметрами (1984) Хансен Р. Сканирующие антенные системы СВЧ. Том 1 (1966) Матсумото А. Фильтры и цепи СВЧ (1976) Хелзайн Дж. Пассивные и активные цепи СВЧ (1981) Шварц Н.З. Линейные транзисторные усилители СВЧ (1980) Красюк В.Н. Антенны СВЧ с диэлектрическими покрытиями (1986) Силаев М.А., Комов А.Н. Измерительные полупроводниковые СВЧ-преобразователи (1984) Мещанов В.П. и др. Автоматизированное проектирование направленных ответвителей СВЧ (1980) Клэмпитт Л. Мощные электровакуумные приборы СВЧ. Часть 4 (1974) Клэмпитт Л. Мощные электровакуумные приборы СВЧ. Часть 3 (1974) Клэмпитт Л. Мощные электровакуумные приборы СВЧ. Часть 2 (1974) Клэмпитт Л. Мощные электровакуумные приборы СВЧ. Часть 1 (1974) Чернушенко А.М. и др. Конструкции СВЧ устройств и экранов (1983) Вакуумная СВЧ электроника: Сборник обзоров (2002) Вамберский М.В. и др. Конструирование ферритовых развязывающих приборов СВЧ (1982) Маттей Д.Л. и др. Фильтры СВЧ, согласующие цепи и цепи связи. Том 2 (1972) Маттей Д.Л. и др. Фильтры СВЧ, согласующие цепи и цепи связи. Том 1 (1971) Козлов В.И., Юфит Г.А. Проектирование СВЧ устройств с помощью ЭВМ (1975) Чернушенко А.М. и др. Конструирование экранов и СВЧ-устройств. Учебник для ВУЗов (1990) Фуско В. СВЧ цепи: Анализ и автоматизированное проектирование (1990) Билько М.И. и др. Измерение мощности на СВЧ (1976) Андреев Д.П. и др. Механически перестраиваемые приборы СВЧ и разделительные фильтры (1973) Вамберский М.В. Передающие устройства СВЧ (1984) Сазонов Д.М. и др. Устройства СВЧ (1981) Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ (1988) Лебедев И.В. Техника и приборы СВЧ. Том I. Техника СВЧ (1970) Изюмова Т.И., Свиридов В.Т. Волноводы, коаксиальные и полосковые (1975) Харвей А.Ф. Техника сверхвысоких частот. Том 2 (1965) Харвей А.Ф. Техника сверхвысоких частот. Том 1 (1965)

Министерство образования и науки РФ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Самарский государственный аэрокосмический

университет имени академика С.П. Королева

(национальный исследовательский университет)»

Кафедра Радиотехники и МДС

Дисциплина «СВЧ устройства и антенны»

Проектирование свч устройства

Пояснительная записка к курсовому проекту

Выполнил: Дорофеев А.С.

Группа: 543

Руководитель проекта: Рахаев А.А.

Дата сдачи на проверку:

Оценка и дата защиты:

САМАРА 2011

Задание

Реферат

Курсовой проект.

Пояснительная записка: страниц, рисунков, таблиц, источников.

АНТЕННА, ДИАГРАММА НАПРАВЛЕННОСТИ, ПОЛОСОВОЙ ФИЛЬТР, ЧАСТОТНО-ИЗБИРАТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО, ВОЛНОВОД, РУПОР.

Спроектировать антенное устройство, обеспечивающее приём и частотное разделение принимаемых сигналов по каналам.

Условные обозначения и сокращения

ДН – диаграмма направленности;

КПД – коэффициент полезного действия;

КНД – коэффициент направленного действия;

НО – направленный ответвитель;

ЧРУ – частотно-разделительное устройство;

МПЛ – микрополосковая линия;

СВЧ – сверхвысокие частоты;

ПФ – полосовой фильтр.

Введение

Основными составными частями современных радиотехнических средств являются антенные системы и обслуживающие их тракты СВЧ.

Основной целью изучения дисциплины «Антенны и устройства СВЧ» является усвоение теоретических понятий, расчетных методов и принципов конструирования современных антенных систем и трактов их питания, включая подготовку к пользованию существующими и разрабатываемыми системами автоматизированного проектирования.

Совершенствование и развитие антенн и устройств СВЧ в настоящий период оказались тесно связанными со следующими ключевыми событиями: выходом человека в космическое пространство, немыслимым без соответствующего радиотехнического обеспечения; бурным прогрессом вычислительной техники на основе достижений интегральной технологии; быстрым освоением области миллиметровых волн и волн оптического диапазона; созданием технологии полосковых, микрополосковых и волоконно-оптических линий передачи, что привело к миниатюризации и улучшению качественных показателей трактов СВЧ и соответствующих антенн.

Широкое распространение получила реализация фазированных антенных решеток с быстрым электрическим сканированием луча, создание развертываемых в космосе остронаправленных зеркальных антенн и решеток, предназначенных для глобальных систем радиосвязи и радиовещания и для систем исследования природных ресурсов Земли (дистанционного зондирования).

На первом этапе в 60-70-е годы решались принципиальные вопросы создания математического обеспечения ECAD. До этого в электронике господствовали экспериментальные методы проектирования . Переход к компьютерным расчетам и моделированию требовал разработки адекватных математических моделей схем и конструкций радиоэлектронной аппаратуры и численных методов исследования этих моделей. Поэтому для первого поколения средств EDA , представлявших собой не связанные друг с другом программы расчета печатных плат и электронных схем, главными были формализация постановок проектных задач и выбор соответствующего математического аппарата. Уже с конца 60-х годов развитие EDA в основном определяется прогрессом микроэлектроники.

Проектирование СВЧ-устройств

Принципиально иной уровень сложности задач решают системы проектирования СВЧ-устройств. Как правило, для получения характеристик объемных структур здесь требуется решение уравнений Максвелла, а для моделирования линейных и нелинейных схем привычных моделей и методов, используемых ядром SPICE , недостаточно.

Microwave Office 2003 (www.mwoffice.com) - программа фирмы Applied Wave Research, позволяет моделировать СВЧ-устройства, заданные как в виде принципиальных, так и функциональных схем. Объединяет в себе модули анализа линейных и нелинейных схем, проектирования топологий, электромагнитного моделирования планарных многослойных структур (2.5-мерное моделирование ), моделирования систем связи на уровне структурных схем. Нелинейный анализ здесь выполняется методом гармонического баланса и рядов Вольтерра. Электромагнитное моделирование планарных СВЧ-устройств выполняется методом моментов Галеркина. Модуль моделирования структурных схем, изначально разработанный компанией ICUCOM (www.icucom.com), прекрасно интегрирован в среду и имеет самый большой набор библиотек моделей. Редактор топологий представляет собой не просто графическую среду прорисовки топологий СВЧ-устройств, а мощный инструмент для технологической подготовки производства.

Многофункциональная автоматизированная система SERENADE фирмы Ansoft (www.ansoft.com) имеет модульную структуру. Некоторые модули системы подтвердили свою эффективность на протяжении длительного периода эксплуатации. Модуль HSFF предназначен для анализа трехмерных электромагнитных полей, модуль Harmonica обеспечивает проектирование при использовании линейных моделей таких устройств, как согласующие СВЧ-цепи, цепи связи СВЧ-диапазона, фильтры, а также нелинейные устройства СВЧ-диапазона (усилители мощности, смесители, генераторы, переключатели), модуль Trilines предназначен для расчета линий передачи, модуль Synthesis - для синтеза фильтров, модуль Super- Spice выполняет моделирование СВЧ-устройств во временной области при помощи системы SPICE , модуль Microwave Success моделирует системы радиотелефонии.

Семейство программных продуктов MMICAD , производимых фирмой Optotek (www.optotek.com), имеет в своем составе 2-линейный анализатор; модуль, при помощи которого осуществляется ввод принципиальных схем; модуль, при помощи которого осуществляется компоновка/трассировка; систему, объединяющую модуль, при помощи которого осуществляется ввод принципиальных схем, модуль компоновки/трассировки, а также линейный анализатор; нелинейный анализатор во временной области; модуль синтеза фильтров; модуль сбора информации и малосигнального анализа схем с полевыми транзисторами ; модуль сбора информации и моделирования схем с полевыми транзисторами в режимах большого и малого сигналов.

Пакет RF Design System Suite - (сокращенно RFDS ) фирмы HP EEsof/HPHighFreqency Design позволяет проектировать радиочастотные цепи сотовых радиотелефонов, других персональных подвижных коммуникационных систем, универсальные процессоры, цепи радиовещательных спутников, видеосистемы и беспроводные локальные вычислительные сети. Программное обеспечение включает анализатор линейных и нелинейных цепей, который имеет двунаправленную связь с векторным анализатором цепей, анализатором спектра и цифровым осциллографом. RFDS Suite имеет инструменты для анализа переходных процессов в цепях и электромагнитного анализа, системную библиотеку, инструмент для компоновки. Кроме того, возможна интеграция с программными продуктами других фирм.

Система Sonnet Software Suite of 3D Planar High-Frequence Electromagnetic Software (коротко - Sonnet Suite ) служит для исследования высокочастотных электромагнитных полей современных 3DnnaHapHbix цепей и антенн. Для исследования резонанса оболочки включено исследование поля шестиугольного короба.

APLAC (www.aplac.com) предназначена для проектирования и моделирования электрических схем и систем во временной и частотной областях. В их состав могут входить как цифровые, так и аналоговые компоненты, в том числе устройства диапазона СВЧ. Выполняются следующие виды расчетов : режим по постоянному току, частотные характеристики, спектральная плотность и коэффициент шума, чувствительность и параметрическая оптимизация , переходные процессы, спектры сигналов, анализ периодических режимов, статистический анализ по методу Монте-Карло. Кроме того, в состав APLAC входит подпрограмма расчета трехмерных электромагнитных полей микрополосковых конструкций и других устройств диапазона СВЧ. Последнее, на что следует обратить внимание, это возможность ввода результатов измерений и вывода управляющих сигналов с помощью интерфейсных плат стандарта IEEE-488 ( GPIB , HP-IB ), ка к в системе LabView.

Пакет AppCad (полное название AppCad Design Software) фирмы Hewlett-Packard предназначен для быстрых инженерных расчетов изделий ВЧ- и СВЧ-диапазонов, от схем с дискретными диодами и транзисторами до СВЧ-интегральных схем. Работает в диалоговом режиме и позволяет рассчитывать: смещенные током и напряжением интегральные схемы, схемы с диодами Шоттки в режимах большого и малого сигналов, коэффициент усиления усилителей, коэффициенты передачи и отражения линий, десять типов линий, цепи смещения биполярных транзисторов, эмиттерную обратную связь и делители напряжения, надежность и тепловой режим.

Программы CST Microwave Studio немецкой компании CST (www.cst.de) и QuickWave-3D польской QWED (www.qwed.com.pl) решают задачу полного трехмерного электромагнитного моделирования объемных СВЧ-устройств. Последняя программа больше известна под своим коммерческим названием CONCERTO. Обе программы используют метод конечных разностей (FDTD), дополненный методом конформных преобразований. Главное отличие программ состоит в завершенности интерфейса: немецкий продукт является законченной графической средой для постановки задачи, польский же, помимо прорисовки структуры, требует от пользователя написания программного кода. Обе программы имеют средства оптимизации и обе показывают лучшие результаты моделирования , чем одноименные продукты HFSS от Agilent и Ansoft.

Более простое и дешевое решение предлагает другая немецкая компания - IMST (www.imst.de). Ее продукт EMPIRE использует классическую реализацию метода FDTD, поэтому для получения точных результатов для объемных структур произвольной формы, образованных криволинейными поверхностями, требуется больше времени и вычислительной мощности. Еще здесь можно получать различные частотные характеристики СВЧ-устройств, а также диаграммы направленности антенн .

Имитационное моделирование на уровне структурных схем

Эта категория продуктов нацелена на моделирование электронных систем на поведенческом уровне. Здесь от программы требуется большая гибкость, наличие точных библиотек функциональных модулей, возможность сопряжения с другими системами моделирования .

Программный комплекс MATLAB 6.5 (www.mathworks.com , www.mat-lab.ru) фирмы The MathWorks, Inc. относится к системам компьютерной математики. Система поддерживает выполнение операций с матрицами, полиномами, решение линейных, нелинейных и дифференциальных уравнений, оптимизацию , интерполяцию, построение графиков, трехмерных фигур и многое другое. MATLAB - интерактивная система, основным объектом которой является массив, для которого не требуется указывать размерность явно. Это позволяет решать многие вычислительные задачи, связанные с векторно-матричными формулировками.

Главным расширением системы MATLAB является программный пакет Simulink . Уже в силу своего названия Simulink выполняет как бы симуляцию работы моделируемых систем и устройств, которую также называют имитационным моделированием . Для построения функциональной блок-схемы Simulink имеет обширную библиотеку блочных компонентов и удобный редактор блок-схем. Simulink автоматизирует следующий, наиболее трудоемкий этап моделирования : он составляет и решает сложные системы алгебраических и дифференциальных уравнений, описывающих заданную функциональную схему, обеспечивая удобный и наглядный визуальный контроль за поведением созданного пользователем виртуального устройства.

Ценность Simulink заключается и в обширной, открытой для изучения и модификации библиотеке компонентов. Она включает источники сигналов с практически любыми временными зависимостями, масштабирующие, линейные и нелинейные преобразователи с разнообразными формами передаточных характеристик, квантующее устройство, интегрирующие и дифференцирующие блоки и т. д. В библиотеке имеется целый набор виртуальных регистрирующих устройств - от простых измерителей типа вольтметра или амперметра до универсальных осциллографов, позволяющих просматривать временные зависимости выходных параметров моделируемых систем - токов, напряжений, перемещений, давлений и т. п. Имеется графопостроитель для создания фигур в полярной системе координат , например, фигур Лиссажу и фазовых портретов колебаний. Simulink имеет средства анимации и звукового сопровождения. А в дополнительных библиотеках можно отыскать и такие "приборы", как анализаторы спектра сложных сигналов, многоканальные самописцы и средства анимации графиков.

System View 5.0 (www.elanix.com) - программа компании Elanix представляет собой конструктор, с помощью которого из стандартных "кубиков" строится функциональная схема исследуемой электронной системы. Продукт предназначен для моделирования любых динамических систем и позволяет провести моделирование во временной области любой системы, будь то логическая или аналоговая схема или же вовсе некая математическая абстракция - главное, чтобы для этого имелась необходимая библиотека.

Рассчитываются преобразования Фурье графиков, корреляционные и взаимно корреляционные функции, выполняются арифметические и тригонометрические операции, статистическая обработка данных и многое другое. С пакетом поставляется большой набор библиотек функциональных блоков, имеется возможность создания пользовательских библиотек любой сложности.

Пакет Microwave Office описан в разделе " Проектирование СВЧ-уст-ройств".

Пакет Visual System Simulator (www.mwoffice.com) фирмы Applied Wave Research представляет собой программу моделирования цифровых устройств систем связи на системном уровне. Пакет имеет более 700 моделей функциональных блоков, прикладные библиотеки, поддерживающие все распространенные в настоящее время стандарты связи, такие как: GSM, CDMA, 3G, GPS, DVB , HDTV и многие другие.

Так как пакет Visual System Simulator ориентирован на моделирование именно телекоммуникационных систем, здесь имеется обширный набор моделей каналов. Сюда входят модели таких эффектов, как замирание, многолучевость, блокировка и импульсные помехи, позволяющие весьма точно оценивать работу систем в реальных условиях эксплуатации.

Проектирование печатных плат

Любая система проектирования печатных плат представляет собой сложный комплекс программ, обеспечивающий сквозной цикл, начиная с прорисовки принципиальной схемы и заканчивая генерацией управляющих файлов для оборудования изготовления фотошаблонов, сверления отверстий, сборки и электроконтроля.

Наилучших результатов добилась компания Mentor Graphics (www.mentor.com/pcb) .Имея собственную систему проектирования печатных плат Mentor BoardStation, компания поглотила двух своих конкурентов, компании Verybest и Innoveda, и сейчас продолжает развивать линии продуктов Expedition PCB и PADS PowerPCB. Ключом к успеху компании явилась ориентация на современные интегрированные среды проектирования для Windows.

Пакет Expedition PCB представляет сейчас наиболее мощное решение в области проектирования плат.

Основу системы составляет среда AutoActive, позволяющая реализовать такие функции, как предтопологический анализ целостности сигналов, интерактивная и автоматическая трассировка с учетом требований высокочастотных плат и специальных технологических ограничений , накладываемых использованием современной элементной базы. Единая среда позволяет моделировать наводки в проводниках непосредственно при прокладке трассы или шины и контролировать превышение ими заданного уровня.

У данного продукта отмечают только один недостаток - его высокую стоимость.

Другой продукт компании Mentor, система PADS PowerPCB (www.pads.com) предлагает более дешевое решение. Эта система может похвастаться лучшим автотрассировщиком BlaseRouter, поддерживающим все необходимые при трассировке высокочастотных плат функции. Пакет имеет модули предтопологичекого и посттопологического анализа, тесно взаимодействующие с системой контроля ограничений.

Далее по мощности предлагаемых решений идет компания Cadence. Для верхнего уровня проектирования предлагается пакет PCB Design Studio (www.pcb.cadence.com). В качестве редактора печатных плат здесь используется программа Allegro, позволяющая разрабатывать многослойные и высокоскоростные платы с высокой плотностью размещения компонентов. В качестве штатного модуля авторазмещения и автотрассировки применена программа SPECCTRA (www.specctra.com), управляемая обширным набором правил проектирования и технологических ограничений . Выполняется анализ электромагнитной совместимости.

Другой продукт компании Cadence, пакет OrCAD (www.orcad.com) рекомендуется как более легкое и дешевое решение для проектирования печатных плат. Данный пакет рассматривается фирмой Cadence как приоритетная система ввода проектов и моделирования : модули Capture CIS и PSpice сейчас поставляются в составе пакета PCB Design Studio. Редактор печатных плат OrCAD Layout имеет три различные конфигурации с разными функциональными возможностями. В проекте платы здесь может присутствовать до 30 слоев, 16 из которых могут быть сигнальными. Имеются встроенные средства авторазмещения и автотрассировки, а также интерфейс с программой SPECCTRA. Однако главным модулем здесь является не редактор печатных плат, а редактор принципиальных схем OrCAD Capture CIS , оснащенный единственной в своем роде системой управления базами данных компонентов. Система CIS (Component Information System) была разработана для обеспечения всем пользователям OrCAD доступа чер ез Интернет к централизованным базам да нных компонентов на сайте www.spincircuit.com . Гибкость системы CIS позволяет организовать корпоративные базы разрешенных к применению компонентов и работать в локальных сетях, а также использовать процедуры автоматизированного нормоконтроля.

Третьим производителем САПР печатных плат является австралийская компания Altium Technologies (www.altium.com). Благодаря умелой инвестиционной политике эта фирма смогла свести до минимума потери, связанные со спадом рынка высоких технологий в 2002 году. В августе 2002 года компания выпустила в свет пакет Protel DXP (www.protel.com), представляющий собой продолжение собственной оригинальной линий продуктов Protel. Этот пакет обеспечивает сквозной цикл проектирования смешанных аналого-цифровых печатных плат с использованием программируемой логики фирм Xilinx и Altera. Весь инструментарий реализован на базе интегрированной среды проектирования , работающей под управлением Windows X P. К имевшимся ранее средствам посттопологического анализа целостности сигналов добавилась возможность выполнять предтопологический анализ.

В настоящее время компания Altium продолжает развивать свой второй пакет проектирования печатных плат P-CAD 2002 (www.pcad.com). Эта система остается достаточно популярной в России, что обусловлено, с одной стороны, хорошей функциональностью программы и, с другой стороны, ассоциацией с распространенными здесь старыми версиями PCAD 4.5 - 8.7. В 1996 г. фирма ACCEL Technologies впервые представила версию широко известной системы разработки печатных плат P-CAD на платформе Windows. Обновленный продукт получил новое название ACCEL EDA . С этого момента продукт ACCEL EDA приобрел широкую популярность среди разработчиков электронных устройств. В сентябре 1999 г. вышла последняя 15 версия продукта. 17 января 2000 г. произошло слияние двух ведущих разработчиков систем САПР печатных плат - фирм Protel International и ACCEL Technologies, которые объединили свои совместные усилия под торговой маркой Protel (ныне Altium). С марта 2000 г. продукт ACCEL EDA сменил свое название на P-CAD.

Система P-CAD 2002 выполняет полный цикл проектирования печатных плат, а именно:

• графический ввод электрических схем;
• смешанное аналого-цифровое моделирование на основе ядра SPICE3;
• упаковку схемы на печатную плату;
• интерактивное размещение компонентов;
• интерактивную и автоматическую трассировку проводников;
• контроль ошибок в схеме и печатной плате;
• выпуск документации;
• анализ целостности сигналов и перекрестных искажений;
• подготовку файлов Gerber и NC Drill для производства печатных плат;
• подготовку библиотек символов, топологических посадочных мест и моделей компонентов.

Основные возможности P-CAD 2002:

• удобный пользовательский интерфейс для Windows;
• хранение проектной информации в бинарных и текстовых файлах;
• удобная справочная система;
• проект схемы может содержать 999 листов, проект платы - до 999 слоев (11 из них стандартных);
• число цепей в проекте - до 64000;
• число вентилей в компоненте - до 5000;
• максимальное число выводов у компонента - 10000;
• максимальные размеры листа схемы или чертежа печатной платы 60х60 дюймов;
• поддержка дюймовой и метрической систем мер;
• предельное разрешение 0.0001 дюйма (0.1 мила), или 0.01 мм (10 микрон);
• минимальный угол поворота компонентов на плате - 0.1 град.;
• длина имен компонентов - до 30 символов, максимальный объем текстовых надписей и атрибутов - до 20000 символов;
• механизм переноса изменений печатной платы на схему и наоборот;
• библиотеки компонентов, содержащие более 27000 элементов и сертифицированные по стандарту ISO 9001 . проектирования несложных печатных плат. Стандартная версия позволяет разрабатывать платы, содержащие до шести сигнальных слоев и до двух слоев металлизации. Этот продукт имеет удобный и гибкий редактор схем, а также программу моделирования .

  Автоматическое размещение и трассировка реализуются и в ряде других систем проектирования печатных плат, в частности, в отечественной САПР RELIEF с оригинальным алгоритмом быстрой плотной упаковки разногабаритных элементов. Алгоритм основан на многократном дихотомическом делении множества размещаемых элементов

Козлов В.И., Юфит Г.А.
Проектирование СВЧ устройств с помощью ЭВМ

«СОВЕТСКОЕ РАДИО»
1975
МОСКВА

Козлов В. И., Юфит Г. А. Проектирование СВЧ устройств с помощью ЭВМ . Москва, «Советское радио», 1975. Книга посвящена анализу и оптимизации с помощью ЭВМ частотных характеристик СВЧ устройств. Анализ основан на методах узловых напряжений и цепных матриц, а оптимизация - на итерационных методах поиска экстремума функций многих переменных. Даются примеры использования программ. Приводятся некоторые программы на языке АЛГОЛ-60.

Книга будет полезна инженерам, занимающимся проектированием СВЧ устройств, а также студентам вузов и аспирантам.

Редакция радиотехнической литературы.
Редактор И. И. Рюмина
Художественный редактор 3. Е. Вендрова
Обложка художника Б. К. Шаповалова
Технический редактор Г. А. Мешкова
Корректор О. В. Щербакова

Издательство «Советское радио», 1975

Предисловие

Глава 1. Диализ частотных характеристик линейиых схем диапазона СВЧ
1.1. Уравнения линейиых сх^м и методы их решения
1.2. Вопросы экономии памяти ЭВМ и времени решения при анализе частотных характеристик
1.3. Многополюсники на СВЧ
1.4. Вычисление частотных характеристик с помощью цепных матриц
1.5. Критерии устойчивости
1.6. Анализ схем с параметрами, периодически изменяющимися во времени

Глава 2. Особенности методов расчета некоторых устройств СВЧ
2.1. Расчет частотных характеристик фильтров на связанных полосковых линиях
2.2. Расчет полупроводниковых диодных ограничителей
2.3. Расчет характеристик туннельных усилителей

Глава 3. Расчет чувствительности и допусков схем СВЧ
3.1. Анализ чувствительности характеристик СВЧ устройств к изменению их параметров
3.2. Эквивалентные преобразования. Минимизация чувствительности
3.3. Метод статистических испытаний

Глава 4. Оптимизация частотных характеристик схем СВЧ
4.1. Параметрический синтез фильтров и согласующих устройств
4.2. Параметрический синтез СВЧ устройств с переменными состояниями
4.3. Методы минимизации функций многих переменных
4.4. Примеры параметрического синтеза
4.5. Определение параметров эквивалентных схем с помощью ЭВМ

Глава 5. Программы и процедуры
5.1. Программа анализа частотных характеристик
5.2. Программа оптимизации частотных характеристик
5.3. Процедура решения системы линейных уравнений (процедура «симур»)
5.4. Процедура формирования ленточной матрицы (процедура minp)

Приложение
Список литературы

Предисловие

Машинное проектирование электрических цепей завоевало в последнее время признание разработчиков радиотехнической аппаратуры.

Применение ЭВМ позволяет сократить время проектирования, улучшить его качество и существенно повысить эффективность труда инженеров-разработчиков. Поэтому одной из актуальных задач современной радио-электровики является внедрение методов машийного проектирования.

Большинство работ посвящено анализу и оптимизации на ЭВМ цепей, содержащих элементы с сосредоточенными постоянными, предназначенных для работы на относительно низких частотах. Вопросам использования ЭВМ для расчетов устройств диапазона СВЧ посвящено сравнительно мало работ.

Необходимо отметить, что проектирование этих устройств встречается с рядом трудностей. В частности:
1. СВЧ устройства содержат элементы как с сосредоточенными, так и с распределенными постоянными, что весьма затрудняет, а иногда и исключает использование классических методов синтеза электрических цепей по заданным требованиям.

2. Эквивалентные схемы реальных СВЧ устройств весьма сложны, и «ручной» анализ их частотных характеристик практически невозможен.

3. Требования миниатюризации и интеграции полосковых схем исключают в большинстве случаев использование органов подстройки, поэтому геометрические размеры схемы должны быть определены заранее с высокой точностью. В противном случае получающиеся характеристики значительно отличаются от заданных и объем макетирования возрастает.

4. Отсутствие сведений о зависимости частотных характеристик СВЧ устройств от изменения параметров элементов приводит к неоправданному ужестчению допусков на изготовление, что удорожает производство.

Применение ЭВМ позволяет в существенной мере преодолеть перечисленные трудности. Для анализа частотных характеристик в этом случае не требуется выводить обычно громоздкие формулы, расчет указанных характеристик занимает минимальное время и может быть многократно применен для выбора оптимальных параметров.

Процесс выбора параметров устройств возможно автоматизировать с помощью ЭВМ, что в ряде случаев позволяет получить оптимальные характеристики. Последнее особенно важно тогда, когда отсутствуют аналитические методы синтеза, что характерно, например, для регулирующих устройств: аттенюаторов, фазовращателей, коммутаторов и т. п.

Наконец, существенно облегчается анализ чувствительности частотных характеристик к вариациям параметров, и это позволяет задавать разумные требования к допускам на геометрические размеры устройств.

При этом, как правило, СВЧ устройства описываются эквивалентными схемами, образованными соединением элементов с сосредоточенными постоянными, линий и связанных линий Анализ частотных характеристик эквивалентных схем базируется на методах узловых напряжений и цепных матриц, а оптимизация - на итерационных методах поиска экстремума функций многих переменных.

В книге даются примеры использования программ, основанных на указанных методах. Приводятся тексты некоторых программ, написанных на алгоритмическом языке АЛГОЛ-60, а также инструкции пользования этими программами.

Гл. 1, 3 написаны Г. А. Юфитом, гл. 2 - В. И. Козловым, гл. 4, 5 написаны авторами совместно. Опубликованные программы разработаны С. Я. Марченковым и Н. Ю. Разумовским. Авторы приносят "благодарность рецензентам Бурину Л. И., Алфееву В. Н., Сундучкову К. С., Шелковнйкову Б: Н. за ценные замечания и советы. Авторы выражают также благодарность за помощь в работе Б. К. Назарову, В. В. Данилову, Ф. Б. Рабинову, Г. С. Ставицкой, В. С. Баландину.

Глава 1. Анализ частотных характеристик линейных схем диапазона СВЧ

Важным этапом при проектировании СВЧ устройств самого разнообразного назначения является расчет их частотных характеристик. На основании результатов анализа частотных характеристик разработчик принимает решение о той или иной корректировке параметров устройства, после чего снова рассчитываются характеристики, и этот процесс повторяется до тех пор, пока отклонение частотных характеристик от желаемых не достигает заданного уровня. Естественно, результаты расчета будут соответствовать экспериментальным данным, если имеется достоверное описание СВЧ устройства.

С целью такого описания в инженерной практике успешно используют метод эквивалентных схем. Существо этого метода неоднократно излагалось в ряде книг и учебных пособий . Фактически эквивалентная схема является моделью соответствующего СВЧ устройства, причем существует однозначное соответствие между комплексными амплитудами токов в ветвях схемы и узловыми напряжениями, с одной стороны, и" комплексными амплитудами полей в выбранных сечениях регулярных передающих линяй, входящих в устройство, с другой стороны. Кроме регулярных линий в СВЧ устройствах имеются различные неоднородности; эквивалентные схемы неоднородностей представляют собой обычно соединение элементов с сосредоточенными постоянными. Однако в диапазоне СВЧ четкий физический смысл имеют токи и напряжения на зажимах регулярных линий (при этом часто предполагают, что в линиях распространяется лишь один тип электромагнитной волны).

Если эквивалентные схемы неоднородностей известны, то можно составить эквивалентную схему всего СВЧ устройства и рассчитать ее, используя методы теории цепей. В этом и состоит основное преимущество применения эквивалентных схем, поскольку уже не требуется производить сложный электродинамический расчет всего устройства.

Топологию и значения параметров эквивалентных схем неоднородностей определяют методами прикладной электродинамики. В настоящее время существует обширная литература (в том числе и справочная) о неоднородностях, включенных в передающие линии различных типов: волноводы , коаксиальные линии , симметричные полоскозые линии , микрополосковые (несимметричные) линии .

В данной главе, как и во всех последующих, предполагается, что эквивалентная схема СВЧ устройства задана и необходимо проанализировать ее частотные характеристики. Подход к расчету СВЧ устройств осуществляется исключительно с позиций теории цепей. Эквивалентные схемы большинства реальных СВЧ устройств столь сложны, что «ручной» анализ их частотных характеристик становится практически невозможным, и именно поэтому целесообразно использовать возможности современных ЭВМ.

В настоящей главе рассматриваются алгоритмы анализа частотных характеристик линейных СВЧ устройств. В основе этих алгоритмов лежит метод узловых напряжений, развитый В. П. Сигорским и др. и оказавшийся весьма простым и удобным при реализации его на ЭВМ. Несомненным достоинством этого метода является его универсальность, дающая возможность анализировать схемы произвольной топологии.

Методика составления уравнений эквивалентной схемы с помощью узловых проводимостей, а также численные способы решения этих уравнений описаны в § 1.1. Там же сделана попытка сравнить различные методы анализа частотных характеристик. Поскольку эквивалентная схема, отражающая процессы в реальном устройстве, может содержать десятки, а иногда и сотни узлов, большое значение приобретают приемы, позволяющие экономить память ЭВМ, а также сокращать время вычислений (последнее особенно важно в задачах оптимизации частотных характеристик). В § 1.2 рассматриваются вопросы экономии памяти ЭВМ и времени вычислений применительно к расчету частотных характеристик эквивалентных схем.

Любая эквивалентная схема разбивается на элементарные многополюсники, которые должны быть описаны в программе расчета частотных характеристик. В § 1.3 рассматриваются эти многополюсники и особенности их описания.

Кроме метода узловых напряжений, для анализа характеристик СВЧ устройств может быть использован метод цепных матриц, который, хотя и не столь универсален, но позволяет для схем, сводящихся к соединению цепей каскадной структуры, получить существенную экономию памяти и времени работы ЭВМ. Особенности метода цепных матриц изложены в § 1.4.

В § 1.5 рассматривается метод проверки критерия устойчивости активных СВЧ схем, удобный при использовании ЭВМ. Выбор критерия и его обоснование проведены в этом же параграфе.

Наконец, § 1.6 посвящен методу расчета частотных характеристик широкого класса линейных СВЧ устройств с периодически изменяющимися во времени параметрами. К таким устройствам относятся смесители, модуляторы, параметрические усилители и т. п. Здесь, так же как и для устройств с постоянными параметрами, возможно создание универсальных программ, предназначенных для анализа схем произвольной топологии.

Скачать книгу "Проектирование СВЧ устройств с помощью ЭВМ" . Москва. Издательство Советское радио, 1975