Тороид. Производство электротехнической продукции
(49831) 4-66-21
(925) 790-73-23
toroid2011@mail.ru

Главная Продукция и услуги Статьи Полезная информация Сертификаты Награды Отзывы Контакты

Продукция и услуги

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

Содержание книги
Проектирование СВЧ устройств с помощью ЭВМ

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.

В настоящей книге авторы стремятся систематизировать изложение различных методов анализа и оптимизации устройств СВЧ диапазона, эффективных при реализации их на ЭВМ.

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 [1—3]. 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 [4, 5], коаксиальные линии [4, 5], симметричные полоскозые линии [5—7], микрополосковые (несимметричные) линии [8, 56—58].

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. [9—13] 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

143502 МО, г.Истра-2, ул. Заводская, 43А. Тел. (49631) 4-66-21. E-mail: toroid2011@mail.ru