Введение к работе
Актуальность работы. Эффективность производства современных СВЧ устройств в значительной степени зависит от его оснащенности системами автоматизированного проектирования (САПР). САПР осуществляет автоматизированное проектирование СВЧ устройств на основе заданных технических характеристик проектируемого СВЧ устройства, а также физико-химических, топологических и электрических параметров его отдельных компонентов. Автоматизированное проектирование осуществляется посредством математического моделирования отдельных компонентов СВЧ устройства, а также его математического моделирования в целом. Задачей автоматизировнного проектирования является получение замкнутой числовой математической модели проектируемого СВЧ устройства, управляющей автоматизированным рабочим местом конструктора (АРМ), выходным продуктом которого является конструкторская документация (КД) для производства опытного образца проектируемого СВЧ устройства.
Для эффективного автоматизированного проектирования СВЧ устройств должны быть разработаны точные модели большого числа пассивных и активных компонентов. В качестве пассивных компонентов используют отрезки линий передачи различной структуры, структуры с сосредоточенными параметрами, диэлектрические резонаторы и невзаимные устройства. В качестве линий передачи используют коаксиальные линии, волноводы, полосковые, микрополосковые, копланар-ные, щелевые линии, а также комбинации этих линий. В качестве активных компонентов используют полупроводниковые приборы такие, как биполярные транзисторы и полевые транзисторы с затвором Шот-тки, точечные диоды и диоды Шоттки, варакторы и р - і - п диоды,
а также диода Ганна и лавинно-пролетные диоды.
Точное математическое моделирование пассивных и активных СВЧ компонентов, как и СВЧ устройств в целом, является весьма сложной и не всегда решаемой задачей. Это обусловлено тем, что на СВЧ трудно с достаточной точностью моделировать потери, поверхностные и краевые эффекты, а также паразитные реактивные параметры, обусловленные геометрическими неоднородностями корпуса. Поэтому модели обычно носят приближенный характер. Недостаточная точность математических моделей удлиняет цикл проектирования, так как требует доводки опытного образца. Эти трудности ограничивают возможность широкого применения САПР на СВЧ.
Одним из путей повышения эффективности САПР на СВЧ является измерение S-параметров отдельных компонентов проектируемого СВЧ устройства. Измерение S-параметров имеет следующие преимущества. Первое преимущество заключается в физической реализуемости измерения S-параметров на СВЧ. Так, например, измерение S-параметров не требует режима холостого хода или короткого замыкания, которые, во-первых, на СВЧ трудно реализуемы, а во-вторых, для активных СВЧ компонент недопустимы. Другое важное преимущество измерения S-параметров заключается в том, что их определяют на основе падающих и отраженных волн, которые, в виде стоячей волны, на СВЧ легко поддаются измерению, например, амплитудными измерителями. По измеренным S-параметрам уточняются математические модели компонентов проектируемого СВЧ устройства, что существенно повышает эффективность САПР на СВЧ.
Для измерения S-параметров применяют адаптивные цифровые анализаторы цепей (ЦАЦ) с оценкой и коррекцией результатов измерения в реальном масштабе времени. При измерении S-параметров такие ЦАЦ одновременно являются действующим перестраиваемым макетом проектируемого СВЧ устройства. Это существенно сокращает этап 4
опытно-конструкторских работ (ОКР), тем самым обеспечивая наиболее быстрое получение и внедрение оптимального опытного образца проектируемого СВЧ устройства в серийную промышленность.
Цель и задачи исследовний. Цель настоящей диссертационной работы заключается в повышении эффективности САПР на СВЧ. Эта цель достигнута посредством введения в состав САПР адаптивных ЦАЦ с оценкой и коррекцией результатов измерения в реальном масштабе времени. При достижении поставленной цели были решены следующие задачи:
разработка общего теоретического подхода к математическому моделированию многофункциональных ЦАЦ;
разработка общего теоретического принципа построения адаптивных ЦАЦ с оценкой и коррекцией результатов измерения в реальном масштабе времени;
разработка методов измерения и калибровки многофункциональных ЦАЦ, обеспечивающих их адаптацию, оценку и коррекцию погрешностей измерения в реальном масштабе' времени;
разработка общего метода измерения S-параметров пассивных и активных СВЧ цепей в режиме малого и большого сигналов сигналов, а также метода анализа устойчивости активных СВЧ цепей;
разработка средств измерения для построения многофункциональных ЦАЦ для САПР;
разработка методики применения многофункциональных ЦАЦ в составе САПР.
Методы исследования. Решение поставленных задач было осуществлено на основе теории измерений, теории радиотехнических систем и цепей, методов линейной алгебры, вычисжтельной математики и машинного моделирования, теории вероятностей и математической статистики.
Достоверность основных теоретических положений и выводов
подтверждена экспериментальными исследованиями опытных образцо многофункциональных ЦАЦ на предприятии п/я А-7306.
Научная новизна работы заключается в том, что в результате математического моделирования разработаны:
общий теоретический принцип построения адаптивных ЦАЦ с оценкой и коррекцией результатов измерения в реальном масштабе времени;
методы измерения и калибровки многофункциональнах ЦАЦ, обеспечивающие их адаптацию, оценку и коррекцию погрешностей измерения в реальном масштабе времени;
высокоэффективный метод измерения S-параметров пассивных и активных ОВЧ цепей в режиме малого и большого сигналов, а также метод анализа устойчивости активных СВЧ цепей;
высокоэффективные средства измерения, обеспечивающие построение многофункциональных ЦАЦ для САПР;
методика применения многофункциональных ЦАЦ в составе САПР.
Практическая значимость диссертационной работы заключается в повышении эффективности САПР, посредством введения в их состав адаптивных ЦАЦ с оценкой и коррекцией результатов измерения в реальном масштабе времени.
Реализация в промышленности и внедрение. Основные результаты диссертационной работы были внедрены на предприятии п/я А-7306 в виде:
- образцового ЦАЦ первого и второго рода для измерения
S'-параметров активных и пассивных СВЧ цепей в режиме малого сиг
нала;
- образцового адаптивного ЦАЦ третьего рода с оценкой и кор
рекцией погрешностей измерения S-параметров пассивных и активных
СВЧ цепей в режиме малого и большого сигналов в реальном масштабе
б
времени.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на трех Всесоюзных, трех Региональных, Краевой и трех Областных научно-технических конференциях и семинарах.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 35 печатных работ, из них 10 тезисов докладов, 3 информационных листка, 8 статей, 10 авторских свидетельств и 4 отчета по НИР.
Структура и объем, диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Основная часть диссертации содержит 137 страниц, из них 24 страницы рисунков, графиков и таблиц, 9 страниц списка литературы, включающего 73 наименования.
Основные положения, представляемые к защите:
общий теоретический принцип построения адаптивных ЦАЦ с оценкой и коррекцией погрешностей измерения в реальном масштабе времени;
методы измерения и калибровки ЦАЦ, обеспечивающие оценку и коррекцию результатов измерения в реальном масштабе времени;
метод измерения S-параметров пассивных и активных СВЧ цепей в режиме малого и большого сигналов, а также метод анализа их устойчивости;
- техническая реализация многофункциональных ЦАЦ и общие
принципы их применения в составе САПР.
