Введение к работе
Актуальность темы.
В настоящее время широкое распространение получают телексм-уникационныв системы (ГКС) различного назначения. В частности, урно развивается рынок приемных систем спутникового телевидения СТВ), работающих на сверхвысоких частотах (СВЧ). Рынок объэк-ивно требует выполнения СВЧ функциональных узлов систем СТВ в иде интегральных схем (КС СВЧ). Используемые отечественные ГЙС :ВЧ и герметичные корпуса СВЧ микроблоков традиционно создаваясь для спецзлпаратуры, соответственно, их дороговизна не поз-іоляєт им конкурировать с дешевыми зарубежными микроблоками для 'КС, наводняющими страну. В условиях, югда требования конкурентоспособности выходят ка перЕое место, отечественные телекомму-шкационные ИС СЕЧ должны строиться на базе доступных и приемлемое для массового производства элементов и технологий: фольгиро-занных органодизлектрических подложек; навесных компонентов, предназначенных для поверхностного монтажа; высокотехнологичных техпроцессов; технологичных корпусов СВЧ микроблоков. В ТО Ж8 зремя большой объем имеющихся электрических и конструктивных решений специальных КС СВЧ и методов их проектирования в микропо-юскозом исполнении делают желательным максимальное использование их положительных сторон, в частности, точности проектирования и высоких технических параметров. Поэтому для производства телекоммуникационных КС СВЧ актуален переход на конверсионные технологии, что, во-первых, требует изменения подходов к автоматизированному проектированию ЙС СВЧ и их элементов, поскольку даже с использованием САПР при создании ИС СЕЧ приходится делать два - три промежуточных макетных образца. Во-вторых, необходима разработка более простых конструктивов и схем, которые позволят выпускать конкурентоспособные компоненты для телекоммуникационной СВЧ аппаратуры.
Цель работы и задачи исследования.
Целью работы является разработка ИС СЕЧ для телекоммуникг ционной СВЧ аппаратуры конверсионного производства, с кспользс ванием методов идентификации для сокращения числа промежуточна макетов.
Достижение указанной цели предполагает решение следую основных задач:
1. Определение границ исследований: выбор из существую^
комэнклатуры телекоммуникационных ЙС СВЧ наиболее часто исполі
вуемых схем, каскадов и элементов,чтобы создать для них адекваї
ные модели, обладающие большим быстродействием, чем суцествр
щие.
2. Формулировка ограничений для аналитических методов ис
следования, определение целесообразной степени декомпозиции тє
лекоммуникациошьк СВЧ 1С и топологий при. автоматизирование
проектировании.
3. Адаптация идентификационных методик многокритериально
параметрической оптимизации СВЧ ИС и топологий к телекоммуникг
ционной специфике. Обоснование и разработка критериев зффектш
насти вычислительных процессов.
4. Создание идентификационной методики включения сложных
ВЫЧИСЛИТеЛЬНО Трудоемких Электродинамических Моделей СВЧ ЗЛЄМЄЇ
тов в инженерную САПР с достаточным быстродействием.
5. Разработка новых элементов и каскадов телекоммуникацией
ных ИС СЕЧ, создание соответствующих математических моделей дз
САПР, разработка критериев оценки эффективности предложенног
технического решения.
6. Интегрирование разработанных методик, алгоритмов и прс
цедур в единый программный комплекс для схемотехнического прое*
тирования на персональной ЭВМ телекоммуникационных ИС СВЧ с npj
менением графического диалогового входного языка.
7. Комплексное тестирование результатов работы в процесс
- З -проектирования и изготовления реальных СВЧ устройств для приемных систем спутникового телевидения.
Основные методы исследования.
При решении поставленных задач использовался математический аппарат теории матриц, дифференциального и интегрального исчисления, метод конечных разностей, методы теории вероятностей,мат-статистика, структурное программирование с реализацией соответствующих алгоритмов на ЭВМ.
Научная новизна работа заключается а следующем:
-
Разработаны количественные критерии для априорного определения результирующей эффективности декомпозиции телекоммуникационной сложнораэветвленкой схемы или топологии при расчете методом матриц проводимости.
-
Разработана адаптация алгоритм идентификационной многокритериальной параметрической оптимизации к специфике телекоммуникационных СВЧ ИС и топологий, при этом разработанное комплексно сочетание стохастического и градиентного методов повысило результирующую эффективность расчетов при обработке тачек микрозкстремумоз, частотных резонансов и максимумов счетных погрешностей.
-
Разработан идентификационный алгоритм включения сложных и вычислительно трудоемких существующих электродинамических моделей Сь'-і элементов в инженерную САПР с одновременно приемлемыми результирующими точностью и быстродействием.
-
Разработан эффективный эвристический алгоритм микро-архивации результатов расчета, приспособленный к реальному процессу проектирования телекоммуникационных ИС СВЧ.
-
Разработана модификация метода получисленного моделирования производственных погрешностей телекоммуникационных ИС СВЧ.
-
Разработаны математические модели следующих СВЧ элементов:
линии передачи с меандрическим проводником, обладающие повышенными погонными потерями;
комбинированные секторные шлейфы;
связанные шлейфы с резистивными включениями;
полоскание линии с переменной толщиной подложки;
Практическая ценность работы заключается в создании и внедрении в процесс'проектирования ИС СВЧ моделей как нобых СВЧ элементов, так и оптимизированных традиционных, позволяющих сократить количество промежуточных макетов и объем настроек; во внедрении и интегрировании разработанных моделей в программный комплекс; в создании на основе разработанных алгоритмов, моделей и программ патентночистых конструкций телекоммуникационных СВЧ устройств: аттенюаторов, согласованных нагрузок, многошлейфкых направленных ответвителей и мостов, микрополосковых фильтров, частотно-разделительных устройств, а такле конструкций СВЧ микроблоков.
Реализация результатов.
Теоретические и практические результаты работы использованы в хоздоговорной НИР МРП - OS "Реализация САПР КС СВЧ на мини-ЭВМ к проектирование микроэлекгронных СВЧ устройств" (1.04.88 -31.12.90) Радиокомпании "ВЕКТОР" (г. Чистополь); в хоздоговорных работах по техническим заданиям Казанского НИИ радиоэлектроники (г. Казань), Московского НИИ приборостроения (г. Москва), МП "ПОТОК" (г. Казань); в хоздоговорной НИ? МРП - 41 (1.12.92 -30.12.93) "Интегрированная система автоматизированного проектирования ИС СВЧ (САПР КС СВЧ)" по техническому заданию. НИИ РЭСПЧС и КЦ по грантам СШГЭТУ (г. Санкт-Петербург) /код ГАСВТИ 47.49.29/; в госбюджетной НИР "Разработка СВЧ микроблоков с оптимизированными характеристиками для телекоммуникационной РЭА" (1994 г.). Практические результаты работы использованы Радиокомпанией "ВЕКТОР" (г. Чистополь) в приемных системах спутникового
- б -
телевидения, предназначенных для работы в зоне слабого сигнала; в учебном процессе на кафедре КиШЭА Казанского государственного технического университета (1992-1S94 гг.) и в Стамбульском техническом университете /the Electrical and Electronics Faculty of the Istanbul Technical University/ (1992 r.}
Апробация работы.
Основные результаты работы докладывались и обсуждались ка Крымской международной научно-технической конференции "СВЧ техника и спутниковый прием" (г.СевастопольД992г. и 1993 г.); Всероссийских научно-технических конференциях "Научный потенциал вузов - программе "Конверсия"" (г.Казань, 1993г.); "Гагаринскиэ чтения" (г.Москва, 1993 т. и 1994 г.); "Фазированные антенные решетки" (г.Казань, 1992 т. и 1994 г.).
По основным результатам выполненных исследований опубликовано 14 печатных работ, включая 4 статьи и тезисы докладов на международных и всероссийских конференциях; кроме того, получено 9 положительных решений на выдачу Патента РФ.
Достоверность теоретических результатов обеспечивается достаточной строгостью постановки задачи и корректностью математических преобразований, а также результатам математического моделирования; достоверность практических результатов обеспечивается сравнением с данными публикаций, результатами серий тестовых экспериментов на изготовленных макетах и їликроблоках СВЧ, положительными результатами патентной экспертизы.
На защиту выносятся:
1. Математический критерий априорного определения результи-рущэй эффективности дискретизации телекоммуникационной сложно-разветвленкой схемы или топологии при расчете методом IY1-матриц.
- б -
2. Метод и алгоритм идентификационной многокритериальной
параметрической оптимизации телекоммуникационных СВЧ ЙС и топо
логий со стохастической обработкой точек микроэкстремушз и час
тотных резонанеов для повышения результирующей эффективности оп
тимизации.
-
Метод и алгоритм аденткфккащюкнаго решения обратной задачи (синтеза) для вычислительно трудоемких СВЧ моделей и включения их в инженерную САПР с одновременно приемлемыми результирующими точностью к быстродействием.
-
Алгоритм микро-архивации результатов расчета, эвристически приспособляющийся к реальному процессу проектирования телекоммуникационных ИС СЕЧ.
-
Математические модели элементов и устройства, разработанные на их основе:
модель линий передачи с повышенными погонными потерями, а также СВЧ аттенюаторы и согласованные нагрузка?: ка их основе;
модель комбинированных секторных шлейфов, а также ыжро-полосковые фильтры с их использованием',
модель связанных шіейфзв, а также многошлэйфные направленные ответвители и мосты, фильтры и нагрузки на их основе;
модель полосковых линий с переменной ТОЛЩИНОЙ подложки и СВЧ микроблока ка их Базе;
методика расчета параметров диодно-реэистивных цепочек для СВЧ аттенюаторов;
активное частотно-разделительное устройство для ТКС СТВ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 150 страницах машинописного текста, состоит из введения, четырех глав с выводами, заключения, списка литературы и приложений, содержит 30 рисунков к 15 таблиц.
