Автоматизированное проектирование широкополосных согласующих и корректирующих цепей СВЧ устройств на основе интерактивного "визуального" подхода

• Автор: Самуилов, Александр Андреевич
• Шифр специальности: 05.12.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 255 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЗОР МЕТОДОВ И ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ СИНТЕЗА

СОГЛАСУЮЩИХ И КОРРЕКТИРУЮЩИХ ЦЕПЕЙ СВЧ ТРАНЗИСТОРНЫХ

УСИЛИТЕЛЕЙ

1.1 Задача синтеза реактивных четырехполюсных согласующих цепей

1.2 Применение реактивных согласующих цепей в СВЧ транзисторных

усилителях

1.3 Задача синтеза двух полюсных корректирующих цепей и их применение в

СВЧ транзисторных усилителях

1.4 Методы синтеза реактивных корректирующих и согласующих цепей
1.4.1 Классические методы синтеза согласующих цепей и метод «вносимых потерь»
1.4.2 Методы «реальной частоты»
1.4.3 Метод систематического поиска
1.4.4 Графоаналитическая методика проектирования согласующих цепей на
основе диаграммы Вольперта-Смита
1.4.5 Методы структурно-параметрического синтеза СЦ и КЦ на основе
генетического алгоритма
1.4.6 Обзор программного обеспечения для синтеза СЦ, КЦ и СВЧ
транзисторных усилителей
1.4.7 Выводы по рассмотренным методикам синтеза СЦ, КЦ и СВЧ
транзисторных усилителей
1.5 Метод «областей» для синтеза согласующих и корректирующих цепей
1.6 Декомпозиционный метод синтеза СВЧ полупроводниковых устройств
1.7 «Визуальная» методика проектирования корректирующих и согласующих цепей

1.8 Проектирование одно- и многокаскадных СВЧ транзисторных усилителей с реактивными согласующими цепями
1.9 Проектирование СВЧ транизсторных усилителей с помощью комплекса программ «визуального» проектирования
1.10 Анализ задачи и основные задачи исследования
2. МЕТОДИКА «ВИЗУАЛЬНОГО» ПРОЕКТИРОВАНИЯ РЕАКТИВНЫХ ШИРОКОПОЛОСНЫХ ЦЕПЕЙ ПРИ КОМПЛЕКСНЫХ ИМПЕДАНСАХ ГЕНЕРАТОРА И НАГРУЗКИ
2.1 Описание методики «визуального» проектирования реактивных
широкополосных цепей при комплексных импедансах генератора и нагрузки на сосредоточенных элементах
2.2 Описание методики «визуального» проектирования реактивных
широкополосных цепей при комплексных импедансах генератора и нагрузки на распределенных элементах
2.3 Пример: Синтез цепи для согласования комплексных нагрузок
2.4 Пример: Синтез межкаскадной СЦ с заданной формой АЧХ
2.5 Проектирование реактивных широкополосных цепей по ОДЗ входного и
выходного иммитанса
2.6 Основные результаты исследований
3. КОМБИНИРОВАННАЯ ПРОЦЕДУРА ИНТЕРАКТИВНОГО И
АВТОМАТИЧЕСКОГО ОПТИМИЗАЦИОННОГО ПОИСКА ПРИ «ВИЗУАЛЬНОМ» ПРОЕКТИРОВАНИИ КОРРЕКТИРУЮЩИХ И СОГЛАСУЮЩИХ ЦЕПЕЙ
3.1 Решение задачи оптимизационного поиска элементов цепи по ОДЗ иммитанса

3.1.1 Построение ЦФ
3.1.2 Реализация автоматического поиска

3.2 Организация одновременного интерактивного и автоматического поиска при
«визуальном» проектировании двухполюсных КЦ и реактивных четырехполюсных СЦ
3.3 Пример: Проектирование цепи для согласования RLC-нагрузки
3.4 Пример: Проектирование цепи для согласования двух комплексных
нагрузок
3.5 Основные результаты исследований
4. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ «ВИЗУАЛЬНОГО» ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОРРЕКТИРУЮЩИХ И СОГЛАСУЮЩИХ ЦЕПЕЙ, РАЗРАБОТКА И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СВЧ ТРАНЗИСТОРНЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ
4.1 Краткое описание и функциональные возможности программы Locus 2.0.
4.2 Этапы процесса проектирования двухполюсных КЦ и реактивных
четырехполюсных СЦ в программе Locus и выполняемые функции
4.3 Пример синтеза реактивной цепи для согласования RLC-нафузки с помощью программы Locus
4.3.1 Задание входных данных
4.3.2 Выбор структуры цепи
4.3.3 Поиск параметров выбранной цепи
4.4 Синтез широкополосного трансформатора импедансов
4.5 Пример синтеза двухкаскадного МШУ с помощью комплекса программ
«визуального» проектирования
4.6 «Визуальное» проектирование монолитного малошумящего усилителя
диапазона 3-20 ГГц
4.7 «Визуальное» проектирование малошумящего усилителя диапазона 0,9-2,
ГГц, выполняемого по технологии печатного монтажа
4.8 Выводы

метода не требуется выполнение преобразования Гильберта. Однако данный метод требует хорошего начального приближения, что является основным недостатком. Авторы [8] рекомендуют в качестве начального приближения брать результаты метода «реальной частоты» [6], заменив комплексный генератор или нагрузку резистивной.
Позже Б. Ярман и Фегвейс [120] представили еще один упрощенный метод [121]. Основная идея осталась той же, однако, были использованы функции Бруне, которые позволили избавиться от факторизации полиномов и тем самым значительно упростить вычисления.
Г.Н. Девятковым в работах [122-124] представлен двухэтапный численноаналитический метод «собственных функций», предназначенный для решения задачи широкополосного согласования комплексных импедансов генератора и нагрузки. На первом этапе выбирается структура собственных функций (Z- или Г-параметров) СЦ идеального согласующего четырехполюсника (G = 1) по заданным комплексным частотнозависимым импедансам генератора и нагрузки. На втором этапе выполняется аппроксимация одной или нескольких функций в заданной полосе частот. Выбор аппроксимируемой функции происходит из соображения минимального порядка синтезируемой СЦ. Расчет структуры и параметров СЦ осуществляется на основе стандартных процедур реализации [1, 3-5, 113, 114 и др.]. Достоинством данного метода является возможность получения хорошего начального приближения для задачи оптимизации.
Основным недостатком методов «реальной частоты» является использование процедур нелинейного программирования. Это приводит к следующим проблемам: зависимость от выбора начального приближения и способа формирования целевой функции, проблемы сходимости, возможность получения локальных оптимумов. Другим серьезным недостатком перечисленных подходов является отсутствие полного контроля структуры и параметров синтезируемой цепи, что также зачастую приводит к практически нереализуемым решениям.