Разработка математического и программного обеспечения подсистемы автоматизированного проектирования плоских дифракционных антенн

• Автор: Шерстюк, Олег Игоревич
• Шифр специальности: 05.13.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 246 с. : ил.

Введение

1. Анализ проблемы создания высокоэффективных САПР антенн и

СВЧ устройств

1.1 Обзор систем САПР СВЧ устройств

1.2 Обзор низкопрофильных антенных конструкций объектов проектирования современных САПР СВЧ антенн и устройств

1.3 Обзор математических методов моделирования пассивных СВЧ устройств

1.4 Выводы

2. Математическое обеспечение подсистемы САПР плоских

дифракционных антенн

2.1 Разработка математической модели для расчета дисперсионных характеристик металлодиэлектрических структур на основе дифракционных решеток с различным профилем пазов
2.1.1 Использование обобщенных матриц рассеяния для учета влияния слоя диэлектрика на характеристики металлодиэлектрической структуры
2.1.2 Определение коэффициентов отражения дифракционной решетки с помощью метода интегральных уравнений
2.1.3 Алгоритм вычисления нормальной производной квазииериодичсской функции Грина
2.1.4 Описание алгоритма расчета углочастотных характеристик металлодиэлектрических структур на основе дифракционных решеток с различным профилем паза
2.2 Разработка математической модели дифракционного анализа структуры металлическая решетка из брусьев диэлектрический слой металлическая гребенка
2.3 Разработка математической модели дифракционного анализа структуры трехуровневая металлическая решетка накрытая слоем диэлектрика
2.4 Разработка математической модели и расчет характеристик антенны на основе плоского фокусирующего рефлектора
2.5 Выводы
Расчет электродинамических характеристик периодических структур с различным профилем пазов с помощью разработанных САПР моделей и экспериментальная проверка их адекватности
3.1 Исследование распределения тока на поверхности координатных и некоординатных периодических структур при их облучении плоской поляризованной волной
3.1.1 Моделирование распределения тока на гребне дифракционных решеток с трапециевидным профилем паза
3.1.2 Моделирование распределения тока на гребне дифракционных решеток с прямоугольным профилем паза
3.1.3 Моделирование распределения тока на гребне дифракционных решеток с треугольным профилем паза
3.2 Проверка адекватности модели дифракционного анализа структуры металлическая решетка из брусьев диэлектрический слой металлическая гребенка
3.2.1 Экспериментальное исследование одноуровневой периодической структуры, нарытой слоем диэлектрика
3.2.2 Волноводнощелевые антенны с металлическими импедансными структурами
3.3 Проверка адекватности модели дифракционного анализа 9 структуры трехуровневая металлическая решетка, накрытая
слоем диэлектрика
3.4 Выводы
4 Разработка элементов САПР СВЧ антенн на основе дифракцион
ных периодических структур и описание антенных устройств, разработанных с их помощью
4.1 Функционирование подсистем САПР
4.2 Антенные устройства, созданные с помощью элементов 1 САПР
4.2.1 Антенна на основе плоского фокусирующего дифрак 1 ционного рефлектора
4.2.2 Плоская дифракционная антенна с центральным возбу 4 ждением
4.2.3 Плоская дифракционная антенна с электронным управ 7 лением поляризации принимаемых волн
4.2.4 Экспериментальное исследование волноводнощелевых 9 антенн с импедансными структурами
4.3 Выводы
Заключение
Список литературы


Программа iv обеспечивает возможность моделирования нелинейных радиочастотных систем и СВЧ устройств. Блочное моделирование сложных радиоэлектронных устройств радиочастот и СВЧ например, многокаскадных усилителей осуществляется с помощью программы i. Редактор автоматически генерирует топологию проектируемого устройства, основанную на информации, полученной при расчете его схемы. Эта программа имеет интерфейс как у программы . Программа имеет интуитивный интерфейс, упрощающий описание проекта, мощную программу расчета электромагнитного поля, адаптивную к требуемой точности решения, и мощный постпроцессор для наглядного представления электромагнитных характеристик рис. В системе применены методы конечных элементов ii которые используются совместно с методами типа автоматического адаптивного генерирования и деления ячеек, методом конечных элементов для векторов поля и адаптивной развертки iv , . Ч . Рис. Значительный интерес представляет программа I ii iv I ii i i канадской фирмы , . Эта программа имеет собственный графический редактор, который позволяет переводить схемное представление в топологическое и наоборот. Она также имеет возможность осуществлять синтез большого числа типов ВЧ и СВЧ фильтров, моделирование большее и гнальных параметров, являясь совершенным инструментом проектирования широкого класса линейных СВЧ устройств. Отсутствие нелинейного анализа и анализа во временной области компенсируется возможностью экспорта схемных файлов в форматах i, i и i. I версии 2 интегрируется с редакторами схем 3 или Ог i . Имеются дополнительные программы, обеспечивающие синтез согласующих цепей с использованием круговой диаграммы, расчет коаксиальных элементов и резонаторов. В году компания i v представила интегрированный пакет систему iv i . Важной отличительной особенностью этого пакета программ является то, что он специально разрабатывался для операционной системы i, что позволило резко повысить его быстродействие. Система iv i v. Vi XI пакет моделирования линейных и нелинейных схем и i пакет трехмерного, электромагнитного моделирования. В то время как ранее реализация метода гармонического баланса осуществлялась обычно на базе схемотехнического анализа низкочастотных аналоговых схем, пакет Vi X был разработан специально для высокочастотных и СВЧ приложений . По сравнению с предыдущей версией пакет обладает новыми возможностями, такими как осуществление нелинейного анализа генераторов, нелинейного шумового анализа включая анализ фазовых шумов и шумов смесителей, а также нелинейного анализа устойчивости. Эта версия включает в себя двунаправленные трансляторы форматов X и II и обеспечивает возможность проектирования антенн представление диаграмм направленности в дальней зоне, составление схем замещения антенн и т. Модуль линейного анализа в частотной области содержит обширную библиотеку моделей более 0 сосредоточенных и распределенных элементов выполненных на микрополосковых, копланарных и других типах линий передачи. Новая 5я версия системы iv i iv i обеспечивает возможность одновременного моделирования схем СВЧ и цифровой обработки сигналов ЦОС, . Новый алгоритм моделирования, позволяющий осуществлять полный анализ сложных систем связи, существенно расширил возможности системы. Значительно расширена библиотека моделей СВЧ компонентов, используемых при анализе частотных характеристик методами гармонического баланса и рядов Вольтерра. В систему iv i включены мастера синтеза фильтров i i i и согласования нагрузок i. Добавлен раздел анализа фазовых шумов генераторов. Автоматизированы средства синтеза цепей согласования. Повышена эффективность трехмерного электромагнитного моделирования. Рис. Особого внимания заслуживает мощная система трехмерного моделирования СВЧ устройств iv i для персональных компьютеров с процессорами i, разработанная немецкой компанией ii . РВА. В процессе моделирования предполагается разбиение СВЧ устройства на совокупность конечных элементов. Комбинация этих методов позволила быстро решать задачи моделирования сложных СВЧ устройств с криволинейными поверхностями.