автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.07, диссертация на тему:Автоматизированный синтез широкополосных согласующих устройств

9б~ - //3

На правах рукописи

Девятков Геннадий Никифорович

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ СИНТЕЗ ШИРОКОПОЛОСНЫХ СОГЛАСУЮЩИХ УСТРОЙСТВ

Специальность 05.12:07 - Антенны, СВЧ устройства и их технологии

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Новосибирск - 2006

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Новосибирский государственный технический университет»

Научный консучьтант- доктор технических наук, профессор

Вострецов Алексей Геннадьевич

Официальные оппоненты: доктор гехнических наук,

старший научный сотрудник Пальчун Юрий Анатольевич

доктор технических наук, профессор Петров Виктор Петрович

доктор технических наук, доцент Хрусталев Владимир Александрович

Ведущая организация. Томский государственный университет систем

управления и радиоэлектроники

Защита состоится 7 ноября 2006 г. в 10-00 час. на заседании диссертационного совега Д 212 173.11 при Новосибирском государственном техническом университете по адресу 630092, Новосибирск, пр. Карла Маркса, 20.

С диссерта диен можно ознакомиться в библиотеке Новосибирского государственною технического университета.

Авторефе эат разослан «21» сентября 2006 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

кандидат технических наук, доцент Райфельд М.А

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Тенденцией развития» современных полупроводниковых приемопередающих систем'является непрерывное продвижение в верхнюю часть СВЧ диапазона, повышение требований к уровню преобразуемой мощности, ширине полосы рабочих частот, надежности и технологичности при одновременном уменьшение-веса и габаритов; Этому в значительной мере способствовал прогресс твердотельной технологии, который привел к созданию новых типов электронных приборов и к возможности проектирования новых схем -и систем в гибридно-интегральном и полупроводниковом исполнении. При этом анализ и синтез разрабатываемых интегральных схем ВЧ и СВЧ диапазона, а также устройств и систем на их основе,' неизбежно должны быть более детальными и точными, поскольку их изготовление обходится дорого и требует больших затрат времени. В связи с этим их изменение и корректировку следует рассматривать как крайнее средство,- Этот фактор, а также необходимость учета значительного числа факторов,- обусловленных спецификой '■ СВЧ •диапазона, большая сложность интегральных схем порождают, в свою очередь, проблему разработки методологической, математической и программной основы их эффективного и качественного проектирования с-использованием современных ЭВМ.

Важной частью общей проблемы создания современных полупроводниковых приемопередающих систем является проблема широкополосного согласования произвольныхиммитансов источника сигнала и нагрузки-в произвольном электрическом элементном'базисе. Она является сложной в теоретическом плане; но в то же время ее решение представляет большую практическую значимость, так как позволяет обеспечить оптимальное построение широкополосных ВЧ и СВЧ приемо-передающих трактов на этапе проектирования, то есть .с минимальными»затратами, засчет наилучшего построения ■ и использования внутренней структуры устройств. '•

Неослабевающий, интерес к задачам синтеза широкополосных согласующих устройств подтверждает тот факт, что не решены многие вопросы, возникающие в рамках данной проблемы. Несмотря на большие усилия, прилагавшиеся во второй половине прошлого столетия, а также успехи практического применения, проектирование широкополосных согласующих устройств в самой общей'постановке все еще остается без должного теоретического обоснования и соответствующих методов синтеза.; В большинстве случаев основное внимание уделялось разработке методов синтеза широкополосных'устройств, согласующих' источник сигаала' С активным- внутренним'сопротивлением ги ; произвольный импеданс нагрузки в сосредоточенном элементном базисе. Однако во многих практически важных приложениях! согласуемые импедансы источника сигнала и - нагрузки имеют- сложные г эквивалентные' схемы -с частотно-зависимыми- активными-сопротивлениями, а получаемые в, сосредоточенном элементном базисе решения несовместимы с .возможностями их реализации в диапазоне СВЧ, в связи с. чем .возникает необходимость в разработке адекватных методов синтеза. Появившиеся в последнее время подходы к.решению за-

дачи широкополосного согласования с использованием ЭВМ не решают в полной мере данную проблему.

При разработке широкополосных радиотехнических трактов наряду с согласующими устройствами широко используется пассивные устройства различного функционального назначения (корректирующие, многополосовые, частотно-разделительные, симметрирующие, фильтрующие), которые наряду с выполнением своих функций должны обеспечивать передачу максимальной мощности, а, следовательно, в общем случае, могут одновременно являться и согласующими. Это позволяет в ряде случаев, при наличии достаточно точных математических моделей и соответствующих методов синтеза, существенно упростить проектирование широкополосных устройств, что становиться особенно актуальным при создании СВЧ интегральных схем, где отладка и стыковка функциональных узлов в традиционном понимании становится практически не возможной. В имеющихся публикациях, как правило, рассматриваются методы синтеза этих устройств, нагруженных на чисто активные сопротивления. В связи с этим целесообразна разработка методов синтеза расширяющих их функциональные возможности.

К устройствам, выполняющим одновременно несколько функций, можно отнести и согласующе — фильтрующие цепи широкополосных преобразователей частоты (умножителей, делителей, смесителей и т. д.) на диодах, которые используются при создании мощных и малошумящих источников колебаний, способных работать с достаточно высокими коэффициентами преобразования мощности в передающих полупроводниковых трактах верхней части сантиметрового, миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов частот, и существенно влияют на параметры систем в целом. В большинстве работ синтез широкополосных согласующе — фильтрующих цепей производится с использованием динамических иммитансов диода, представляемых в виде простейших эквивалентов, и очень мало внимания уделено более перспективному подходу к синтезу линейной части с использованием представления диода как импеданс-ного инвертора. Поэтому необходима дальнейшая разработка матричных моделей диода, работающего в различных режимах частотного преобразования (умножения, деления, смешивания) и соответствующих методов синтеза широкополосных согласующе - фильтрующих цепей данного класса устройств.

Таким образом можно констатировать, что развитие теории широкополосного согласования в направлениях определения собственных параметров согласующих четырехполюсников в реактивном элементном базисе и элементном базисе общего вида при произвольных иммитансах источника сигнала и нагрузки, разработки регулярных методов синтеза широкополосных согласующих устройств и согласующих устройств различного функционального назначения в произвольном элементном базисе, разработки матричных моделей диода и соответствующих методов синтеза широкополосных согласующе - фильтрующих цепей преобразователей частоты представляет собой актуальную проблему.

Цель работы. Разработка методов автоматизированного синтеза широкополосных согласующих устройств и согласующих устройств различного функционального назначения, связывающих произвольные иммитансы источника

сигнала и нагрузки, в произвольном электрическом элементном базисе, практическая реализация предложенных методов.

Задачи исследования. Поставленная, цель достигается решением следующих основных задач:

1. Определение , собственных параметров согласующих четырехполюсников, связывающих произвольные, иммитансы, источника сигнала и нагрузки, в . произвольном реактивном электрическом*-элементном базисе,, а также в электрическом элементном базисе общего вида. 2; Разработка методов автоматизированного .синтеза широкополосных устройств, согласующих произвольные ;иммитансы; источника сигнала и нагрузки, в произвольном реактивном электрическом элементном базисе.

3. Разработка,-методов автоматизированного синтеза широкополосных устройств различного функционального назначения при произвольных имми-тансах источника сигнала и нагрузки в произвольном реактивном электрическом элементном базисе, а также в электрическом .элементном базисе общего вида. .,

4. Разработка матричной модели диода с приоткрыванием р-п перехода, позволяющей обоснованно подойти к синтезу линейной части мощных широкополосных преобразователей частоты какединого целого.

5. Разработка,методов автоматизированного синтеза широкополосных согла-сующе — фильтрующих цепей мощных широкополосных преобразователей частоты на диодах с приоткрыванием р-п перехода.

6. Разработка необходимого алгоритмического и программного обеспечения, предназначенного для автоматизированного решения комплекса задач синтеза широкополосньк согласующих устройств.

7. Проверка разработанных методов) алгоритмов и программ синтеза широкополосных' согласующих устройств путем вычислительных экспериментов.

Научная новизна работы. Научной новизной обладают следующие,основные результаты работы. . . : ,; .

1. Для; реактивных четырехполюсников и четырехполюсников общего вида, согласующих произвольные ¡¡иммитансы, источника, сигнала , и нагрузки, впервые, получены аналитические.выражения для нахождения собственных параметров,- а .также определены их<предельные. зависимости в виде бесконечных- равномерно! сходящихся рядов первой и , второй. форм, Фостера. Сформулированы и доказаны предельные аппроксимационные теоремы, для идеальных1 четырехполюсников, обоих, видов при. произвольных, активных

"окончаниях. Определены необходимые и достаточные условия физической . реализуемости г (у.) — матриц типовой составляющей подкласса.четырехпо-' : люсников общего вида. Получены тождественные:схемы на соразмерных ' отрезках ступенчато— нерегулярной линии передачи .с одним! скачком волнового сопротивления по длине линии.» ^ .....•

2. Разработаны новые двухэтапные методы автоматизированного синтеза:ши-' рокополосных реактивных согласующих летырехполюсников и согласующе — корректирующих четырехполюсников общего вида, связывающих-произ-

вольные иммнтансы источника сигнала и нагрузки, в произвольном электрическом элементном базисе.

3. Впервые получены аналитические выражения для нахождения собственных параметров частотно — разделительных и симметрирующих согласующих устройств при произвольных иммитансах источника сигнала и нагрузки, найдены их предельные зависимости в виде бесконечных равномерно сходящихся рядов первой и второй форм Фостера.

4. Разработаны новые методы синтеза многополосовых, частотно-разделительных и симметрирующих широкополосных устройств, согласующих произвольные иммитансы источника сигнала и нагрузки, в произвольном электрическом элементном базисе.

5. Разработаны матричные модели идеального и реального диода с приоткры-ванием р-п перехода для произвольного количества гармоник тока, протекающих через переход, и углов запирания диода за период основной частоты. Определены условия инвариантности матриц диодов относительно режимов преобразования частоты, а также преобразования частоты, когда частоты выходного и входного сигналов связаны дробно - рациональным отношением. Показана взаимность трехчастотных преобразователей различного функционального назначения.

6. На основе матричной модели диода разработаны новые метод, позволяющий эффективно решать задачи анализа и нахождения оптимальных стационарных режимов нелинейного элемента в реальных конструкциях, и методы автоматизированного синтеза широкополосных согласующе — фильтрующих цепей преобразователей частоты параллельного типа в произвольном электрическом элементном базисе.

Практическая значимость работы. Предложенные в диссертации методы и модели реализованы в виде комплекса программных средств и направлены на решение широкого круга задач. Их практическая значимость состоит в следующем:

двухэтапные методы автоматизированного синтеза широкополосных согласующих устройств и согласующих устройств различного функционального назначения (корректирующих, многополосовых, частотно — разделительных и симметрирующих) при произвольных иммитансах источника сигнала и нагрузки в произвольном электрическом элементном базисе позволяют находить оптимальные решения в виде одной из канонических форм, оценивать выигрыш в улучшении рабочих характеристик за счет усложнения функций собственных параметров проектируемых устройств, учитывать ограничения на физическую, схемную и технологическую реализуемость;

матричные модели реального диода с приоткрыванием р-п перехода позволяют решать задачи нахождения стационарных режимов его работы в произвольных реальных конструкциях широкополосных преобразователей частоты, а также оптимальных режимов работы диода удовлетворяющих требованиям к проектируемым устройствам;

методы автоматизированного синтеза широкополосных умножителей частоты, основанные на матричной модели диода и позволяющие осуществить

синтез всего, устройства как единого целого в произвольном элементном базисе, дают возможность получить оптимальную структуру устройства;

математические, координатные и топологические модели конструкций широкополосных умножителей частоты в гибридно-интегральном исполнении для САПР СВЧ устройств позволяют проводить их сквозное автоматизированное проектирование.

Предлагаемый подход к проблеме синтеза широкополосных согласующих устройств и согласующих устройств различного функционального назначения, связывающих произвольные иммитансы источника сигнала и нагрузки, в произвольном электрическом элементном базисе, методы и алгоритмы дают возможность находить решения, которые ранее или не могли быть найдены принципиально или требовали больших затрат времени и средств.

Результаты диссертации использованы при выполнении госбюджетной и ряда хоздоговорных НИР в научно - исследовательской лаборатории радиотехнических устройств (НИЛ РТУ) радиотехнического факультета Новосибирского электротехнического института,'с п/я В-8616 при совместной разработке математического и программного обеспечения отраслевой САПР «АСПЕКТ» (ТОК-2Н) сквозного цикла проектирования СВЧ устройств, а также в проекгно-конструкторской деятельности ОАО «НИИИП», ООО НПП «Триада - ТВ», ОАО «МАРТ» и ООО. «Алмаз-Антей Телекоммуникации» при разработке широкополосных функциональных узлов ВЧ и СВЧ диапазона.

Часть материала диссертации вошла в монографию, которая используется . в учебном процессе кафедры "Конструирование и технология радиоэлектронных средств" Новосибирского . государственного технического университета при подготовке бакалавров и магистров по направлению 210200 «Проектирование и технология электронных средств» и инженеров по специальности 210404 «Многоканальные телекоммуникационные системы» в дисциплинах: «Конструирование мощных транзисторных усилителей», «Моделирование и автоматизированное проектирование ВЧ и СВЧ устройств»; «Моделирование и автоматизированное проектирование устройств связи», «Компьютерное проектирование РЭА ВЧ и СВЧ диапазона», а также при подготовке квалификационных работ бакалавров, дипломированных специалистов, магистров и аспирантов по соответствующей тематике.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Представление собственных параметров реактивных четырехполюсников и четырехполюсников общего вида, а также частотно-разделительных и симметрирующих устройств, согласующих произвольные иммитансы источника сигнала и нагрузки, включая их.предельные зависимости в виде бесконечных равномерно сходящихся рядов первой и второй форм Фостера и предельные аппроксимационные теоремы для идеальных реактивных четырехполюсников и четырехполюсников общего вида при произвольных активных окончаниях.

2." Двухэтапные методы автоматизированного синтеза широкополосных реактивных согласующих четырехполюсников и согласующе — корректирующих четырехполюсников общего вида, связывающих произвольные иммитансы

источника сигнала и нагрузки, в произвольном электрическом элементном базисе.

3. Методы синтеза многополосовых, частотно-разделительных и симметрирующих широкополосных устройств, согласующих произвольные иммитан-сы источника сигнала и нагрузки, в произвольном электрическом элементном базисе.

4. Матричные модели идеального и реального диода с приоткрыванием р-п перехода для произвольного количества гармоник тока, протекающих через переход, и углов запирания диода за период основной частоты, условия инвариантности матриц диодов относительно режимов преобразования частоты, взаимность трехчастотных преобразователей различного функционального назначения.

5. Метод анализа и нахождения оптимальных стационарных режимов нелинейного элемента в реальных конструкциях и методы автоматизированного синтеза широкополосных согласующе - фильтрующих цепей преобразователей частоты параллельного типа в произвольном электрическом элементном базисе.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всесоюзной научно-технической конференции «Радиотехнические измерения в диапазонах высоких частот (ВЧ) и сверхвысоких частот (СВЧ)» (Новосибирск, 1984), Российской научно-технической конференции «Информатика и проблемы телекоммуникаций» (Новосибирск, 1994), второй Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы электронного приборостроения» АПЭП-94 (Новосибирск, 1994), Международной научно-технической конференции «Информатика и проблемы телекоммуникаций» (Новосибирск, 1995), 3-й, 4-й, 5-й, 6-й, 7-й Международных научно-технических конференциях «Актуальные проблемы электронного приборостроения» АПЭП - 96, АПЭП - 98, АПЭП - 2000, АПЭП - 2002, АПЭП -2004 (Новосибирск, 1996, 1998, 2000, 2002, 2004), областных научно-технических конференциях (Новосибирск, 1978, 1982, 1984, 1985)

Публикации. По теме диссертации опубликовано 47 работ, в гом числе: 1 монография, 12 статей в ведущих научных журналах и изданиях, входящих в перечень, рекомендованный ВАК РФ; 13 статей в сборниках трудов Международных научно-технических конференций; 2 статьи в Докладах СО АН ВШ, 15 статей в научно-технических сборниках издательств Связь, МГУ, НГТУ; 2 информационных листка Новосибирского МТЦ НТИ и П; 2 авторских свидетельства. В списке публикаций данного автореферата приведены 33 работы, отражающие основное содержание диссертации.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из шести глав, заключения, приложений, списка использованных источников информации, включающего 228 наименований, содержит 374 страницы основного текста. 135 рисунков и 8 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность темы диссертации, сформулированы цель и задачиисследования,научная новизна и практическая значимость работы, основные положения,- выносимые на защиту, приведены сведения об апробации работы,-публикациях и структуре диссертации.

В первом разделе работы, обоснована актуальность диссертационной работы, сформулированы цели и задачи исследования.

Проблема!.щирокополосного согласования, решение которой позволяет обеспечить передачу максимальной мощности в заданной полосе рабочих частот от источника сигнала в нагрузку,,впервые была-сформулирована Г. Боде (1948). В решении данной проблемы, сложность которой обусловлена тем, что в общем случае иммитансы источника сигнала:ишагрузки могут быть произвольными, а элементный базис, в котором нужно найти решение, может быть сосредоточенным, сосредоточенно - распределенным : или ■ распределенным, можно выделить два этапа развития: аналитический и с использованием ЭВМ;

На первом этапе, в основном, внимание уделялось согласованию источника сигнала с активным внутренним сопротивлением и комплексной нагрузки. Большой вклад в решение проблемы согласования на;этом ¡этапе внесли R.M. Fano (1950) hiD.C. Youla (1964). Развитие и разработка этих подходов, атакже решение отдельных актуальных задач нашли отражение в работах IO.JI. Хотун-цева, Г.Г. Чавки,.Н:3. Шварца, Ю. А..Юрова, В.А. Нелепа, R. Levy, G.L. Matthaei и мнотих: других отечественных; и зарубежных, авторов. Работа'Вай-Кайчэнь (1976) подводит некоторые итоги и-дает дальнейшее развитие этого этапа,- Разработанные в этот период рядом авторов Ю.Л. Хотунцевым, Н.З. .Шварцем, D.C. Fielder, H.J. Carlin, B:S.Yarman аналитические методы взаимного широкополосного согласования были ориентированы; на простейшие иммитансы источника сигнала и нагрузки. ,

Использование ЭВМ позволило вплотную: подойти к решению актуальной и наименее изученной проблемы широкополосного , согласования произвольных иммитансов источника сигнала и нагрузки. в • произвольномэлементном базисе.. На этом этапе основное внимание уделялось разработке численных методов широкополосного согласованияпроизвольногоиммитанса нагрузки с активным (Л.И. Бабак,-В.М. Богачев, H.J.. Carlin) и комплексным внутренним сопротивлением источника сигнала (В.Ю. Бабков, А.Ф. Белецкий, H.J. Carlin, B.S. Yarman и др.). Предлагаемые в последнее,время методы,взаимного широкополосного согласования, как правило,: основаны на сложных многоэтапных . процедурах, применимы для ; класса : цепей, ограниченного. полиномиальными , лестничными цепями минимального реактивного сопротивления, и, чаще всего, используютподход,разработанный для случая широкополосного согласования источника; сигнала ; с. активным ■ внутренним ; сопротивлением и произвольного иммитанса нагрузки; что не всегда позволяет; выбрать структуру, функций входного иммитанса синтезируемой .согласующей' цепи, нагруженной на-иммитанс источника сигнала, адекватно решаемой задаче. • ., ■ • -;.>''.:■

В большинстве1 опубликованных- работ рассматриваемые методы: синтеза ориентированы; в основном; на решение задач широкополосного согласования

в сосредоточенном элементном базисе. Это обстоятельство приводит к тому, что многие получаемые решения несовместимы с возможностями их реализации в диапазоне сверхвысоких частот, в связи с чем, разработка методов синтеза широкополосных согласующих устройств в распределенном и сосредоточено - распределенном элементном базисе при произвольных иммитансах источника сигналов и нагрузки остается одной из актуальных теоретических и практических проблем современной радиотехники, решение которой рассматривалось в работах В.А. Бычковского, A.JI. Фельдштейна, В.Н. Фролова, Н.З. Шварца, JI.P. Явича, D.L. Matthaei, HJ. Carlin и многих других авторов. В целом, характеризуя имеющиеся публикации, посвященные этой проблеме, следует отметить, что они касаются в основном вопросов согласования активного внутреннего сопротивления источника сигнала и импеданса нагрузки. Проблема же широкополосного согласования произвольных импедансов источника сигнала и нагрузки в распределённом и сосредоточенно - распределённом элементном базисе остаётся открытой.

Частным случаем рассматриваемой выше проблемы широкополосного согласования, на который не распространяются интегральные ограничения, накладываемые комплексным характером связываемых иммитансов, является задача синтеза широкополосных трансформаторов активных сопротивлений, которая находит широкое применение при решении ряда технических задач в различных частотных диапазонах (В.П. Мещанов, И.А. Разукова, A.JI. Фельд-штейн, Н.З. Шварц, JI.P. Явич, G.L. Matthati и др.). Предлагаемые для ее решения методы предполагают частотную независимость активных сопротивлений источника сигнала и нагрузки, довольно сложны и ориентированы на определенный класс цепей. Поэтому актуальна разработка метода, позволяющего осуществлять синтез широкополосных трансформаторов активных сопротивлений, в том числе частотно-зависимых, в произвольном элементном базисе.

При построении широкополосных радиотехнических трактов широко используется пассивные устройства различного функционального назначения (корректирующие, многополосовые, частотно-разделительные, симметрирующие), которые наряду с выполнением своих функций должны обеспечивать передачу максимальной мощности, а следовательно, в общем случае, могут одновременно являться и согласующими. Это позволяет в ряде случаев, при наличии достаточно точных математических моделей, существенно упростить проектирование широкополосных устройств, а, следовательно, и их сложность, что становиться особенно актуальным при создании СВЧ микросхем, где отладка и стыковка функциональных узлов в традиционном понимании становится практически не возможной.

Проблеме синтеза широкополосных согласующих устройств обладающих одновременно и корректирующими свойствами посвящен ряд работ. Большая часть из них предлагает методы синтеза согласующе - корректирующих устройств реактивного типа, связывающих иммитанс нагрузки с активным или простейшим комплексным внутренним сопротивлением источника сигнала и решающих задачу коррекции амплитудно-частотной характеристики за счет отраженной мощности, что не всегда приемлемо. Этот недостаток устраняется использованием при построении широкополосных радиотехнических грактов

диссипативных согласующе — корректирующих устройств, методы синтеза которых основываются на параметрических подходах-и ограничиваются, в основном, простейшими иммитансами источника сигнала и нагрузки. Проблема же синтеза широкополосных-согласующе — корректирующих цепей: при произвольных-иммитансах источника сигнала и нагрузки в электрическом элементном базисе общего вида остается не решенной;

По методам синтеза многополосовых согласующих устройств опубликовано весьма ограниченное число работ; По существу это работы коллектива, возглавляемого А':А: Головковым, посвященные методам согласования произвольных иммитансов на заданном множестве частот в сосредоточенном элементном базисе/ Поэтому: актуальна разработка'методов- синтеза'многополосовых устройств, согласующих произвольные иммитансы источника сигнала и нагрузки в произвольном ■ электрическом элементномбазисе и-позволяющих расширить полосы рабочих частот,- а так же более рационально использовать площадь, определяемую интегральными 01раничениями,связанными с комплексным характером внутреннего сопротивления источника сигнала и нагрузки.

Из анализа публикаций,'"посвященных.'методам синтеза.широкополосных частотно-разделительных устройств следует, что - все они ^ориентированы- на случай; когда сопротивления источников сигналов и нагрузок чисто активны, и,* фактически, отсутствует публикации по ■ синтезу' широкополосных >■ частотно-разделительных-устройств натруженных-на произвольные иммитансы. Примером практического применения таких устройств могут служить широкополосные преобразователи частоты на-диодах, где согласующе — фильтрующие цепи, в ряде случаев, можно рассматривать как частотно — разделительные устройства одновременно-выполняющие и функции согласования иммитансов-диода в рабочих полосах частот с источниками сигналов и нагрузок. •' ••"

Несмотря на то, что широкополосным симметрирующим устройствам, широко используемым в различных практических приложениях, посвящено значительное число как отечественных, так и зарубежных публикаций^ следует отметить, что они, в основном, решают задачи-анализа различных схемных вариантов, найденных эвристическим путем. В'опубликованной литературе практически отсутствуют регулярные процедуры'синтеза пшрокополосных-симметри-рующих устройств согласующих произвольные иммитансы-источника-сигнала инагрузки: •' ■ . . , .. .

К устройствам,' выполняющим одновременно несколько функций, можно отнести и согласующе — фильтрующие цепи широкополосных преобразователей частоты; (умножителей, делителей,- смесителей-и т. д.) на диодах, являющихся одним из распространенных узлов передающих полупроводниковых трактов верхней части сантиметрового, миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов частот,' где они широко применяются при создании мощных и ма-лошумящих источников колебаний способных работать с достаточно высокими коэффициентами преобразования мощности,' существенно; влияющих на параметры систем в целом,- В большинстве опубликованных-работ.предлагаются подходы к-синтезу широкополосных согласующее — фильтрующих цепей умножителей частоты использующие информацию только о динамических имми-тансах диода по рабочим гармоникам, которой^ в принципе, не достаточно, так

как иммитансы согласующе — фильтрующих цепей в заданных полосах рабочих частот не могут быть точно выдержаны комплексно-сопряженными с им-митансами диода, соответствующими оптимальному режиму его работы, что связано с интегральным ограничением Г. Боде. В связи с этим возникает необходимость учета реакции диода на отличие иммитансов согласующе - фильтрующих цепей по рабочим гармоникам от требуемых, что приводит, в свою очередь, к необходимости согласования структур и значений элементов согласующе — фильтрующих цепей по рабочим гармоникам между собой. В противном случае могут наблюдаться резкое увеличение неравномерности коэффициента преобразования мощности в рабочей полосе частот, обужение или сдвиг рабочей полосы частот.

Более перспективным представляется подход к синтезу широкополосных согласующе - фильтрующих цепей умножителей частоты с использованием представления диода в виде идеального импедансного инвертора, согласующего сопротивления на различных частотах (К. Kotzebue, G.L. Matthaei, J. Redd). В связи с этим актуальна дальнейшая разработка матричных подходов к представлению диода, работающего в различных режимах частотного преобразования (умножения, деления, смешивания), а также соответствующих методов автоматизированного синтеза согласующе - фильтрующих цепей широкополосных преобразователей частоты в сосредоточенном, сосредоточенно - распределенном и распределенном элементных базисах.

Таким образом, можно констатировать, что теория широкополосного согласования интенсивно развивается. Большое количество публикаций как отечественных, так и зарубежных свидетельствует о её актуальности. Имеющиеся работы, в основном, уделяют внимание решению проблемы синтеза широкополосных согласующих реактивных устройств, связывающих активное внутреннее сопротивление источника сигнала с комплексной нагрузкой. В публикациях по корректирующим, многополосовым, частотно-разделительным и симметрирующим устройствам, как правило, рассматриваются методы синтеза устройств, нагруженных на чисто активные сопротивления. Поэтому необходимо дальнейшее развитие теории и методов автоматизированного синтеза широкополосных согласующих устройств, а также согласующих устройств различного функционального назначения (корректирующих, многополосовых, частотно-разделительных и симметрирующих), включая и согласующе - фильтрующие цепи широкополосных преобразователей частоты, при произвольных иммитан-сах источника сигнала и нагрузки в произвольном электрическом элементном базисе.

Во втором разделе получены аналитические выражения для собственных параметров реактивных четырехполюсников, а также четырехполюсников общего вида, согласующих произвольные иммитансы источника сигнала и нагрузки, условия физической реализуемости z (у) — матрицы реактивного четырехполюсника в распределенном соразмерном элементном базисе и типовой составляющей z (у) — матрицы четырехполюсника общего вида в сосредоточенном элементном базисе, тождественные схемы на отрезках ступенчато-

нерегулярных линий передачи с одним; скачком волнового сопротивления по длине линии." ' ■■ .. .

Одним из-этапов решения общей задачи, синтеза четырехполюсника, согласующего произвольные импедансы источника сигнала 2| (.у) и нагрузки г2($), является определение его собственных параметров. В связи с этим появляется необходимость в установлении'соотношений связывающих его собственные параметры с заданными или найденными в процессе решения рабочими характеристиками.

В'диссертации рабочие характеристики синтезируемого четырехполюсника оцениваются по коэффициенту преобразования мощности С(-®2):

в(-*2) = Ы-*2УРт(-х2)=КхУ.¿(л)', (1)

о о

где 5 = }(й ; ) — средняя мощность, поступающая в нагрузку; Рт(—я) —

максимально достижимая средняя мощность источника сигнала; Г(.г) — рабочий коэффициент преобразования;' В'том случае, когда, согласующий четырехполюсник является реактивным характеристику его возможности передачи мощности можно оценить по коэффициенту отражения р;(з) на его входных зажимах

= (^(-0 (*))/(2в;с<>)+ 2] (5)), (2)

где гвх($) — входной импеданс нагруженного четырехполюсника, который нужно рассматривать как формальное определение переменной по аналогии с понятиями теории линий передачи (Вай Кайчэнь, 1976).

. В диссертационной работе собственные параметры четырехполюсника принято определять в г (у) — матричном представлении, так как это позволяет широко использовать полученные теоретические и практические результаты по синтезу цепей в обширной отечественной и зарубежной литературе.

Автором показано, что /(«) и /?/(•?) полностью определяют собственные параметры реактивного четырехполюсника в явной форме: .

Ч ] (*) = -у 1тг, 00 + 11е ч (*)((1 -Н Р1 (в))'/«>) + (1 + р) (*))/**<>)) /в.

= ЧЬп22(5)+Кег2Ц(1 - />/<»)//(*) + 0 ~Р/<>))'/'*С*))/в ^ • (3) г21 = ....

где В = (1-р/(5))/^)-(1-р/(«))/Г*(«), которые В'случае идеального согласующего четырехполюсника при выполнении-условий* |*(я)| = 1, |р/(л)| = 0 -могут быть представлены в следующем виде:

222(^) = -/1тг2(^+^Кег2(я)с^^(ф)|, (4)

л21(У) = ± у л/Яе г, Яе г2 (5) /ят ¥)(<а ) где <р(а>) — фаза рабочего коэффициента преобразования.

В общем случае правые части выражений (3) или (4), по существу, определяют требования, которым должны удовлетворять собственные функции zjj(í), Z2i(í), z22(s) четырехполюсника, согласующего произвольные имми-тансы источника сигнала и нагрузки.

Учитывая, что в большинстве практических приложений синтезируемые широкополосные согласующие устройства по своим рабочим характеристикам приближаются к идеальным, проведен более детальный анализ собственных функций идеального согласующего четьфехполюсника (4). С использованием методов (А.И. Маркушевич, 1978) показано, что обобщенная функция ./Í(-) = g(*/M)ct6(z)' гДе z = x + j'y; ki — некоторая константа; g(x!к\) - вещественная часть положительной вещественной функции, может быть представлена миттаг-леффлеровским разложением, а обобщенная функция /д(г) - g(x/к\)!sin(z) — в виде последовательности сумм главных частей ее ло-рановских разложений, которые равномерно сходятся к f\{z) и f2Íz) соответственно в любом круге |r| <R при отбрасывании членов, имеющих полюсы в этом круге. Тогда для наиболее важного в практических применениях случая, когда z = —к\со, выражение (4) примет вид:

где =Ке,2\{с)1,)1 к\\ кК^ = К-ег^гу,,)/^], ¿21 = ^Яе) Яе г2(ш^)/к\, $4, = J(oí, = и!к\ \ у = 0,1,...,оо, что представляет собой первую форму Фостера. В работе получены соответствующие выражения и для дуального случая, а также сформулирована и доказана предельная аппроксимационная теорема.

Теорема 1. Идеальная характеристика коэффициента преобразования мощности может быть воспроизведена на множестве рабочих частот с любой заданной точностью реактивным физически реализуемым четырехполюсником, согласующим произвольные активные сопротивления источника сигнала и нагрузки.

Учитывая, что в разрабатываемых процедурах синтез широкополосных согласующих устройств в различных элементных базисах должен осуществляться с единых позиций, а также специфику предлагаемого подхода, в работе, используя реактансное частотное преобразование Ричардса, определены г (у) — матрицы, а также необходимые и достаточные условия физической реализуемости нормальных реактивных четырехполюсников в виде первой и второй форм Фостера в распределенном соразмерном элементном базисе, что приводит в общем случае к каноническим схемам, содержащим минимально необходимое число элементов. Показано, что при одном и том же математическом опи-

s V=IS'-SV

.0 oo

z21(,) = ±M±Z{_ 1)

* U=1

O

(5)

сании в зависимости от значений вычетов могут быть получены различные реализации на отрезках одиночных или связанных регулярных, а также ступенчато-нерегулярных соразмерных линий передачи с одним скачком волнового сопротивления по длине линии. Для эквивалентных преобразований синтезированных схем, содержащих отрезки ступенчато-нерегулярных линий передачи, с целью получения удобных практических реализаций получены тождественные схемы на соразмерных отрезках ступенчато — нерегулярных линий передачи с одним скачком волнового сопротивления по длине линии, аналогичные тождественным схемам Куроды — Леви на соразмерных отрезках регулярных линий передачи.

Во второй части раздела рассмотрены согласующие четырехполюсники общего вида; которые могут выполнять функции широкополосных согласующих устройств с потерями, согласованных аттенюаторов, а так же согласованных корректоров амплитудно-частотных характеристик..

Автором показано, что , р/(х) и коэффициент отражения по току /?/2(л0 на выходных зажимах согласующего, четырехполюсника, выражение для которого найдено аналогично (2), полностью определяют в явной форме собственные параметры согласующего четырехполюсника общего вида: '

>11 СО = )+2кё Щ - />72С0) / я") г

221С0 = ±2^Кег1(«)Яе22(а) /(«)/В

(6)

Л ■

где. В= —гг(з) + (1 - р/(/)Х 1—р/2СО) > которые в! случае ¡идеального согласующего четырехполюсника^ общего вида при выполнении условий |р/(^)| = 0 и |р/2(0| = 0 могут быть представлены в следующем виде:

2] 1 (я)=—] 1ш 21 («)+Яе г\ (д) сгЬ(у (<»))

222(О=-УЬиг2О)+О)сЛ(/(ш)) •, (7)

г21 (О=±7Кег1 ож^г со ¡бипр)) .

где^га) = «(<»)—](р(а))\ «(©) —затухание в согласующем четырехполюснике.

В общем случае правые часта выражений (б) или (7) определяют требования,' которым, должны удовлетворять 'собственные функции г'цО), ¿22 ¿21(3) четырехполюсника общего вида, согласующего произвольные иммитансы источника сигнала и нагрузки.

,.Учитывая,, что в большинстве практических применений широкополосные; согласующие устройства, синтезируемые в элементном базисе общего вида,, по. своим рабочим характеристикам также приближаются к идеальным, в работе проведен более детальный анализ собственных параметров (7). С использованием методов (А.И. Маркушевич,' 1978) показано, что обобщенная функция /з(2).= 9(у/Д)еЛ(г))',где. 2 = /(у1к\) + г\-к\ - некоторая константа; 2 = х+7>>; д(у1к\) - вещественная часть положительной вещественной функции; /{у/к\) - положительная ограниченная функция,,может быть представлена • миттаг-леффлеровским разложением, "а-- обобщенная функция

f^{:) = q{ylк\)ЫЫг) — в виде последовательности сумм главных частей ее ло-раиовских разложений, которые равномерно сходятся к /з(^) и /4 (г) соответственно в любом круге |г| < К при отбрасывании членов, имеющих полюсы в этом круге. Тогда для наиболее важного в практических приложениях случая, когда г — Jk\a>, выражения (7) запишутся в виде:

К® со

J-.7Q

КГ,

11

К 00 s~s0 „=1

К22

*

s — sv j

КК')

Jv /

¿v-0 cO

0 V=I

K2l , K21

(8)

где = Rez1(a?v)/A:1; К22 = Rez2(o^)//ti; = ^Rezl(wl,)Rez2(Mv )/kl;

= -a(<u„)/ k\ + ja)v\ eav = vit ; v = 0,1,...,со, представляющем собой первую форму Фостера для идеального согласующего четырехполюсника общего вида.

В работе получены соответствующие выражения и для дуального случая, сформулирована и доказана предельная аппроксимационная теорема.

Теорема 2. Произвольная непрерывная характеристика коэффициента преобразования мощности может быть воспроизведена на множестве рабочих частот с любой заданной точностью физически реализуемым пассивным четырехполюсником общего вида, согласующим произвольные активные сопротивления источника сигнала и нагрузки.

С математической точки зрения выражения (5) и (8) для собственных параметров соответственно реактивных четырехполюсников и четырехполюсников общего вида, согласующих произвольные иммитансы источника сигнала и нагрузки, представляют собой быстро сходящиеся ряды. Это позволяет синтезировать устройства, имеющие сравнительно небольшое число элементов, с рабочими характеристиками близкими к предельным. Математическое представление собственных параметров согласующих четырехполюсников в виде рядов дает возможность оценки выигрыша в улучшении рабочих характеристик при усложнении синтезируемого устройства за счет учета последующего числа разложения.

Полученные соотношения (4) или (5) и (7) или (8) позволяют обоснованно подойти к выбору структур собственных функций синтезируемых широкополосных реактивных четырехполюсников и четырехполюсников общего вида, согласующих произвольные иммитансы источника сигнала и нагрузки, а так же установить нижние и верхние границы изменения фаз q>(a>), при которых выбранные структуры собственных функций будут наиболее полно реализовать свои возможности в рабочей полосе частот.

Как следует из выражений для собственных параметров (8), полюсы собственных функций синтезируемого согласующего четырехполюсника в элементном базисе общего вида могут находиться в любом месте левой полуплос-

кости комплексной частоты. В связи с этим в работе определены необходимые и достаточные условия физической реализуемости

«Л:* 0, > 0,, - («21)2 * о;

0\\-(Ж\)2 'РЦ * («и ~(«21)2 /«22)^ /«V

(9) (10)

(П)

типовои составляющей

гу(у у) =

ЛкЪ)

где kl2 -ahл■j0\2> ^22 - «22 + У'^22. 2 (У) - матрицы четы-

рехполюсника общего : вида, содержащей; полюсы- в точках - и- />и

-<Ту + у'й>у) левой полуплоскости комплексных частот. ' В общем случае, когда собственные функции содержат несколько типовых составляющих, ограничения на физическую реализуемость (9) — (11),каж-дой из них могут быть сняты и заменены на более слабые, определяющие физическую реализуемость в цел ом. всего синтезируемого четырехполюсника (Ф. Реза, С. Сили, 1964).

В третьем разделе сформулирована задача и осуществлен выбор методов синтеза широкополосных согласующих и согласующе — корректирующих устройств, разработаны , методы автоматизированного синтеза широкополосных согласующих устройств с оптимальной характеристикой.коэффициента преобразования мощности, связывающих произвольные-иммитансы источника сигнала и нагрузки, в произвольном электрическом элементном базисе, приведены собственные параметры и рассмотрены особенности синтеза, широкополосных трансформаторов активных сопротивлений.. '

В данной работе под синтезом оптимальной широкополосной цепи, согла- • сующей произвольные иммитансы источника сигнала и нагрузки, в общем случае, понимается нахождение ее собственных функций,, имеющих минимальную сложность, при которых максимальное отклонение' коэффициента преобразования мощности от заданной частотной зависимости ^ рабочей полосе частот не превышает некоторой требуемой величины.'^ с одновременным выполнением ограничений,-обеспечивающих физическую и схемную реализуемость цепи, обладающей нужными. свойствами. Необходимо учесть, что при такой; формули- ■ ровке задачи требуемая величина Щ не всегда может быть; в принципе, достигнута без уменьшения; ширины; полосы пропускания. Это .связано с интегральными ограничениями! широкополосного согласования иммитансов источника сигнала и нагрузки. С учетом отмеченного обстоятельства сформулированную задачу целесообразно решать поэтапно в виде последовательности задач наилучшего приближения с .чебьпиевским "критерием близости, где на каж-.

дом этапе, при выбранной адекватно решаемой задаче структуре собственных функций цепи и заданных ограничениях, находится вектор переменных параметров функции, при котором максимальное отклонение коэффициента преобразования мощности от заданной зависимости в рабочей полосе частот минимально. Тогда критерием окончания решения будет являться минимальная сложность выбираемых собственных функций цепи при одновременном выполнении условия, когда найденное значение максимального отклонения коэффициента преобразования мощности от заданной частотной зависимости не превышает Wu. В том случае, если при разумной сложности выбираемых собственных функций цепи достичь выполнения этого условия не удается, то решение сформулированной задачи позволяет выяснить предельные возможности выбранной структуры собственных функций цепи с учетом наложенных ограничений. Указанный подход ранее был применен в работе A.A. Ланнэ (1969) при решении проблемы оптимального синтеза электрических цепей, связывающих чисто активные внутреннее сопротивление источника сигнала и нагрузки, и здесь распространяется на более общий случай.

Принятая формулировка задачи синтеза позволяет охватить и проблему синтеза широкополосных согласующих устройств в различных электрических элементных базисах: сосредоточенном, сосредоточенно - распределенном и распределенном, а также послужить основой для решения проблемы синтеза широкополосных согласующих устройств различного функционального назначения. При решении проблемы синтеза широкополосных согласующих, а также согласующе - корректирующих устройств, в элементном базисе общего вида, наряду с получением заданной частотной зависимости коэффициента преобразования мощности, можно обеспечить и требуемый уровень модуля коэффициента отражения на входных зажимах, что является одним из факторов обеспечивающих нормальную работу устройств.

В математической форме она представлена как совокупность задач наилучшего приближения с чебышевским критерием близости: шах p(<a,)|G0(£ö,)-G(o,,xm)| = min,

G(fl>,,xm)eC

СО ; е Ею

\p(f»»*m)\^ Рй

где p(a>i) - весовая функция, заданная на множестве частот^; Gq(co,) - заданная частотная зависимость коэффициента преобразования мощности; G(a>„xm) - функция коэффициента преобразования мощности синтезируемой широкополосной согласующей цепи, структура которой выбрана адекватно решаемой задаче; хт - вектор параметров функции; С — класс функций, удовлетворяющих условиям физической реализуемости; рд - заданный уровень модуля коэффициента отражения |p(ai;,xm)| на входных зажимах синтезируемой

согласующе — корректирующей цепи.

В общем случае в задачу (12) вводятся дополнительные условия схемной реализуемости, что является особенно важным на СВЧ, где проблема схемной

реализуемости является определяющей.

При синтезе реактивных широкополосных согласующих устройств огра- . ничение на модуль коэффициента отражения отсутствует.

Сформулированная задача (12) является задачей нелинейного чебышев-ского приближения с ограничениями, что может привести к выходу точки, определяемой вектором хт, на границу допустимого множества решений. В связи с этим для ее решения применяются методы, не использующие чебышевской специфики.

В работе, на основе проведенного.анализа существующих методов решения задач нелинейного чебыщевского приближения с ограничениями, учитывая их достоинства и недостатки, а также многоэкстремальность и большое количество ограничений решаемых практических задач, для нахождения оптимального решения предложен двухэташшй численный метод синтеза широкополосных реактивных согласующих цепей с оптимальной характеристикой коэффициента преобразования мощности.

Для нахождения решения задачи на первом этапе в зависимости от сложности ограничений предложено два способа построения начального приближения. В случае, если при решении задачи синтеза широкополосной согласующей цепи учитываются ограничения только на физическую реализуемость или дополнительно сформулированные ограничения на схемную реализуемость имеют простой вид, при построении начального приближения могут использоваться выражения для собственных функций идеального реактивного четырехполюсника, согласующего произвольные иммитансы источника сигнала и нагрузки (5), которые дают полную информацию о их структуре и значениях параметров, а также возможность установить нижнюю и верхнюю границы изменения фазы <р((о) , при которых структуры собственных функций будут наиболее полно реализовывать свои возможности в рабочей полосе частот. Это позволяет выбрать их структуру адекватно решаемой задаче и построить достаточно хорошее начальное приближение, тяготеющее к глобальному оптимуму либо близкому к таковому. В общем случае, когда ограничения на схемную реализуемость имеют достаточно сложный характер, на данном этапе решается ап-проксимационная задача, где выбранными функциями zjj(j), Z2\{s), Z2l(s) (j/h(í), J^lO1)» .У2200) аппроксимируются предельные частотные зависимости, к которым они должны стремиться в заданной лолосе'рабочих частот, определяемые правыми частями уравнений (4) (уравнений для дуального случая):

• SS rán, (13)

/=1/=1

а>1&Ет

где Р](щ) — весовые множители; Sj(a>j,xj) = bjfai.x^)- fj(a>j,x¡), xj =xjgUx¡; x; — вектор коэффициентов разложения <р{а>) в степенной ряд;

3

xm = U xj - вектор искомых параметров; bj(co¡,xц) - левые части уравнений j=v

(4), соответствующие выбранным функциям ?22(х)< 221(5) > /;(а,1'х1) ~

правые части уравнений (4). Учет условий физической реализуемости и простых ограничений на схемную реализуемость осуществляется заменой переменных. Боиее сложные ограничения учитываются с использованием штрафных функций.

Оптимальное решение задачи широкополосного согласования находится путем решения аппроксимационной задачи (12) при = 1 и отсутствии ог-

раничения на ]р(св, хт)| методом возможных направлений, использование которого становится предпочтительным в большинстве практических приложений, так как он базируется, в основном, на задаче линейного программирования, где достаточно просто и оперативно могут быть учтены ограничения на физическую и схемную реализуемость. В работе приведены в матричной форме соответствующие формулировки основной п двойственной задач линейного программирования, которую целесообразно применять в случае, когда число ограничений значительно больше числа неизвестных, а также расширенный вариант основной задачи, учитывающий возможность синтеза широкополосных согласующих устройств с заданной величиной неравномерности коэффициента преобразования мощности ДО.

Эффепивность предложенного подхода показана при решении ряда конкретных задач синтеза нижнечастотных и полосовых устройств, согласующих имыитансы источника сигнала и нагрузки, в сосредоточенном элементном базисе, а также нижнечастотных устройств, согласующих активное внутреннее сопротивление источника сигнала с комплексной нагрузкой в сосредоточенном, сосредоточенно-распределенном и распределенном электрических элементных базисах. Синтез полосового 1

устройства, согласующего |-1_)--в 75

импедансы источника сигнала и г-1 2 0 3 ■ -о о—ШЯГ^-нагрузки (рис I), осуществлен в —II—

заданном диапазоне частот _

°')1 =0.3 —1.0. На основе (5)

устанавливается наиболее простая Рис. 1 Согласуемые импедансы структура собственных функций реактивного согласующего четырехполюсника, соответствующая сформулированной задаче,

л21(*) = 24г-Л>2--*12Х 41^°; =110) = № + --Ц ) , £^>0, 1 > 0;

г22(*) = к22В + к22/5 + 2к22*/(х2-'>!Ъ' к22^°> к22 -°> к22 при этом должно быть выполнено ограничение к^кХо -(к\\)2 = °> так как "'I находится внутри полосы пропускания. В результате решения задачи синтеза на дискретном множестве ч ютот предложенным методом получена следующая х — матрица: "0Л2Ь + 2 0.0633я/А 2-0.115Ъ1А

2 • 0.11 52У / А 0.3335,5 + 0.5347/э + 2 ■ 0.2106* 1 А_

где А = + Э 2577. На рис. 2 приведена реализованная по найденной х - матрице согласующая цепь, а на рис. 3 - графики коэффициента преобразования

мощности (?(о) синтезируемой согласующей цепи в заданной рабочей полосе частот на первом (кривая, отмеченная точками) и на втором (сплошная кривая) этапах построения решения. Получены значения Ст1П - 0.754, ДС = 0Л94. Для сравнения приведены результаты решения этой же задачи из работы (В.Б. Уаг-юап, А. РеШлтаБ, 1990): <31ШП = 0.722, Д<3 = 0.139, синтезированная согласующая цепь эквивалентна канонической схеме (Рис. 2), но имеет другую структуру-

1

4 \ „ с-> А 0 75

-о—ПГбЪУ-г---—.—Л—г&пг^-о—

I

Б,

г оз

—1|—Г5ОТЛ-

¿4

г

« = 1.835 =0.334, Ст =1.87, С3 =7.977, Ц =0.494, Ь5 =0.421 Рис. 2. Синтезированная согласующая цепь В завершение данного раздела ^

0.8

04

\

/ \

/ — д

/

ОД 03 04 0.5 06 07 08 0.9 1 Ф

Рис. 3. Коэффициент преобразования мощности

приведены в явной форме собственные параметры реактивных трансформирующих четырехполюсников при произвольных активных сопротивлениях источника сигнала и нагрузки, определены их предельные зависимости в виде равномерно сходящихся рядов, представляющих собой первую и вторую формы Фостера, показано, что задачу синтеза

тгого класса устройств в произвольном элементном базисе можно рассматривать как частный случай общей проблемы широкополосного согласования, которая была решена во втором и данном разделах настоящей работы. Рассмотрен синтез широкополосных трансформаторов активных сопротивлении в сосредоточенном элементном базисе, в результате которого получены реализации полосового и квазиполосового типа в виде фильтров нижних и верхних частот, а также в распределенном элементном базисе — полосового, на связанных отрезках регулярной линии передачи, и квазгаюлосового типа на ступенчато-нерегулярной линии передачи с одним скачком волнового сопротивления по длине линии и одинаковой длине ступеней. Показано, что данный метод позволяет эффективно и целенаправленно находить удобные в практическом отношении реализации, при этом появляется возможность введения дополнительных параметров, которые в ряде случаев позволяет найти компромисс между схемной реализуемостью и рабочими характеристиками синтезируемых устройств.

В четвертом разделе разработаны методы синтеза широкополосных согласующих устройств различного функционального назначения: корректирующих, многополосовых, частотно-разделительных и симметрирующих.

В данной работе, учитывая, что использование реактивных согласующе — корректирующих устройств в большинстве практических случаев затруднено из — за наличия отраженной мощности, рассмотрены только широкополосные согласующе— корректирующие устройства в элементном базисе общего вида, задача оптимального синтеза которых сформулирована в третьем разделе. Для ее решения используется предложенный двухэтапный метод, адаптированный под этот класс задач.

Для нахождения решения задачи на первом этапе в зависимости от сложности ограничений также рассмотрено два способа построения начального при- . ближения. В случае, ,если при решении задачи синтеза широкополосной согласующе - корректирующей цепи должны учитываться ограничения только на физическую реализуемость или дополнительно сформулированные ограничения на схемную реализуемость имеют простой вид, то подход к построению начального приближения будет точно таким же, как и для реактивного согласующего четырехполюсника, только используются выражения для собственных функций идеального четырехполюсника общего вида, согласующего произвольные иммитансы источника сигнала и нагрузки (8). В общем случае, когда ограничения на схемную реализуемость имеют достаточно сложный характер, на данном этапе решается аппроксимационная задача, где выбранными функциями Z2i(j), Z22(j) (Ml(J)> y2l(s)> У22(s)) аппроксимируются предельные частотные зависимости, к которым они должны стремиться в заданной полосе рабочих частот, определяемые правыми частями уравнений (7) (уравнений для дуального случая). Построение решения в этом случае осуществляется с использованием модифицированных численных процедур, разработанных для реактивного четырехполюсника.

Оптимальное решение задачи синтеза широкополосного согласующе -корректирующего устройства в элементном базисе общего вида находится путем решения аппроксимационной задачи (12) методом возможных направлений: В работе сформулированы в матричной форме соответствующие основная и двойственная задачи линейного программирования. В случае, когда требования к частотной зависимости Cr(a»,-,xm) отсутствуют, т.е. Gb(a>/) = I, £>(<»;) = 1, получаем решение задачи широкополосного согласования в элементном базисе общего.вида при заданном ограничении на максимальное значение |р(гО;,хт)|. на входных зажимах в рабочей полосе частот. Использование таких широкополосных согласующих цепей может, быть целесообразным, когда иммитансы источника-сигнала и нагрузки не позволяют синтезировать реактивные согласующие цепи с приемлемыми уровнями модуля коэффициента отражения на входе в заданной полосе частот. В связи с этим рассмотрен также расширенный вариант основной, и двойственной задач, учитывающих возможность синтеза ншрокопо тосных согласующих устройств в элементном базисе общего вида с заданной величиной неравномерности AG. С использованием предложенного подхода показано решение в сосредоточенном элементном базисе общего вида задач синтеза широкополосной согласующей и согласующе - корректирующей цепей, связывающих активное внутреннее .сопротивление источника сигнала с комплексной нагрузкой.' •

При решении проблемы синтеза многополосовых согласующих цепей рассмотрено два подхода.

В случае, если внутреннее сопротивление источника сигнала активно, а нагрузка является комплексной простейшего вида, что встречается при решении целого ряда практических задач, предложено использовать соответствующие реактансные преобразование частоты. В работе показана инвариантность частотного преобразования относительно полосы пропускания. Применяя предельную теорему Боде к цепям, обладающим многополосовыми свойствами, и учитывая свойство инвариантности частотного преобразования относительно полосы пропускания, показано, что в этом случае допуск на согласование достаточно установить у низкочастотной цепи с полосой пропускания равной сумме полос пропускания многополосовой цепи:

1п|1/р\ - я A K(i)\ +(а> з -a¡2) + ... + (ojn+[ -а)п)) = лЛ/Пс, где р - коэффициент отражения от нагрузки; A = R/L или А-1/ ¡1С (при последовательном соединении сопротивления R и индуктивности L или при параллельном соединении R и емкости С нагрузки); ai\, (<2)3 —сто),..., (cu„+i -(У„) - полосы пропускания многополосовой цепи; Qc - полоса пропускания низкочастотной цепи. Реализация цепи, полученной при применении многополосового преобразования частоты, практически сводится к замене элементов низкочастотной схемы цепями, представляющими собой соответственно первую и вторую формы Фостера или первую и вторую форму Кауэра. Единственное требование при реализации цепи в той или иной форме заключается в том, что нужно обеспечить выделение фиксированного реактивного элемента нагрузки без изменения.

В том случае, если иммитансы источника сигнала и нагрузки произвольны, показано, что предложенный в третьем разделе подход к решению общей проблемы широкополосного согласования естественным образом обобщается на многополосовые согласующие устройства. Доказанная во втором разделе теорема 1 справедлива и для этого класса устройств. Сформулированные основные задачи синтеза широкополосных согласующих цепей включают возможность нахождения решения в нескольких заданных полосах рабочих частот. Тогда решение задачи синтеза многополосового согласующеего устройства с оптимальной амплитудно-частотной характеристикой может быть также осуществлено с использованием разработанных в третьем разделе двухэтапных методов. Здесь необходимо только расширение области аппроксимации Eta, которая должна включать в себя q заданных полос рабочих частот.

Решение проблемы синтеза широкополосных частотно — разделительных согласующих устройств, нагруженных на произвольные иммитансы, также базируется на методах, разработанных в третьем разделе. Рассматриваются широкополосные частотно - разделительные согласующие устройства представленные набором отдельных четырехполюсников, нагруженных на общий двухполюсник. Показано, что в этом случае собственные параметры уц(.г), У22(*)> _V2i(s) i - го четырехполюсника в i - ом частотном диапазоне могут быть определены из уравнений, аналогичных (5), для дуального случая с учетом взаимно-

го влияния четырехполюсников друг на друга. Разработана модификация двух-этапного метода автоматизированного синтеза широкополосных частотно — разделительных согласующих устройств' с оптимальными- амплитудно-частотными - характеристиками. в каждой полосе рабочих частот.-. Рассмотрен синтез. двухполосового частотно — разделительного устройства,: согласующего внутренний импеданс источника сигнала с импедансами нагрузок...

При решении проблемы синтеза-широкополосных согласующе - симметрирующих устройств разработано два подхода..

Вслучае,когда внутреннее сопротивление источника сигнала активно, а нагрузка является комплексной, предложен метод синтеза широкополосных согласующе;;- симметрирующих; устройств базирующийся' на преобразовании предварительно синтезированной схемы широкополосного согласующего устройства в распределенном элементном базисе к схеме согласующе - симметрирующего устройства введением двух идеальных трансформаторов с коэффициентами трансформации, в общем случае, и и -и, первичные обмотки которых соединены последовательно, а вторичные параллельно, и заземлением общей точки соединения первичных и вторичных обмоток. Это позволяет симметричную цепь разбить на две и дальнейшие дополнительные эквивалентные преобразования производить в каждой из них отдельно с целью получения удобных в практическом отношении реализаций.

Второй подход основан на обобщении, разработанных» в третьем разделе, методов синтеза'согласующих устройств на случай синтеза широкополосных согласующе - симметрирующих устройств при произвольных иммитансах; источника сигнала и нагрузки. Показано, что согласующе - симметрирующее устройство может быть представлено в виде двух четырехполюсников соединенных-параллельно; на общем зажиме или одним эквивалентным четырехполюсником. Следовательно/задача синтеза широкополосного согласующе - симметрирующего устройства; свелась к задаче синтеза широкополосного реактивного согласующего четырехполюсника при- произвольных иммитансах- источника сигнала'и нагрузки, которая в самом общем виде решена-во втором и третьем разделах. Сформулированная теорема 1 охватывает и этот кпасс устройств; В работе с использованием результатов второго раздела определены собственные параметры "эквивалентных четырехполюсников, а также соотношения позволяющие найти'собственные параметры согласующе - симметрирующего устройства. Для случая, когда!" согласующе - симметрирующее устройство представлено одним эквивалентным согласующим четырехполюсником. соответствующие уравнения имеют вид:'

где Лз(01_ собственные параметры согласующе:- симмет-

рирующего устройства; Уп^), У22^) ~ собственные параметры экви-

валентного согласующего четырехполюсника. Тогда собственные параметры

идеального согласующе - симметрирующего устройства в у — матричном представлении, в котором выполняются условия [г(«)| = 1, |ру(^)| = 0, для наиболее важного в практических приложениях случая, когда <р(а>) = -к\а>, с учетом результатов второго раздела, могут быть определены в виде разложений на простые дроби:

* v=\sí-st,

У22{') = ЛЗ {*) = -У2ЬпЛ (,) + | + лз {')

2 2 Я

Угъ (•') = -

_ «23

5

2 2

1>=| Я

где }>1 (л), уп(.?) — согласуемые адмитансы источника сигнала и нагрузки;

\ = Яе^Са^)/^; к\2 = ^1<еу[(б}1,)Кеун(а>у)/к\; ¿23 = £>(">„)/к};

¿22 =(2Ке^н(ш1,)-£)(в>^))/А:1, ^ = ]аз = }Уж/ку, у = 0,1,...,оо; 0(ту) - может быть выбрана с учетом условий физической реализуемости.

В завершение раздела рассмотрен синтез широкополосного согласующе — симметрирующего устройства в распределенном электрическом элементном базисе. Показано, что в ограничения задачи легко может быть введен дополнительный параметр с целью получения удобных практических реализаций.

Пятый раздел посвящен разработке методов синтеза широкополосных согласующе - фильтрующих цепей преобразователей частоты на диодах и состоит из двух частей.

В первой части раздела разработаны матричные модели идеального и реального диода с приоткрыванием р-п перехода для произвольного количества гармоник тока, протекающих через р-п переход, и углов запирания диода за период основной частоты, определены условия инвариантности матриц диодов относительно режимов преобразования частоты, исследована возможность преобразования частоты, когда частоты входного и выходного сигналов связаны дробно - рациональным отношением, предложены итерационные процедуры анализа и нахождения оптимальных стационарных режимов работы диода в реальных конструкциях, основанные на матричном представлении диода.

При синтезе широкополосных преобразователей частоты иммитансы согласующе - фильтрующих цепей в заданных рабочих полосах частот не могут быть точно выдержаны комплексно - сопряженными с иммитансами диода, соответствующими оптимальному режиму его работы, что связано с известным интегральным ограничением Боде. Учет реакции диода на изменение иммитан-сов согласующе — фильтрующих цепей и согласование их структур между со-

бой на разных частотах в значительной мере обеспечивается матричным представлением диода.

В работе получены, нормированные^ сопротивлению растекания элементы • % — матрицы идеального диода с приоткрыванием /?-п-перехода, ку-лонвольтовая характеристика-которого представлена отрезками прямых, линий, для произвольного числа гармоник тока, протекающих через переход, и углов запирания диода за период основной частоты:

■.Ч-СыеКХ-1^, . (14).

где СИ=Е-]/з{а-|; Д = 0; Е = 1; /? = 0/(/>г); 0 = ЩаСЯх) -добротность диода;- ".С — эквивалентная емкость;

А = )/и2(1-к)У, А =1(02*-02м)/2;

Ык /=1 - ; . 1=к ;=1

У ■ '

В = -е~Л1+к)в2'-1)/и2(1 + к%; V - число импульсов напряжения

¡=1

на диоде за период основной частоты; — длительность г — го импуль-

са напряжения; щ — фаза-1 - й гармоники тока; к — номер гармоники напряже-■ ния на диоде, а также условия максимальной передачи мощности в двухчастот-ном и трехчастотном преобразователях частоты, как наиболее часто используемых на практике, и соответствующие ж — матрицы диода, найденные для оптимальных режимов преобразования.' Элементы г '—матрицы реального диода определяются с использованием математической модели диода с приоткрыванием р-иперехода, учитывающей основные виды потерь и представляющей собой нелинейное дифференциальное уравнение, связывающее ток диода с зарядом на нем, "сшитое", из. двух линейных дифференциальных уравнений для открытого р-п перехода, когда происходит накопление неосновных носителей, и для закрытого: -

ZiJ■ = (Uink,k=J-uink,k=j-l)/Ij^> (15>

У = 2,...,тк; 2П гУШуМи •

где I = 1,...,т; С/,-'-напряжение I - ой гармоники на диоде;./^ — ток/;-ойгармо- .

ники диода; к — размерность вектора тока, протекающего через диод:

На основе анализа выражения (14) и условия максимальной ? передачи мощности в преобразователе частоты определены условия'инвариантности матриц диодов относительно! режимов преобразования.-Показано, что существует, набор режимов, характеризующихся различными фазовыми соотношениями гармоник тока и направлениями преобразования энергии между гармониками, при которых ъ — матрица диода* остается' неизменной' (с точностью до знака у. действительных составляющих элементов гу Iтых столбцов матрицы):' Фи-зически.это означает,,что при высоких коэффициентах преобразования мощности устройства на. диодах являются взаимными. Используя свойство инвариантности можно синтезировать устройства, которые в различные моменты вре-

менн могут работать в разных режимах преобразования частоты, что позволяет расширить функциональные возможности радиотехнических систем. Для случая трехчастотных преобразователей частоты, в которых фильтрующими цепями однозначно определен набор гармоник тока, протекающих через диод {¡, 1т (к < / <т), показано, что делитель частоты (фазовые углы гармоник тока Фк -0, (р1~ —ж/2, (рт = ,т, мощности по гармоникам <0, /) <0, Рт>0) и комбинационный преобразователь частоты вверх ( =0, - л 12, срт =л, 0, /} > 0, Рт< 0), а также преобразователь частоты вверх ('/>£ = 0, <Р1=-ж!2, д>т=0, РкК0, /) > 0, Рот < 0) и комбинационный преобразователь частоты вниз (^ =0, щ=л12, <рт = 0, /5с > 0, 1)<0, Рт > 0 ) являются взаимными устройствами и отличаются только вариантами подключения источников сигналов и согласованных нагрузок. Полученные результаты позволяют также в ряде случаев, когда частоты выходного и входного сигналов связаны дробно-рациональным отношением, вместо сложных комбинационных преобразователей частоты (смесителей), не выполняющих специфических функций, использовать преобразователи частоты, где источник накачки становится ненужным, что может значительно упростить структуры проектируемых систем. Справедливость полученных результатов подтверждается результатами моделирования реального диода, а также экспериментальными исследованиями.

Исходя из анализа наиболее часто решаемых в практике автоматизированного проектирования широкополосных преобразователей частоты задач, решение которых должна обеспечивать математическая модель нелинейного элемента, на основе матричного представления диода (15) разработан метод анализа и нахождения оптимальных стационарных режимов нелинейного элемента в реальных конструкциях, который работает в «терминах» мощностей и импедансов, где базовой является процедура, связывающая вектор комплексных гармоник напряжения Ип с вектором комплексных гармоник тока 1„, протекающих через р-п переход, и позволяет легко учитывать различные ограничения встречающиеся в практических задачах.

Во второй части пятого раздела разработаны методы автоматизированного синтеза широкополосных согласующе — фильтрующих цепей преобразователей частоты параллельного типа с использованием динамических иммитансов диода по гармоникам и г — матриц диода, предложен способ увеличения преобразуемой мощности высокократных умножителей частоты, рассмотрены особенности синтеза широкополосных согласующе — фильтрующих цепей балансных преобразователей частоты.

При решении задач синтеза согласующе — фильтрующих цепей широкополосных преобразователей частоты на диодах принято считать, что нелинейная часть задачи уже решена, т.е. определены все необходимые энергетические характеристики, найдена г - матрица диода и динамические импедансы по гармоникам.

В работе проведены классификации задач с точки зрения сложности синтеза согласующе — фильтрующих цепей, возможных способов построения схем и основное внимание в дальнейшем уделено синтезу согласующе - фильтрую-

щих цепей преобразователей частоты параллельного типа, так как в этом случае . один из электродов диода заземлён, что упрощает задачу создания эффективного теплоотвода. Это и определяет их наибольшее использование при разработке • мощных преобразователей частоты в практических приложениях.

Показано; что в случае,-когда динамические импедансы диода допускают решение, задачи согласования-в ¡заданных, полосах, частот- с малой величиной модулей коэффициентов, отражения, задача синтеза широкополосных согла-сующе - фильтрующих цепей преобразователей частоты параллельного типа в произвольном электрическом элементном базисе практически сводится к синтезу широкополосных частотно разделительных согласующих устройств, связывающих-произвольные иммнтансы источников сигналов и нагрузок, рассмотренных в .четвертом разделе. С использованием разработанного метода рассмотрены особенности синтеза согласующе — фильтрующих цепей широкополосного удвоителя частоты на диоде. .'

Учитывая, что при синтезе широкополосных согласующе — фильтрующих цепей преобразователей частоты с использованием динамических импедансов диода по гармоникамвозникают определенные трудности в правильном выборе структур и значений'элементов цепей, работающих на разных частотах.и связанных между собой посредством нелинейного элемента,-, а также ограничений ■ на величину отклонений импедансов согласующе - фильтрующих цепей; ощущаемых диодом, от. требуемых, предложен метод автоматизированного синтеза, в основу, которого положено г — матричное представление диода. Метод юсно-ван на эквивалентных преобразованиях исходного фильтра - прототипа; учитывает ;паразитные параметры: корпуса диода- и взаимное влияние согласующе — фильтрующих цепей/работающих на разных частотах. Использование при синтезе согласующе — фильтрующих цепей г — матриц диода; согласующих импедансы на разных частотах, позволяет легко учесть расстройки во:входных и выходных цепях преобразователя частоты, не прибегая к решению, сложной нели-. нейной задачи., Это -дает возможность получить оптимальную структуру устройства и, в целом, улучшить его амплитудно-частотную характеристику, так как в этом'случае; согласующе — фильтрующие цепи, работающие на >разных . частотах; рассматриваются, как единая цепь, .

В качестве примера рассмотрен! синтез согласующе - фильтрующих цепей широкополосного-удвоителя! частоты на диоде 2Л608 при Рвх = 2.5 Вт, = 2 ГГц; *Г = 0.2'; Сопротивления источника сигнала и нагрузки равны.50 "Ом. Подавление*' первой' •• 1,2 0.648

гармоники на выходе удвоителя .—^—/ооо^-►—(ТЯПГ*—о—, 0 91 должно • быть не хуже -20 дБ. Паразитные параметры корпуса диода- С% = 6:4 пФ, Ц = 0.5 нГи. В

качестве ' исходного выбран фильтр- рис. 4. Исходный фильтр-прототип прототип (рис. 4), имеющий чебышев-

скую у . характеристик.' с . уровнем пульсаций 0.01 ■ дБ. В результате решения задачи методом, основанном на г — матричном представлении диода, синтезирован в сосредоточенно — распределенном электрическом

элементном базисе удвоитель частоты (рис. 5). Значения элементов схемы нормированы по частоте и сопротивлению (/„=2 ГГц, = 11.5 Ом). На рис. 6 приведены его рабочие характеристики: коэффициент преобразования мощности <7р, модуль коэффициента отражения на входе \р\, коэффициент подавления первой гармонике на выходе £[.

При создании мощных высокократных диодных преобразователей частоты, которые позволяют преобразовывать выходные частоты радиопередающих

ГогЗ 2 83

■2оо31 6Ъ- / г, 3 3

226 2 02 0 1 2А-608 %6 2 27

2ое6 7 02 /V Гоов 4 36 - 0 79

\ /

VI к

/ и л

У ч V

Рис. 5 Синтезированный удвоитель частоты

устройств при большом уровне мощности в нужные частотные диапазоны, особенно там, где транзисторы работают уже не эффективно, для повышения уровня преобразуемой мощности при реализации нечетных коэффициентов преобразования 3, 5, 7 и т.д., которые не допускают каскадирования, предложено

использовать два нелинейных элемента с неравномерным распределением мощности гармоник между ними, что позволяет уменьшить действующее напряжение на каждом из них и существенно увеличить пропускаемую мощность.

В заключение раздела рассмотрены обобщенные схемы и особенности синтеза широкополосных согласующе - фильтрующих цепей балансных преобразователей частоты на диодах. Показано, что необходимость подхода к синтезу линейной части преобразователя частоты как единого целого, учитывающего связь по гармоникам посредством нелинейного элемента, устанавливается по его х — матрице, найденной для оптимального режима преобразования. Использование симметрии балансной схемы позволяет существенно упростить задачу синтеза и практически свести её к задаче синтеза схемы на одно "плечо", к решению которой становятся полностью применимы разработанные методы синтеза широкополосных преобразователей частоты на одном диоде.

1],дБ

Рис 6. Рабочие характеристики удвоителя частоты

В шестом < разделе рассмотрены -вопросы практической реализации разработанных методов автоматизированного синтеза широкополосных, согласующих устройств и устройств различного функционального назначения, преобразователей частоты на диодах с приоткрыванием р-п перехода в-пакетах прикладных программ (ППП) и математических моделях (ММ) базовых'элементов (БЭ) для САПР «АСПЕКТ».

' На основе методов автоматизированного синтеза широкополосных согла- . сующих устройств и устройств различного функционального назначения, предложенных в третьем и четвертом разделах, разработаны два специализированных lililí: «Расчет согласующих устройств», предназначенный для оперативного построения начальных приближений," и «Concord», основным функциональным назначением которого является нахождение оптимальных решений.

В ill 111 построение начальных приближений и-нахождение оптимальных решений; осуществляется с-использованием, выбранных .адекватно решаемой задаче, -структур: собственных функций согласующего устройства Z]i(.?), Z2i(s), Z22(s) 0-ilC*). J>2iC0i У22(.3)) • согласуемых иммитансов источника сигнала и нагрузки и заданных ограничений на физическую и схемную реализуемость, позволяющих в процессе синтеза получить наиболее предпочтительные в практическом отношении реализации. .При нахождении решений в элементном базисе общего вида,-что предусмотрено в представленной в работе версии 111111 «Concord», дополнительно вводятся! ограничение на- допустимую величину модуля коэффициента отражения на входе согласующего устройства и требуемая частотная зависимость коэффициента преобразования мощности в заданной полосе частот. В процессе работы ППП выводится-промежуточная информация необходимая для принятия решений. Результатом работы-ППП являются рабочие характеристики и г (у) - матрица согласующего устройства,-по которой может быть получена его каноническая схема,-содержащая минимально необходимое число элементов.; :. '

Разработанные 111 111 имеют-стандартный оконный интерфейс Windows -приложений и позволяют, осуществить синтез широкополосных согласующих устройств, 'а также широкополосных устройств различного функционального назначения (согласующе — корректирующих,'многополосовых, частотно —разделительных, симметрирующих,- согласующе — фильтрующих цепей преобразователей частоты, параллельного типа на диодах), связывающих произвольные иммитансы источника сигнала и нагрузки в сосредоточенном и распределенном электрических элементных базисах. -' ' •

Результаты практического использования разработанных ППГО«Расчет согласующих устройств» и «Concord» при решении конкретных задач приведены в третьем, четвертом и пятом разделах.

На основе матричной модели диода и методов автоматизированного синтеза широкополосных согласующе — фильтрующих цепей' преобразователей частоты, предложенных в пятом разделе, разработаны два специализированных ППП: «MOD», функциональным назначением которого является- анализ и нахождение оптимальных режимов работы диодов с приоткрыванием р-п перехода в реальных конструкциях преобразователей частоты, и «Расчет умножителя

частоты», предназначенного для синтеза согласующе - фильтрующих цепей широкополосных преобразователей частоты (умножителей, делителей) на диодах параллельного типа, а также ММ БЭ «Мощный диодный умножитель частоты» и «Диодный умножитель частоты», основным назначением которых является решение задач синтеза конструкций широкополосных умножителей частоты на диодах с приоткрыванием р-п перехода в гибридно-интегральном исполнении в отраслевой САПР «АСПЕКТ» сквозного цикла проектирования линейных СВЧ устройств.

llllli «MOD», в основу которого положена одномерная, нелинейная заря-доуправляемая математическая модель реального диода, учитывающая основные виды потерь, возникающих при открывании р-п перехода, и наиболее полно удовлетворяющая требованиям, предъявляемым к моделям, предназначенным для использования в специализированных ППП и САПР СВЧ устройств. Использование матричного представления диода в ППП «MOD» позволяет достаточно просто и эффективно решать задачи анализа работы диода в реальной конструкции и нахождения оптимального режима преобразования частоты с учетом конкретных заданных условий и ограничений, встречающихся в практических задачах: заданный уровень входной мощности по нужным частотным составляющим, отсутствие выделения или потребления мощности на частотах соответствующих гармоник, заданный уровень реальной и (или) мнимой части импеданса линейной цепи по нужным гармоническим составляющим. Результатом работы ППП «MOD» являются энергетические и импедансные характеристики диода в найденном режиме.

ППП «Расчет умножителя частоты» базируется на методе синтеза согласующе — фильтрующих цепей широкополосных преобразователей частоты с использованием z — матриц реального диода, согласующих импедансы на разных частотах. Это позволяет легко учесть расстройки во входных и выходных цепях преобразователя частоты, не прибегая к решению сложной нелинейной задачи, и дает возможность получить оптимальную структуру всего устройства. Результатом работы ППП «Расчет умножителя частоты» является синтезированная в выбранном сосредоточенном или сосредоточенно — распределенном электрическом элементном базисе согласующе — фильтрующая цепь широкополосного преобразователя частоты, не содержащая идеальных трансформаторов, и его рабочие характеристики.

Результаты практического использования разработанных ППП «MOD» и «Расчет умножителя частоты» при решении конкретных задач приведены в пятом разделе.

ММ БЭ «Мощный диодный умножитель частоты» и «Диодный умножитель частоты», в которых локализовано решение нелинейной задачи, разработаны для схем параллельного типа с относительными полосами пропускания ^<0.1, W < 0.2 и обеспечивающих простые реализации в сосредоточенно -распределенном геометрическом элементном базисе в достаточно широком диапазоне входных параметров. ММ БЭ могут работать в двух режимах: синтез геометрии и анализ конструкции умножителя частоты. В режиме синтеза решаются следующие задачи:

; - нахождение стационарного режима диода (критерий оптимальности - максимальный коэффициент передачи мощности, ограничение — заданная входная мощность) с использованием ММ реального диода с приоткрыванием р-п перехода;., .....

— построение вторичной модели диода в виде регрессионных уравнений по методу, полного факторного эксперимента, обеспечивающей определение г — матрицы диода в заданной области расстроек по частоте и импедансам при выполнении всех функций системы, что позволяет избежать многократного решения нелинейной части задачи и дает существенную экономиювычислительной работы;

— синтез конструкции широкополосного умножителя частоты, включающего в себя синтез умножителя частоты в сосредоточенном элементном базисе, преобразование в , сосредоточенно - распределенный электрический элементный базис, преобразование в сосредоточенно — распределенный геометрический элементный базис.

В режиме анализа конструкции умножителя частоты осуществляется определение его основных рабочих характеристик.

Использование ММ БЭ «Мощный диодный умножитель частоты» и «Диодный' умножитель частоты»! в составе отраслевой системы сквозного функционального/технического проектирования устройств СВЧ и выпуска КД "АСПЕКТ" подтверждают достоверность и эффективность предложенных моделей.'

В приложениях приведены описание ППП и моделей для САПР «АСПЕКТ», а также акты внедрения результатов диссертационной'работы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Проблема синтеза широкополосных согласующих устройств является.одг ной из важных среди проблем,; стоящих перед специалистами, при создании современных полупроводниковых приемопередающих систем. Эта проблема имеет/большое народнохозяйственное значение и является весьма сложной проблемой теории цепей.

■В диссертации на.основе выполненных автором исследований разработаны методы автоматизированного синтеза широкополосных согласующих устройств и согласующих устройств различного функционального,назначения, связывающих произвольные иммитансыисточника сигнала и нагрузки, в произвольном электрическом> элементном базисе, , а также решены задачи практической реализации предложенных методов и моделей. - - Основные результаты работы состоят в следующем.... 1, Впервые получены-аналитические выражения, для собственных'параметров • реактивного; четырехполюсника и четырехполюсника общего вида, согла-' сующих произвольные иммитансы источника сигнала и нагрузки, а также их предельные:зависимости: в виде бесконечных равномерно сходящихся рядов, представляющих собой первую и вторую формы Фостера, ,что позволяет подойти к.решенюо проблемы широкополосного согласования х общих позиций и существенно расширить круг решаемых задач.

2. Сформулированы и доказаны предельные аппроксимационные еоремы для реактивного четырехполюсника и четырехполюсника общего вида, согласующих произвольные активные сопротивления (могут быть частотно-зависимыми) источника сигнала и нагрузки, которые устанавливают воспроизводимость с любой заданной точностью соответственно щеальной и произвольной характеристик коэффициента преобразования мощности

3. Разработана единая методология решения проблемы автоматизированного синтеза широкополосных согласующих устройств при произвольных имми-тансах источника сигнала и нагрузки в произвольном электрическом элементном базисе, ориентированная на принятие решений в интерактивном режиме.

4. Разработан и исследован двухэталный метод автоматизированного синтеза широкополосных устройств с оптимальной характеристикой коэффициента преобразования мощности, согласующих произвольные иммит шсы источника сигнала и нагрузки, в произвольном электрическом реактивном элементном базисе. Метод позволяет адекватно решаемой задаче выбирать структуру функций собственных параметров согласующего четырехполюсника с учетом желаемых свойств реализуемой цепи.

5. Разработаны и исследованы новые методы синтеза широкополосных пассивных устройств различного функционального назначения: корректирующих, многополосовых, частотно — разделительных, симметрирующих, согласующих произвольные иммитансы источника сигнала и нагрузки, в произвольном электрическом элементном базисе. Показана возможность использования реактансных преобразований частоты для синтезе широкополосных многополосовых и симметрирующих согласующих устройств

6. Разработаны матричные модели идеального и реального диода ; приоткры-ванием р-п перехода для произвольного количества гармоник гока, протекающих через переход, и углов запирания дпода за период основной частоты. Предложены новые итерационные процедуры, основанные на матричном представлении диода и позволяющие эффективно решать задачи .шали-за и нахождения оптимальных стационарных режимов нелинейного элемента в реальных конструкциях.

7. Доказана инвариантность матриц идеальных и реальных диодов относительно режимов преобразования. Определены условия инвариантности. Показано, что свойство инвариантности позволяет создать устройства, расширяющие функциональные возможности радиотехнических систем.

8. Исследовано преобразование частоты, когда частоты выходного и входного сигналов связаны дробно - рациональным отношением Определены соответствующие условия, позволяющие получить варианты преобразования частоты, которые подтверждаются результатами моделирования реального диода и экспериментальными исследованиями. Показана взаюшость трех-частотных преобразователей различного функционального назначения.

9 Разработаны методы синтеза широкополосных согласующе — фильтрующих цепей преобразователей частоты параллельного типа с использованием динамических иммитансов диода по гармоникам, а также г — матоиц диода, в произвольном электрическом элементном базисе. Рассмотрены особенности

синтеза с использованием z — матриц диодов широкополосных согласующе — фильтрующих цепей преобразователей частоты с тремя гармониками и балансных преобразователей частоты.

Ю.Разработано и исследовано необходимое алгоритмическое и программное обеспечение, предназначенное для решения комплекса задач проблемы синтеза широкополосных согласующих устройств и согласующих устройств различного функционального назначения при произвольных иммитансах источника сигнала и нагрузки в сосредоточенном и распределенном электри--ческих элементных базисах, а также задач синтеза широкополосных преобразователей частоты на днодах. Программное обеспечение реализовано в виде lililí, ориентированных на персональные ЭВМ.

1 l.Há основе предложенных в работе моделей и методов синтеза, разработаны математические, координатные и топологические модели конструкций широкополосных умножителей частоты параллельного типа на диодах с приоткрыв анием р-п перехода в гибридно-интегральном исполнении для САПР сквозного цикла проектирования, которые практически могут быть реализованы в широком диапазоне входных параметров.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Девятков ГЛ. Синтез широкополосных преобразователей частоты: Монография. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 1997. - 109 с.

2. Девятков Г'.Н. Метод синтеза согласующего четырехполюсника при произвольных иммитансах генератора и нагрузки и произвольном типе элементов структуры // Изв. вузов СССР. — Радиоэлектроника. — 1980. - Т. 23. - № 5. — С. 21-25.

3. Девятков Г-Н., Билык В.И. Инвариантность матриц ДНЗ относительно режимов преобразования //Радиотехника. — 1983. — № 11. — С. 86 — 88.

4. Девятков ГЛ. Метод синтеза разветвленных согласующих цепей при произвольных иммитансах генераторов и.нагрузок и произвольном типе.эле-

. ментов структуры // Изв. вузов СССР. — Радиоэлектроника. — 1984. — Т. 27. — №7.-С, 93-95.

5. Билык В.И., Девятков ГЛ. Некратное преобразование частоты на диодах с накоплением заряда// Радиотехника, 1985.—№4. —С. 88 — 90.

■ 6: Девятков Г.Н. Рабочие и собственные параметры согласующих четырехпо- . люсников//Научный вестник НГТУ.-2003.-№2(15).-С: 165-172.

■7. Девятков ГЛ. Автоматизированный синтез широкополосных согласующих устройств,-связывающихпроизвольные иммитансы источника сигнала и нагрузки // Научный вестник НГТУ. - 2004. - № 1 (16). - С. 155 - 165.

8., Девятков Г.Н. .Автоматизированный синтез широкополосных устройств с заданной характеристикой коэффициента преобразования мощности, связывающих произвольные иммитансы источника сигнала и нагрузки // Научный

. вестник НГТУ. — 2005. — № 2 (20). — С 57 — 69.

• 9. Девятков Г.Н. Структура собственных параметров идеального реактивного согласующего четырехполюсника // Научный вестник НГТУ. — '2005. — № 3

■ (21).-С. 45-52.

Ю.Девятков Г.Н. Структура собственных параметров идеального согласующе

- корректирующего четырехполюсника общего вида // Известия МАН ВЩ.

- 2006. - № 1 (35). - С. 83 - 92.

11. Девятков Г.Н. Автоматизированный синтез широкополосных согласующе -симметрирующих устройств // Научный вестник НГТУ. - 2006. - № 1 (22). -С. 61-70.

12. Девятков Г.Н. Рабочие и собственные параметры реактивного согласующего четырехполюсника // Доклады СО АН ВШ. - 2000. - № 2. - С. 48-52.

13. Девятков Г.Н. Рабочие и собственные параметры согласующе - корректирующего четырехполюсника общего вида И Доклады СО АН ВШ. - 2003, -№ 1,-С. 58-62.

14.Девятков Г.Н. Использование реактансных преобразований при синтезе многополосовых согласующих цепей // Широкополосные устройства СВЧ и системы оптимальной обработки сигналов: Межвуз. сб. науч. тр. - Вып. 3. -Новосибирск, 1978. - С. 45 - 49.

15. Девятков Г.Н Фильтровой метод синтеза широкополосных согласующе -симметрирующих цепей // Широкополосные устройства СВЧ и системы оптимальной обработки сигналов: Межвуз. сб. науч. тр. - Новосибирск, 1981. — С. 53 - 57.

16. Девятков Г.Н. Стационарность г — матриц диодов с приоткрыванием р-п перехода // Информатика и проблемы телекоммуникаций: Тр. междунар. науч. - техн. конф.-Т. 1.-Новосибирск, 1995.-С. 97- 100.

17. Девятков Г.Н. Синтез согласующих цепей преобразователей частоты на диодах // Информатика и проблемы телекоммуникаций: Тр. междунар. науч. -техн. конф.-Т. 1,-Новосибирск, 1995.-С. 102-104.

18. Девятков Г.Н. Оптимальные режимы преобразователей частоты на диодах с приоткрыванием р-п перехода // Актуальные проблемы электронного приборостроения (АПЭП 1996): Тр. междунар. науч. — техн. конф. - Новосибирск, 1996. - Т. 9. - С. 28 - 30.

19. Девятков Г.Н. Синтез широкополосных балансных преобразователей частоты // Актуальные проблемы электронного приборостроения (АПЭП-96): Тр. междунар. науч.-техн. конф. — Т. 9. — Новосибирск, 1996. - С. 31 - 32.

20. Девятков Г.Н. Модели широкополосных преобразователей частоты для САПР сквозного цикла проектирования // Актуальные проблемы электронного приборостроения (АПЭП-98): Труды междунар. науч.-техн. конф. - Т. 12. - Новосибирск, 1998. - С. 6 - 8.

21. Девятков Г.Н. Частотное преобразование для ступенчато-нерегулярных отрезков линий передачи // Актуальные проблемы электронного приборостроения (АПЭП 1998): Тр. 4-ой междунар. науч. - техн. конф. - Новосибирск, 1998.-Т. 12.-С. 16-17.

22.Девятков Г.Н. Собственные параметры согласующего четырехполюсника// Актуальные проблемы электронного приборостроения (АПЭП 2000): Тр. 5 -ой междунар. науч. - техн. конф. — Новосибирск, 2000. - Т. 4. - С. 205 - 206.

23.Девятков Г.Н. Автоматизированный синтез согласующих устройств при произвольных иммитансах генератора и нагрузки // Актуальные проблемы

электронного приборостроения (АПЭП 2000): Тр. 5-ой междунар. науч. техн. конф: - Новосибирск. - 2000. - Т. 4. - С. 203 - 204.

24.Девятков Г.Н. Собственные параметры согласующе - корректирующего че- ■ тырехполюсника общего вида // Актуальные проблемы электронного приборостроения (АПЭП 2002): Тр. 6 — ой междунар. науч. — техн. конф. — Новосибирск, 2002. — Т. 4. — С. 152 — 153.

25.Девятков Г.Н. Автоматизированный синтез согласующе - корректирующих устройств при произвольных иммитансах генератора и нагрузки // Актуальные проблемы,электронного приборостроения (АПЭП 2002): Тр. б-ой междунар. науч.—техн. конф;-Новосибирск. -2002.'—Т. 4.- С. 154- 155.

26. Девятков Г.Н., Автоматизированный синтез широкополосных трансформаторов активных сопротивлений // Актуальные проблемы электронного приборостроения (АПЭП 2004): Тр. 7 - ой междунар. науч. - техн. конф. - Новосибирск, 2004. - Т. 6. - С. 229 - 231.

27. Девятков Т.Н., Плавский Л.Г., Фурсов О.Н. Модель диода с накоплением " заряда и расчет умножителя частоты с использованием ЭЦВМ // Исследования по радиотехнике: Сб. науч. тр. НЭТИ. — Вып. 6. - Новосибирск,' 1973. -С. 76-80. ' ■'■'.'

28. Фурсов О Л., Плавский Л.Г., Девятков Т.Н. Алгоритм расчета умножителя частоты на диоде с накоплением заряда // Машинные методы проектирования СВЧ — устройств / Под ред. A.C. Ильинского, В.Ф. Никольского. - М.: МГУ, 1976.

29. Девятков Т.Н., Фурсов СКА., Плавский Л.Г. Расчет умножителей частоты на диоде ¿накоплением заряда //Полупроводниковая электроника в технике связи / Под ред. И.Ф. Николаевского. — Вып. 20.' — M.: Связь, 1980.

30.Таранин C.B., Девятков Т.Н. Частотное преобразование для цепей из ступенчато-нерегулярных отрезков'линии передачи // Сб. науч. тр.* НГТУ: — Но' восибирск, 2004.-№2(36).-С. 23-28.'

31.Таранин C.B., Девяттсов Г.Н. Тождественные схемы для цепей из ступенчато-нерегулярных'отрезков линии передачи // Актуальные проблемы электронного приборостроения (АПЭП 2004): Тр. 7 — ой междунар. науч. - техн. конф. - Новосибирск^.2004. — Т. 4:-С. 180-181.

32. A.C. №; 1210197 (СССР) Умножитель частоты / НЭШ: Авт. изобр. Г.Н. Де-

" вятков. Заявка 26.04:84.'-№3729930. .

33.А.С. № 1415412 (СССР) Умножитель частоты / НЭТИ: Авт. изобр. Г.Н. Девятков, В.И. Билык. Заявка 4.01.85. - №3837770.

Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университе га 630092, г. Новосибирск, пр К. Маркса, 20,

тел /факс (383) 346-08-57 формат 60x84/16, объем 2,5 п.л., тираж 100 -жл., шказ № 1046, подписано в печать 07.08.06 г.

Введение.

1. Современное состояние проблемы широкополосного согласования в радиотехнических трактах. Цели и задачи работы.

1.1. Состояние проблемы синтеза широкополосных согласующих устройств.

1.2. Состояние проблемы синтеза широкополосных согласующих устройств различного функционального назначения.

1.3. Цели и задачи работы.

2. Собственные параметры согласующих четырехполюсников при произвольных иммитансах источника сигнала и нагрузки.

2.1. Определение собственных параметров согласующего реактивного четырехполюсника.

2.2. Условия физической реализуемости z (у) - матрицы реактивного четырехполюсника в распределенном соразмерном элементном базисе.

2.3. Тождественные схемы на отрезках ступенчато-нерегулярных линий передачи с одним скачком волнового сопротивления по длине линии.

2.4. Определение собственных параметров согласующего четырехполюсника общего вида.

2.5. Условия физической реализуемости типовой составляющей z(y) - матрицы четырехполюсника общего вида в сосредоточенном элементном базисе. Выводы по разделу 2.

3. Разработка и исследование методов автоматизированного синтеза широкополосных устройств, согласующих произвольные иммитансы источника сигнала и нагрузки, в произвольном электрическом элементном базисе.

3.1. Формулировка задачи и выбор методов синтеза оптимальных широкополосных согласующих и согласующе - корректирующих устройств

3.2. Разработка методов автоматизированного синтеза широкополосных согласующих цепей с оптимальной характеристикой коэффициента преобразования мощности.

3.2.1. Определение структуры z (у) - матрицы согласующей цепи и построение начального приближения.

3.2.2. Численные процедуры улучшения решения.

3.2.2.1. Улучшение решения с использованием среднестепенных приближений.

3.2.2.2. Улучшение решения методом возможных направлений.

3.2.3. Синтез широкополосных согласующих цепей в различных электрических элементных базисах.

3.2.3.1. Синтез цепи нижних частот, согласующей комплексную нагрузку с активным внутренним сопротивлением источника сигнала, в сосредоточенном элементном базисе.

3.2.3.2. Синтез цепи нижних частот, согласующей комплексные сопротивления нагрузки и источника сигнала, в сосредоточенном элементном базисе.

3.2.3.3. Синтез полосовой цепи, согласующей комплексные сопротивления нагрузки и источника сигнала, в сосредоточенном элементном базисе.

3.2.3.4. Синтез цепи нижних частот, согласующей комплексную нагрузку с активным внутренним сопротивлением источника сигнала, в распределенном элементном базисе.

3.2.3.5. Синтез цепи нижних частот, согласующей комплексную нагрузку с активным внутренним сопротивлением источника сигнала, в сосредоточенно - распределенном элементном базисе .149 3.3. Синтез широкополосных трансформаторов активных сопротивлений с оптимальной характеристикой коэффициента преобразования мощности.

3.3.1. Определение собственных параметров реактивного трансформирующего четырехполюсника при произвольных активных сопротивлениях источника сигнала и нагрузки.

3.3.2. Синтез широкополосного реактивного трансформирующего четырехполюсника в сосредоточенном элементном базисе.

3.3.3. Синтез широкополосного реактивного трансформирующего четырехполюсника в распределенном элементном базисе.

Выводы по разделу 3.

4. Разработка методов автоматизированного синтеза широкополосных согласующих устройств различного функционального назначения, связывающих произвольные иммитансы источника сигнала и нагрузки, в произвольном электрическом элементном базисе.

4.1. Разработка методов синтеза широкополосных согласующих цепей с заданной характеристикой коэффициента преобразования мощности.

4.1.1. Определение структуры z(y) - матрицы согласующе-корректирующей цепи и построение начального приближения.

4.1.2. Численные процедуры улучшения решения.

4.1.2.1. Улучшение решения с использованием среднестепенных f приближений.

4.1.2.2. Улучшение решения методом возможных направлений.

4.1.3. Синтез широкополосной согласующей цепи в сосредоточенном элементном базисе общего вида.

4.1.4. Синтез широкополосной согласующе - корректирующей цепи в сосредоточенном элементном базисе общего вида.

4.2. Синтез многополосовых согласующих устройств.

4.2.1. Синтез многополосовых согласующих устройств с использованием реактансных преобразований частоты.

4.2.2. Синтез многополосовых согласующих устройств, связывающих произвольные иммитансы источника сигнала и нагрузки, в произвольном электрическом элементном базисе.

4.2.2.1. Синтез двухполосового устройства, согласующего внутреннее сопротивление источника сигнала с комплексной нагрузкой, в сосредоточенном элементном базисе.

4.3. Синтез широкополосных частотно - разделительных согласующих устройств.

4.3.1. Собственные параметры широкополосных частотно

разделительных согласующих устройств и особенности их синтеза .207 4.3.2. Синтез широкополосного частотно - разделительного согласующего устройства в сосредоточенном элементном базисе

4.4. Синтез широкополосных согласующе - симметрирующих устройств.

4.4.1. Метод синтеза широкополосных согласующе - симметрирующих устройств с использованием согласующих четырехполюсников.

4.4.2. Синтез широкополосных согласующе - симметрирующих устройств, связывающих произвольные адмитансы источника сигнала и нагрузки, в произвольном электрическом элементном базисе.

4.4.2.1. Собственные параметры согласующе - симметрирующего устройства.

4.4.2.2. Синтез широкополосного согласующе - симметрирующего устройства в распределенном электрическом элементном базисе.

Выводы по разделу 4.

5. Разработка методов синтеза широкополосных согласующе фильтрующих цепей преобразователей частоты.

5.1. Матричная модель диода с приоткрываниемр-п перехода.

5.1.1. Эквивалентное представление диода с приоткрыванием р-п перехода.

5.1.2. Формальное рассмотрение работы преобразователя частоты как многополюсника.

5.1.3. Максимальная передача мощности четырехполюсником, описываемым произвольной z - матрицей.

5.1.4. z - матрица идеального диода с приоткрыванием р-п перехода.

5.1.5. Условия максимальной передачи мощности в преобразователе частоты.

5.1.6. z - матрицы реальных диодов с приоткрыванием р-п перехода.

5.1.7. Инвариантность матриц диодов относительно режимов преобразования.

5.1.8. Дробно - рациональное преобразование частоты.

5.1.9. Стационарность z - матриц диодов.

5.1.10. Анализ и нахождение оптимальных режимов диодов в реальных конструкциях преобразователей частоты.

5.2. Разработка методов синтеза широкополосных согласующе -фильтрующих цепей преобразователей частоты с одним диодом.

5.2.1. Классификация задач с точки зрения сложности синтеза согласующе - фильтрующих цепей.

5.2.2. Классификация возможных способов построения схем.

5.2.3. Синтез широкополосных согласующе - фильтрующих цепей преобразователей частоты параллельного типа с использованием динамических иммитансов диода по гармоникам.

5.2.4. Синтез широкополосных согласующе - фильтрующих цепей преобразователей частоты с использованием z - матрицы диода.

5.2.4.1. Синтез широкополосных согласующе - фильтрующих цепей преобразователей частоты с двумя гармониками.

5.2.4.2. Особенности синтеза широкополосных согласующе -фильтрующих цепей преобразователей частоты с тремя гармониками.

5.2.4.3. Увеличение преобразуемой мощности высокократных умножителей частоты.

5.2.4.4. Реализация широкополосных согласующе - фильтрующих цепей в сосредоточенно - распределенном и распределенном электрическом элементном базисе.

5.3. Синтез широкополосных согласующе - фильтрующих цепей балансных преобразователей частоты.

5.3.1. Обобщенные схемы балансных преобразователей частоты на диодах.

5.3.2. Особенности синтеза широкополосных согласующе -фильтрующих цепей балансных преобразователей частоты.

Выводы по разделу 5.

6. Практическая реализация методов автоматизированного синтеза широкополосных согласующих устройств и устройств различного функционального назначения в пакетах прикладных программ и в системах автоматизированного проектирования сквозного цикла

6.1. Автоматизированный синтез широкополосных согласующих устройств и устройств различного функционального назначения, связывающих произвольные иммитансы источника сигнала и нагрузки, с помощью специализированных пакетов прикладных программ.

6.1.1. Автоматизированное построение начальных приближений.

6.1.2. Автоматизированное нахождение оптимальных решений.

6.2. Автоматизированный синтез широкополосных преобразователей частоты на диодах с приоткрыванием р-п перехода с помощью специализированных 111111.

6.2.1. Автоматизированный анализ и нахождение оптимальных режимов работы диодов с приоткрыванием р-п перехода в реальных конструкциях преобразователей частоты.

6.2.2. Автоматизированный синтез согласующе - фильтрующих цепей широкополосных преобразователей частоты на диодах.

6.3. Модели широкополосных преобразователей частоты на диодах для САПР сквозного цикла проектирования.

6.3.1. Математические модели широкополосных преобразователей частоты.

6.3.2. Координатные и топологические модели широкополосных преобразователей частоты.

6.3.3. Пример работы математической, координатной и топологической моделей широкополосного умножителя частоты в САПР сквозного цикла проектирования.

Выводы по разделу 6.

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. Тенденцией развития современных полупроводниковых приемопередающих систем является непрерывное продвижение в верхнюю часть СВЧ диапазона, повышение требований к уровню преобразуемой мощности, ширине полосы рабочих частот, надежности и технологичности при одновременном уменьшение веса и габаритов. Этому в значительной мере способствовал прогресс твердотельной технологии, который привел к созданию новых типов электронных приборов и к возможности проектирования новых схем и систем в гибридно-интегральном и полупроводниковом исполнении. При этом анализ и синтез разрабатываемых интегральных схем ВЧ и СВЧ диапазона, а также устройств и систем на их основе, неизбежно должны быть более детальными и точными, поскольку их изготовление обходится дорого и требует больших затрат времени. В связи с этим их изменение и корректировку следует рассматривать как крайнее средство. Этот фактор, а также необходимость учета значительного числа факторов, обусловленных спецификой СВЧ диапазона, большая сложность интегральных схем порождают, в свою очередь, проблему разработки методологической, математической и программной основы их эффективного и качественного проектирования с использованием современных ЭВМ.

Важной частью общей проблемы создания современных полупроводниковых приемопередающих систем является проблема широкополосного согласования произвольных иммитансов источника сигнала и нагрузки в произвольном электрическом элементном базисе. Она является сложной в теоретическом плане, но в то же время ее решение представляет большую практическую значимость, так как позволяет t обеспечить оптимальное построение широкополосных ВЧ и СВЧ приемопередающих трактов на этапе проектирования, то есть с минимальными затратами, за счет наилучшего построения и использования внутренней структуры устройств.

Неослабевающий интерес к задачам синтеза широкополосных согласующих устройств подтверждает тот факт, что не решены многие вопросы, возникающие в рамках данной проблемы. Несмотря на большие усилия, прилагавшиеся во второй половине прошлого столетия, а также успехи практического применения, проектирование широкополосных согласующих устройств в самой общей постановке все еще остается без должного теоретического обоснования и соответствующих методов синтеза. В большинстве случаев основное внимание уделялось разработке методов синтеза широкополосных устройств, согласующих источник сигнала с активным внутренним сопротивлением и произвольный импеданс нагрузки в сосредоточенном элементном базисе. Однако во многих практически важных приложениях согласуемые импедансы источника сигнала и нагрузки имеют сложные эквивалентные схемы с частотно-зависимыми активными сопротивлениями, а получаемые в сосредоточенном элементном базисе решения несовместимы с возможностями их реализации в диапазоне СВЧ, в связи с чем, возникает необходимость в разработке адекватных методов синтеза. Появившиеся в последнее время подходы к решению задачи широкополосного согласования с использованием ЭВМ не решают в полной мере данную проблему.

При разработке широкополосных радиотехнических трактов наряду с согласующими устройствами широко используется пассивные устройства различного функционального назначения (корректирующие, многополосовые, частотно-разделительные, симметрирующие, фильтрующие), которые наряду с выполнением своих функций должны обеспечивать передачу максимальной мощности, а, следовательно, в общем случае, могут одновременно являться и согласующими. Это позволяет в ряде случаев, при наличии достаточно точных математических моделей и соответствующих методов синтеза, существенно упростить проектирование широкополосных устройств, что становиться особенно актуальным при создании СВЧ интегральных схем, где отладка и стыковка функциональных узлов в традиционном понимании становится практически не возможной. В имеющихся публикациях, как правило, рассматриваются методы синтеза этих устройств, нагруженных на чисто активные сопротивления. В связи с этим целесообразна разработка методов, позволяющих синтезировать широкополосные функциональные узлы при произвольных нагрузочных иммитансах, что существенно расширяет их функциональные возможности.

К устройствам, выполняющим одновременно несколько функций, можно отнести и согласующе - фильтрующие цепи широкополосных преобразователей частоты (умножителей, делителей, смесителей и т. д.) на диодах, которые используются при создании мощных и малошумящих источников колебаний, способных работать с достаточно высокими коэффициентами преобразования мощности в передающих полупроводниковых трактах верхней части сантиметрового, миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов частот, и существенно влияют на параметры систем в целом. В большинстве работ синтез широкополосных согласующе - фильтрующих цепей производится с использованием динамических иммитансов диода, представляемых в виде простейших эквивалентов, и очень мало внимания уделено более перспективному подходу к синтезу линейной части с использованием представления диода как импедансного инвертора. Поэтому необходима дальнейшая разработка матричных моделей диода, работающего в различных режимах частотного преобразования (умножения, деления, смешивания) и соответствующих методов синтеза широкополосных согласующе - фильтрующих цепей данного класса устройств.

Таким образом можно констатировать, что развитие теории широкополосного согласования в направлениях определения собственных параметров согласующих четырехполюсников в реактивном элементном базисе и элементном базисе общего вида при произвольных иммитансах источника сигнала и нагрузки, разработки регулярных методов синтеза широкополосных согласующих устройств и согласующих устройств различного функционального назначения в произвольном элементном базисе, разработки матричных моделей диода и соответствующих методов синтеза широкополосных согласующе - фильтрующих цепей преобразователей частоты представляет собой актуальную проблему.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Разработка методов автоматизированного синтеза широкополосных согласующих устройств и согласующих устройств различного функционального назначения, связывающих произвольные иммитансы источника сигнала и нагрузки, в произвольном электрическом элементном базисе, практическая реализация предложенных методов.

ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. Поставленная цель достигается решением следующих основных задач:

1. Определение собственных параметров согласующих четырехполюсников, связывающих произвольные иммитансы источника сигнала и нагрузки, в произвольном реактивном электрическом элементном базисе, а также в электрическом элементном базисе общего вида.

2. Разработка методов автоматизированного синтеза широкополосных устройств, согласующих произвольные иммитансы источника сигнала и нагрузки, в произвольном реактивном электрическом элементном базисе.

3. Разработка методов автоматизированного синтеза широкополосных устройств различного функционального назначения при произвольных иммитансах источника сигнала и нагрузки в произвольном реактивном электрическом элементном базисе, а также в электрическом элементном базисе общего вида.

4. Разработка матричной модели диода с приоткрыванием р-п перехода, позволяющей обоснованно подойти к синтезу линейной части мощных широкополосных преобразователей частоты как единого целого.

5. Разработка методов автоматизированного синтеза широкополосных согласующе - фильтрующих цепей мощных широкополосных преобразователей частоты на диодах с приоткрыванием р-п перехода.

6. Разработка необходимого алгоритмического и программного обеспечения, предназначенного для автоматизированного решения комплекса задач синтеза широкополосных согласующих устройств.

7. Проверка разработанных методов, алгоритмов и программ синтеза широкополосных согласующих устройств путем вычислительных экспериментов.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. При решении задач диссертационного исследования использовались методы теории дифференциального и интегрального исчисления, функций комплексного переменного, линейной алгебры, оптимизации и вычислительной математики, линейных и нелинейных электрических цепей.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Научной новизной обладают следующие основные результаты работы.

1. Для реактивных четырехполюсников и четырехполюсников общего вида, согласующих произвольные иммитансы источника сигнала и нагрузки, впервые получены аналитические выражения для нахождения собственных параметров, а также определены их предельные зависимости в виде бесконечных равномерно сходящихся рядов первой и второй форм Фостера. Сформулированы и доказаны предельные аппроксимационные теоремы для идеальных четырехполюсников обоих видов при произвольных активных окончаниях. Определены необходимые и достаточные условия физической реализуемости z (у) - матриц типовой составляющей подкласса четырехполюсников общего вида. Получены I тождественные схемы на соразмерных отрезках ступенчато нерегулярной линии передачи с одним скачком волнового сопротивления по длине линии.

2. Разработаны новые двухэтапные методы автоматизированного синтеза широкополосных реактивных согласующих четырехполюсников и согласующее - корректирующих четырехполюсников общего вида, связывающих произвольные иммитансы источника сигнала и нагрузки, в произвольном электрическом элементном базисе.

3. Впервые получены аналитические выражения для нахождения собственных параметров частотно - разделительных и симметрирующих согласующих устройств при произвольных иммитансах источника сигнала и нагрузки, найдены их предельные зависимости в виде бесконечных равномерно сходящихся рядов первой и второй форм Фостера.

4. Разработаны новые методы синтеза многополосовых, частотно-разделительных и симметрирующих широкополосных устройств, согласующих произвольные иммитансы источника сигнала и нагрузки, в произвольном электрическом элементном базисе.

5. Разработаны матричные модели идеального и реального диода с приоткрыванием р-п перехода для произвольного количества гармоник тока, протекающих через переход, и углов запирания диода за период основной частоты. Определены условия инвариантности матриц диодов относительно режимов преобразования частоты, а также преобразования частоты, когда частоты выходного и входного сигналов связаны дробно -рациональным отношением. Показана взаимность трехчастотных преобразователей различного функционального назначения.

6. На основе матричной модели диода разработаны новые метод, позволяющий эффективно решать задачи анализа и нахождения оптимальных стационарных режимов нелинейного элемента в реальных конструкциях, и методы автоматизированного синтеза широкополосных согласующе - фильтрующих цепей преобразователей частоты параллельного типа в произвольном электрическом элементном базисе.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ. Предложенные в диссертации методы и модели реализованы в виде комплекса программных средств и направлены на решение широкого круга задач. Их практическая значимость состоит в следующем: двухэтапные методы автоматизированного синтеза широкополосных согласующих устройств и согласующих устройств различного функционального назначения (корректирующих, многополосовых, частотно - разделительных и симметрирующих) при произвольных иммитансах источника сигнала и нагрузки в произвольном электрическом элементном базисе позволяют находить оптимальные решения в виде одной из канонических форм, оценивать выигрыш в улучшении рабочих характеристик за счет усложнения функций собственных параметров проектируемых устройств, учитывать ограничения на физическую, схемную и технологическую реализуемость; матричные модели реального диода с приоткрыванием р-п перехода позволяют решать задачи нахождения стационарных режимов его работы в произвольных реальных конструкциях широкополосных преобразователей частоты, а также нахождения оптимальных режимов работы диода удовлетворяющих требованиям к проектируемым устройствам; методы автоматизированного синтеза широкополосных умножителей частоты, основанные на матричной модели диода и позволяющие осуществить синтез всего устройства как единого целого в произвольном элементном базисе, дают возможность получить оптимальную структуру устройства; математические, координатные и топологические модели конструкций широкополосных умножителей частоты в гибридно-интегральном исполнении для САПР СВЧ устройств позволяют проводить их сквозное автоматизированное проектирование.

Предлагаемый подход к проблеме синтеза широкополосных согласующих устройств и согласующих устройств различного функционального назначения, связывающих произвольные иммитансы источника сигнала и нагрузки, в произвольном электрическом элементном базисе, методы и алгоритмы дают возможность находить решения, которые ранее или не могли быть найдены принципиально или требовали больших затрат времени и средств.

Результаты диссертации использованы при выполнении госбюджетной и ряда хоздоговорных НИР в научно - исследовательской лаборатории радиотехнических устройств (НИЛ РТУ) радиотехнического факультета Новосибирского электротехнического института, с п/я В-8616 при совместной разработке математического и программного обеспечения отраслевой САПР «АСПЕКТ» сквозного цикла проектирования СВЧ устройств, а также в проектно-конструкторской деятельности ОАО «НИИИП», ООО НЛП «Триада - ТВ», ОАО «МАРТ» и ООО «Алмаз-Антей Телекоммуникации» при разработке широкополосных функциональных узлов ВЧ и СВЧ диапазона, подтвержденные актами внедрения.

Часть материала диссертации вошла в монографию, которая используется в учебном процессе кафедры "Конструирование и технология радиоэлектронных средств" Новосибирского государственного технического университета при подготовке бакалавров и магистров по направлению 210200 «Проектирование и технология электронных средств» и инженеров по специальности 210404 «Многоканальные телекоммуникационные системы» в дисциплинах: «Конструирование мощных транзисторных усилителей», «Моделирование и автоматизированное проектирование ВЧ и СВЧ устройств», «Моделирование и автоматизированное проектирование устройств связи», «Компьютерное проектирование РЭА ВЧ и СВЧ диапазона», а также при подготовке квалификационных работ бакалавров, дипломированных специалистов, магистров и аспирантов по соответствующей тематике.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ.

1. Представление собственных параметров реактивных четырехполюсников и четырехполюсников общего вида, а также частотно-разделительных и симметрирующих устройств, согласующих произвольные иммитансы источника сигнала и нагрузки, включая их предельные зависимости в виде бесконечных равномерно сходящихся рядов первой и второй форм Фостера и предельные аппроксимационные теоремы для идеальных реактивных четырехполюсников и четырехполюсников общего вида при произвольных активных окончаниях.

2. Двухэтапные методы автоматизированного синтеза широкополосных реактивных согласующих четырехполюсников и согласующе -корректирующих четырехполюсников общего вида, связывающих произвольные иммитансы источника сигнала и нагрузки, в произвольном электрическом элементном базисе.

3. Методы синтеза многополосовых, частотно-разделительных и симметрирующих широкополосных устройств, согласующих произвольные иммитансы источника сигнала и нагрузки, в произвольном электрическом элементном базисе.

4. Матричные модели идеального и реального диода с приоткрыванием р-п перехода для произвольного количества гармоник тока, протекающих через переход, и углов запирания диода за период основной частоты, условия инвариантности матриц диодов относительно режимов преобразования частоты, взаимность трехчастотных преобразователей различного функционального назначения.

5. Метод анализа и нахождения оптимальных стационарных режимов нелинейного элемента в реальных конструкциях и методы автоматизированного синтеза широкополосных согласующе фильтрующих цепей преобразователей частоты параллельного типа в произвольном электрическом элементном базисе.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всесоюзной научно-технической конференции «Радиотехнические измерения в диапазонах высоких частот (ВЧ) и сверхвысоких частот (СВЧ)» (Новосибирск, 1984), Российской научно-технической конференции «Информатика и проблемы телекоммуникаций» (Новосибирск, 1994), второй Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы электронного приборостроения» АПЭП - 94 (Новосибирск, 1994), Международной научно-технической конференции «Информатика и проблемы телекоммуникаций» (Новосибирск, 1995), 3-й, 4-й, 5-й, 6-й, 7-й Международных научно-технических конференциях «Актуальные проблемы электронного приборостроения» АПЭП - 96, АПЭП - 98, АПЭП - 2000, АПЭП - 2002, АПЭП - 2004 (Новосибирск, 1996, 1998, 2000, 2002, 2004), областных научно-технических конференциях (Новосибирск, 1978, 1982,1984, 1985).

ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликовано 47 работ, в том числе: 1 монография; 12 статей в ведущих научных журналах и изданиях, входящих в перечень, рекомендованный ВАК РФ; 13 статей в сборниках трудов Международных научно-технических конференций; 2 статьи в Докладах СО АН ВШ; 15 статей в научно-технических сборниках издательств Связь, МГУ, НГТУ; 2 информационных листка Новосибирского МТЦ НТИ и П; 2 авторских свидетельства.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ. В первом разделе проведен анализ современного состояния проблемы синтеза широкополосных согласующих устройств, а также согласующих устройств различного функционального назначения (корректирующих, многополосовых, частотно-разделительных, симметрирующих, фильтрующих цепей преобразователей частоты на диодах), обоснована актуальность диссертационной работы, сформулированы цели и задачи исследования.

Во втором разделе рассмотрены собственные параметры реактивных четырехполюсников, а также четырехполюсников общего вида, согласующих произвольные иммитансы источника сигнала и нагрузки. Получены в явной форме соответствующие аналитические выражения, а также определены их предельные зависимости в виде бесконечных равномерно сходящихся рядов первой и второй форм Фостера. Сформулированы и доказаны предельные аппроксимационные теоремы для идеальных реактивного четырехполюсника и четырехполюсника общего вида, согласующих произвольные активные сопротивления источника сигнала и нагрузки, устанавливающие воспроизводимость идеальной и произвольной непрерывной характеристик коэффициента преобразования мощности с любой заданной точностью. Определены необходимые и достаточные условия физической реализуемости z (у) - матриц типовой составляющей подкласса четырехполюсников общего вида в сосредоточенном элементном базисе, когда полюсы функций zllO)> z22(*)> z2\(s) (Л1(*)> yi2(sl J2l(*)) М0ГУТ находиться в левой полуплоскости комплексных частот, исключая мнимую и вещественную оси, а также реактивных нормальных четырехполюсников в распределенном соразмерном элементном базисе. Получены тождественные схемы на соразмерных отрезках ступенчато-нерегулярных линий передачи с одним скачком волнового сопротивления по длине линии.

В третьем разделе сформулированы основные задачи синтеза широкополосных реактивных четырехполюсников и четырехполюсников общего вида. Определены критерии оптимальности и ограничения. Разработан и исследован двухэтапный метод автоматизированного синтеза широкополосных устройств с оптимальной характеристикой коэффициента преобразования мощности, согласующих произвольные иммитансы источника сигнала и нагрузки, в произвольном электрическом реактивном элементном базисе. Рассмотрен синтез широкополосных согласующих четырехполюсников в различных элементных базисах с использованием разработанных численных процедур. Получены аналитические выражения для нахождения собственных параметров трансформирующих четырехполюсников, определены их предельные зависимости. Рассмотрен синтез широкополосных трансформаторов активных сопротивлений в различных элементных базисах.

Четвертый раздел посвящен разработке методов автоматизированного синтеза широкополосных устройств различного функционального назначения: корректирующих, многополосовых, частотно-разделительных и симметрирующих, связывающих произвольные иммитансы источника сигнала и нагрузки Предложены двухэтапные методы синтеза широкополосных согласующих устройств с заданной характеристикой коэффициента преобразования мощности в электрическом элементном базисе общего вида. Рассмотрен синтез в сосредоточенном элементном базисе общего вида широкополосных согласующего и согласующе -корректирующего устройств. Предложены два подхода к решению проблемы синтеза многополосовых согласующих устройств. Разработаны методы синтеза широкополосных частотно - раделительных и симметрирующих согласующих устройств в произвольном элементном базисе. Получены аналитические выражения для нахождения их собственных параметров и проведена адаптация численных процедур синтеза под данные классы устройств.

Пятый раздел посвящен разработке методов синтеза широкополосных согласующе - фильтрующих цепей преобразователей частоты на диодах и состоит из двух частей. В первой части раздела разработаны матричные модели идеального и реального диода с приоткрыванием р-п перехода для I произвольного количества гармоник тока, протекающих через р-п переход, и углов запирания диода за период основной частоты, определены условия максимальной передачи мощности в преобразователе частоты и инвариантности матриц диодов относительно режимов преобразования частоты, исследованы возможность преобразования частоты, когда частоты входного и выходного сигналов связаны дробно - рациональным отношением и стационарность z - матриц диодов к расстройкам, предложены итерационные процедуры анализа и нахождения оптимальных стационарных режимов работы диода в реальных конструкциях, основанные на матричном представлении диода. Во второй части пятого раздела разработаны методы автоматизированного синтеза широкополосных согласующе - фильтрующих цепей преобразователей частоты параллельного типа с использованием динамических иммитансов диода по гармоникам и z - матриц диода, предложен способ увеличения преобразуемой мощности высокократных умножителей частоты, рассмотрены особенности синтеза широкополосных согласующе - фильтрующих цепей балансных преобразователей частоты.

В шестом разделе рассмотрены вопросы практической реализации разработанных методов автоматизированного синтеза широкополосных согласующих устройств и устройств различного функционального назначения, а также преобразователей частоты на диодах с приоткрыванием р-п перехода в пакетах прикладных программ (111111) и математических моделях (ММ) базовых элементов (БЭ) для отраслевой САПР «АСПЕКТ» сквозного цикла проектирования СВЧ устройств.

В заключении представлены основные выводы и результаты диссертационного исследования.

Приложения содержат описание 111111 и моделей для САПР, а также документы о практическом использовании результатов диссертационной работы.

Основные результаты диссертации состоят в следующем.

1. Впервые получены аналитические выражения для собственных параметров реактивного четырехполюсника и четырехполюсника общего вида, согласующих произвольные иммитансы источника сигнала и нагрузки, а также их предельные зависимости в виде бесконечных равномерно сходящихся рядов, представляющих собой первую и вторую формы Фостера. Полученные результаты позволяют подойти к решению проблемы широкополосного согласования с общих позиций и существенно расширить круг решаемых задач.

2. Сформулированы и доказаны предельные аппроксимационные теоремы для реактивного четырехполюсника и четырехполюсника общего вида, согласующих произвольные активные сопротивления (могут быть частотно - зависимыми) источника сигнала и нагрузки, которые устанавливают воспроизводимость с любой заданной точностью соответственно идеальной и произвольной характеристик коэффициента преобразования мощности.

3. Разработана единая методология решения проблемы автоматизированного синтеза широкополосных устройств, согласующих произвольные иммитансы источника сигнала и нагрузки, в произвольном электрическом элементном базисе, ориентированная на принятие решений в интерактивном режиме.

4. Разработан и исследован двухэтапный метод автоматизированного синтеза широкополосных устройств с оптимальной характеристикой коэффициента преобразования мощности, согласующих произвольные иммитансы источника сигнала и нагрузки в произвольном электрическом реактивном элементном базисе. Метод позволяет адекватно решаемой задаче выбирать структуру функций собственных параметров согласующего четырехполюсника с учетом желаемых свойств реализуемой цепи.

5. Разработаны и исследованы новые методы синтеза широкополосных пассивных устройств различного функционального назначения: корректирующих, многополосовых, частотно - разделительных, симметрирующих, согласующих произвольные иммитансы источника сигнала и нагрузки, в произвольном электрическом элементном базисе. Показана возможность использования реактансных преобразований частоты для синтеза широкополосных многополосовых и симметрирующих согласующих устройств.

6. Разработаны матричные модели идеального и реального диода с приоткрыванием р-п перехода для произвольного количества гармоник тока, протекающих через переход, и углов запирания диода за период основной частоты. Предложены новые итерационные процедуры, основанные на матричном представлении диода и позволяющие эффективно решать задачи анализа и нахождения оптимальных стационарных режимов нелинейного элемента в реальных конструкциях.

7. Доказана инвариантность матриц идеальных и реальных диодов относительно режимов преобразования. Определены условия инвариантности. Показано, что свойство инвариантности позволяет создать устройства, расширяющие функциональные возможности радиотехнических систем.

8. Исследовано преобразование частоты, когда частоты выходного и входного сигналов связаны дробно - рациональным отношением. Определены соответствующие условия, позволяющие получить варианты преобразования частоты, которые подтверждаются результатами моделирования реального диода и экспериментальными исследованиями. Показана взаимность трехчастотных преобразователей различного функционального назначения.

9. Разработаны методы синтеза широкополосных согласующе -фильтрующих цепей преобразователей частоты параллельного типа с использованием динамических иммитансов диода по гармоникам, а также z - матриц диода, в произвольном электрическом элементном базисе. Рассмотрены особенности синтеза с использованием z -матриц диодов широкополосных согласующе - фильтрующих цепей преобразователей частоты с тремя гармониками и балансных преобразователей частоты.

10. Разработано и исследовано необходимое алгоритмическое и программное обеспечение, предназначенное для решения комплекса задач проблемы синтеза широкополосных согласующих устройств и согласующих устройств различного функционального назначения при произвольных иммитансах источника сигнала и нагрузки в сосредоточенном и распределенном электрических элементных базисах, а также задач синтеза широкополосных преобразователей частоты на диодах. Программное обеспечение реализовано в виде 111111, ориентированных на персональные ЭВМ.

На основе предложенных в работе моделей и методов синтеза разработаны математические, координатные и топологические модели конструкций широкополосных умножителей частоты параллельного типа на диодах с приоткрыванием р-п перехода в гибридно-интегральном исполнении для САПР сквозного цикла проектирования, которые практически могут быть реализованы в широком диапазоне входных параметров.

Заключение

Проблема синтеза широкополосных согласующих устройств является одной из важных среди проблем, стоящих перед специалистами при создании современных полупроводниковых приемопередающих систем. Эта проблема имеет большое народнохозяйственное значение и является весьма сложной проблемой теории цепей.

В диссертации на основе выполненных автором исследований разработаны методы автоматизированного синтеза широкополосных согласующих устройств и согласующих устройств различного функционального назначения, связывающих произвольные иммитансы источника сигнала и нагрузки, в произвольном электрическом элементном базисе, а также решены задачи практической реализации предложенных методов и моделей.

1. Боде Г. Теория цепей и проектирование усилителей с обратной связью. -М.: Иностр. литер., 1948. 641 с.

2. Fano R.M. Theoretical Limitations on the Broad Band Matching of Arbitrary Impedances // J. Franklin Inst. - 1950. - V. 249. - No. 1 and 2. - P. 57-83 and 139-154.

3. Фано P.M. Теоретические ограничения полосы согласования произвольных импедансов: Пер. с англ. / Под ред. Г.Н. Слободенюка. -М.: Сов. Радио, 1965. 69 с.

4. Matthaei G.L. Synthesis of Tchebyscheff Impedance Matching Networks, Filters and Interstages // IRE Trans. Circuit Theory. - 1956. - V. CT - 3. -No. 3. - P. 162-172.

5. Levy R. Explicit Formulas for Chebyshev Impedance Matching Networks, Filters and Interstages // Proc. IEEE. - 1964. - V. 111. - No. 6. - P. 1099 - -1106.

6. Алексеев O.B., Животовский А.И., Чавка Г.Г. Широкополосное согласование простых типов нагрузок // Вопросы радиоэлектроники. Техника радиосвязи. 1968. - Вып. 2. - С. 3 - 11.

7. Маттей Г.Л., Янг Л., Джонс Е.М.Т. Фильтры СВЧ, согласующие цепи и цепи связи: Пер. с англ. / Под ред. JI.B. Алексеева и Ф.В. Кушнира. -М.: Связь, 1971.-Т. 1.-439 с.

8. Бабков В.Ю., Белецкий А.Ф. О критерии близости в задачах синтеза согласующих цепей // Радиотехника и электроника. 1971. - Т. 16. - № 8 -С. 1511-1513.

9. Plotkin S., Nahi N. On Limitations of Broad Band Impedance Matching Without Transformers // IRE Trans. Circuit Theory. - 1962. - V. CT - 9. -No. 2.-P. 125-132.

10. Шварц Н.З. К теории широкополосных согласующих цепей ВЧ и СВЧ без трансформаторов // Радиотехника и электроника. 1971. - № 11. - С. 2110-2119.

11. Шварц Н.З. Линейные транзисторные усилители СВЧ. М.: Сов. радио, 1980.-368 с.

12. Могилевская Л.Я., Хотунцев Ю.Л. Вопросы синтеза согласующе -трансформирующих цепей // Радиотехника. 1975. - Т. 30. - № 1. - С. 29 -35.

13. Хотунцев Ю.Л. Полупроводниковые СВЧ устройства: (Анализ и синтез). -М: Связь, 1978. 256 с.

14. Яковенко В.А. Одно и двухконтурные цепи согласования комплексных нагрузок // Широкополосные устройства СВЧ: Межвуз. сб. науч. трудов. - Новосибирск, 1981. - С. 58 - 69.

15. Яковенко В.А. Максимально плоское согласование простых типов нагрузок с помощью двухконтурных согласующих цепей // Широкополосные устройства СВЧ: Межвуз. сб. науч. трудов. -Новосибирск, 1982. С. 52 - 55.

16. Яковенко В.А. Двухконтурные цепи согласования простых типов нагрузок // Радиотехника. 1981. - Т. 36. - № 7. - С. 51 - 53.

17. Чавка Г.Г. Широкополосное согласование радиопередатчика с антенной // Электросвязь. 1974. - № 12. - С. 46 - 53.

18. Проектирование радиопередающих устройств с применением ЭВМ // О.В. Алексеев, А.А. Головков, А.Я. Дмитриев и др.; Под ред. О.В. Алексеева. М.: Радио и связь, 1987. - 392 с.

19. Youla D.C. A New Theory of Broad Band Matching // IEEE Trans. Circuit Theory. -1964. - V. СТ - 11. - № 1. - P. 30 - 50.

20. Вай Кайчэнь Теория и проектирование широкополосных согласующих цепей: Пер. с англ. / Под ред. Ю.Л. Хотунцева. М.: Связь, 1979. - 288 с.

21. Юров Ю.А., Нелеп В.А. Допустимые изменения параметров согласующего четырехполюсника // Известия вузов СССР. Радиоэлектроника. 1972. - Т. 15. - № 2. - С. 258 - 265.

22. Юров Ю.А., Нелеп В.А. Применение логарифмических характеристик к расчету широкополосного согласования генератора с нагрузкой // Изв. вузов СССР. Радиоэлектроника. 1972. - Т. 15. - № 7. - С. 826 - 833.

23. Раев М.Д., Шварц Н.З. Согласование комплексных сопротивлений в СВЧ микроэлектронике // Изв. вузов СССР. Радиоэлектроника. 1972. -Т. 25.-№6.-С. 728-738.

24. Трухачев В.В. Достаточные условия реализуемости реактивных четырехполюсников при простейших комплексных нагрузочных сопротивлениях // Радиоэлектроника и электросвязь. Рига, 1973. - Вып. 1.-С. 21 -28.

25. Могилевская Л.Я., Хотунцев Ю.Л. Синтез широкополосных межкаскадных цепей // Радиотехника. 1975. - Т. 30. - № 2. - С. 29 - 35.

26. Широкополосные радиопередающие устройства (Радиочастотные тракты на полупроводниковых приборах) / О.В. Алексеев, А.А. Головков, В.В. Полевой, А.А. Соловьев; Под ред. О.В. Алексеева. -М.: Связь, 1978.-304 с.

27. Маттей Г.Л. Таблицы для расчета трансформаторов сопротивлений в виде фильтра нижних частот Чебышева // ТИИЭР. 1964. - Т. 52. - № 8. -С. 1003-1028.

28. Шварц Н.З. К нахождению предельных значений реактивных составляющих комплексных сопротивлений при их взаимном широкополосном согласовании // Радиотехника и электроника. 1982. -№12. -С. 2399-2407.

29. Шварц Н.З. Усилители СВЧ на полевых транзисторах. М.: Радио и связь, 1987.-200 с.

30. Fielder D.C. Broad Band Matching Between Load and Source Systems // IRE Trans. - 1961. - V. CT - 11. - No. 2. - P. 138.

31. Девятков Г.Н. Метод синтеза согласующего четырехполюсника при произвольных иммитансах генератора и нагрузки и произвольном типе элементов структуры // Изв. вузов СССР. Радиоэлектроника. 1980. - Т. 23.-№ 5.-С. 21-25.

32. Carlin H.J., Yarman B.S. The Double Matching Problem: Analytic and Real Frequency Solutions // IEEE Trans, on Circuits and Systems. 1983. - V. CAS - 30. - No. l.-P. 15-28.

33. Бабков В.Ю., Белецкий А.Ф. Задачи широкополосного согласования произвольных комплексных сопротивлений // Изв. вузов СССР. Радиоэлектроника. 1973. - Т. 26. - № 11. - С. 43 - 49.

34. Carlin HJ. A New Approach to Gain Bandwidth Problem // IEEE Trans, on Circuits and System. - 1977. - V. CAS - 24. - No. 4. - P. 170 - 175.

35. Гиллемин E.A. Синтез пассивных цепей. M.: Связь, 1970. - 720 с.

36. Carlin H.J., Komiak J.J. A New Method of Broad Band Equalization Applied to Microwave Amplifiers // IEEE Trans, on Microwave Theory and Techniques. - 1979. - V. MTT - 27. - No. 2. - P. 93 - 99.

37. Carlin H.J., Amstutz P. On Optimum Broad Band Matching // IEEE Trans, on Circuits and Systems. - 1981. - V. CAS - 28. - No. 5. - P. 401 - 405.

38. Богачев B.M. Обобщенная предельная задача Фано Юлы // Радиотехника. -1985. - № 6. - С. 47 - 51.

39. Yarman B.S. A Simplified Real Frequency Technique for Broad Band Matching a Complex Generator to a Complex Load // RCA Review. - 1982. -V. 43.-P. 529-541.

40. Петров Б.Ес, Романов И.А. Синтез широкополосных согласующих цепей транзисторных усилителей СВЧ с помощью ЭВМ // Радиотехника. 1989. -№ 1.-С. 77-80.

41. Yarman B.S., Fettweis A. Computer Aided Double Matching via Parametric Representation of Brune Functions // IEEE Trans, on Circuits and System. - 1990. - V. 37. - No. 2. - P. 212 - 222.

42. Чавка Г.Г. О предельном широкополосном согласовании радиопередатчика со штыревой антенной // Известия ЛЭТИ. -Ленинград, 1967. Вып. 66. - Ч. 2. - С. 110 - 114.

43. Чавка Г.Г., Хибенков П.И., Малевич А.П. Решение предельной задачи Фано Юлы для нагрузок лестничного типа произвольного порядка // Радиотехника и электроника. - 1983. - Т. 28. - № 2. - С. 250 - 257.

44. Богачев В.М. Предельное широкополосное согласование произвольных импедансов // Радиотехника и электроника. 1984. - № 9. - С. 1772 -1783.

45. Численные методы (анализ, алгебра, обыкновенные дифференциальные уравнения) / Н.С. Бахвалов. М.: Наука, 1973. - 632 с.

46. Фельдштейн А.Л., Явич Л.Р. Вопросы широкополосного согласования некоторых типов комплексных сопротивлений на СВЧ // Радиотехника и электроника. 1959. - Вып. 12. - Т. 4. - С. 2031 - 2039.

47. Маттей Г.Л., Янг Л., Джонс Е.М.Т Фильтры СВЧ, согласующие цепи и цепи связи: Пер. с англ. / Под ред. Л.В. Алексеева и Ф.В. Кушнира. М.: Связь, 1972.-Т. 2.-495 с.

48. Liechti С.А., Tillman R.L. Design and Perfomance of Microwave Amplifiers with GaAs Schottky Gate Field - Effect Transistors // IEEE Trans, on microwave Theory and Techniques. - 1974. - V. MTT - 22. - No 5. -P. 510-517.

49. Carlin H.J. Methodes Modernes de Synthese des Reseaux de Lignes de Transmissions // L'Onde Electrique. 1967. - V. 47. - No. 1. - P. 8 - 68.

50. Richards P.I. Resistor Transmission - Line Circuits // Proc. IRE. - 1948. -V. 36.-P. 217-220.

51. Каганов В.И. СВЧ полупроводниковые радиопередатчики. М.: Радио и связь, 1981.-400 с.

52. Фролов В.Н., Агронов В.М. Построение межкаскадных СВЧ цепей с оптимальной частотной характеристикой // Исследования в области радиотехники и радиотехнических устройств: Сб. науч. трудов НЭТИ. -Новосибирск, 1970. Вып. 2. - Кн. 1. - С. 78 - 89.

53. Бычковский В.А. Синтез цепей СВЧ с сосредоточенно -распределенными параметрами // Радиотехника. 1991. - №2. - С. 48 -50.

54. Trick T.N., Vlach Y. Computer Aided Design of Broad - Band Amplifiers with Complex Loads // IEEE Trans, on Microwave Theory and Techniques. -1970. - V. MTT - 18. - No. 9. - P. 541 - 547.

55. Либ Ю.Н. Синтез и оптимизация широкополосных распределенных трансформирующе согласующих цепей с помощью ЭВМ // Современные методы разработки радиоэлектронной аппаратуры: Труды радиотехнического института АН СССР. - 1975. - № 21. - С. 23 - 36.

56. Козлов В.И., Юфит Г.А. Проектирование СВЧ устройств с помощью ЭВМ. -М.: Сов. радио, 1975.-176 с.

57. Гупта К., Гардж Р., Чадха Р. Машинное проектирование СВЧ устройств: Пер. с англ. М.: Радио и связь, 1987. - 432 с.

58. Райхель Б.С., Фельдман Б.Х., Табачников И.Я. Машинный метод проектирования СВЧ устройств, выполненных на основе гибридно-плёночной технологии // Вопросы радиоэлектроники. Сер. Общетехническая. 1974. - Вып. 7. - С. 75 - 88.

59. Бутерин А.В., Петрова О.А. Расчет согласующих цепей широкополосных транзисторных СВЧ усилителей мощности // Электронная техника. Сер. Электроника СВЧ. - 1980. - Вып. 9. - С. 39 -42.

60. Каганов В.И. Проектирование транзисторных радиопередатчиков с применением ЭВМ. М.: Радио и связь, 1988. - 256 с.

61. Lober G., Luder J. Optimierung von Netzwerken mit vorgegebenem Betriebsdampfungsverlauf // Nachrichtentechnische Zeitschrift. 1970. - S. 174-178.

62. Cristal E.G. Tables of Maximally Flat Impedance Transforming Networks of Low pass Form // IEEE Trans. - 1965. - V. MTT - 13. - No. 9. - P. 693 -695.

63. Фельдштейн A.JI., Явич Л.P. Инженерный расчет чебышевских ступенчатых переходов // Радиотехника. 1960. - Т. 15. - № 1.

64. Явич Л.Р. Синтез ступенчатых переходов с максимально плоской характеристикой // Радиотехника и электроника. 1962. - Т. 7. - № 1.

65. Фельдштейн АЛ., Явич Л.Р. Синтез четырехполюсников и восьмиполюсников на СВЧ. М.: Связь, 1971. - 388 с.

66. Мещанов В.П., Чумаевская Г.Г., Цой И.А. Ступенчатые трансформаторы класса II с максимально плоскими амплитудно-частотными характеристиками // Радиотехника и электроника. 1989. -Т. 34.-№ 1.- С. 195-198.

67. Мещанов В.П., Разукова И.А., Тупикин В.Д. Новая структура малогабаритных ступенчатых трансформаторов активных волновыхсопротивлений // Радиотехника и электроника. 1991. - Т. 36. - № 8. -С. 1492-1496.

68. Разукова И.А. Исследование новых классов трансформаторов волновых сопротивлений на основе линий передачи с Т волнами. Автореф. дисс. . канд. техн. наук. - М., МЭИ, 1997. - 20 с.

69. Беллон О.О., Котляр М.Я. и др. Параметрический синтез широкополосных трансформаторов полных импедансов сосредоточенно распределенной структуры // Изв. вузов СССР. Радиоэлектроника. -1977.-Т. 20.-№3.-С. 65.

70. Бахтин Н.А., Шварц Н.З. Выравнивающие цепи с потерями для транзисторных усилителей СВЧ // Радиотехника и электроника. 1970. -№ 5. - С. 1102-1104.

71. Бахтин Н.А., Шварц Н.З. Транзисторные усилители СВЧ с диссипативными выравнивающими цепями // Радиотехника и электроника. 1971. - № 8. - С. 1401 - 1410.

72. Плавский Л.Г., Девятков Г.Н., Алексеев О.В., Говорухин В.И. Применение четырехполюсников с потерями для выравнивания АЧХ широкополосных устройств // Исследования по радиотехнике: Сб. науч. трудов НЭТИ. Новосибирск, 1971. - Вып. 4. - С. 103 - 118.

73. Девятков Г.Н., Плавский Л.Г., Фролов В. И., Лавров С.В. О некоторых особенностях проектирования широкополосных СВЧ усилителей на мощных транзисторах // Вопросы радиоэлектроники. Сер. Общетехническая. 1973. - Вып. 1. - С. 52 - 59.

74. Ортюзи Ж. Теория электронных цепей: Пер. с франц. / Под редакцией JI.P. Явича. М.: Мир, 1970. - Т. 1. - 408 с.

75. Ортюзи Ж. Теория электронных цепей: Пер. с франц. / Под редакцией Л.Р. Явича. М.: Мир, 1971. - Т. 2. - 548 с.

76. Собенин Я.А., Кобызева Н.М. Расчет амплитудных выравнивателей. -М.: Связь, 1970.

77. Ланнэ А.А. Оптимальный синтез линейных цепей. М.: Связь, 1969. -292 с.

78. Ланнэ А.А. Оптимальный синтез электронных схем. М.: Связь, 1978. -336 с.

79. Кривошейкин А.В. Метод оптимизации характеристик в задачах синтеза амплитудных выравнивателей и двухполюсных цепей // Известия вузов СССР. Радиоэлектроника. 1972. - Т. 15. - № 2. - С. 199 -204.

80. Говорухин В.И., Громыко А. В., Ивлев Б.И. Широкополосные корректирующие цепи СВЧ диапазона // Элементы и устройства широкополосных систем СВЧ: Межвуз. сб. науч. трудов. Новосибирск, 1982.-С. 88-95.

81. Асеев Ю.Н., Девятков Г.Н., Косой А.Я., Плавский Л.Г., Смольянов

82. П.И. Уменьшение неравномерности АЧХ широкополосного транзисторного усилителя мощности // Исследования по радиотехнике: Сб. науч. трудов НЭТИ. Новосибирск, 1973. - Вып. 6. - С. 24 - 30.

83. Плавский Л.Г., Девятков Г.Н. , Косой А.Я., Асеев Ю.Н. О неравномерности АЧХ транзисторного усилителя с коррекцией // В кн.:

84. Полупроводниковые приборы и их применение в технике электросвязи / Под ред. И.Ф. Николаевского. М.: Связь, 1975. - Вып. 15. - С. 27 - 33.

85. Касаткин JI.B. Об обратимости согласования линий передачи, сочлененных при помощи согласующего четырехполюсника с потерями // Известия вузов МВО. Радиотехника. 1958. - № 5. - С. 589 - 593.

86. Гусева М.Н. Синтез согласованных фильтров с учетом диссипативных потерь // Известия вузов СССР. Радиоэлектроника. 1978. - Т. 21. - № 8. -С. 70-74.

87. Жаворонков В.И., Изчагин А.Н., Шварц Н.З. Транзисторный усилитель СВЧ с полосой пропускания 1+1000 МГц // Приборы и техника эксперимента. 1972. -№ 3. - С. 134- 135.

88. Громыко А.В., Пушин С.Н. Широкополосные корректирующие цепи СВЧ диапазона с трансформацией проводимостей // Широкополосные устройства и системы СВЧ: Межвуз. сб. науч. трудов. Новосибирск, 1986.-С. 14-20.

89. Каганов В.И. Транзисторные радиопередатчики. М.: Энергия, 1970. -328 с.

90. Luttich F. Transistor-Breitbandverstarker bis 1 GHz mit hoher Ausgangsleistung // Internationale Elektronisch Rundschan. 1970. - № 4. -S. 105-109.

91. Алексеев O.B., Говорухин В.И., Гусев Б.В. Оптимальные широкополосные усилители мощности на транзисторах по схеме с общей базой // Исследования по радиотехнике: Сб. науч. трудов НЭТИ. -Новосибирск, 1971. Вып. 4. - С. 81 - 103.

92. Девятков Г.Н. Автоматизированный синтез широкополосных согласующе симметрирующих устройств // Научный вестник НГТУ. -Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2006. - № 1 (22). - С. 61 - 69.

93. Девятков Г.Н., Плавский Л.Г. Широкополосный транзисторный усилитель мощности метрового диапазона // Приборы и техника эксперимента. -1973. № 4. - С. 161 - 162.

94. Тульбович Т.З., Щитов A.M. Широкополосный транзисторный усилитель мощности // Вопросы радиоэлектроники. Радиоизмерительная техника. 1973. - Вып. 3. - С. 62 - 67.

95. Могилевская Л.Я. Полосковый транзисторный усилитель мощности сантиметрового диапазона // Электронная техника. Сер. 2. Полупроводниковые приборы. 1976. - Вып. 1. - С. 55 - 59.

96. Каганов В.И. Транзисторные радиопередатчики. М.: Энергия, 1976. -448 с.

97. Ю1.Лейченко Ю.Д. Машинное проектирование согласующих цепей широкополосных транзисторных СВЧ усилителей // Широкополосные устройства СВЧ и системы оптимальной обработки сигналов: Межвуз. сб. науч. трудов. Новосибирск, 1976. - С. 7 - 13.

98. Ю2.Гольдман Д.С. Линейные усилители СВЧ диапазона на биполярных и полевых транзисторах // Зарубежная радиоэлектроника. 1977. - № 1. -С. 99-106.

99. ЮЗ.Гуревич М.В. Шварц Н.З. Синтез широкополосных транзисторных усилителей СВЧ с реактивными выравнивающими цепями // Изв. вузов СССР. Радиоэлектроника. 1979. - Т. 13. - № 1. - С. 89 - 94.

100. Радиопередающие устройства / М.В. Балакирев, Ю.С. Вохмяков, А.В. Журиков и др.; Под ред. О.А. Челнокова. М.: Радио и связь, 1982. -256 с.

101. Говорухин В.И., Громыко А.В., Гренцион Р.Е., Ивлев Б.И., Миронов

102. А.Б. Проектирование широкополосных транзисторных усилителей мощности дециметрового диапазона // Широкополосные усилители и генераторные устройства ВЧ и СВЧ: Межвуз. сб. науч. трудов. -Новосибирск, 1985. С. 38 - 45.

103. Mellor D.Y. Improved Computer Aided Synthesis Tools for the Design of Matching Networks for Wide - Band Microwave Amplifiers // IEEE Trans, on Microwave Theory and Techniques. - 1986. - V. MTT - 34. - No. 12. - P. 1276-1281.

104. Белецкий А.Ф. Теоретические основы электропроводной связи. Ч. 3. -М.: Связьиздат, 1959. 392 с.

105. Современная теория фильтров и ее применение: Пер. с англ. / Под ред. Г. Темеша и С. Митра. М.: Связь, 1971. - 560 с.

106. Ю9.Карни Ш. Теория цепей. Анализ и синтез: Пер. с англ. Э.П. Горюнова, Е.А. Петрова, В.Г. Раутиана / Под ред. С.Е. Лондона. М.: Связь, 1973. -368 с.

107. Головков А.А. Синтез многочастотных амплитудных и фазовых манипуляторов отраженного сигнала на элементах с сосредоточенными параметрами // Изв. вузов. Радиоэлектроника. 1991. - № 11. - С. 22 -28.

108. Головков А.А., Кузьмин А.Ю. Метод анализа и синтеза многочастотных согласующих устройств на основе матриц рассеяния // Вестник ВВШ МВД России. 1998. - № 2. - С. 45 - 47.

109. Херреро Д., Уиллонер Г. Синтез фильтров: Пер. с англ./ Под ред. И.С. Гоноровского. -М.: Сов. радио, 1971. 232 с.

110. Алексеев О.В., Грошев Г.А., Чавка Г.Г. Многоканальные частотно -разделительные устройства и их применение. М.: Радио и связь, 1981. -135 с.

111. Wenzel R.J. Application of Exact Synthesis Methods to Multichannel Filters Design // IEEE Trans. 1965. - V. MTT - 13. - No. 1. - P. 5 - 15.

112. Wenzel R.J. Wideband High Selectivity Diplexers Utilizing Digital Elliptic Filters // IEEE Trans. - 1967. - V. MTT - 15. - No. 12. - P. 669 - 680.

113. Wenzel R.J. The Modern Network Theory Approach to Microwave Filter Design // IEEE Trans. 1968. - V. EMC - 10. - No. 2. - P. 196 - 209.

114. Duncan J.W. 100 : 1 Bandwidth Balun Transformer // Proc. IRE. 1960. -48.-P. 156-164.

115. Устройства сложения и распределения мощностей высокочастотных колебаний / В.В. Заенцев, В.М. Катушкина, С.Е. Лондон, З.И. Модель; Под ред. З.И. Моделя. М.: Сов. радио, 1980. - 296 с.

116. НО C.Y. New Analysis Techniques Builds Better Baluns // Microwaves & RF. 1985. - P. 99-102.

117. Кузнецов В.Д., Парамонов B.K. Широкополосное устройство для симметрирования и согласования // Электросвязь. 1968. - № 11. - С. 28 -34.

118. Дегтярь Г.А. Широкополосное устройство для симметрирования и согласования // Исследования по радиотехнике: Сб. науч. трудов НЭТИ. Новосибирск, 1971. - Вып. 4. - С. 4 - 12.

119. Фильтры и цепи СВЧ: Пер. с англ. J1.B. Алексеева, А.Е. Знаменского, B.C. Полякова.-М.: Связь, 1976.-248 с.

120. Takoda Т., Hirayama М. Hybrid Integrated Frequency Multipliers at 300 and 450 GHz // IEEE Trans. 1978. - V. MTT - 26. - No. 10. - P. 733 - 737.

121. Archer J.W. A Nowel Qwasi Optical Frequency Multiplier Design for Millimeter and Submillimeter Wavelengths // IEEE Trans. - 1984. - V. MTT -32.-No. 4.-P. 421 -427.

122. Manly I.W., Rove H.E. Some General Properties of Nonlinear Elements // Proc. IRE. 1956. - V. 44. - No. 7. - P. 904 - 913.

123. Красноголовый Б.Н., Плавский JI.Г. Варакторные умножители частоты. Минск: БГУ, 1979.

124. Манассевич В. Синтезаторы частот (Теория и проектирование)/Под ред. А.С. Галина. М.: Связь, 1979. - 384 с.

125. Weirather В. Microstrip Multipliers // Electronic Des. 1971. - V. 19. - No. 3.-P. 36-39.

126. Schneider M.V., Snell J.R. A Scaled Hybrid Integrated Multiplier From 10 to 30 GHz // BSTJ. -1971. V. 50. - No. 6.

127. Стернин E.3. Умножители частоты на варакторах // Труды НИИР. -1972.-№ 1.-С. 145-164.

128. Локшин Б. А., Визель А. А. Синтез согласующих цепей широкополосного варакторного удвоителя частоты // Труды НИИР. -1974.- №4. -С. 154-163.

129. Ризкин И.Х. Умножители и делители частоты. М.: Связь, 1976. - 328 с.

130. Могилевская Л.Я, Стернин Е.З., Хотунцев Ю.Л. Определение параметров широкополосных утроителей и учетверителей частоты на варакторах // Труды НИИР. 1977. - № 1. - С. 105 - 111.

131. Аблин А.Н., Могнлевская Л.Я., Хотунцев Ю.Л. Транзисторные и варакторные устройства. Анализ и синтез // Под ред. Ю.Л. Хотунцева. -М.: Радио и связь, 1995. 160 с.

132. Фннкельштейн Л.А., Ляндрес В.З., Чудинов И.И., Пилявский А.П. Анализ многоконтурных умножителей частоты на нелинейной емкости // Вопросы радиоэлектроники. Серия ТРС. 1969. - Вып. 1.

133. Колесник Ю.Г. Балансный делитель частоты с использованием связанных микрополосковых линий передачи // Изв. вузов MB и ССО СССР. Радиоэлектроника. 1985. - Т. 28. - № 10. - С. 93 - 94.

134. Sun С. High Power Frequency Doublers Using Coupled ТЕМ Lines // RCA Review. - 1968. - V. 29. - No. 2.

135. Kotzebue К., Matthaei G. The Design of Broad Band Frequency Doublers Using Chargestorage Diodes // IEEE Trans, on Microwave Theory and Techniques. - 1969.-V.MTT-17.-No. 12.-P. 1077-1086.

136. Redd J., Kotzebye K. Broad Band High - Efficiency Frequency Tripler // Electronic Letters. - 1970. - V. 6. - No. 22. - P. 702 - 703.

137. Локшин Б.А. Широкополосный балансный удвоитель частоты на связанных ТЕМ линиях // В кн.: Полупроводниковая электроника в технике связи / Под ред. И.Ф. Николаевского. М.: Связь, 1977. - Вып. 18.-С. 81-92.

138. Локшин Б.А. Метод расчёта согласующих цепей широкополосного утроителя частоты // Труды НИИР. 1977. - № 3. - С. 89 - 95.

139. Grayzel A.I. The Bandwidth of the Abruptjunction Varactor Frequency Doubler // IEEE Trans. 1966. - V. CT - 13. - No. 1. - P. 52 - 58.

140. Чикунов Л.И. Расчет варакторного умножителя в полосе частот // Труды учебных институтов связи. 1969. - Вып. 44. - С. 50 - 58.

141. Чикунов Л.И. Оптимальный режим работы варакторного умножителя в полосе частот // Материалы НТК ЛЭИС. 1969. - Вып. 4. - С. 159 - 165.

142. Локшин Б.А., Визель А.А., Вороненко В.П. Анализ полосы пропускания варакторных умножителей частоты // В кн.: Полупроводниковые приборы в технике электросвязи / Под ред. И.Ф. Николаевского. М.: Связь, 1974. - С. 33 - 49.

143. Яковенко В.А. Расчет согласующих цепей широкополосных диодных умножителей частоты // Широкополосные устройства и системы СВЧ: Межвуз. сб. науч. трудов. Новосибирск, 1983. - С. 48 - 53.

144. Твердотельные устройства СВЧ в технике связи / Л.Г. Гассанов, А.А. Липатов, В.В. Марков, Н.А. Могильченко. М.: Радио и связь, 1988. -288 с.

145. Стернин Е.З., Хотунцев Ю.Л. Метод расчёта полос пропускания умножителей частоты на варакторах с помощью аппарата вносимых сопротивлений // Труды НИИР. 1975. - № 1. - С. 125 - 133.

146. Девятков Г.Н. Собственные параметры согласующего четырехполюсника // Актуальные проблемы электронного приборостроения (АПЭП 2000): Тр. 5-ой международной науч. техн. конф. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2000. - Т. 4. - С. 205 - 206.

147. Девятков Г.Н. Рабочие и собственные параметры реактивного согласующего четырехполюсника // Доклады СОАН ВШ. -Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2000. № 2. - С. 48 - 52.

148. Ozaki Н., Ishii J. Synthesis of a Class of Strip-Line Filters // IRE Trans. Circuit Theory. 1958. - V. CT - 5. - P. 104 - 109.

149. Levy R. A General Equivalent Circuit Transformation for Distributed Networks // IEEE Trans. Circuit Theory. 1965. - V. CT - 12. - P. 457 -458.

150. Девятков Г.Н. Рабочие и собственные параметры согласующе -корректирующего четырехполюсника общего вида // Доклады СОАН ВШ. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2003. - № 1. - С. 58 - 62.

151. Батищев Д.И. Поисковые методы оптимального проектирования. М.: Сов. радио, 1975.-216 с.

152. Пшеничный Б.Н., Данилин Ю.М. Численные методы в экстремальных задачах. -М.: Наука, 1975. 318 с.

153. Линейное и нелинейное программирование / Под ред. И.Н. Лященко. -Киев: Вища школа, 1975. 369 с.

154. Химмельблау Д. Прикладное нелинейное программирование: Пер. с англ. И.Н. Быховской, Б.Г. Вавилова / Под ред. М.Л. Быховского. М.: Мир, 1975.-534 с.

155. Численные методы условной оптимизации / Редакторы Ф. Гилл и У. Мюррей: Пер. с англ. В.Ю. Лебедева / Под ред. А.А. Петрова. М.: Мир, 1977.-290 с.

156. Пшеничный Б.Н. Метод линеаризации М.: Наука, 1983. - 136 с.

157. Фиакко А., Мак-Кормик Г. Нелинейное программирование (методы последовательной безусловной минимизации): Пер. с англ. Б.И. Алейникова и М.М. Берковича. / Под ред. Е.Г. Гольштейна. М.: Мир, 1972.-238 с.

158. Численные методы решения экстремальных задач / Ф.П. Васильев. -М.: Главная редакция физико-математической литературы, 1980. 520 с.

159. Девятков Г.Н. Синтез широкополосных преобразователей частоты: Монография. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 1997. - 109 с.

160. Алгоритмы решения экстремальных задач // И.В. Романовский. М.: Главная редакция физико-математической литературы изд-ва «Наука», 1977.-352 с.

161. Девятков Г.Н. Автоматизированный синтез согласующих устройств // Актуальные проблемы электронного приборостроения: Тр. 2-ой международной науч. техн. конф. - Т. 4. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 1994.-С. 133- 136.

162. Ремез Е.Я. Общие вычислительные методы чебышевского приближения. -АН УССР, 1957.

163. Девятков Г.Н. Использование реактансных преобразований при синтезе многополосовых согласующих цепей // Широкополосные устройства СВЧ и системы оптимальной обработки сигналов: Межвуз. сб. науч. трудов. Новосибирск, 1978. - Вып. 3. - С. 45 - 49.

164. Лондон С.Е. Широкополосные радиопередающие устройства. Л.: Энергия, 1970. - 152 с.

165. Девятков Г.Н. Метод синтеза разветвленных согласующих цепей при произвольных иммитансах генераторов и нагрузок и произвольном типе элементов структуры // Изв. вузов СССР. Радиоэлектроника. 1984. - Т. 27.-№7.-С. 93-95.

166. Девятков Г.Н Фильтровой метод синтеза широкополосных согласующе симметрирующих цепей // Широкополосные устройства СВЧ исистемы оптимальной обработки сигналов: Межвуз. сб. науч. трудов. -Новосибирск, 1981. С. 53 - 57.

167. А.с. № 1210197 СССР. Умножитель частоты / Г.Н. Девятков. № 3729930; Заяв. 26.04.84.

168. Красноголовый Б.Н. Двухконтурные умножители частоты на нелинейной емкости // В кн.: Полупроводниковые приборы и их применение / Под ред. Я.А. Федотова. М.: Сов. радио, 1964. - Вып. 11.

169. Burckhardt С.В. Analysis of varactor frequency multipliers forarbitrary capacitance variation and drive level // Bell System Tech. J. 1965. - V. 44. -No. 4.-P. 675-692.

170. Джонсон P., Бутройд А. Умножители частоты на нелинейных элементах с накоплением заряда // ТИИЭР. 1968. - Т. 56. - № 2. - С. 36.

171. Девятков Г.Н., Билык В.И. Инвариантность матриц ДНЗ относительно режимов преобразования // Радиотехника. 1983. - № 11. - С. 86 - 88.

172. Schunemann К. Hystereerscheinungen bei Frequenzvervielfatcher mit Speicherdiode // Nachrichtentechnik. 1970. - B. 2. - № 8.

173. Schunemann K. Theory der Frequez vervielfacher mit speicherdiode // Archiv der Elekrischen Ubertragung. 1970. - B. 24. - № 6.

174. Девятков Г.Н., Плавский Л.Г., Фурсов O.H. Модель диода с накоплением заряда и расчет умножителя частоты с использованием ЭЦВМ // Исследования по радиотехнике: Сб. науч. тр. НЭТИ. -Новосибирск, 1973. Вып. 6. - С. 76 - 80.

175. Фурсов О.Н., Плавский Л.Г., Девятков Г.Н. Алгоритм расчета умножителя частоты на диоде с накоплением заряда // Машинныеметоды проектирования СВЧ устройств / Под ред. А.С. Ильинского, В.Ф. Никольского. - М.: МГУ, 1976. - С. 123 - 127.

176. Девятков Г.Н., Фурсов О.А., Плавский Л.Г. Расчет умножителей частоты на диоде с накоплением заряда // В кн.: Полупроводниковая электроника в технике связи / Под ред. И.Ф. Николаевского. М.: Связь, 1980.-Вып. 20.

177. Каплан А.Е., Кравцов Ю.А., Рылов В.А. Параметрические генераторы и делители частоты. М.: Сов. радио, 1966.

178. Билык В.И., Девятков Г.Н. Некратное преобразование частоты на диодах с накоплением заряда // Радиотехника, 1985. №4. - С. 88 - 90.

179. Девятков Г.Н. Стационарность z матриц диодов с приоткрываниемр-п перехода // Информатика и проблемы телекоммуникаций: Тр. международной науч. - техн. конф. - Новосибирск, 1995. - Т. 1. - С. 97 -100.

180. Карандаев И.С. Решение двойственных задач в оптимальном планировании. М.: Статистика, 1976. - 88 с.

181. Девятков Г.Н. Структура собственных параметров идеального реактивного согласующего четырехполюсника // Научный вестник НГТУ. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2005. - № 3 (21). - С. 45 - 52.

182. Пинскер А.Г., Брыжина Э.Ф. Основы оптимального программирования. Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1974. - 188 с.

183. Девятков Г.Н. Синтез согласующих цепей преобразователей частоты на диодах // Информатика и проблемы телекоммуникаций: Тр. междунар. науч. техн. конф. - Новосибирск, 1995. - Т. 1. - С. 102-104.

184. Плавский Л.Г., Девятков Г.Н. Коррекция АЧХ широкополосного варакторного умножителя // Исследования по радиотехнике: Сб. науч. тр. НЭТИ. Новосибирск, 1973. - Вып. 5. - С. 83 - 86.

185. Вычислительные методы, том 1 / В.И. Крылов, В.В. Бобков, П.И. Монастырный. М.: Главная редакция физико-математической литературы изд-ва «Наука», 1976. - 304 с.

186. Трифонов И.И. Синтез реактивных цепей с заданными фазовыми характеристиками. -М: Связь, 1969. 216 с.

187. Таранин С.В., Девятков Г.Н. Метод синтеза широкополосных согласующих устройств для произвольных типов нагрузок // Сборник научных трудов НГТУ. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2005. - № 3 (41). -С. 39-46.

188. Девятков Г.Н. Синтез широкополосных балансных преобразователей частоты // Актуальные проблемы электронного приборостроения (АПЭП-96): Труды международной научно-технической конференции. -Новосибирск: Изд-во НГТУ, 1996. Т. 9. - С. 31 - 32.

189. А.С. № 1415412 СССР. Умножитель частоты / Г.Н. Девятков, В.И. Билык. -№ 3837770; Заяв. 4.01.85.

190. Девятков Г.Н., Плавский Л.Г., Шишмаков А.Н. Широкополосные варакторные умножители // Исследования по радиотехнике: Сб. науч. тр. НЭТИ. Новосибирск, 1973. - Вып. 5. - С. 80 - 83.

191. Бабак Л.И. Синтез согласующих цепей и цепей связи транзисторных широкополосных усилителей по областям иммитанса. // Радиотехника и электроника. 1995. - Т. 40. - Вып. 10. - С. 1550 - 1560.

192. Бабак Л.И., Дьячко А.Н. Проектирование сверхширокополосных усилителей на полевых транзисторах // Радиотехника. 1988. - № 7. - С. 87-90.

193. Титов А.А., Григорьев Д.А. Параметрический синтез межкаскадных корректирующих цепей высокочастотных усилителей мощности // Радиотехника и электроника. 2003. - Т. 48. - № 4. - С. 442 - 448.

194. Титов А.А. Параметрический синтез широкополосных усилительных ступеней с заданным наклоном амплитудно-частотной характеристики // Изв. вузов. Сер. Радиоэлектроника. 2002. - № 10. - С. 26 - 34.

195. Бабак Л.И., Черкашин М.В. Синтез согласующе выравнивающих цепей транзисторных широкополосных СВЧ усилителей // Изв. вузов. Сер. Радиоэлектроника. - 1998. - № 10. - С. 49 - 60.

196. Реза Ф., Сили С. Современный анализ электрических цепей: Пер. с англ. М. - Л.: Энергия, 1964. - 480 с.

197. Маркушевич А.И. Краткий курс теории аналитических функций. М.: Наука, 1978.-416 с.

198. Девятков Г.Н. Рабочие и собственные параметры согласующих четырехполюсников // Научный вестник НГТУ. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2003. - № 2 (15). - С. 165 - 172.

199. Таранин С.В., Девятков Г.Н. Частотное преобразование для цепей из ступенчато-нерегулярных отрезков линии передачи // Сборник научных трудов НГТУ. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2004. - № 2 (36). - С. 23 -28.

200. Девятков Г.Н. Автоматизированный синтез широкополосных согласующих устройств, связывающих произвольные иммитансы источника сигнала и нагрузки // Научный вестник НГТУ. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2004.-№ 1 (16).-С. 155- 165.

201. Девятков Г.Н. Структура собственных параметров идеального согласующе корректирующего четырехполюсника общего вида // Известия МАН ВШ. - 2006. - № 1 (35). - С. 83 - 92.

202. Лиханов Ю.М., Девятков Г.Н., Пинчуков Б.С., Левчановский А.Г., Фурсов О.А. Транзисторный усилитель мощности дециметрового диапазона длин волн: Информ. листок о научн. техн. достижении. - № 450-79 / Новосиб. ЦНТИ. - Новосибирск, 1979. - 4 с.

203. Лиханов Ю.М., Девятков Г.Н. Трехкаскадный транзисторный усилитель мощности ДЦВ: Информ. листок о научн. техн. достижении. -№ 181-81 /Новосиб. ЦНТИ.-Новосибирск, 1981.-4с.

204. Волковысский Ю.И., Гершензон А.И., Мухачёв Н.А., Аркадьева Л.Ф. и др. Система со сквозным циклом проектирования СВЧ устройств / Обмен опытом в радиопромышленности. 1983. - № 11. - С. 10-12.

205. Алексеев О.В., Головков А.А., Приходько В.Ю. Проектирование и расчет устройств СВЧ в системе MICROWAVE HARMONICA / СПбГЭТУ. СПб., 1997. 139 с.

206. Курушин А., Разевиг В. Современное программное обеспечение для проектирования электронных устройств СВЧ // САПР и графика. 1998. -№ 7. - С. 6 - 11.

207. Потапов Ю.В. Офис для проектирования устройств СВЧ // PC Week / RE.-1999.-№4.

208. Автоматизированная система проектирования гибридных и монолитных интегральных схем СВЧ- диапазона на IBM PC / Б.Ф. Безродный, К.В. Кулаков, В.М. Красноперкин и др. // Материалы конференции. -Севастополь, 8-10 октября 1992. С. 137 - 143.