автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.21, диссертация на тему:Математическое моделирование дискретных методов и средств измерения для систем автоматизированного проектирования СВЧ устройств

САВЕЛЬКАЕВ Сергей Викторович

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИСКРЕТНЫХ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЯ ДЛЯ СИСТЕМ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ СВЧ УСТРОЙСТВ

Специальность 05.12.21- радиотехнические системы специального

назначения, включая технику СВЧ и технологию их производства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новосибирск -1997

Работа выполнена в Новосибирском государственном,техническ зерситете и Сибирской государственной геодезической академии

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Петров В.П.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор Гинзбург Э.И.

доктор физико-математических наук, профессор, член корреспондент МА ВШ Мещеряков Н.А.

Ведущая организация: Сибирский научно-исследовательский ш ститут метрологии, г.Новосибирск.

Защита состоится "// " ¿'/я/?У 1997 г. ъ/1~<?с?ч. в заседании диссертационного совета Д 063.34.06 в Новосибирске государственном техническом университете по адресу: 630092, Ново сибирск, пр. Маркса, 20, зал заседаний ученого совета.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Ново сибирского государственного технического университета.

Автореферат разослан "/5"" .-¿/¿?сР 1997 г.

Ученый секретарь совета ,

кандидат технических наук, доцент ^¡ш.Вострецов А.Г,

Актуальность работы. Эффективность производства современных СВЧ устройств в значительной степени зависит от его оснащенности системами автоматизированного проектирования (САПР). САПР осуществляет автоматизированное проектирование СВЧ устройств на основе заданных технических характеристик проектируемого СВЧ устройства, а также физико-химических, топологических и электрических параметров его отдельных компонентов. Автоматизированное проектирование осуществляется посредством математического моделирования отдельных компонентов СВЧ устройства, а также его математического моделирования в целом. Задачей автоматизировнного проектирования является получение замкнутой числовой математической модели проектируемого СВЧ устройства, управляющей автоматизированным рабочим местом конструктора (АРМ), выходным продуктом которого является конструкторская документация (КД) для производства опытного образца проектируемого СВЧ устройства.

Для эффективного автоматизированного проектирования СВЧ устройств должны быть разработаны точные модели большого числа пассивных и активных компонентов. В качестве пассивных компонентов используют отрезки линий передачи различной структуры, структуры с сосредоточенными параметрами, диэлектрические резонаторы и невзаимные устройства. В качестве линий передачи используют коаксиальные линии, волноводы, полосковые, микрополосковые, копланар-ные, щелевые линии, а также комбинации этих линий. В качестве активных компонентов используют полупроводниковые приборы такие, как биполярные транзисторы и полевые транзисторы с затвором Шот-тки, точечные диоды и диоды Шоттки, варакторы и р - í - п диоды,

3

а также диода Ганна и лавинно-пролетные диоды.

Точное математическое моделирование пассивных и активных СВЧ компонентов, как и СВЧ устройств в целом, является весьма сложной и не всегда решаемой задачей. Это обусловлено тем, что на СВЧ трудно с достаточной точностью моделировать потери, поверхностные и краевые эффекты, а также паразитные реактивные параметры, обусловленные геометрическими неоднородностями корпуса. Поэтому модели обычно носят приближенный характер. Недостаточная точность математических моделей удлиняет цикл проектирования, так как требует доводки опытного образца. Эти трудности ограничивают возможность широкого применения САПР на СВЧ.

Одним из путей повышения эффективности САПР на СВЧ является измерение ^-параметров отдельных компонентов проектируемого СВЧ устройства. Измерение Я-параметров имеет следующие преимущества. Первое преимущество заключается в физической реализуемости измерения й-параметров на СВЧ. Так, например, измерение ^-параметров не требует режима холостого хода или короткого замыкания, которые, во-первых, на СВЧ трудно реализуемы, а во-вторых, для активных СВЧ компонент недопустимы. Другое важное преимущество измерения 5-параметров заключается в том, что их определяют на основе падающих и отраженных волн, которые, в виде стоячей волны, на СВЧ легко поддаются измерению, например, амплитудными измерителями. По измеренным Я-параметрам уточняются математические модели компонентов проектируемого СВЧ устройства, что существенно повышает эффективность САПР на СВЧ.

Для измерения Б-параметров применяют адаптивные цифровые анализаторы цепей (ЦАЦ) с оценкой и коррекцией результатов измерения в реальном масштабе времени. При измерении З-параметров такие ЦАЦ одновременно являются действующим перестраиваемым макетом проектируемого СВЧ устройства. Это существенно сокращает этап 4

опытно-конструкторских работ (ОКР), тем самым обеспечивая наиболее быстрое получение и внедрение оптимального опытного образца проектируемого СВЧ устройства в серийную промышленность.

Цель и задачи исследовний. Цель настоящей диссертационной работы заключается в повышении эффективности САПР на СВЧ. Эта цель достигнута посредством введения в состав САПР адаптивных ЦАЦ с оценкой и коррекцией результатов измерения в реальном масштабе времени. При достижении поставленной цели были решены следующие задачи:

- разработка общего теоретического подхода к математическому моделированию многофункциональных ЦАЦ;

- разработка общего теоретического принципа построения адаптивных ЦАЦ с оценкой и коррекцией результатов измерения в реальном масштабе времени;

- разработка методов измерения и калибровки многофункциональных ЦАЦ, обеспечивающих их адаптацию, оценку и коррекцию погрешностей измерения в реальном масштабе'времени;

- разработка общего метода измерения Я-параметров пассивных и активных СВЧ цепей в режиме малого и большого сигналов сигналов, а также метода анализа устойчивости активных СВЧ цепей;

- разработка средств измерения для построения многофункциональных ЦАЦ для САПР;

- разработка методики применения многофункциональных ЦАЦ в составе САПР.

Метода исследования. Решение поставленных задач было осуществлено на основе теории измерений, теории радиотехнических систем и цепей, методов линейной алгебры, вычислительной математики и машинного моделирования, теории вероятностей и математической статистики.

Достоверность основных теоретических положений и выводов

5

подтверждена экспериментальными исследованиями опытных образцо многофункциональных ЦАЦ на предприятии п/я А-7306.

Научная новизна работы заключается в том, что в результате математического моделирования разработаны:

- общий теоретический принцип построения адаптивных ЦАЦ с оценкой и коррекцией результатов измерения в реальном масштабе времени;

- методы измерения и калибровки многофункциональнах ЦАЦ, обеспечивающие их адаптацию, оценку и коррекцию погрешностей измерения в реальном масштабе времени;

- высокоэффективный метод измерения Я-параметров пассивных и активных СВЧ цепей в режиме малого и большого сигналов, а также метод анализа устойчивости активных СВЧ цепей;

- высокоэффективные средства измерения, обеспечивающие построение многофункциональных ЦАЦ для САПР;

- методика применения многофункциональных ЦАЦ в составе

САПР.

Практическая значимость диссертационной работы заключается в повышении эффективности САПР, посредством введения в их состав адаптивных ЦАЦ с оценкой и коррекцией результатов измерения в реальном масштабе времени.

Реализация в промышленности и внедрение. Основные результаты диссертационной работы были внедрены на предприятии п/я А-7306 в виде:

- образцового ЦАЦ первого и второго рода для измерения 5'-параметров активных и пассивных СВЧ цепей в режиме малого сигнала;

- образцового адаптивного ЦАЦ третьего рода с оценкой и коррекцией погрешностей измерения 5-параметров пассивных и активных СВЧ цепей в режиме малого и большого сигналов в реальном масштабе б

времени.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на трех Всесоюзных, трех Региональных, Краевой и трех Областных научно-технических конференциях и семинарах.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 35 печатных работ, из них 10 тезисов докладов, 3 информационных листка, 8 статей, 10 авторских свидетельств и 4 отчета по НИР.

Структура и объем. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Основная часть диссертации содержит 137 страниц, из них 24 страницы рисунков, графиков и таблиц, 9 страниц списка литературы, включающего 73 наименования.

Основные положения, представляемые к защите:

- общий теоретический принцип построения адаптивных ЦАЦ с оценкой и коррекцией погрешностей измерения в реальном масштабе времени;

- методы измерения и калибровки ЦАЦ, обеспечивающие оценку и коррекцию результатов измерения в реальном масштабе времени;

- метод измерения 5-параметров пассивных и активных СВЧ цепей в режиме малого и большого сигналов, а также метод анализа их устойчивости;

- техническая реализация многофункциональных ЦАЦ и общие принципы их применения в составе САПР.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность теш, проведен анализ современного состояния вопроса, сформулированы цель и задачи исследований, определена научная новизна и практическая ценность полученных результатов, выделены положения, выносимые на защиту.

В первой главе рассмотрен формально-логический подход к измерению и математическому моделированию измерительных систем. Цель формально-логического подхода заключается в формулировке основных задач математического моделирования измерительных cиcтe^ и выборе методов их решения.

Вторая глава посвящена математическому моделированию многофункциональных цифровых анализаторов цепей (ЦАЦ) [1-11]. Цель математического моделирования направлена на разработку общего теоретического принципа построения адаптивных ЦАЦ с оценкой I коррекцией результатов измерения в реальном масштабе времени.

В качестве обобщенной математической модели ЦАЦ использованс следующее дробно-линейное выражение [10,113:

ям 1 + с„ г

Oq п

где Ьщ - комплексная амплитуда сигнала на к = 1, 2,..,р выходном полюсе перестраиваемого нагруженного 2п-полюсника в его состоянии д = 1, 2,.. ,со; р = 71-1-1, I и п - количество выходных I входных полюсов и общее количество полюсов 2п-полюсника; А^. Вт&э и ~ эквивален,гны8 комплексные параметры перестраиваемое нагруженного 2п-полюсника; сц = (а^, а^,..,^} и т) = 1, 2,..,со - 1-мерный вектор комплексных амплитуд источника сигнало! и порядковый номер его состояния; Гп - комплексный коэффициент 8

отражения (ККО) исследуемой СВЧ цепи в плоскости п - п' п-то измерительного полюса.

С учетом (1) шкала физического преобразования записана в

виде:

F = F(t> w w v v- (2)

Для шкалы физического преобразования первого рода индекс к = 1,2,..,р определяет к-ю комплексную амплитуду сигнала Ь^ при переходе от одного выходного полюса 2п-полюсника к другому при q, т) = const. ЦАЦ с такой шкалой были отнесены к первому роду.

Для шкалы физического преобразования второго рода индекс q = 1,2,..,со определяет q-ю комплексную амплитуду сигнала на

ft-м выходном полюсе перестраиваемого 2п-полюсника в его q-м состоянии при к, т] = const. ЦАЦ с такой шкалой были отнесены к второму роду.

Для шкалы физического преобразования третьего рода индекс т) = 1,2,..,а» определяет комплексную амплитуду сигнала Ъ^ на к-м выходном полюсе 2п-полюсника в q-м состоянии вектора комплексных амплитуд сц при к, q = const. ЦАЦ с такой шкалой были отнесены к третьему роду.

Так как для шкалы физического преобразования к, q = const, выражение (1) переписано в виде:

г А + В Г

m ш

ъ % -а (3)

1 Ш=1 1 + QJt

где т) = lq, Ю - вектор состояний, характеризующий состояния амплитуд и фаз (р^ вектора ац. Выбор состояний вектора г) позволяет управлять чувствительностью измерения при Ат, Вт, и CQ = const. Такая возможность использована для построения адаптивных ЦАЦ с оценкой и коррекцией результатов измерения в реальном масш-

табе времени.

При п = 4, т = I = 2, р = л—X—1 = 1 и условии квадратичного детектирования = |b^|2 из (3) получено уравнение:

Рй = + |р|2 + 2|р|соз(фр + Aqjjj)], (4)

где Е - амплитудный коэффициент, подлежащий исключению; Афй = & л

- Фг = Е 8{ - й-й дискретный сдвиг фазы ф^ опорного сигнала относительно фазы ф( зондирующего сигнала; - управляемая фаза

опорного сигнала, выбираемая при измерении ККО Г из условия Pß = min |bfe|2 для k = 1; 62 = 6Д = е - фазовая метрит, определяющая дискретное приращение фазового сдвига Дф^ для k = 2, 3; р

- эквивалентный ККО измеряемого ККО Г:

А + В Г

р =-* (5)

1 + С Г

где А, В и С - приведенные комплексные параметры нагруженного 2гг-полюсника; fl - начальное комплексное отношение опорного и зондирующего сигналов:

\ = a°qo/ai = *qexPUV> W

где аед - сгтмщдтя метрит д поддиапазона:

= |а^/а(| = юЛ/2°; (7)

Ъ - ослабление амплитуды опорного сигнала на q-u поддиапазоне; б0 = ф°0 - ф; - начальный фазовый сдвиг между опорным и зондирующим сигналами, подлежащий исключению.

Исключение начального фазового сдвига ео из (5) осуществле-

но посредством взятия отношения этих выражений, при Г = Г и Г = Wo = ~ С. + CJ?

л» 7 С. fv

1 +

ч

(8)

где р = р/р00 и р00 - эквивалентный ККО измеряемого ККО Г и эквивалентный ККО измеряемого ККО (У0 = - 1 короткозамкнутого эталона

ru

на q = О поддиапазоне; - нормированная амплитудная метрика:

(Ь - LJ/20 xq = ж/а>0 = 10 4 0 ; (9)

xQ - амплитудная метрика q = 0 поддиапазона:

ае0 = |а?0/а;| = 10 "V20; (10)

Lq - ослабление амплитуды |а°0| опорного сигнала на g = 0 поддиапазоне; 0, = Ж(1 - С)/(А - В)), С2 = ВС(1 - С)/(А - В)) и с3 = С - нормированные параметры 2а-полюсника. Новые переменные

х = ЕЙ + |р|г], у = 2JS|p|cos фр, 2 = 2E|p|s¿n <р (11)

сводят (4) к виду:

Рк = Qífty + к = 1, 2, 3, (12)

где Qffe = соз Дфй, = - sin A(pk.

Согласно (11) |р| и <р связаны с переменными х, у к z выра-

Г

жениями:

р = / (37/j/)2 + (z/xf , |р| = 1/а + /1/р2 - 1 (13) фр = arctg(z/у). 1t

Совместное решение системы уравнений (12) с (13) позволяет определить эквивалентный ККО р, по которому из (8) можно определить измеряемый ККО Г: пае - С

* ч 1

Г* =-—. (14)

с2 - оЯ

Нормированную амплитудную метрику эед можно исключить из (14) подстановкой: 1 + с

ае = ч

з ч

%-

+ СЛ

(15)

где р0д = р0ч/р00 и р0ч - нормированный эквивалентный ККО и эквивалентный ККО измеряемого ККО Щ эталона на д-м поддиапазоне.

Обобщенная погрешность измерения ККО Г определена дифференцированием (14): * 4 * „ з дг дт зг ег

АГ = 2 —АО. + —Др00 +-Ар0 + —Ар, (16)

(=, дО^ « др00 00 др0д др

где дГ*/дСк, дГ*/др00, дГ*/др0(] и вГ*/др - частные производные; АС{ - погрешность определения нормированных комплексных констант нагруженного 2п-полюсника при калибровке ЦАЦ; Ар00 - погрешность измерения эквивалентного ККО р00 короткозамкнутого эталона с ККО Л0 = - 1 на д = О поддиапазоне; кр0с1 - погрешность измерения эквивалентного ККО р0 эталона с ККО й^ на д-м поддиапазоне; Ар -погрешность измерения эквивалентного ККО р измеряемого ККО Г.

Оценка и исключение этих составляющих осуществлены адаптивным методом калибровки, а также статистической обработкой результатов калибровки и измерения [10, 11].

Основным преимуществом математической модели третьего рода является то, что она обеспечивает адаптацию ЦАЦ к измерению ККО Г с модулем 0 < |Г 1 посредством выбора поддиапазона измерения

д. Кроме того, она обеспечивает оценку и коррекцию погрешностей 12

измерения в реальном масштабе времени. Такие свойства открывают широкие перспективы по применению ЦАЦ третьего рода в составе САПР.

В третьей главе рассмотрен двухсигнальный метод измерения 5-параметров пассивных и активных СВЧ цепей в режиме малого и большого сигналов [12], а также метод анализа устойчивости активных СВЧ цепей [13]. Эти методы реализованы адаптивным ЦАЦ с оценкой и коррекцией результатов измерения в реальном масштабе времени, структурная схема которого приведена на рис. 1. ЦАЦ содержит блок зондирующих и опорных сигналов 1, блок обработки и программного управления 2, измерительный преобразователь 3, детекторы 4, направленные мосты 9 и согласующие трансформаторы 10.

Рис. 1

Метод измерения 5-параметров основан на измерении ККО Г( и комплексного коэффициента передачи (ККП) Н.. исследуемой СВЧ цепи, а также измерении собственного ККО й{{ измерительных каналов

1Я

ЦАЦ в плоскостях i - t\ где i J=1,2 при itj.

Для определения Г{ и уравнение (4) записано в виде:

РЛ = И1 + |р{|2 + 2|р4|со3(ф{р + Аф(]г)], (17)

о k

где Е - амплитудный коэффициент; Аф{й = ф^ - ф{ = 2 8т - к-й

г» т=<

дискретный сдвиг фазы ф^ опорного сигнала относительно фазы ф{

зондирущего сигнала; 8{J - управляемая фаза ф^ опорного сигнала, выбираемая при измерении. ККО Г{ из условия Р(й = min |Ь(Й|2 при к = 1; 0{2 =■ 9{3 = 8 - фазовая метрика, определяющая дискретное приращение фазового сдвига Аф(^ при к = 2, 3; ф(р - фаза комплексной величины: л + S Г

р( =-при {=1,2,

1 + °trt (18) pt = 4 при i,J=1,2 и Ш, измеряемой в плоскости I - V; А{, В( и Q{ - приведенные комплексные параметр! i-ro моста 9; •0{q - начальное комплексное отношение опорного и зондирущего сигналов:

% = a°iQo/ai = V^V' <19>

aetq - амплитудная метрика q-го поддиапазона:

xlq = |ajq/a{| = 10~V20; (20)

L. - ослабление амплитуда |a?J опорного сигнала на g-м поддиа-

•Ч

пазоне; 80 = <р°10 - ф( - начальный фазовый сдвиг между опорным и зондирущим сигналами, подлежащий исключению; = - ком-

плексное отношение опорного сигнала a0{q и прошедшего, через иссле-

дуемую СВЧ цепь к плоскости 1-го детектора 4 зондирующего сигнала а у обозначенного как Ьу

Исключение начального фазового сдвига 80 из (18) осуществлено посредством взятия отношения этих выражений при Г{ = Г{ и

= „ 041+0|2Гс„

Р,--V (21)

1

Л»

где р{ = - нормированный эквивалентный ККО измеряемого

ККО - эквивалентный ККО, измеряемый при подключении к

плоскости входа. I - V короткозамкнутого эталона с ККО Ж, = - 1;.

Л1 г

эе(д - нормированная амплитудная метрика д-1 поддиапазона:

= ^ ; (22)

- амплитудная метрика (1-го поддиапазона:

= |а^/а4| = юЛц720; (23)

- ослабление амплитуда . опорного сигнала на ц-м поддиапазоне; С{/, С{2 и С{3 - нормированные комплексные параметры 1-го моста 9.

Согласно (18) и (21) ККО Г{, ККП Нц и ККО можно определить как:

V

р.ае. - С,

С(2 " С«РАЧ = Р?/Рс = - Ь/аУ (24)

IV (V

р..ае. - С,

{д

°(2 " 15

где р° = = а{</°,/ и Р{( = Р{{/Р(оц ~ К0МШ16КСН0е отнош опорного а^ и зондирующего а^ сигналов и нормированный экн лентный ККО эквивалентного ККО р{{, измеренные при непосредст: ном соединении плоскостей входов 1 - Г и 2 - 2'.

Для определения ^-параметров исследуемой СВЧ цепи исгол] вано уравнение:

Г( = Би + ЗД'

где и(?2- относительные комплексные возбуждения:

= а2/а1 = + Ьёгг^

02 = ауа'2 = Б12а11/(1+$„<!„);

а'?,а2 и а^а^ - комплексные амплитуды возбуадения плоскостей ] дов 1-Г и 2-2' при воздействии зондирующих сигналов а; и а2, ответственно.

Из (25) и (26) Б-параметры исследуемой цепи определены кг

Яц - '

1 + СА ^

Для определения б. (26) через ККП N.. исследуемой СВЧ I

I iJ

она представлена относительно ее входов 1-1' и 2-2' в виде вз ного и выходного контуров возбуадения й{(Г(, которые связаны у ду собой ККП С учетом этого комплексные амплитуды возбуг

ния а'{ и а^ определены как:

а; = а1-, а'2 = а,-

п21агг

1-гд, (1- 1у2п)(1 - т2а22)

аг = °2-■ = -^

1 - ТА. Н -Гл( И1 -Гг? 1

Согласно (26) отношение комплексных амплитуд (28) дает: .

И

Л

И

1

Таким образом, измерив ККО ККП и ККО й1г (24), из

а

(27) и (29) можно определить 5-параметры исследуемой СВЧ цепи, {роме того, по ККО Г{ и (2{1 можно определить ее импедансы 2{с, а также нагрузочные импедансы по формулам:

1 + Г,

1 + а

I, = I,-

{с {

1 - г,

2(п = V

а

(30)

1 - й

а

?де 2{ - волновое сопротивление согласованного эталона, используемого при калибровке ЦАЦ.

Измерение ¿»-параметров осуществлялось в режимах усиления и эвтогенерации исследуемой СВЧ цепи. Требуемый рабочий режим выбирался посредством перестраиваемых согласующих трансформаторов Ю. Измерение р( (17) осуществлялось в их выбранном фиксированном юложении, что обеспечивало постоянство режима усиления или автогенерации исследуемой СВЧ цепи при измерении. Этому также способствовал выбор теста зондирующих а{ и опорных а® сигналов, который приведен в табл. 1. Согласно табл. 1 режим усиления иссле-

Таблица 1

Сигнал Режим усиления Режим автогенерации

Г, г2 »12 »21 Г, Г2 »12 »21

Непрерывный ага° а1 аА

Модулированный а2,а2 а2'а°1 а,,а? а2,а° аА

дуемой СВЧ цепи задается входным непрерывным зондирующим сиг При этом измерение ККО Г2 и КПП N 2 осуществлялось мег выделения модулированных зондирующих и опорных сигналов а2, а2, что обеспечило их селекцию от непрерывного зондиру! сигнала задающего режим усиления исследуемой СВЧ цепи. I рение ККО Г{ и КПП в режиме автогенерации также осущес: лось методом выделения модулированных зондирующих и опорных налов а{ и а®, что обеспечило их селекцию от собственного в£ ного сигнала Ь2 исследуемой СВЧ цепи. Амплитуда зондирующего нала а2 в режиме усиления и амплитуды зондирующих сигналов а2 в режиме автогенерации были выбраны из условия их минимал] влияния на эти режимы.

Адаптация анализатора к измерению р1 (17) осуществл5

(V

посредством выбора амплитудной метрики ае{д (22).

Для исследуемой СВЧ цепи с отрицательным выходным сопрс лением (|Г2|>1 и |322|>1) дополнительно измерялась амплитуде раженного амплитудно-модулированного сигнала \Ъ"2\ на выходе следуемой СВЧ цепи, а также амплитуда |Ь20ц| этого же отраже* сигнала при замене исследуемой СВЧ цепи короткозамыкателв!

IV

случае, когда |Ь2|>|Ь20ц|, ККО Г2 определялось из выражения:

Г2 = (1/|Г2|)е"^2. где |Г2| и ф2 - модуль и фаза ККО Г2, определенного из (24).

IV

этом в (25) следует принять Г2 = Г2.

Метод анализа устойчивости основан на измерении трех зе

ний ККО входных и выходных нагрузочных импедансов акта

СВЧ цепи, принадлежащих границам зон ее неустойчивой работы

измеренным р^ определялись координаты центров г(> ф{ и ра 18

{ окружностей границ зон неустойчивых импедансов посредством ешения системы трех уравнений вида:

1РЙ'| = + + V*' » = 1.2.3. (32)

де а^ = 21р^|соз и = 2\р(^\з1п - константы, значения оторых определены модулем и фазой (р^ ККО По переменим

х1= А ~ г!' уI = г{ 003 = г{ (33)

пределялись координаты центров г{, ф{ и радиусы окружностей раниц зон неустойчивых импедансов по формулам:

( = /у\ + , ф4 = (ТСС03{у(/Уугь + з? ), Я4 = /+ г^ '.(34)

При необходимости определялся максимально достижимый диапа-он перестройки частоты автогененрации по формуле:

Асое = - (35)

В четвертой главе рассмотрены конструкции и методы калиб-овки коаксиальных (ККУ), полосковых (ПКУ) и зондовых (ЗКУ) кон-актных устройств (КУ) [14-213. Цель теоретических и эксперимен-альных исследований ККУ, ПКУ и ЗКУ была направлена на синтез и ыбор оптимальной конструкции КУ, обеспечивающей его совместную алибровку с ЦАЦ коаксиальными калибраторами.

Калибровка базового ККУ осуществлялась стандартными согла-ованным (йг; = 0) и короткозамкнутыми (й^ = - 1 и К3 = 1) коак-иальными калибраторами. По измеренным ККО в плоскостях подк-ючения ККУ К ЦАЦ, где I = 1, 2 и п = 1, 2, 3, 1 с точностью до

знака определялись S-параметры ККУ:

sn = ri{' s\z = szi = ± /(ГУ" r2t)(1 + Ф*

(Г^1 - г|4) - (Г{1 - Г^) (3e --

22 ~

(Г<4 - Г«>

Знак в (36) выбирался так, чтобы вычисленные фазы и (pi наиболее точно удовлетворяли соотношению

йр» = - ф^ + Ф{| ± тс, (37

которое записано, исходя из условия малых потерь в ККУ.

Для исключения влияния конструктивных различий линий ККУ ПКУ дополнительно измерялся ККО согласованной полосковой наг

С

А /Ь

рузки или S1 -параметры двух отрезков полосковой линии различно длины lk с последующим вычислением R(i - параметров неодаознач ности: S^eWj - s[\s[^li

Rn =й!! =-»

1 ° 11 ЩеЩ-Ще^

R^ = R(2\} = (1 + fl|;Vyzo, (38

RZZ = (1 +R1l1))Z1/Z2 ~ 1'

где t,J=1,2 и Zt и ZQ - волновое сопротивление i-го моста и полосковых калибраторов.

С учетом flft-параметров (¿^-параметры ККУ были определен

как:

л,. ,t S(XW

Q = S +-, (39

1 -

on

*12Г12 21 21 ¡(4 _ - _ -

1 - Б&Х 1 - *

В случае совместной калибровки ККУ и ЦАЦ Б(1 - параметрам (39) следует присвоить значения:

При измерении 5-, ^-параметров коаксиальной СВЧ цепи ЯГ{-параметры (47):

В пятой главе рассмотрена техническая реализация многофункциональных ЦАЦ первого, второго и третьего рода. Даны результаты их экспериментальных исследований в составе САПР. Показано, что наибольшая эффективность САПР на СЕ", достигается посредством введения в ее состав адаптивных ЦАЦ третьего рода с оценкой и коррекцией результатов измерения в реальном масштабе времени. Достоверность повышения эффективности САПР на СВЧ подтверждается на основе математического моделирования и автоматизированного проектирования усилителей и автогенераторов СВЧ [22-35).

(40)

Л}} = Н(21г = 0 и = = 1.

(41)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При выполнении диссертационной работы были решены следущи задачи:

1. Разработан общий теоретический принцип построения адап тивных ЦАЦ с оценкой и коррекцией погрешностей измерения в реаль ном масштабе времени.

2. Разработан метод измерения и калибровки ЦАЦ, обеспечиваю щий их адаптацию, оценку и коррекцию погрешностей измерения реальном масштабе времени.

3. Разработан общий метод измерения 5-параметров пассивных активных СВЧ цепей в режиме малого и большого сигналов, а такж метода анализа устойчивости активных СВЧ цепей.

5. Разработан адаптивный ЦАЦ с оценкой и коррекцией погреш ностей измерения в реальном масштабе времени для диапазона часто 4-18 ГГц и внедрен в САПР.

Таким образом, цель настоящей диссертационной работы, заклю чающаяся в повышении эффективности систем автоматизированного проектирования на СВЧ, достигнута.

РАБОТЫ, ОПУБЛИКОВАННЫЕ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Савелькаев C.B., Рясный Ю.В. Особенности измерения входных и выходных импедансов полевого транзистора с барьером Шотт-ки//Тезисы докладов Региональной НТК. - Новосибирск, 1986. - 37 с.

2. Пологрудов В.П., Савелькаев C.B., Хлоповский Е.Б. Двенадца-типолюсный измеритель входных и выходных импедансов тран-

зисторов СВЧ//Тезисы докладов Региональной НТК. - Новосибирск, 1986. - 40 с.

I. Борисов A.B., Реховский A.A., Савелькаев C.B. Автоматизация измерения S-параметров активных СВЧ четырехполюсников// Тезисы докладов Всесоюзной НТК. - М: ВНИИФТРИ,.1907. - 47 с.

L Савелькаев C.B. Автоматизированный измеритель комплексных параметров активных СВЧ четырехшшосников//Тезисы докладов XXXI Обласной НТК, посвященной Дню радио. - Новосибирск, 1988. - 124 с.

>. A.c. 1656419 (СССР), G 01 й 27/28. Измеритель комплексного коэффициента отражения/В.П.Петров, С.В.Савелькаев. - Опубл. в Бюл. JÊ22, 1991.

S. Разработка автоматизированной установки для измерения параметров СВЧ транзисторов в диапазоне 12-18 ГГц/Петров В.П., Савелькаев С.В.//0тчет по НИР, Гос. per. Ж)1860009349, Инв. Л 02870034542.- Новосибирск: НЭИС, 1986. - 27 с. Разработка образцовой измерительной установки для поверки коаксиальных нагрузок в диапазоне 2-12 ГГц/Петров В.П., Савелькаев C.B.// Отчет по НИР, Гос. per. J6 8005100, Инв. » 02821008168. - Новосибирск: НЭИС, 1981. - 123 с.

I. Разработка измерителя импедансов активных устройств СВЧ диапазона. Исследование путей построения измерителей импедансов транзисторов/Петров В.П., Савелькаев C.B.//Отчет по НИР, Гос. per. J6 01830008020, Инв.* 02840017013. - Новосибирск: НЗИС, 1983.- 109 С.

>. Разработка точных методов измерений характеристик отражений и фазы передачи волноводных устройств в диапазоне частот 5,5-12 ГГц/Петров В.П.//0тчет го НИР, Гос. per. » 018400051 97, Инв. № 0286003255. - Новосибирск: НЭИС, 1985. - 58 С.

0. Савелькаев C.B. Теоретические основы построения адаптивных

23

цифровых анализаторов СВЧ-цепей//Электронная техника. Сер Электроника СВЧ. - 1991. - Вып. 9. - С. 34-39.

11. А.с. 1830564 (СССР), G 01 Я 27/28. Способ калибровки двух-сигнального анализатора цепей/С.В.Савелькаев. - Опубл. i Бкш. Я28, 1993.

12. Савелькаев C.B. Двухсигнальный метод измерения S-параметроЕ активных СВЧ-цепей в режиме большого сигнала//Электронная техника. Сер. Электроника СВЧ. - 1991. - Вып. 5. - С. 30 -32.

13. А.с. 1758595 (СССР), G 01 Д 27/28. Способ анализа устойчивости активного СВЧ четырехполюника/В.П. Петров, C.B.Савелькаев. - Опубл. в Бюл. JÊG2, 1992.

14. Савелькаев C.B. Коаксиальное контактное устройство//Элект-ронная. техника. Сер. Электроника СВЧ. - 1991. - Вып. 6. -С. 30-33.

15. А.с. 1436152 (СССР), Я 01 Р 5/08. Контактное устройство/ С.В.Савелькаев. - Опубл. в Бюл. Я41, 1988.

16. А.с. 1608762 (СССР), H 01 Р 5/08. Контактное устройство/ С.В.Савелькаев. - Опубл. в Бюл. J643, 1990.

17. А.с. 1584001 (СССР), H 01 Р 5/08. Контактное устройство/ C.B.Савелькаев, А. П.Герасименко. - Опубл. в Бюл. JÉ29, 199С

18. А.с. 1774286 (СССР), G 01 й 27/28. Способ калибровки коаксиального контактного устройства/С.В.Савелькаев. - Опубл. i Бюл. JS41 , 1992.

19. А.с. 1478156 (СССР), G 01 й 27/28. Держатель транзисторов е устройствах для измерения электрических параметров/В.П.Петров, С.В.Савелькаев. - Опубл. в Бюл. #17, 1989.

20. А.с. 1682942 (СССР), G 01 й 27/28. Держатель транзисторов е устройствах для измерения электрических параметров/В.П.Петров, C.B.Савелькаев, А.В.Борисов. - Опубл. в Бюл. Ж37, 1991

. A.c. 1578667 (СССР), Я 01 Р 5/08. Контактное устройство и калибровочная согласованная нагрузка/С.В.Савелькаев, А.П. Герасименко. - Опубл. в Бюл. JÊ26, 1990. Петров В.П., Савелькаев C.B. Расчет параметров рассеяния линейных пассивных и активных устройств СВЧ//Труды учебных институтов связи. - Л., 1987. - 76 с.

5. Савелькаев C.B., Плавский Л.Г. Параметры рассеяния мощного полевого транзистора в линейном режиме//В кн. Широкополосные радиотехнические цепи и устройства ВЧ и СВЧ. - Новосибирск: Новосиб. электротехн. ин-т., 1987. - 98 с.

L Савелькаев C.B., Плавский Л.Г. Математическая модель полевого транзистора с барьером Шоттки//В кн. Широкополосные радиотехнические цепи и устройства ВЧ и СВЧ. - Новосибирск: Новосибирский ин-т., 1989. - 137 с.

S. Плавский Л.Г., Савелькаев C.B., Зотов И.А., Рубенович М.Г. Транзисторный радиопередатчик дециметрового диапазона в гибридно-интегральном исполнении//Тезисы докладов Краевой НТК. - Красноярск, 1987. - 128 с.

5. Плавский Л.Г., Савелькаев C.B. Импульсный полупроводниковый радиопередатчик дециметрового. диапазона//Тезисы докладов Региональной НТК. - Севастополь, 1986. - % с. Плавский Л.Г., Савелькаев C.B. Тракт усиления-деления частоты радиопередающего устройства//Инфорационный листок № 463-87. - Новосибирск, 1987. - 4 с.

Ï. Плавский Л.Г., Савелькаев C.B., Иванов A.C., Рубенович М.Г. Импульсный радиопередатчик дециметрового диапазона волн// Информационный листок J6 87-69. - Новосибирск, 1987. - 4 с.

>. Плавский Л.Г., Савелькаев C.B. Особенности проектирования транзисторных генераторов СВЧ, стабилизированных диэлектрическим резонатором//Тезисы докладов Всесоюзной НТК.-

25

31.

32.

33.

34.

35.

Красноярск, 1988. - 60 с.

Савелькаев C.B., Плавский Л.Г. Исследование стабильности автогенератора СВЧ, стабилизированного диэлектрическим резонатором// Методы и средства измерения электромагнитных характеристик материалов ВЧ и СВЧ: Тезисы докладов Всесоюзной НТК. - Новосибирск, 1987. - 112 с. Савелькаев C.B. Автогенератор дециметрового диапазона, стабилизированный диэлектрическим резонатором//Тезисы докладов Областной НТК. - Новосибирск, 1984. - 63 с. Савелькаев C.B. Автогенератор, стабилизированный диэлектрическим резонатором// Тезисы докладов Областной НТК. - Новосибирск, 1984. - 59 с.

Савелькаев C.B., Плавский Л.Г. Транзисторный автогенератор дециметрового диапазона волн с диэлектрическим резонатором //Информационный листок J& 87-73. - Новосибирск, 1987. 4 с. Плавский Л.Г., Савелькаев C.B. Анализ транзисторного генератора СВЧ на диэлектрическом резонаторе//В кн. Широкополосные усилительные и генераторные устройства ВЧ и СВЧ. -Новосибирск: Новосиб. электротехн. ин-т., 1985. - 145 с. Савелькаев C.B., Плавский Л.Г. Исследование диэлектрических резонаторов в транзисторных автогенераторах СВЧ//Приборы и техника эксперимента. - М., 1989. - С. 141-143.