Автореферат (Автоматизация трассировки волноводных трактов фазированных антенных решеток), страница 4

Методика заключается в декомпозиции задачи надва этапа (проведение трасс минимальной длины и корректировка длин трассдо достижения равнодлинности) с последующим ее решением топологогеометрическим методом. Базилевичем Р.П. дано следующее определениетополого-геометрического метода: макроструктура трасс определяетсягеометрическими методами, а микроструктура в небольших областях – сприменением некоторых топологических приемов.Исходя из этогоопределения, предложена методика, заключающаяся в следующем:1)на первом этапе трассировки – проведение трасс минимальнойдлины – применяется жесткая фиксация трасс в реальных физическихкоординатах, что позволяет точно определить длину каждой трассы ивеличину, на которую требуется ее скорректировать для полученияравнодлинности всех трасс.2)на втором этапе – достижение равнодлинности – применяетсяразработанная методика на основе перехода к топологическому(квазисегментному) рабочему полю.Проведен анализ существующих методик, позволяющих получатьтрассы заданной длины: вписывание меандра в прямоугольную область(применяется в САПР для трассировки печатных плат «SPECCTRA»),вписывание «змейки» в трапецеидальную область (Попов Ю.И., Попов С.

И.,применяется в САПР для трассировки печатных плат «TopoR»), использованиегеометрических шаблонов удлинения трассы (Иншакова Ю.Б., Янукъян З.А.,применяется в САПР для трассировки волноводов «ТРАКТ»). Данныеметодики неэффективны для обеспечения равнодлинности волноводныхветвей тракта по следующим причинам: большое количество изгибов трассы;фиксированные углы изгиба (90º и 45º). Любые изгибы волноводной ветвиприводят к потерям электромагнитной энергии в тракте. Фиксированные углыизгиба (90º и 45º) не позволяют эффективно использовать монтажноепространство и приводят к необоснованному увеличению суммарной длинытракта. В связи с этим возникла необходимость разработки новой методики- 17 корректировки длин трасс, которая позволила бы обеспечить равнодлинность сминимальным количеством изгибов и произвольными углами изгиба трассы.Предложена методика обеспечения равнодлинности трасс на основетопологических приемов.

Разработанная методика включает в себяследующую последовательность действий:1)расчет длин трасс и выбор «базовой» длины (под «базовой»понимается длина волноводной ветви, соединяющей выход делителя снаиболее удаленным излучателем);2)определение свободных областей Ω для удлинения трасс (еслидля какой-либо трассы такая область отсутствует, то происходит сдвигсоседних трасс для ее высвобождения);3)освобождение фиксации трасс в выделенных областях (переходот геометрического этапа к топологическому – переход на квазисегментноерабочее поле) (рис.5б);4)«растягивание» трассы в выбранную область до достижениябазовой длины (рис.5в);5)фиксация трасс и проверка выполнения условия равнодлинности.Термин «квазисегментное» рабочее поле введен по аналогии стермином «квазитриангуляция», предложенным Полубасовым О.Б.

Припереходе от геометрического этапа к топологическому сегменты СРП, черезкоторые прошла трасса, заменяются прямоугольными дискретами (либопараллелограммами), названными в работе «квазисегментами». Принцип, покоторому осуществляется замена, проиллюстрирован на рис.5а.l21l11l22l12а)б)в)Рис.5. Квазисегментное рабочее поле: а) замена сегментов квазисегментами;б) топологизация области для удлинения; в) удлинение трассыТакая замена дает возможность перейти к топологическому рабочемуполю, т.е. когда положение трассы на рабочем поле определяется уже некоординатами узлов АРС, через которые она проходит, а площадью дискретов– квазисегментов. При этом трассе разрешается свободно перемещатьсявнутри квазисегментов, за исключением начальной и конечной точек трасс,соответствующих выходу делителя мощности и входу излучателя.- 18 Квазисегментами также покрывается область, выделенная для удлинениятрассы.Длина трассы на квазисегментном рабочем поле может быть вычисленатолько внутри «коридора», образованного сторонами квазисегментовl1n , l2 n (рис.5а), т.е.

может принимать значения в пределах множества длин:Li = {L1n ,..., L2 n }, L1n = ∑ l1n , L2 n = ∑ l2 n . Исходя из того, как соотноситсяnnзначение базовой длины Lb с элементами множества Li = {L1n ,..., L2 n } ,осуществляется разбиение квазисегмента с целью уточненияобластиразмещения трассы. Обратный переход от топологического квазисегментногорабочего поля к реальным физическим координатам осуществляется путемзамены области квазисегмента, содержащей трассу, на отрезок, концыкоторого фиксируются на рабочем поле.Переход к квазисегментному рабочему полю дает следующиепреимущества:9возможность удлинять трассу независимо от узлов АРС, чтопозволяет избежать ломаных участков трасс с недопустимыми(технологически нереализуемыми) углами изгиба;9возможность более эффективно использовать пространство поляпроектирования, что достигается за счет получения трасс произвольнойконфигурации.Показаны преимущества предложенной методики по сравнению ссуществующими методиками корректировки длин трасс:9минимальное количество изгибов волноводных линий тракта;9трассировка под произвольными углами.Вышеперечисленные преимущества обеспечиваются применением принципов«гибкой» трассировки (Базилевич Р.П.) напредложенной моделитопологического квазисегментного рабочего поля.Третья глава посвящена вопросам разработки алгоритмическогообеспечения САПР для трассировки волноводов и его программнойреализации.Проведен анализ существующих алгоритмов трассировки объектов,отмечены их достоинства и недостатки.

Выбран параллельный подход кпроведению трасс, когда все волноводные ветви тракта трассируютсяодновременно.Задача нахождения трасс минимальной длины сведена к задачелинейного целочисленного программирования (ЗЦП). На основе проведенногоанализа методов математического программирования для решения ЗЦПвыбран метод Гомори (третий алгоритм Гомори), поскольку он позволяетсвести к минимуму ошибки, связанные с округлениями при поискецелочисленного решения. Метод основан на многоэтапной линейнойаппроксимации ЗЦП, где переход к следующему этапу осуществляется спомощью целочисленного правильного отсечения.- 19 Для решения второго этапа задачи разработан алгоритм корректировкидлин трасс для реализации предложенной методики обеспеченияравнодлинности. Алгоритм включает в себя следующую последовательностьдействий.Шаг 1.

О п р е д е л е н и е б а з о в о й д л и н ы . Запись одномерногомассива M [i ] = {L1 , L2 ,..., Li }, i = 1, N , элементам которого присваиваетсязначение длин проложенных трасс. Поиск в массиве элемента с максимальнымзначением Lb := max{L1 ,..., Li } (требует в худшем случае N операций).Шаг 2. В ы ч и с л е н и е р а з н о с т н о й д л и н ы . Под «разностнойдлиной» понимается величина, на которую необходимо увеличить длинутрассы до достижения базовой длины.

В массиве M [i ] для каждого элементавычисляется разность:Li − Lb и записывается в массив Mr[i ] (требуетвыполнения N операций).Шаг 3. О п р е д е л е н и е о б л а с т е й д л я у д л и н е н и я т р а с с .Для каждого узла трасс минимальной длины, начиная с конечного,подсчитывается количество ближайших незанятых узлов по обе стороны оттрассы.

Результат записывается в двумерный массив Mw[i, j ] (счетчикимассива: i = 1,..., N ; j = 1, 2 ). По результатам сравнения элементов массиваопределяется область для удлинения каждой трассы путем выборамаксимального элемента массива (требует выполнения N операций).Шаг 4. П о с т р о е н и е к в а з и с е г м е н т о в в в ы д е л е н н ы хо б л а с т я х . Для каждого сегмента (далее - отрезка), по которому проходиттрасса минимальной длины, начиная с конечного узла трассы:{на расстоянии δ (определяется как половина расстояния до соседнегоузла, лежащего на той же окружности АРС) от конца первого отрезка(соответствуетизлучателю)построениеточекнапрямой,перпендикулярной отрезку, по обе стороны от него;для остальных концов отрезков построение точек на прямой,параллельной предыдущей;построение четырехугольника на каждых четырех узлах;}.Для каждого построенного квазисегмента:{выбрать сторону, принадлежащую выделенной для удлинения области;достроить ее до квазисегмента, добавив два узла и три стороны;повторить, пока не будет занята вся выделенная для удлинения область;}.Таким образом, для каждого квазисегмента в памяти хранится 4указателя на образующие его узлы и 4 указателя на смежные с нимквазисегменты.- 20 Шаг 5.

К о р р е к т и р о в к а д л и н ы . Для каждой трассы, начиная сконечного узла:{добавлять к квазисегменту следующий(выбор каждого последующего квазисегмента из всех возможныхвариантов (рис.6) производится по результатам расчета углов,образованных векторами средних линий текущего квазисегмента ипотенциальных последующих квазисегментов, при этом выбираетсявариант с наименьшим значением угла и в пределах 0° < α ≤ 90° ),пока сумма длин наибольших продольных (параллельных трассе)сторон квазисегмента не будет больше или равна базовой длине;}.Начальная точкатрассыТекущийквазисегментВыбранныйквазисегментПотенциальныепоследующиеквазисегментыРис.6.