Диссертация (1137142), страница 14
Текст из файла (страница 14)
EM Sight можетсохранять матрицу моментов либо как полную матрицу (сохраняя всеэлементы), либо как симметричную матрицу (где только половинаэлементовсохранена).Обычнолучшевсегоиспользоватьсимметричную память, так как в этом случае достаточно ее половины.Единственный случай, где выгодно использовать полное решающееустройство – когда вся матрица умещается в памяти и вся матрицадействительная (нет потерь в диэлектриках, подложках или границах).В этом случае решающее устройство оптимизировано и работает108вдвое быстрее, чем решающее устройство, которое используетсимметричное хранение.Кроме того, что уравнение (4.17) связывает граничные условияна поверхностях всех ячеек, существуют еще порты, которые имеютсобственные граничные условия.Анализируемая структура замкнута четырьмя проводящимистенками, а в плоскостях стенок верхней и нижней границы корпусамогут быть полубесконечные прямоугольные волноводы.
Портыиспользуются для выводов схемы. Практически нет никакогоограничения на число портов, которые могут быть определены дляструктуры EM Sight. Подключение порта в электродинамическойструктуре – это связывание подсхем разных категорий: схемы сраспределенными параметрами и дискретный порт. Поэтому дляувеличения точности расчета применяется алгоритм исключения, подкоторым понимается процесс исключения влияния на окончательныерезультаты расчета неоднородности в области порта.Существуют три режима расчета: без исключения; алгоритмбыстрого исключения; алгоритм стандартного исключения.
Если настороне имеется больше, чем один порт, то эта сторона будетисключаться, используя стандартный алгоритм исключения. Дляспециального случая, когда опорные плоскости имеют нулевую длину(опорная плоскость лежит на границе корпуса), всегда используетсяалгоритм быстрого исключения, даже когда на стороне имеетсябольше, чем один порт.Когда создается порт, он автоматически конфигурируется каквнешний с присущими ему характеристиками, которые будутпомещены в конец линии передачи.Положительныйсдвигопорнойплоскостиприбавляетвпроцессе исключения к схеме линию положительной длины; часто109встречаются линии отрицательной длины, что сдвигает опорныеплоскости внутрь корпуса.
Опорная плоскость показывается натопологии как жирная стрелка.Алгоритм исключения необходим для нахождения S-параметроввнутренней СВЧ структуры, используя опорные плоскости, иисключая влияния портовых неоднородностей на результаты расчета.Линия от края корпуса до опорной плоскости названа питающейлинией. Когда алгоритм исключения выключен, опорные плоскостисовпадут с границами корпуса, где размещены порты, и решениебудет содержать влияние портов.Чтобы определить неизвестные амплитуды базисных функций,используемых для аппроксимации плотности тока на проводниках,необходимо решить матричное уравнение и определить матрицумоментов.
Это квадратная матрица с одной строкой и одной колонкойдля каждой базисной функции, созданной в процессе разбиения наячейки. Каждый ее элемент описывает связь между базиснымифункциями. Например, элемент матрицы моментов в первой строке иво втором столбцепредставляет связь между первой и второйбазисными функциями.Обычно вычисление элементов матрицы моментов занимаетбольшую часть времени в методе моментов.
В EM Sight используетсяалгоритм быстрого преобразования Фурье (БПФ), чтобы обеспечитьбыстрый и эффективный метод для вычисления элементов матрицымоментов. Алгоритм БПФ вычисляет элементы матрицы моментов вдва этапа.Первый этап – создание таблиц моментов, не зависящих отфактических проводников, которые были дискретизированы во времяпроцесса разбиения на элементы. Таблицы моментов зависят отразмера корпуса, числа разделов сетки, определенных для корпуса,110характеристик диэлектрических слоев, их толщины, граничныхусловий в верхнем и нижнем сечениях корпуса и частот анализа.Второй этап – вычисление элементов матрицы моментов, сиспользованием таблицы моментов.
Элементы матрицы моментовмогут быть быстро вычислены из таблиц моментов после того, какони были созданы.Поскольку таблицы моментов зависят только от корпуса ирасположения подложек, они могут быть сохранены и использованыдля следующих многократных этапов решения задачи, в которой тотже корпус и структура подложек, а также те же самые частотыанализа. EM Sight использует алгоритм, который автоматическисохраняет эти таблицы в кэш-памяти компьютера для последующегоиспользования.Длямногихзадач,например,анализамикрополосковых неоднородностей, генерирование таблиц моментовзанимает наибольшее время в процессе решения. Для таких задачмногократное использование предварительно сохраненных таблицмоментов может существенно уменьшить время решения.
КогдаиспользуетсярешающееустройствоFFS(быстроечастотноесвиппирование), время генерирования таблицы моментов может бытьочень большим, так что использование кэшируемых таблиц моментовсFFSрешающимустройствомобеспечиваетзначительноеуменьшение времени моделирования.4.3 Пример моделирования межслойного перехода наоснове копланарной линииРассмотримдалееконкретныйпримермоделированияэлектродинамической структуры в виде межслойного перехода111копланарной микрополосковой линии с одного слоя на другой [56].Поперечное сечение исследуемой структуры показано на рисунке 4.6.Рисунок 4.6 – Поперечное сечение электродинамической структуры в видемежслойного перехода копланарной микрополосковой линии с одного слояна другойНа верхнем диэлектрическом слое 2 расположен отрезокмикрополосковой копланарной линии, который является входомустройства.
Выходной отрезок линии расположен на нижней частислоя 4 (рисунок 4.6). Нижняя часть слоя 2 и верхняя часть слоя 4заземлены, и могут служить для построения на них цепей управленияактивными элементами – диодами, транзисторами, интегральнымимикросхемами и т.д. На заземленных слоях созданы металлическиеперемычки в виде круглых проводников диаметром 0,3 мм ирасстоянием между их центрами 1 мм. В центре структурырасположен переход между двумя отрезками копланарной линии,расположенными на слоях 2 и 4, как показано на рисунке 4.6. Общийвид трехмерной структуры межслойного перехода показан нарисунке 4.7.112Рисунок 4.7 – Общий вид трехмерной структуры межслойного переходаДлярасширениячастотногодиапазонавконструкциюмежслойного перехода введены четыре дополнительные перемычки,находящиеся вблизи перехода и соединяющие все металлическиезаземленные слои, как показано на рисунке 4.8.Рисунок 4.8 – Трехслойная структура межслойного перехода с четырьмядополнительными перемычками113РезультатызависимостеймоделированиякомплексногозатуханияLкоэффициентавдБввидепередачиS21проектируемого межслойного перехода в диапазоне частот 1-18 ГГцпоказаны на рисунке 4.9.
Как видно из полученных графиков, даже награнице рабочей полосы, на частоте 18 ГГц, затухание не превышает0,8 дБ.Кривая 1соответствуетструктуребезчетырехдополнительных центральных перемычек, кривая 2 – с перемычками.Рисунок 4.9 – Зависимость комплексного коэффициента передачи отчастоты (кривая 1 – без перемычек; кривая 2 – с перемычками)Дальнейший анализ зависимостей на рисунок 4.9 показывает,что наличие указанных перемычек позволяет расширить диапазонрабочих частот устройства до 20 ГГц, а также незначительно, на0,1 дБ, снизить коэффициент затухания.Такимобразом,полученныерезультатыкомпьютерногомоделирования позволяют сделать вывод о том, что использование114программных средств AWR Design Environment (Microwave Office)даетвозможностьнахожденияисследованияраспределениямногослойныхнапряженностейструктурисоставляющихэлектромагнитных полей в виде матриц рассеяния.
На основерезультатов моделирования могут быть уточнены аналитическиерасчеты для проектируемых микрополосковых устройств СВЧ на баземногослойных подложек печатных плат4.4 Выводы по главе 41. Выполнен краткий обзор современных программных средствдля моделирования электродинамических структур. Показано, что длякомпьютерного анализа микрополосковых устройств СВЧ наиболееэффективно использование программного пакета AWR DesignEnvironment (Microwave Office), относящегося к 2.5-D моделирующимпрограммам и реализованного на основе метода моментов.
Отмечено,что метод моментов, в отличие от методов конечных разностей иконечных элементов, на которых базируются 3-D программы, требуетгораздо меньше машинного времени, что существенно ускоряетпроцессы расчета и моделирования.2. Проанализированы возможности и особенности алгоритмачисленного моделирования с помощью AWR Design Environment(Microwave Office) микрополосковых СВЧ устройств, выполненныхна основе односторонних и двусторонних печатных плат. Рассмотренпример компьютерного моделирования межслойного перехода наоснове копланарной линии в диапазоне частот 1 - 18 ГГц.
Отмечено,что в результате применения программных средств AWR DesignEnvironment (Microwave Office) могут быть уточнены аналитическиерасчеты для проектируемых микрополосковых СВЧ устройств намногослойных печатных платах.115ГЛАВА 5Исследование и разработка микрополосковых СВЧустройств на основе печатных плат с многослойнымидиэлектрическими подложками5.1 Разработка модифицированной печатной платы сподвешенной подложкойРазработка современных микрополосковых СВЧ устройствтребуетсозданиязаданнымимногослойныхсвойствами,подложекпечатныхобеспечивающимиплатснеобходимоераспределение электромагнитного поля в структуре и требуемыевыходные параметры проектируемого устройства [81, 82].Известные в настоящее время многослойные печатные платысодержат чередующиеся слои тонких изоляционных подложек снанесенныминанихпроводящимисоединеннымиводномногослойноерисунками,основание.физическиКаждыйизвнутренних слоев может представлять собой одностороннюю илидвустороннюю плату с межслойными переходами.
При этомосновным направлением развития данных печатных плат являетсяувеличениепрецизионностииплотностикомпоновкивысокоинтегрированной элементной базы, а свойствам и параметрамизоляционных подложек должного внимания не уделяется, что непозволяет эффективно использовать такие печатные платы в СВЧдиапазоне [83 - 85].Кроме того, анализ, проведенный в предыдущих разделахдиссертационной работы, показал, что существующие новые решенияпо разработке и созданию печатных плат для микрополосковых СВЧ116устройств направлены, прежде всего, на обеспечение целостностипередачи информативного сигнала.Несмотрянапредставленноемногообразиеметодовпроектирования и конструкций, наиболее перспективными дляразличных СВЧ устройств и микрополосковых антенн являютсяпечатные платы с подвешенными подложками [86-89].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
