поперечными размерами: i =0,5 мм; s=0,2 мм; Ai = 2 мм; А2=0,5 мм. В качестве материала с ei = 7,35 использовалась керамика СТ-38-1, е2=19. Количество полосок меандрового проводника в секции п=68, длина полосок / =20 мм. Регулирующими элементами служили дноды КВ102Г. Использование второго варианта пакетирования позволило довести регулировку фазовой задержки до ±33,5 град (/C,=0,37). Регулировочная характеристика, снятая на центральной частоте диапазона, показана на рнс. 4.21, нз которого видно, что ф™1п=

Рис. 4.21. Зависимость фазового сдвига в регулируемой линии фазовой задержки от напряжения смещения иа варикапах

= 148 Град, фта;с=215 град. Затухание на средней частоте около 1,8 дБ, неравномерность АЧХ±1 дБ и модуляция потерь - не более 0,5 дБ. Температурная нестабильность линии фазовой задержки в диапазоне - 60-т-+60° С составляет 0,075 град/° С, а после компенсации путем подбора терморе-знсторов в цепях питания варикапов в диапазоне температур 40-i--)-60° С удалось снизить абсолютную нестабильность до 1,5 Град.

В работе [95] имеются сведения о разработке лнннй фазовой задержки на фазовый сдвиг 1200 град прн задержке по времени 100-120 не.

Расчет и проектирование регулируемых лнннй фазовой задержки практически не отличается от расчета и проектирования фазовращателей на управляемых секциях, т. к. используются те же полосковые структуры.

Глава 5

ПРОЕКТИРОВАНИЕ УПРАВЛЯЕМЫХ УСТРОЙСТВ С ПОМОЩЬЮ ЭВМ

5.1. Общие замечания

Проектирование управляемых устройств на основе многосвязных полосковых структур основывается на анализе моделей, рассмотренных в предыдущих разделах. Но кроме этого, конечно, оно включает в себя весь богатый комплекс задач, возникающих прн создании устройств СВЧ. Стало уже традиционным разбивать этот комплекс на две основные части: в первую входят задачи расчета первичных параметров; во вторую - расчет и оптимизация конструкции как многополюсника и, в конечном счете, как функционально законченного узла. Следует отметить, что проблема автоматизированного проектирования сложных по структуре устройств СВЧ, содержащих МСПС или МСПЛ, еще далека от полного завершения. Причин этому много, но, видимо, стоит назвать основную, которой, на наш взгляд, яляется невозможность применения в полном объеме классического синтеза устройств СВЧ [2,69] к синтезу устройств на связанных линиях с неуравновешенной электромагнитной связью. В силу этого возрастает роль так называемого параметрического синтеза путем проведения, по существу, оптимизации конструкции по выбираемой совокупности параметров. В процессе реализации подобного подхода достигнуты серьезные по значимости для практики результаты [5,6,73], и родились за последнее время новые методы. Примером одного нз них служит метод, в котором используются предварительные

экспериментальные данные [102]. Применение алгоритма оптимизации по упомянутому методу не требует точного знания физической модели объекта, что позволяет экономить время на ее детализацию и время, необходимое для расчета на ЭВМ.

Одной из особенностей комплекса программ для проектирования управляемых устройств на основе МСПС является включение в его состав программ анализа волновых процессов [20] в управляемых секциях! Это позволило на примерах создания ряда устройств наряду с традиционными критериями, устанавливаемыми из сравнения частотных и регулировочных характеристик, целенаправленно сформулировать дополнительные критерии и осуществлять выбор структуры по требуемым волновым свойствам используемых линий и структур в целом. Возможно, что отмеченный путь не столь прост и нагляден, но ои содержит в себе подчас необходимый при поиске новых устройств анализ волновых процессов в МСПЛ, поэтому затраты на запуск и эксплуатацию программ вполне окупаются, т. к. для разработчика открывается возможность исследования физической картины распространяющихся волн.

5.2. Программа расчета первичных параметров СПЛ с сильно неуравновешенной электромагнитной связью

Программа позволяет по заданным размерам полосковой структуры (см. рис. 3.25, 3.27) и диэлектрическим проницае-мостям подложек рассчитывать коэффициенты матриц емкостей С и индуктивностей L. Программа написана на языке FORTRAN для мини-ЭВМ Мега-60 (Электроника-60), название MCL2. Составлена на основе ранее опубликованных работ [97, 113].

Программа MCL2 состоит из основной программы, подпрограмм CL1, MODA и подпрограмм-функций С1, С2, С4, С5, С6, С7, С8, С1С, СС1.

В основной программе MCL2 осуществляется ввод данных и обращение к подпрограмме CL1.

Подпрограмма CL1 определяет общий порядок операций и вычисляет матрицы погонных емкостей и индуктивностей С, L связанных линий, обращаясь к подпрограммам-функциям.

Подпрограмма MODA вычисляет модальные параметры связанных линий U, I и др.

Подпрограммы-функции С1-С8 вычисляют емкости ячеек (см. рис. 3.26); С1С и СС1 - отнощения полных эллиптических интегралов К' 1 и К/К' соответственно.

Текст программы MCL2 и контрольные результаты ее использования приведены в приложении 1,

Список входных и выходных идентификаторов имеет следующий смысл.

£1, £2, ЕЪ - относительные диэлектрические проницаемости

f, 62, Рз-

Я1, Я2, ЯЗ - толщины диэлектрических слоев, соответственно h\, /i2, /13.

W, ttP-ширина полосок и перемычек меандровой линии соответственно ш, Wn-

S - зазор между полосками меандра s.

LM - ширина структуры / .

LIJ-ширина управляющей полоски 1с.

N - количество полосок п.

L - длина структуры вдоль оси т. е. /.

С11,...,L22 - соответствующие емкостные и индуктивные коэффициенты.

На основе составленной программы MCL2 была разработана также программа, позволяющая на основе работ [98-100 рассчитывать погонные потери в рассматриваемой структуре СПЛ. Кроме того, составлена программа для определения функций чувствительности [101] погонных параметров к отклонению размеров проводников и физико-механических свойств и с п ол ьз уем ы .х .матери a.i ов,

Программа MCL2 использовалась в ряде работ по проектированию управляемых устройств и, в частности, фазовращателей и линий фазовой задержки, обеспечивала удовлетворительное (около 7%) совпадение с экспериментальными результатами.

5.3. Программа расчета фазовращателей

Программа составлена на основе разработанных моделей управляемых секций [20,59,97]. Она позволяет рассчитывать частотные и регулировочные характеристики плавных и дискретных фазовращателей, имеющих структуру, показанную на рис. 4.1. Наряду с этим вычисляются функции чувствительности рабочих параметров (фазового сдвига Аф, затухания Ь и коэффициента стоячей волны K v) к изменению диэлектрических проницаемостей подложек е:, ег, ез, их толщин h\, /12, Лз, и других величин, характеризующих конструкцию фазовращателей, а также допуски на Дф, Ь, К„и при известных отклонениях перечисленных исходных параметров.

8 Закач 0376 1

Имя программы DOP, составлена на языке FORTRAN для ЭВМ ЕС. Программа включает в себя программу MAIN, подпрограммы C0N1, ANALIZ, BAZA, UM3, US. Подпрограмма C0N1 предусматривает обращение к подпрограммам CL1, MODA, С1, .... С8, С1С, СС1, текст которых приведен в приложении 2. Структурная схема программы показана на рис. 5.1.

В программе MAIN вводятся исходные данные конструкции и вычисляются частные производные (функции чувствительности) выходных пара.метров по входным. Непосредственно после ввода исходных данных и установления начального значения частоты вызывается подпрограмма CON, которая вычисляет матрицы С, L, R, G.

В подпрограмме BAZA реализуется вычисление матрицы передачи полусекции, составленной связанными линиями с пара.метрамн в виде матриц погонных сопротивлений Z=R+/(oL и погонных проводимостей Y= G+/coC.

Обращение к UM3 дает перемножение трех матриц, в результате чего вычисляется матрица а секции. Затем осуществляется переход к производному четырехполюснику. Подпрограмма US матрицу размером 2X2 возводит в степень N, т.е. здесь вычисляется матрица а-параметро^ фазовращателя.

Список входных и выходных иден1 ификаторов, необходимый для работы с программой, состоит из следующих наименований (по тексту программы).

Входные параметры

Е2 - диэлектрическая проницаемость второй подложки с диэлектрической проницаемостью ег.

HI, Н2, НЗ - толщины подложек соответственно /12, /13,мм.

W, S, WP, LM - ширина полосок меандра ш, зазор между ними S, ширина перемычек меандра ш„, длина полосок меандра в направлении оси у, мм.

Л', NS - количество полосок меандра в секции п и количество секций соответственно.

R - сопротивление варикапа в последовательной эквивалентной схеме замещения, Ом.

CN, СК - крайние значения регулирующей емкости варикапа

Cpmin И Сртах, пФ.

LV. LD - индуктивность выводов варикапа и дросселя Ld мкГн.

СР - паразитная параллельная емкость дросселя и других конструктивных элементов, пФ.

TGD - тангенс угла диэлектрических потерь tg6 диэлектрической подложки с 62-

DE2 - абсолютный допуск на диэлектрическую проницаемость

второй подложки с 62-

DHI, DH2, DH3, - абсолютные допуски на толщины

диэлектрических подложек и длину по х, мм. KRFAZA - заданное значение фазового сдвига, град. KRKCB - заданное значение Ксти-KRK - заданное значение потерь Ь, дБ.

FN, DF, FK - начальное значение, шаг и конечное значение частоты, МГц.

Выходные параметры

К\,К2 - потерн прн минимальной и максимальной емкости

регулирующего элемента, дБ. FAZA - регулируемый фазовый сдвиг Лф, град. КСВ1, КСВ2 - коэффициент стоячей волны прн минимальной и максимальной емкости регулирующего элемента. М - дополнительный индекс, добавляемый к какому-либо параметру, обозначает наибольшее приближение к заданному, имеющему спереди индекс KR. М\ - дополнительный индекс, добавляемый в конце, обозначает запас какого-либо параметра по отношению к заданному с индексом KR. PR - индекс функции чувствительности соответствующего названного параметра по названному исходному параметру конструкции. Функции чувствительности имеют размерность рабочего параметра, деленную на размерность варьируемой величины. Например, PRK\H2 - функция чувствительности потерь в состоянии наименьшего значения регулирующей емкости к изменению толщины подложки А2, т. е.

PRK\H2 =

С, = С, , ДБ/мм.

Программа DOP может быть дополнена сервисными элементами: построением графиков частотных характеристик, управляющими командами смены исходных данных в диалоговом режиме работы и т. д. Прн этом, конечно, возрастает ее пригодность для встранвання в систему автоматизированного проектирования.

8* 115