Yl Л r-

Рис. 5.6. Ступеичато-иеодиородиая структура соедяиеияя управляемых секций, регулируемых разными сопротивлениями 2/

чета частотных характеристик (см. рис. 5.5 и рис. 5.6) отличается лишь в той части, которая касается организации вычислительного процесса получения матрицы а соединения секций. Основная часть программы в том и другом случае не меняется.

Остановимся кратко на описании алгоритма и программы расчета параметров управляемых устройств с неоднородной структурой [72. 105]. Программа ANALIZ (язык FORTRAN) позволяет рассчитывать частотные характеристики управляемых устройств при заданных первичных параметрах, длинах связанных линий секций, а также параметрах эквивалентной схемы регулирующих диодов н других данных в зависимости от конкретной задачи.

В программе ANALIZ используются следующие подпрограммы: СЕК. RAZR, FSH. ZC. RAW, PR. ЕР, DLINE. RP, INTERP. Передача данных из основной программы в подпрограммы и обратно осуществляется частично через COMMON-области, частично через списки фактических параметров подпрограмм. Структурная схема алгоритма программы ANALIZ показана на рис. 5.7.

В подпрограмме СЕК вычисляется матрица передачи управляемой секции при заданных входных параметрах.

Подпрограмма ZC предназначена для вычисления эквивалентного сопротивления регулирующих элементов Zp и формирования матрицы управляющего восьмиполюсника.

Подпрограмма RP позволяет вычислить рабочие параметры устройства по известной матрице й.

Подпрограмма PR - перемножение двух комплексных матриц размером NXN.

Подпрограмма RAW - пересылка значений одной комплексной матрицы другой с размерами NXN (матрицы равны).

01ачало) Гвш~1

\КИЗ}/

Расчет татаииы

Расчет рабочих каракте-

Расчет ттрицы передачи

Рис. 5.7. Структурная схема алгоритма программы расчета ступенчато-неоднородных структур иа базе каскадного соединения управляемых секций

ЕР - подпрограмма перехода от матрицы восьмиполюсника к матрице эквивалентного четырехполюсника, т. е. от а к й.

DLINE - подпрограмма вычисления матрицы передачи одиночной линии.

INTERP - подпрограмма интерполяции функции по формуле Лагранжа. Используется для вйчнсления погонных пара-

метров при измеиеиий размеров поперечного сечения (узловые точки рассчитываются ранее методом сеток по другой программе).

FSH - подпрограмма расчета матрицы передачи с числом разрядов до четырех.

Текст программы ANALIZ приведен в приложении 4. На основе ее составлены программы оптимизации управляемых устройств [72]. Оптимизация проводится по основным рабочим параметрам: регулируемому фазовому сдвигу Дф, максимальному уровню К„и в заданной полосе частот и максимальному значению затухания для двух состояний диодов. Целевая функция является суперпозицией трех функций отклонения параметров от заданных [72]:

F = Дф-Дфо1 + {К„и-\) /С.+6/С2,

где Дфо - заданный фазовый сдвиг; Ки /Сг - весовые коэффициенты.

В работе [72] можно найти пример проектирования фазовращателей на основе оптимизации параметров управляемых секций по величинам регулирующих емкостей и длинам связанных линий. Синтезированные разряды дискретного фазовращателя содержат на входе и выходе трансформирующие секции, волновые сопротивления которых и длины отличаются от секций регулярных частей разрядов, составленных нз нескольких (двух н более) каскадно включенных отрезков связанных линий с регулирующими элементами.

Опыт эксплуатации программ анализа и оптимизации фазовращателей показал, что успех нх проектирования во многом зависит от правильного выбора исходных параметров. Нанболь-щую критичность фазовращатели обнаруживают к величинам регулирующих емкостей Ср,. Уменьшение Ср, ведет к увеличению возможного диапазона регулирования фазы; g другой стороны, возрастает рассогласование управляемых секций из-за неизбежных разбросов Ср, от секции к секции и от заданного номинального значения. Увеличить Ср, возможно только прн изменении размеров поперечного сечения связанных линий, что порождает необходимость оптимизации конструкции по наиболее трудно изменяемым параметрам. Тем не менее построение программ с менее жесткими алгоритмами оптимизации, предусматривающими изменение возможно большего числа исходных параметров, перспективно в отношении рассматриваемых управляемых устройств СВЧ на основе СПЛ. В данной связи разумное ограничение времени расчета достнга-

ется путем выбора оптимальных групп изменяемых параметров на пути двухступенчатой или даже трехступенчатой оптимизации. Например, на первой ступени оптимизации целесообразно изменять только геометрические размеры СПЛ (ширину связанных проводников w\ и Ш2, толщину диэлектрических слоев с 81=83=1), оставляя неизменными остальные параметры. После первого приближения к оптимальному варианту конструкция поперечного сечения фиксируется и осуществляется оптимизация по величинам регулирующих емкостей Ср, и длинам секций . Физические критерии оптимальности конструкции фазовращателя на первой и второй ступенях разные. В первом случае основным критерием выступает достижимость требуемой регулировки Дф (т. е. требуемый /С или К^; во втором - уже близость частотной и регулировочной характеристик к заданным, а по существу - синтез такой неоднородной структуры, в которой крайние секции работают как согласующие трансформаторы или в целом разряд фазовращателя превращается в два ступенчатых перехода, включенных встречно. Оптимизация управляемых устройств, построенных по типу ступенчатых переходов, имеет много общего с аналогичными задачами, развитыми применительно к направленным ответвителям и широкополосным ступенчатым переходам [106]. Однако наличие множества состояний и неуравновешенности электромагнитной связи (эквивалентно-многомодовости [64]) существенно затрудняет применимость классического параметрического синтеза.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Разработка теории и практических вопросов создания устройств на основе многосвязных полосковых структур является актуальной задачей сегодняшнего и, возможно, завтрашнего дня. Приближения первого порядка на основе анализа квази-Т волн, как мы в этом убедились, дают возможность рассчитывать и проводить оптимизацию устройств вплоть до сантиметрового диапазона длин волн. Появление ряда новых конструкций и исследование известных, но реализованных на связанных линиях с неуравновешенной связью, расширило границы функциональных возможностей устройств на связанных линиях, привело к постановке ряда новых задач анализа и синтеза. Реальные разработки, о которых кратко упоминалось выше, уже нашли применение в технике СВЧ. Представляется, что дальнейшее исследование по многосвязным нолосковым структурам с привлечением аппарата электродинамики и теории многомодовых многополюсников позволят усовершенствовать известные н создать новые функциональные устройства.

Одно из перспективных направлений в конструировании управляемых устройств на основе МСПС связано с применением неоднородных лнннй с дискретно-непрерывным спектром фазовых скоростей нормальных волн (118-122). Надеемся, что материал данной книги окажется полезным не только для изучения раскрытых здесь вопросов, но и для освоения новых направлений в разработке обширного класса распределенно-сосредоточенных управляемых устройств радиотехнических и вычислительных систем.

ПРОГРАММА РАСЧЕТА ПЕРВИЧНЫХ ПАРАМЕТРОВ СПЛ MCL2

REAL LII.LI2. L22, LM TYPE3

FORMAT (1Х БУДЕМ РАБОТАТЬ? ДА - I НЕТ -О*)

АССЕРТ4,К

FORMAT (II)

IF (K.EQ.O) GO TO 5

TYPE I

FORMAT (1X.I0 ( !---- ). !--!)

ACCEPT2.E 1 ,E2.E3,HI .H2.H3,W.WP,S.LM.N,I FORMAT (I0F5.0,3.II)

CALL CLI (EI,E2,E3.HI.H2,H3.W.WP.S,LM.N, CII.CI2,C22.LII,L2.L22,I) G0T06 STOP END

SUBROUTINE CLI (EI.E2,E3.HI,H2,H3.W.WP,S,LM.N CII,CI2.C22.LII.LI2.L22.I)

REAL LM.LU.LXII.LYII.LI1.LI2.L22.MO.L

L=N*(W--S)-S

LU=LM

TYPE I .EI.HI ,W,WP,E2,H2.S,N,E3.H3,LM,L IF (I.EQ.I) PRINTI,EI,HI.W.WP,E2.H2.S.N,E3.H3,LM.L FORMAT (IХ.ТЕОМЕТРИЧЕСКИЕ РАЗМЕРЫ И ПАРАМЕТРЫ ДИЭЛЕКТРИКОВ/

2Х,-Е I = ,F5.2,2X;H 1 = .F5.2,2X.W= .F5.2,2X,*WP=F5.2/

2X,E2=,F5.2,2X,H2=.F5.2,2X,*S=,F5.2,2X,N=M3/

2X,E3= .F5.2,2X,*H3= ,F5.2.2X,LM= LU= ,F5.2,IX.L= F7.3/)

EO= 8.85419

M0= 1.25663 ПАРАМЕТРЫ СЛ ВДОЛЬ ОСИ X

QI = CI (WP.HI)

Q2=C2 (WP, LU. H2)

Q3=CI (LU,H3)

Q= (Q1-I-Q2) (Q3--Q2)-Q2* 2 LI2=MO*Q2/Q L22=LI2--MO QI/Q LXII = LI2+MO*Q3/Q CXI2=EO*E2*Q2 CX22= CX12- EO*E3*Q3 CXIl=CX12+EO*EI Ql ДОБАВОЧНЫЕ ПАРАМЕТРЫ СЛ ВДОЛЬ ОСИ Y G=(LM-WP)/L NI=N-I N2=N-2 Q1 = C3 (W.S.HI)

Q2=C3 (W,S,H2) Q3=C5 (W.S.HI) Q4=C7 (W,S.H2) CY12=EO*E2*G* (N2*Q2-f-2*Q4) CYll = CY12--EO*EI*G*(N2 Ql--2 Q3)