САПР
Если с программами моделирования аналоговых устройств диапазона умеренно высоких частот, таких, как Micro-Cap, PSpice и др., большинство инженеров-схемотехников знакомо, то программы проектирования устройств диапазона сверхвысоких частот (СВЧ) известны гораздо меньше. Объяснить это можно, во-первых, меньшей распространенностью СВЧ-аппаратуры, а во-вторых, большей стоимостью этих программ. Однако в последнее время в промышленности налажен выпуск широкой номенклатуры стандартных модулей более низкочастотных устройств, которые нужно всего лишь грамотно скомпоновать, в то время как устройства СВЧ требуют индивидуального проектирования. Поэтому интерес к САПР устройств СВЧ сейчас значительно возрос.
В конце 80-х годов получила известность программа Super-Compact для DOS, разработанная фирмой Compact Software, отделением корпорации Ansoft (см. книгу: Гупта К., Гардж Р., Чадха Р. Машинное проектирование СВЧ - устройств. М.: Радио и связь, 1987). С помощью этой программы проводится анализ и оптимизация линейных пассивных и активных двух-, шести- и восьмиполюсных устройств. В нее входит обширная библиотека линий передач различных типов: микрополосковые и полосковые линии, копланарные волноводы, коаксиальные кабели, линии с подвешенной подложкой, связанные линии, ответвители Ланге и др. Для характеристики отрезков линий передачи используются электрические параметры или геометрические размеры. При анализе частотных характеристик учитывается влияние дисперсии, излучения, неоднородностей, многослойной металлизации, шероховатости поверхности, потерь в диэлектриках и проводниках. Активные компоненты задаются таблицей зависимости S-параметров матрицы рассеяния от частоты (при определенном режиме по постоянному току). Имеется возможность синтеза согласующих цепей и фильтров на дискретных компонентах и отрезках линии передач.
Программа Serenade имеет топологически ориентированный графический редактор схем, а также средства анализа и оптимизации линейных и нелинейных устройств СВЧ
Впоследствии (1986 г.), была разработана программа Microwave Harmonica, предназначенная для анализа не только линейных, но и нелинейных устройств. Примененный в ней метод гармонического баланса для расчета уровня гармоник сигналов в установившемся режиме обеспечивает более высокую точность, чем расчет спектров переходных процессов с помощью преобразования Фурье, как это делается в программе PSpice.
Принятое в этих программах текстовое описание проектируемого устройства не доставляло больших неудобств. Во-первых, формат вполне прост, о чем может свидетельствовать приведенный ниже пример задания на расчет и оптимизацию в частотной области микрополосковой согласующей цепи:
BLK
TRL 1 2 Z=50 P=34.817MM K=1
TRL 2 3 Z=50 P=299.79MM K=1
TRL 1 0 Z=50 P=?85.444MM? K=1
RES 2 0 R=40
BR: 1POR 1
END
FREQ
STEP 0.8GHZ 1.2GHZ 100MHZ
END
OUT
PRI BR S
END
OPT
BR
F=1GHZ MS11
END
DATA
SUB: MS H=0.5mm ER=2.2 TAND=0.01 MET1=CU 30E-6
END
Здесь строки, начинающиеся с ключевых слов TRL, служат для описания отрезков линий передач, R - резисторов, FREQ - задания диапазона частот, SUB - параметров подложки, OPT - задания на оптимизацию.
Во-вторых, неудобство текстового описания схем по сравнению с их графическим представлением компенсирует достаточно высокая степень совпадения результатов моделирования с экспериментальными данными.
Современный пакет программ Serenade 7 PC для Windows фирмы Compact Software содержит графический редактор схем, при рисовании которых используются символы компонентов диапазона высоких частот и СВЧ, включая компоненты, задаваемые геометрическими размерами (отрезки линий передачи, изгибы, изменения ширины, мосты и т. п.). После ввода схемы создается список соединений, куда включаются все электрические и топологические характеристики устройства для передачи в программы моделирования и в графические редакторы топологии. В качестве программы моделирования линейных устройств используется Super Compact, а нелинейных - Microwave Harmonica.
Редактор топологии Serenade Layout основан на известной программе AutoCAD, используемой для просмотра топологии, выпуска конструкторской и технологической документации и разработки трехмерных чертежей. С помощью Serenade Layout можно изменить параметры любого компонента и снова передать информацию в программу моделирования для уточнения характеристик устройства.
Compact Software выпускает следующие программные продукты:
- Microwave Explorer 4.0 - моделирование антенн;
- Microwave Success 2.0 - моделирование систем связи;
- Super-Spice 1.0 - программа моделирования электронных схем семейства SPICE, снабженная моделями устройств СВЧ;
- Microwave Scope - моделирование оптико-электронных устройств;
- Compact Scout - программа идентификации параметров нелинейных моделей транзисторов по результатам измерения статических характеристик и S-параметров.
Более подробную информацию о продукции фирмы Compact Software можно получить по адресу: sales@comsoft.com или на Web-странице www.comsoft.com.
Всеволод Разевиг
