Обзор Литературы
Программа Microwave Office 2004(2007). В настоящей момент является самым современным пакетом проектирования планарных СВЧ устройств, включающим средства разработки и моделирования линейных и нелинейных схем, 2.5D электромагнитного анализа планарных структур (см. рис. 3), топологический редактор, обширные наборы библиотек элементов с сосредоточенными и распределенными параметрами.
Счетное ядро программы может работать как в частотной, так и временной областях, и позволяет выполнять следующие виды анализа схем (см. рис. 2):
- одночастотный и многочастотный методы гармонического баланса для анализа нелинейных схем;
- анализ на основе рядов Вольтерра;
- анализ смесителей (также называемый конверсионно-матричным анализом);
- высокоскоростной метод линейного анализа;
- высокоскоростной метод анализа шумов;
- анализ переходных процессов.
Рисунок 2 – Внешний вид программы Microwave Office.
Рисунок 3 – 2.5D моделирование.
Получив бурное развитие в 2000-2002 году, продукт Microwave Office(MWO) компании Applied Wave Research, в настоящем момент является одним из лидеров в области ПО разработки СВЧ устройств. Многих пользователей продукт привлекает своей простотой в использовании и эффективностью имеющихся инструментов. К недостаткам продукта можно отнести его высокую стоимость. Полная версия пакета может стоить порядка 40.000 $ США.
Продукт интересен для разработчиков САПР, поскольку позволяет задействовать внутренние функциональные возможности среды моделирования MWO, использую предоставленные API интерфейсы. Среда MWO позволяет использовать внутренние COM-объекты, кроме того, разработчик может разрабатывать собственные продукты в виде программ, либо скриптов на встроенном языке программирования. Такой подход позволяет снять с разработчика ношу по разработке алгоритмов моделирования сложных устройств, но дать преимущества и возможности расширения системы с использованием самых новых компонентов и механизмов.
Анализ Задания
Под задачей преобразования моделей подразумевается нахождение зависимости между параметрами модели идеального элемента и параметрами модели МИ-элемента. Было предложено представить эту зависимость в виде полинома заданного вида. Задание вида полинома позволит сократить пространство поиска решения. Заданный полином используется для решения задачи аппроксимации функциональной зависимости s-параметров элемента от его электрических/геометрических параметров. Необходимо использовать гибридный аппроксимирующий полином, состоящий из полиномов различного вида. Каждый из составных полиномов предназначен для своих целей. Так степенной полином классического вида необходимо использовать, чтобы описать функциональную зависимость в глобальном смысле. Использование полиномов, ограниченных функциями sin и cosh необходимо для локальной корректировки в области глобального экстремума [2]. После анализа литературы, было решено остановиться на представлении аппроксимирующего полинома в виде суммы трех полиномов:
Классический полином с варьируемыми коэффициентами и степенями переменных (формула 7):
, (7)
где:
nm – количество мономов;
nv – количество переменных;
- переменная, представляющая один из
параметров идеального элемента.
Модифицированный полином P-типа [2]:
, (8)
где:
P – количество полиномов классического типа ( под функцией sin)(формула 7);
- корректирующий коэффициент полинома
для функции sin.
Модифицированный полином R-типа [2]
, (9)
где:
R – количество полиномов классического типа ( под функцией cosh)(формула 7);
- корректирующий коэффициент полинома.
Нахождение параметров полинома предложено решить, используя аппарат генетических алгоритмов. Для решения задачи определения параметров необходимо знать S-параметры идеального и МИ-элементов, чтобы производить поиск и анализ полученного генетическим алгоритмом решения.
Полученные результаты в виде полиномов, приведенных к классической форме, и ошибки в виде среднеквадратического отклонения S-матриц идеального элемента и МИ-элемента, сохраняются в файле, а также в интерфейсе пользователя отображается полином с минимальной ошибкой.
Важным условием для достижения приемлемой интерактивности программы является разработка понятно и достаточно функционального интерфейса пользователя. Работа с программой будет осуществляться в 4 этапа: выбор задачи (получение S-матриц), задание требований на диапазоны изменений степеней и коэффициентов полиномов, настройка генетического алгоритма, наблюдение результатов. Самыми сложными этапами общения с пользователем являются задание требований на диапазоны изменений степеней и коэффициентов полиномов и настройка генетического алгоритма, поэтому необходимо продумать возможные варианты задания значений «по умолчанию».
Разработку генетических алгоритмов и библиотеки интерфейса с программой MWO было решено производить на языке C++, используя среду разработки Microsoft Visual Studio 2005. Причиной является то, что разработка модуля генетических алгоритмов ранее производилась на языке C++, а также и потому что, программы, написанные на языке C++ обладают достаточно высоким быстродействием, что является важным условием для успешного решения поставленной задачи.
Разработку пользовательского интерфейса было решено производить на языке Object Pascal в среде Turbo Delphi 2006. Это связано с тем, что среда разработки Turbo Delphi 2006 позволяет быстро разработать интерфейс программы с достаточно высокой функциональностью.
Связь интерфейса пользователя и библиотек генетических алгоритмов и связи с программой MWO осуществляется при помощи технологии динамически подключаемых библиотек (DLL – Dynamic Link Library). Т.е. модули генетических алгоритмов и связи с MWO «оборачиваются» в DLL и подключаются к приложению, с разработанным интерфейсом пользователя.