1. ПАВ / Методичка ПАВ 2022 1ф
.pdf
графиках в режиме реального времени. Максимальное и минимальное значе-
ния измененного параметра устанавливаются вручную сверху и снизу от бе-
гунка, также снизу от бегунка задается шаг изменения параметров элементов.
Переход между окнами схем и графиков происходит нажатием на название схемы или графика в панели управления проектом.
Оптимизацию схемы можно провести программными методами. Для этого необходимо создать переменные, задать цель оптимизации и запустить процесс.
Для создания переменных или ввода формул на панели инструментов нужно нажать пиктограмму Equation (она выглядит как уравнение X=Y) или нажать комбинацию горячих клавиш Ctrl+E и мышью выбрать на схеме ме-
сто, где будет записано уравнение. В появившемся окне надо прописать назва-
ния переменных и присвоить им значения, например А=10. В окне схемы двой-
ным щелчком мыши по элементу открывается окно с его параметрами, и имя переменной прописывается в окне значения параметра. Если необходимо вы-
вести результат расчета формулы, то вместо знака равенства используется двоеточие, например A: . Чтобы задать переменные для оптимизации, нужно зайти в меню Simulate/Optimize (рисунок 10) и там нажать кнопку Vars (рису-
нок 8), предназначенную для просмотра и изменения значений элементов, а
также управления статусом различных параметров элементов схемы (измене-
ние с помощью кнопки Tuner – галочка в столбце Tune, изменение в процессе оптимизации – Optimize, ограничение диапазона возможных значений –
Constrained). В ней содержится список и статус всех изменяемых переменных в табличной форме.
Рис. 8
41
Для задания цели оптимизации следует щелкнуть правой клавишей мыши по пункту Optimizer Goals в панели управления проектом и в кон-
текстном меню выбрать Add Optimizer Goal. Появится окно диалога поста-
новки задачи New Optimization Goal. (рисунок 9). [3]
Рис. 9
Необходимо выбрать в окне диалога строку с названием оптимизируе-
мой величины в поле Measurement, тип оптимизации Goal Type и установить в ставших активными полях требуемые значения оптимизируемой величины и другие параметры оптимизации. Для задания пределов оптимизации нужно снять галочки Start Min и Stop Max и указать требуемые значения.
Для запуска оптимизации надо выбрать в главном меню
Simulate/Optimize (рисунок 10);
42
Рис. 10
В области Optimization Methods надо выбрать из раскрывающегося списка методов поиска экстремумов нужный, например Simplex (Global), уста-
новить Maximum Iterations (максимальное число итераций), нажать кнопку
Start, чтобы запустить процесс вычислений.
Задание на проектирование полосковых фильтров на основе встречно-гребен-
чатых структур
Нужна теоретическая вставка
Алгоритм моделирования структуры фильтра:
1.Открыть программу, щелкнув дважды на ее ярлык.
2.Создать проект: File/Save Project As. В диалоговом окне в графе
«Имя файла» ввести «sccf-«название группы».
43
3. В менеджере проекта дважды щелкнуть по Project Options
(см.рис.11).
4. В появившемся окне на вкладке Frequencies в окне Data entry units
выставить GHz, и в окнах начальной и конечной частоты (Start, Stop) выста-
вить начало (0 GHz) и конец (2 GHz) рассчитываемого диапазона частот, за-
дать шаг частотной сетки (Step) 0.005 GHz. Нажать Apply.
5. Перейти на вкладку Global Units, нажать кнопку Edit Units и устано-
вить частоту (Frequency) в GHz. Подтвердить нажатием ОК.
6. Создать схему: Project-Add SchematicNew Schematic (или в мене-
джере проекта нажать правой клавишей на Circuit Schematics, выбрав в выпа-
дающем меню New Schematic); в появившемся диалоговом окне ввести назва-
ние схемы «sccf1».
7. Собрать электрическую схему как показано на рисунке 11: открыть вкладку Elements (см. рис. 11) в менеджере проекта, выбрать подменю
Stripline-Coupled Lines, в окне моделей элементов выбрать S4CLIN – 4 Edge Coupled Striplines (EM Quasi-Static) и S5CLIN и перетащить с зажатой левой кнопкой мыши в рабочую область окна. Щелчком левой кнопки мыши элемент устанавливается в рабочей области.
Элементы необходимо электрически соединить: для этого необходимо подвести курсор к выводу элемента (курсор примет вид мотка провода) и про-
вести им до начала следующего элемента, щелкнув левой кнопкой мыши на его контакте и тем самым подтвердить ввод соединения. Чтобы получить со-
единение вида «Звезда» или узел, от контакта третьего в узле элемента надо аналогичным образом довести электрическое соединение до уже существую-
щего, щелкнув по последнему левой кнопкой мыши.
8. Выведем конец полосковой линии «на землю», для этого нужно вы-
брать элемент GND (заземление) на панели инструментов (Ctrl+G) и поста-
вить его под изображением линии левым щелчком мыши, затем сделать элек-
трическое соединение с ней как описано выше.
44
9. Поставим входной и выходной порты. Для этого надо выбрать на па-
нели инструментов элемент PORT (Ctrl+P) и поставить его слева от нижней секции структуры. Прежде чем поставить на рабочую область второй порт, его требуется развернуть, щелкнув два раза правой кнопкой мыши.
Чтобы удалить лишний элемент или соединение, достаточно левым щелчком мыши выделить его и нажать на клавиатуре Delete.
После электрического соединения портов с остальной частью схемы, она примет вид как на рисунке 12:
Рис. 11
10. Для удобства изменения параметров элементов введем переменные
(см.рис.13), выбрав на панели инструментов Equation (Х=Y EQN) или зажав комбинацию горячих клавиш Ctrl+E. Возле курсора появится пустая рамка,
которую важно поставить левым щелчком мыши в рабочую область выше
набранной схемы. В появившемся поле надо ввести L1=x, где L1 – название переменной, x – ее значение. Теперь присвоим параметру длины первой сек-
ции с ID=TL1 (см.рис.13,а) значение переменной вместо конкретного числа в мм: двойным щелчком на поле длины L=1 меняем 1 на L1. Аналогичным об-
разом заменим значения ширины линий «W» и расстояния между связанными
45
линиями «S» в данной секции и в остальных. В итоге должен получится набор параметров как показано на рисунке 13,б.
а) |
б) |
Рис.13
Рис.12
Настройка и оптимизация:
46
11. Определим центральную частоту фильтра (примем ее за 1 ГГц) и в соответствии с этим рассчитаем длину резонатора проектируемого полосового фильтра. Длина волны рассчитывается по следующей формуле = /ц, где
- скорость электромагнитной волны в вакууме, ц - центральная частота
фильтра. Поскольку в данном фильтре используются четвертьволновые ли-
нии, то общая длина резонатора будет близка к /4. Полученное значение вне-
сти в параметры L для каждой из трех секций в соотношении 1:2:1.
12. Подготовим графики зависимостей: в раскрывшемся по щелчку пра-
вой кнопки мыши окне Graphs (см.рис. 14) меню выбрать New Graph. В по-
явившемся окне ввести название графика «sccf1», выбрать систему координат
Rectangular и нажать Create.
Рис.14
13. Щелкнуть правой кнопкой мыши по названию графика «sccf1» в ме-
неджере проекта (см. рис. 15), выбрать Add measurement в раскрывающемся меню. В окне Measurement Type выбрать Port Parameters, в окне
Measurement – S, To Port Index – 2, From Port Index – 1, в окне Complex Modifier поставить флажок на Mag (амплитуда), и галочку на dB. Нажать Add.
47
Рис. 15
14. Добавить вторую измеряемую зависимость, применив следующие параметры: Measurement Type – Linear, в окне Measurement – VSWR
(КСВН), Port Index – 1, в окне Complex Modifier убрать галочку с dB. Нажать
ОК.
15. По умолчанию в окне графика обе зависимости будут отложены по одной оси ординат. Чтобы задать для них раздельные оси, нужно сделать пра-
вый щелчок мыши на графике, в открывшемся окне выбрать Options, там на вкладке Measurements выделить sccf1:VSWR(1) и Right 1 (см.рис.16), нажать
Apply. Таким образом, выставляется соответствие правой вертикальной оси и графика КСВН первого порта. Теперь график отобразит обе величины в коор-
динатах с автоматическими пределами отображения.
48
Рис. 16
16. Чтобы проставить пределы вручную, надо зайти на вкладку Axes
окна Rectangular Plot Properties и, выбрав ось Right1, снять галочку возле
Auto Limits и ввести в поле Min значение «1», а в поле Max значение «2»,
нажать ОК. Повторить тоже самое для оси Left 1, введя в поле Min значение
«-60»,а в поле Max «0».
17. Запустить анализ: Simulate – Analyze или нажать F8 на клавиатуре.
График будет выглядеть следующим образом (рисунок 17):
49
Рис. 17
Следующим этапом является оптимизация схемы. На графике КСВН в полосе далек от идеального значения и достигает 1.8. Значение КСВН для пас-
сивных устройств задается согласно техническому заданию и обычно не пре-
вышает значения 1.3 в полосе пропускания. Попробуем оптимизировать зна-
чения ширины каждой из линий и расстояний между ними, чтобы уменьшить КСВН в полосе пропускания. Для этого сначала необходимо расставить на гра-
фике пределы, в которые должны укладываться обе характеристики.
18.Щелкнуть правой кнопкой мыши по Optimizer Goals – Add Optimizer Goal в менеджере проекта (см.рис.18,а).
19.В окне New Optimization Goal выбрать следующие параметры:
Measurement – sccf1:DB (|S(2,1)|), Goal Type – Meas < Goal, Range – start «0»
и stop «0.8» (убрать галочки с min и max), Goal Start = -40 (см.рис.18,б).
Нажать ОК.
50