Компьютерное моделирование микроволновых устройств

Министерство образования и науки Российской Федерации НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ





Н.Э. УНРУ



КОМПЬЮТЕРНОЕ
МОДЕЛИРОВАНИЕ МИКРОВОЛНОВЫХ УСТРОЙСТВ

Утверждено Редакционно-издательским советом университета в качестве учебного пособия












НОВОСИБИРСК
2011

УДК 004.94:621.372.852 (075.8)
     У 607

      Рецензенты: Д.С. Вилъмицкий, вед. инж. ОАО «НЗиК»
                    А.П. Горбачев, д-р техн. наук, проф. НГТУ
                    В.П. Разинкин, д-р техн. наук, проф. НГТУ М.Г. Рубанович, канд. техн. наук, доц. НГТУ

Работа подготовлена на кафедре радиоприемных и радиопередающих устройств для студентов V курса факультета РЭФ (специальность 210405 - Радиосвязь, радиовещание и телевидение)

      Унру Н.Э.
У 607 Компьютерное моделирование микроволновых устройств : учеб. пособие / Н.Э. Унру. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2011.-160с.
          ISBN 978-5-7782-1603-7

          Изложены основы применения двух достаточно удачных пакетов моделирования микроволновых устройств: «Microwave Office» и «CST Microwave Studio», при этом рассмотрение ограничено моделированием лишь линейных устройств.
          Предназначено для использования студентами старших курсов при выполнении ими курсовых и дипломных работ.
УДК 004.94:621.372.852 (075.8)


Унру Николай Эдуардович

     КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ МИКРОВОЛНОВЫХ УСТРОЙСТВ

Учебное пособие

Редактор Л.Н. Ветчакоеа
Выпускающий редактор И.П. Брованова Дизайн обложки А.В. Ладыжская Компьютерная верстка В. Ф. Ноздрева


Подписано в печать 14.03.2011. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Тираж 120 экз. Уч.-изд. л. 9,3. Печ. л. 10,0. Изд. № 4. Заказ № Цена договорная

Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630092, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20


ISBN 978-5-7782-1603-7

                       ©УнруН.Э., 2011
                      © Новосибирский государственный технический университет, 2011

            ПРЕДИСЛОВИЕ


   В настоящее время практически все радиоэлектронные устройства разрабатываются с использованием систем автоматического проектирования [1]. Не являются в этом смысле исключением и микроволновые устройства.
   При этом специфические особенности микроволновых устройств предъявляют к системам автоматического проектирования особые требования. Большое влияние паразитных параметров в ВЧ-устройствах требует использовать при моделировании существенно более точные (и, следовательно, сложные) модели и более сложные математические методы, что приводит к значительному увеличению вычислительных затрат на моделирование. Сильное взаимовлияние составляющих элементов проектируемых микроволновых схем не позволяет достичь приемлемой точности расчетов при использовании библиотечного принципа моделирования устройства (т. е. формирования схемы из стандартных фрагментов). Эти факторы, а также ряд других не позволяют создать единую универсальную систему автоматического проектирования микроволновых устройств, как это имеет место для низкочастотных аналоговых схем.
   В настоящем учебном пособии рассматриваются лишь начальные аспекты использования прикладных компьютерных пакетов для проектирования микроволновых устройств. Оно ориентировано на использование студентами V курса при выполнении ими практических работ и расчетно-графической работы, а также в процессе выполнения дипломного проекта.
   В пособии вопросы моделирования микроволновых устройств рассматриваются с использованием всего лишь двух САПР: “Microwave Office” [1] и “CST Microwave Studio” [2], хотя количество пакетов подобного типа намного больше [6]. Пакеты имеют отличающиеся между собой области применения. Пакет “Microwave Office” удобен, во-первых, для анализа устройств, модель которых может быть составлена из имеющегося в нем огромного набора базовых элементов. Во-вторых, его удобно применять в том случае, если объемная конструкция может быть представлена в виде набора плоских слоев. Пакет “CST Microwave Studio”, напротив, при чрезвычайно бедном наборе базовых элементов удобен, если необходимо промоделировать как открытые (антенны), так и закрытые (экранированные) объемные устройства.

3

АЧХ ВЧ ДР лкм нспл пкм ППФ САПР СВЧ эм
CST MS MWO



            СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ


-  амплитудно-частотная характеристика
-  высокая частота
-  диэлектрический резонатор
-  левая кнопка мыши
-  несимметричная полосковая линия
-  правая кнопка мыши
-  полосно-пропускающий фильтр
-  система автоматизированного проектирования
-  сверхвысокие частоты
-  электромагнитная
-  CST Microwave Studio
-  Microwave Office

                1. КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ МИКРОВОЛНОВЫХ УСТРОЙСТВ
                В “MICROWAVE OFFICE 2008”




1.1. ВВЕДЕНИЕ В “MICROWAVE OFFICE 2008”

   Пакет MWO 2008, являющийся продуктом Applied Wave Research, Inc. (http://www.awrcorp.com), специально предназначен для компьютерного моделирования линейных, нелинейных и электромагнитных (объемных) схем СВЧ.
   Запуск пакета MWO 2008 выполняется стандартным для Windows-приложений способом. Правильный запуск приводит к появлению рабочей среды, показанной на рис. 1.1, где “Панель ниспадающего меню” содержит полный набор команд, доступный при работе с MWO; “Панель инструментов” облегчает доступ к наиболее часто используемым командам; “Окно проекта” содержит полный набор данных об активном проекте MWO, включая схему, выходные графики, набор частот анализа, ЭМ схему и др. В “Рабочей области” размещается анализируемая схема, итоговые графики и другая информация.
   Ниспадающее меню располагается в верхней части окна среды проектирования и содержит все необходимые команды для работы с проектом. На рис. 1.2 пояснены функции для ряда пунктов некоторых ниспадающих меню.
   Для получения помощи от MWO достаточно обратиться к пункту Help > Contents and Index “Панели ниспадающего меню” или же в любой момент работы следует нажать клавишу F1.
   Панель инструментов содержит кнопки, соответствующие наиболее часто употребляемым командам работы с проектом, и по умолчанию располагается в верхней части окна среды проектирования.


5

Панель ниспадающего меню

Панель

Заголовок

инструментов

Окно проекта Вкладки

Рис. 1.1. Рабочее окно MWO 2008

Панель инструментов MWO 2008 имеет базовую конфигурацию (рис. 1.3), которая видоизменяется в процессе работы в зависимости от выполняемой текущей операции.
   “Окно проекта” состоит из трех вкладок. Вкладка “Project” предназначена для организации и управления процессом моделирования.

6

□ New Project Ctrl+N       ----- Открыть новый проект                          
  New With Library      ►  ----- Открыть новый проект со сецпфпчной библиотекой
  Open Project...          -----Открыть существующий проект                    
  Open Example...          ----- Открыть пример                                
  Close Project            Закрыть проект                                      
в Save Project Ctrl+S      -----Сохранить проект                               
  Save Project As...       ----- Сохранить проект под именем ...               
  Send Project To       ►  -----Отправить проект                               
  Page Setup...                                                                
а Print Preview                                                                
  Print...                                                                     
  Print View...                                                                
  License                ►                                                     
  More Projects...                                                             
  Exit                                                                         

      a - меню File (Файл)

ЕЭ View All           Home   -----Показать всё          
   View Area        Ctrl+W   -----Показать область      
   View Selected                                        
   Zoom In           Num +   -----Увеличить изображение 
   Zoom Out         Num -    -----Уменьшить изображение 
   Zoom Previous      End                               
   Redraw              F5                               
д  Snapping Grid             -----Точечная сетка        
а  View Schematic                                       
а  View Layout               -----Двухмерное изображение
   View 3D Lay out           -----Трёхмерное изображение
о  Project Browser  Alt+l    -----Браузер проекта       
   Elements Browser Alt+2    -----Браузер элементов     
ЕВ Layout Manager   Alt+3    -----Браузер топологии     
   Status Window    Alt+4                               
   Variable Browser 5hift+F7 -----Браузер переменных    

      б - меню View (Вид)
Pwc. 1.2. Ниспадающие меню (см. также с. 8, 9, 10)

7

_L                            
в ND  Add ground        Ctrl+G
<1    Add Port          Ctrl+P
PORT                          
SUE   Add Subcircuit    Ctrl+K
X=Y   Add Equation      Ctrl+E
EQ 14                         
T     Add Text          Ctrl+T
ELE   More Elements...  Qrl+L 
$     Add Probe               
      Add Annotation...       
      Add Extraction...       
      Arc                     
\     Arrow                   
0     Ellipse                 
db    Polygon                 
      Polyline                
□     Rectangle         Ctrl+B
      Snap Shape to Grid       
      Grid Snap               
Ld    Orthogonal        Ctrl+O
      Align Shapes      ►     
      Make Same Size    ►     
      Toggle Enable            

Добавить заземления
Добавить порт
Добавить подцепь
Добавить равенство
Добавить текст

в - меню Draw (Рисовать)
Рис. 1.2. Продолжение

   Add Data File      ►
   Add Schematic      ►
   Add System Diagram ►
   Add Netlist        ►
   Add EM Structure   ►
0- Add Graph...         
[И Add Measurement,,,   
   Add Opt Goal..,      
   Add Yield Goal...    
   Add Output File    ►
   Add Layout Library ►
   Process Library    ►
   Circuit Symbols    ►

Добавить файл данных
Добавить схему


Добавить электромагнитную структуру
Добавить график
Добавить измерения

г - меню Project (Проект)

9  Analyze                 F8  
   Optimize                F7  
   Tune                    F9  
%  Tune Tool               F10 
   Yield Analysis...           
   Update Equations        F6  
   Run ERC                     
   Results                 ►   
   Simulator Configurations.,.  
   Show Simulator Info...       
   Run/Stop System Simulators   
ii Pause System Simulators     

Анализ
Оптимизация
Настройка
Инструмент настройки

д - меню Simulate (Моделировать)

Pwc. 1.2. Продолжение

9

е - меню Options (Опции)

ж - подменю Project Options (Опции Проекта) в меню Options (Опции)
Pic. 1.2. Окончание

10