машинное проектирование свч устройств: учебно-методическое пособие к специальному лабораторному практикуму ''нелинейные твердотельные устройства свч''. часть Xviii

Министерство образования Российской Федерации Федеральное агентство по образованию Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Заргано Г.Ф., Земляков В.В., Капкин С.П., Нойкин Ю.М. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ к специальному лабораторному практикуму "Нелинейные твердотельные устройства СВЧ" Часть XVIII МАШИННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ СВЧ УСТРОЙСТВ Ростов-на-Дону 2008 Кафедра прикладной электродинамики и компьютерного моделирования Учебно-методическое пособие разработано: доктором физико-математических наук, профессором Заргано Г.Ф. кандидатом физико-математических наук, доцентом Земляковым В.В. руководителем группы Капкиным С.П. кандидатом физико-математических наук, доцентом Нойкиным Ю.М. Ответственный редактор – доктор ф.-м.н. Лерер А.М. Печатается в соответствии с решением кафедры ПЭКМ физического факультета ЮФУ, протокол № 8 от 27.11.2007 г. 2 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №18 МАШИНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ СВЧ УСТРОЙСТВ Цель работы – развить навыки, дать начальные сведения, показать подход к исследованию и проектированию СВЧ схем с помощью ЭВМ. Самостоятельная работа – занести в рабочую тетрадь название и цель лабораторной работы, основные положения, формулы и рисунки, необходимые при ответе на контрольные вопросы. 1 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ Автоматизация проектирования, т.е. использование ЭВМ в процессе разработки систем, машин и устройств, - общая тенденция развития современной инженерной и научной деятельности человека, которая пронизывает все её направления. Появление ЭВМ и мощных программ машинного проектирования СВЧ устройств, таких как Microwave Office входящий в пакет AWR Design Environment, позволяет уменьшить цикл разработки и отказаться от нескольких этапов макетирования, что значительно сокращает время разработки и его стоимость, обеспечивая при этом лучшее качество изделий. А тем более с появлением СВЧ гибридных интегральных микросхем (ГИС) машинное проектирование стало неотъемлемым этапом разработки СВЧ устройств т.к. процесс разработки таких устройств существенно осложнился из-за появления разнообразных СВЧ элементов и возрастания сложности систем, что требует более тщательного и точного проектирования. 3 2 МАШИННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ 2.1 Обзор основных программных продуктов Сейчас в области моделирования СВЧ устройств существует множество программ, предлагающих различные подходы к компьютерному решению электродинамических задач. Методы электродинамического анализа и, соответственно, программные средства моделирования СВЧ устройств, реализованные на их основе, подразделяются на трехмерные (3D), условно-трехмерные для существенно планарных структур (2.5D) и двумерные (2D). (3D)-методы являются наиболее универсальными и одновременно наиболее сложными по расчету (требуют больших вычислительных затрат), поскольку не используют ограничений на пространственную конфигурацию исследуемых объектов, характер их взаимодействия и физические параметры материалов. Наиболее популярным и универсальным методом является метод конечных разностей во временной области (Finite Difference in Time Domain — FDTD). К группе 3D-методов также относятся: метод линий (Method of Lines — ML), метод матричного описания линии передачи (Transmission Line Matrix—TLМ), метод конечных