С появлением гибридных интегральных схем (ГИС) СВЧ диапазона машинное проектирование стало неотъемлемым этапом разработки СВЧ устройств. В работе обсуждается комплекс программ, предназначенных для синтеза транзисторного усилителя СВЧ. Комплекс состоит из трех частей: пакет программ моделирования полевого транзистора СВЧ (пакет MESFET); пакет программ для синтеза и оптимизации согласующих цепей широкополосного СВЧ усилителя (пакет BBVHFA); графический интерфейс синтеза согласующих цепей узкополосного СВЧ усилителя (пакет VHFA).
Исходными данными для синтеза СВЧ усилителя является экспериментальная бесструктурная модель СВЧ транзистора (S-параметры). Процесс измерения S-параметров требует значительных затрат, поэтому измерения проводят в нескольких точках рабочего диапазона частот. Точный расчет диапазонного усилителя требует наличие большого числа частотных точек, которые могут получены расчетным способом по структурной модели транзистора. Модель ПТШ обычно представляют эквивалентной схемой с сосредоточенными параметрами [2,11].
Достоверность результатов расчета усилителя, полученных с помощью эквивалентной схемы зависит от точности определения элементов, входящих в схему, а также адекватности отображения этой схемой реальных физических процессов в транзисторе. Современная техника не позволяет точно измерять параметры элементов эквивалентных схем. Для их аналитического расчёта необходимо знать геометрию транзистора и профиль легирования полупроводниковой структуры, а эти сведения, как правило, неизвестны разработчику усилителей. Таким образом расчёт с использованием таких эквивалентных схем является скорее качественным, чем количественным. Использование бесструктурного описания ПТШ с помощью экспериментальных S-параметров позволяет избежать этих трудностей. Такие модели точны, так как S-параметры измеряются в рабочем диапазоне частот транзистора и автоматически учитывают в нём все взаимосвязи. Для расчёта диапазонного усилителя необходимо провести большое число измерений S-параметров транзистора в различных точках частотного диапазона, что на практике довольно затруднительно.
Получим модель ПТШ, сочетающую в себе достоинства
бесструктурного и структурного описания транзистора,
применив методику изложенную в [2] и [3].
Критерии ошибок для комплексных S-параметров определены как
отклонения их модулей и фаз от экспериментальных значений и
выглядят следующим образом:
- S-параметры транзистора,
рассчитанные по эквивалентной схеме;
- экспериментальные значения
S-параметров;
- фазы S-параметров
и
.Для решения задачи оптимизации эквивалентной схемы используем поисковый метод. Среднее отклонение значений оптимизированных параметров бесструктурной модели транзистора от измеренных контрольных значений не превышает 4% (максимальное отклонение 11%). Полученные результаты не уступают известным из литературы [2]. Синтез согласующих цепей широкополосного усилителя производится в два этапа. На первом этапе пакетом VHFA [3] синтезируются согласующие цепи узкополосного усилителя СВЧ. На втором этапе решается задача параметрической оптимизации синтезированного узкополосного усилителя для широкого диапазона частот по критерию максимальной равномерности АЧХ. Исходная и оптимизированная АЧХ приведены на рис.1.
Пакет MESFET реализoван в операционной среде UNIX, что позволяет использовать для расчетов ресурсы как локальных, так и удаленных UNIX-серверов, снизить требования предъявляемые к производительности рабочих станции и обеспечить доступ к программному продукту удаленных пользователей. Из-за известных затруднений с созданием дружественных графических интерфейсов, пакеты BBVHFA и VHFA, осуществляющие непосредственный диалог с пользователем, функционируют в ОС MS-DOS. Взаимодействие между программами комплекса осуществляется посредством локальной сети.
Использование программно-сетевого комплекса сокращает общее время, затрачиваемое на разработку усилителя за счет использования высокопроизводительных ресурсов удаленных машин и возможности параллельных вычислений.