"SOVETSKI RADIO"
1975
MOSKVA
Kozlov V.I., Yufit G.A. Oblikovanje mikrovalovnih naprav z računalnikom... Moskva, "Sovjetski radio", 1975. Knjiga je namenjena analizi in optimizaciji frekvenčnih značilnosti mikrovalovnih naprav z uporabo računalnika. Analiza temelji na metodah vozličnih napetosti in verižnih matric, optimizacija pa temelji na iterativnih metodah za iskanje ekstrema funkcij številnih spremenljivk. Navedeni so primeri uporabe programov. Predstavljeni so nekateri programi v jeziku ALGOL-60.
Knjiga bo uporabna za inženirje, ki se ukvarjajo z oblikovanjem mikrovalovnih naprav, pa tudi za študente in podiplomske študente.
Uredništvo literature o radijskem inženiringu.
Urednik I. I. Ryumina
Umetniški urednik 3. E. Vendrova
Naslovnica umetnika B. K. Shapovalova
Tehnični urednik G. A. Meshkova
Lektor O. V. Shcherbakova
Založba "Sovjetski radio", 1975
Predgovor
Poglavje 1. Dializa frekvenčnih značilnosti linearnih vezij v mikrovalovnem območju
1.1. Enačbe linearnega cxm in metode za njihovo rešitev
1.2. Vprašanja varčevanja računalniškega pomnilnika in časa odločanja pri analizi frekvenčnih značilnosti
1.3. Mikrovalovni multipoli
1.4. Izračun frekvenčnih odzivov z uporabo verižnih matrik
1.5. Merila stabilnosti
1.6. Analiza vezij s parametri, ki se sčasoma spreminjajo
Poglavje 2. Značilnosti metod izračuna za nekatere mikrovalovne naprave
2.1. Izračun frekvenčnega odziva filtrov na povezanih tračnih linijah
2.2. Izračun omejevalnikov polprevodniških diod
2.3. Izračun značilnosti tunelskih ojačevalnikov
Poglavje 3. Izračun občutljivosti in toleranc mikrovalovnih vezij
3.1. Analiza občutljivosti značilnosti mikrovalovnih naprav na spremembe njihovih parametrov
3.2. Enakovredne transformacije. Zmanjšanje občutljivosti
3.3. Statistična preskusna metoda
Poglavje 4. Optimizacija frekvenčnih značilnosti mikrovalovnih vezij
4.1. Parametrična sinteza filtrov in ustreznih naprav
4.2. Parametrična sinteza mikrovalovnih naprav s spremenljivim stanjem
4.3. Metode za minimiziranje funkcij več spremenljivk
4.4. Primeri parametrične sinteze
4.5. Določanje parametrov enakovrednih vezij z uporabo računalnika
Poglavje 5. Programi in postopki
5.1. Programska oprema za analizo frekvenčnega odziva
5.2. Program za optimizacijo frekvenčnega odziva
5.3. Postopek reševanja sistema linearnih enačb (postopek "simur")
5.4. Postopek oblikovanja matrice traku (postopek minp)
Uporaba
Bibliografija
Predgovor
Strojno načrtovanje električnih vezij je v zadnjem času pridobilo priznanje razvijalcev opreme za radijski inženiring.
Uporaba računalnika omogoča skrajšanje časa načrtovanja, izboljšanje njegove kakovosti in znatno povečanje učinkovitosti razvojnih inženirjev. Zato je ena nujnih nalog sodobnih radijskih električarjev uvajanje metod oblikovanja strojev.
Večina del je namenjenih analizi in optimizaciji na računalniku vezij, ki vsebujejo elemente s strnjenimi konstantami, namenjenimi delovanju na razmeroma nizkih frekvencah. Relativno malo del je bilo namenjenih uporabi računalnikov za izračun mikrovalovnih naprav.
Treba je opozoriti, da se pri oblikovanju teh naprav pojavljajo številne težave. Še posebej:
1. Mikrovalovne naprave vsebujejo elemente z združeno in porazdeljeno konstanto, kar zelo otežuje, včasih pa celo izključuje uporabo klasičnih metod sinteze električnih vezij v skladu z danimi zahtevami.
2. Enakovredna vezja resničnih mikrovalovnih naprav so zelo zapletena in "ročna" analiza njihovih frekvenčnih značilnosti je praktično nemogoča.
3. Zahteve za miniaturizacijo in integracijo tračnih vezij v večini primerov izključujejo uporabo obrezovalnih elementov, zato je treba geometrijske dimenzije vezja vnaprej natančno določiti. V nasprotnem primeru se nastale lastnosti bistveno razlikujejo od navedenih in obseg prototipiranja se povečuje.
4. Pomanjkanje informacij o odvisnosti frekvenčnih značilnosti mikrovalovnih naprav od sprememb parametrov elementov vodi do neupravičenega zaostrovanja proizvodnih toleranc, kar povečuje stroške proizvodnje.
Uporaba računalnika omogoča bistveno premagovanje naštetih težav. Za analizo frekvenčnih značilnosti v tem primeru ni potrebno izpeljati običajno okornih formul, izračun teh značilnosti traja minimalno časa in se lahko večkrat uporabi za izbiro optimalnih parametrov.
Postopek izbire parametrov naprave je mogoče avtomatizirati z računalnikom, kar v nekaterih primerih omogoča pridobitev optimalnih lastnosti. Slednje je še posebej pomembno, kadar ni analitskih metod sinteze, kar je značilno na primer za regulacijske naprave: dušilce, fazne premikalnike, stikala itd.
Nazadnje je analiza občutljivosti frekvenčnih značilnosti na spremembe parametrov močno olajšana, kar vam omogoča, da določite razumne zahteve glede odstopanj za geometrijske dimenzije naprav.
V tem primeru so mikrovalovne naprave praviloma opisane z enakovrednimi vezji, ki jih tvorijo povezovalni elementi s strnjenimi konstantami, linijami in povezanimi črtami. Analiza frekvenčnih značilnosti enakovrednih vezij temelji na metodah nodalnih napetosti in verižnih matric ter optimizaciji - o iterativnih metodah za iskanje ekstrema funkcij številnih spremenljivk.
Knjiga ponuja primere uporabe programov, ki temeljijo na teh metodah. Podana so besedila nekaterih programov, napisana v algoritmičnem jeziku ALGOL-60, in navodila za uporabo teh programov.
Ch. 1, 3 je napisal G.A. Yufit, pogl. 2 - V. I. Kozlov, pogl. 4, 5 so napisali avtorji. Objavljena programa sta razvila S. Ya. Marchenkov in N. Yu. Razumovsky. Avtorji se zahvaljujejo sodnikom Burinu L. I., Alfeevu V. N., Sunduchkovu KS, Shelkovnykovu B: N. za dragocene pripombe in nasvete. Avtorji se zahvaljujejo tudi B. K. Nazarovu, V. V. Danilovu, FB Rabinovu, GS Stavitskaya, VS Balandin.
Poglavje 1. Analiza frekvenčnih značilnosti linearnih vezij v mikrovalovnem območju
Pomembna faza pri načrtovanju mikrovalovnih naprav za različne namene je izračun njihovih frekvenčnih značilnosti. Na podlagi rezultatov analize frekvenčnih značilnosti se oblikovalec odloči za takšno ali drugačno prilagoditev parametrov naprave, nato pa se značilnosti ponovno izračunajo, ta postopek pa se ponavlja do odstopanja frekvenčnih značilnosti od želenega doseže vnaprej določeno raven. Seveda bodo rezultati izračuna ustrezali eksperimentalnim podatkom, če obstaja zanesljiv opis mikrovalovne naprave.
Za namen takega opisa se metoda enakovrednih vezij uspešno uporablja v inženirski praksi. Bistvo te metode je bilo večkrat zapisano v številnih knjigah in učnih pripomočkih. Pravzaprav je ekvivalentno vezje model ustrezne mikrovalovne naprave, med kompleksnimi amplitudami tokov v vejah vezja in nodalnimi napetostmi na eni strani ter "kompleksnim" pa obstaja ena na ena skladnost. amplitude polj v izbranih odsekih rednih oddajnih vodov, ki vstopajo v napravo, na drugi strani pa linije v mikrovalovnih napravah obstajajo različne nehomogenosti; enakovredna vezja nehomogenosti so običajno povezava elementov s strnjenimi konstantami. doseg, tokovi in napetosti na sponkah rednih vodov imajo jasen fizični pomen (pogosto se domneva, da se v vodih širi le ena vrsta elektromagnetnega vala).
Če so znana enakovredna vezja nehomogenosti, je mogoče sestaviti enakovredno vezje celotne mikrovalovne naprave in ga izračunati z metodami teorije vezij. To je glavna prednost uporabe enakovrednih vezij, saj zapleten elektrodinamični izračun celotne naprave ni več potreben.
Topologija in vrednosti parametrov ekvivalentnih vezij nehomogenosti so določeni z metodami uporabljene elektrodinamike. Trenutno obstaja obsežna literatura (vključno z referenco) o nehomogenostih, vključenih v daljnovode različnih vrst: valovodi, koaksialne črte, simetrične tračne linije, mikrotračne (asimetrične) črte.
V tem poglavju, tako kot v vseh naslednjih, se predvideva, da je določeno enakovredno vezje mikrovalovne naprave in je treba analizirati njegove frekvenčne značilnosti. Pristop k izračunu mikrovalovnih naprav se izvaja izključno z vidika teorije vezij. Enakovredna vezja večine resničnih mikrovalovnih naprav so tako zapletena, da postane "ročna" analiza njihovih frekvenčnih značilnosti praktično nemogoča, zato je priporočljivo uporabiti zmogljivosti sodobnih računalnikov.
To poglavje obravnava algoritme za analizo frekvenčnih značilnosti linearnih mikrovalovnih naprav. Ti algoritmi temeljijo na metodi vozličnih napetosti, ki so jo razvili V. P. Sigorskii s sod. Nedvomna prednost te metode je njena vsestranskost, ki omogoča analizo vezij poljubne topologije.
Metoda sestavljanja enačb enakovrednega vezja z uporabo vozliščnih dovoljenj in numerične metode za reševanje teh enačb so opisane v § 1.1. Tam so poskušali primerjati različne metode analize frekvenčnih značilnosti. Ker ekvivalentno vezje, ki odraža procese v resnični napravi, lahko vsebuje na desetine in včasih na stotine vozlišč, tehnik, ki omogočajo varčevanje z računalniškim pomnilnikom in skrajšanje časa izračuna (slednje je še posebej pomembno pri težavah z optimizacijo frekvenčnih značilnosti), so velikega pomena. Oddelek 1.2 obravnava vprašanja varčevanja računalniškega pomnilnika in računalniškega časa v zvezi z izračunom frekvenčnih značilnosti enakovrednih vezij.
Vsako enakovredno vezje je razdeljeno na osnovne multipole, ki jih je treba opisati v programu za izračun frekvenčnih značilnosti. Oddelek 1.3 obravnava te multipole in značilnosti njihovega opisa.
Poleg metode nodalnih napetosti se za analizo značilnosti mikrovalovnih naprav lahko uporabi tudi metoda verižnih matric, ki, čeprav ni tako univerzalna, omogoča, da vezja, ki se zmanjšajo na vezna vezja kaskadne strukture, dosežejo znatne prihranke pri čas delovanja pomnilnika in računalnika. Posebnosti metode verižne matrike so predstavljene v § 1.4.
V § 1.5 je obravnavana metoda preverjanja merila stabilnosti aktivnih mikrovalovnih vezij, kar je priročno pri uporabi računalnika. Izbira merila in njegova utemeljitev sta izvedena v istem odstavku.
Nazadnje je odstavek 1.6 namenjen metodi za izračun frekvenčnih značilnosti širokega razreda linearnih mikrovalovnih naprav s časovnimi občasnimi spremembami. Takšne naprave vključujejo mešalnike, modulatorje, parametrične ojačevalnike itd. Tu, pa tudi za naprave s konstantnimi parametri, je mogoče ustvariti univerzalne programe, namenjene analizi vezja poljubne topologije.
Prenesite knjigo "Oblikovanje mikrovalovnih naprav z računalnikom"... Moskva. Založba Sovjetski radio, 1975
Pri načrtovanju mikroelektronske opreme v mikrovalovnem območju je le redko mogoče ločiti električni izračun vezja, razvoj zasnove in celo proizvodno tehnologijo. Običajno je to en sam postopek.
Za določitev parametrov mikroelektronske mikrovalovne enote, strogo gledano, je treba rešiti mejni problem elektrodinamike. Vendar pa imajo mejne površine celo za običajne mikrotračne linije, da ne omenjam kompleksnih mikrovalovnih vozlišč, zapleteno obliko in valovnih enačb ni mogoče rešiti. Od tod tudi zahteve za ustvarjanje približnih teorij, različne stopnje približevanja. Mimogrede, doslej ni stroge teorije o kateri koli mikrotrakasti napravi. Približne teorije vedno zahtevajo eksperimentalno preverjanje. Zato je treba mikroelektronske mikrovalovne naprave preizkusiti in eksperimentalno nastaviti.
Kljub vsem tem težavam pri razvoju mikroelektronike v območju mikrovalov je danes dosežen pomemben uspeh. Različni polprevodniški mikrovalovni generatorji in sprejemniki so že v uporabi. Široko so bile razvite različne mikropasovne naprave: kompleksne napajalne poti, delilniki moči, usmerjevalniki in mostovna vezja, frekvenčno selektivne in nerecipročne naprave, fazni premiki, večkanalna stikala in druge enote mikrovalovne radijske opreme. V teku je delo za ustvarjanje popolnoma mikroelektronskih radarjev, radijskih protiukrepov, komunikacijskih sistemov itd.
Razvoju integrirane mikrovalovne tehnologije je sledil razvoj tračnih prenosnih vodov, pojav tankoslojne hibridne tehnologije in razvoj polprevodniških aktivnih mikrovalovnih naprav, zlasti nepakiranih.
Želja po zmanjšanju teže in dimenzij opreme je privedla do razvoja tehnologije tiskanega ožičenja. V mikrovalovnem območju so se pojavile simetrične in asimetrične tračne linije z zračnim in dielektričnim polnjenjem. Dobro prenašajo udarce in vibracije, jih je enostavno izdelati in jih je mogoče avtomatizirati. Zasnova teh linij je omogočila uporabo fotograviranja pri izdelavi kompleksnih mikrovalovnih enot.
Na prvih stopnjah razvoja tehnologije tračnih linij so bile naprave izdelane na dielektričnih ploščah, prevlečenih s folijo. Plošče same so igrale vlogo mehanskih elementov.
V naslednjih letih so se keramični materiali z visoko dielektrično konstanto začeli široko uporabljati kot podlage. To je povzročilo znatno zmanjšanje velikosti mikrovalovnih enot.
Hkrati se je razvila mikrovalovna polprevodniška elektronika. Pojavile so se nove aktivne naprave, ki delujejo v mikrovalovnem območju: Gunnove diode, lavinsko-tranzitne diode, mikrovalovni tranzistorji, varaktorji, tunelske in preklopne diode itd. Te naprave so omogočile rešitev problema mikrominiaturizacije mikrovalovne opreme na osnovi tehnologije integriranih vezij , izboljšati lastnosti naprav za radijsko tehniko, izboljšati njihovo učinkovitost in zanesljivost.
Z dovolj veliko funkcionalno nasičenostjo vsakega vezja se število medveznih povezav bistveno zmanjša. Ni potrebe po velikem številu priključkov, kar znatno poveča zanesljivost naprave. Tako ima po ocenah življenjsko dobo 100 let. Kot so pokazali testi, je pri skupnem času delovanja 1 milijon ur prišlo do samo 3 okvar v tokokrogih tranzistorskih ojačevalnikov moči in vezjih za fazno krmiljenje. Za zanesljivost oddajnega modula RASSR, ki je kompleksna funkcionalna naprava, je značilen povprečni čas med okvarami 30.000 ur.
Najpomembnejša značilnost vsake opreme je njena cena. Analiza načinov načrtovanja, izdelave in preskušanja radijske elektronske opreme na mikrovalovni GIS kaže velik potencial za zmanjšanje njenih stroškov pri serijski proizvodnji.
Stroški mikrovalovne opreme vključujejo stroške aktivnih elementov, integriranih vezij, montažo in po potrebi pakiranje in preskušanje.
Stroški aktivnih mikrovalovnih naprav se nenehno znižujejo z izboljšanjem tehnologije njihove proizvodnje in obsega proizvodnje.
Stroški pasivnega mikro vezja so šibko odvisni od njegove kompleksnosti in so približno sorazmerni s površino zasedene podlage. Da bi zmanjšali stroške mikrovezja, ga je treba poenostaviti in posledično zmanjšati število korakov obdelave in črpalnih ciklov; zmanjšajte velikost vezja z uporabo substratov z visoko dielektrično konstanto in izboljšajte njegovo topologijo; po možnosti uporabite tehnologijo debelega filma brez vakuuma; uporabljajo tehnološke procese, za katere obstaja oprema za množično proizvodnjo.
Stroški montaže mikrovezja so močno odvisni od stopnje njegove avtomatizacije. Zmogljivosti avtomatizacije so odvisne od zasnove pritrdilnih elementov.
Stroški ohišja vključujejo stroške ohišja, zaprte konektorje in postopek tesnjenja. Na stroške pakiranja pomembno vpliva funkcionalna nasičenost naprave, zaprte v ohišju.
Operacije preverjanja sorazmerno veliko prispevajo k stroškom mikroelektronske mikrovalovne naprave. Zato je pomen ustvarjanja visoko zmogljive avtomatizirane merilne opreme.
Kot veste, je glavni način znižanja stroškov opreme največja avtomatizacija vseh proizvodnih in inšpekcijskih procesov. To je mogoče le z velikim programom za izdajo. Iz izkušenj je znano, da v mikroelektronskem inženiringu povečanje proizvodnje za 3 reda velikosti zniža stroške enega izdelka za red velikosti.
Na trenutni stopnji razvoja mikroelektronske tehnologije ima mikrovalovna oprema, ki temelji na integriranih vezjih, svoje pomanjkljivosti.
Prvi so energetske omejitve. Polprevodniški generatorji in mikrovalovni ojačevalniki imajo še vedno razmeroma nizek izkoristek, kar vodi do sproščanja znatne moči znotraj trdnega materiala in posledično do njegovega pregrevanja. Kot veste, tudi pri silikonskih napravah temperatura ne sme presegati 150 ... 170 ° C, medtem ko lahko pri elektrodah vakuumskih naprav doseže več sto stopinj.
Izgube v mikrotrakastih linijah so bistveno večje od izgub drugih vrst linij. Na njih je težko uvesti kakovostne sisteme.
Vendar te pomanjkljivosti niso temeljne. Z razvojem novih aktivnih elementov se povečuje učinkovitost generatorjev in ojačevalnikov, razvija tehnologija hladilnih naprav in izboljšujejo lastnosti materialov, ki se uporabljajo v mikroelektroniki, bo vse bolj napredovala na področju višjih frekvenc in večjih moči.
Integrirana mikro vezja v mikrovalovni pečici so lahko izdelana v monolitni in hibridno-filmski izvedbi.
Kot materiali za podlago se uporabljajo silicij z visoko odpornostjo, polizolacijski galijev arzenid, keramika z visoko dielektrično konstanto, pa tudi kremen, feriti in kombinacije teh materialov za kompozitne strukture.
Trenutno so v mikrovalovni pečici hibridni filmski sprejemniki prejeli največjo praktično uporabo. Posebnost tega razreda mikrovezja je, da substrat skupaj z metalizacijo sprednje (prevodne) in hrbtne strani tvori prenosni trak z mikro trakovi (slika 2.1).
Po zasnovi in tehnoloških značilnostih ter ob upoštevanju elementarne baze lahko hibridna mikrovalovna mikrovalovna vezja razdelimo v dve glavni skupini: mikrotrakasta vezja z porazdeljenimi parametri; pasivna RCL-mikrovezja, ki vsebujejo lumnate elemente
Prva skupina mikrovalovnih mikrovalovnih filmov vsebuje pasivne elemente (resonančna vezja, trimerji itd.), Izdelane v obliki odsekov daljnovodov določene konfiguracije. Struktura mikrotrakastega daljnovoda je odvisna od proizvodne tehnologije (slika 2 2). Včasih je prevodna plast mikropasovnega traku brez zaščitne prevleke, če vodnik temelji na folijah iz žlahtnih kovin, na primer iz zlata, in brez lepilnega podplasta, na primer, če je delovna plast aluminij.
Slika 1.2 Prenosni trak z mikro trakovi.
1 ¾ substrata debeline h, 2 ¾ prevodnika trakove s širino w, 3 ¾ prevodne plasti na zadnji strani podlage.
Mikrovalovna vezja z razdeljenimi parametri se proizvajajo na tri glavne načine:
Nanašanje in žganje paste z uporabo debeloplastne tehnologije;
Galvansko kopičenje debelih filmov v kombinaciji s fotolitografijo in brizganjem;
Toplotno izhlapevanje v vakuumu v kombinaciji s fotolitografijo.
Za tehnologijo debelih filmov je značilna preprostost in ne zahteva visokih kvalifikacij servisnega osebja. Ta tehnologija se pogosto uporablja v tuji praksi, vendar je obseg njene uporabe zaradi temeljnih pomanjkljivosti omejen. Najpomembnejše od teh pomanjkljivosti vključujejo: visoko vrednost upora upora prevodnih elementov, ki povzročajo povečanje izgub za 1,5-2 krat v primerjavi z izgubami v prevodnikih iz čistega vakuumsko spojenega bakra; potreba po uporabi podlag s grobo razvito površino, da se zagotovi oprijem prevodnika na podlago, kar vodi tudi v povečanje izgub (nastanek vrtinčnih tokov na neravninah prevodnika). Poleg tega ima metoda sitotiska v tej tehnologiji nizko ločljivost in natančnost pri reprodukciji geometrijskih dimenzij elementov po širini in debelini. Tako lahko ponovljivost v debelini plasti doseže ± 10 µm in v širini ± 30 µm, neponovljivost geometrijskih dimenzij pa je v veliki meri odvisna od širine elementov.
Če je treba na isti podlagi izvesti elemente z različnimi geometrijskimi dimenzijami, se njihovo razpršenost poveča. Poleg navedenih pomanjkljivosti je treba opozoriti, da je struktura debelih filmov bistveno nehomogena in zrnata, kar služi kot dodaten vir izgub v mikrovalovnem območju. Vendar pa je zaradi ekonomskih razlogov priporočljivo izdelati mikrovezja, za električne parametre, za katere električni parametri ne zahtevajo visokih zahtev.
Za ustvarjanje mikrovezja s kompleksno konfiguracijo elementov (kot so meander, spirala) in ponovljivostjo geometrijskih dimenzij, ki niso slabše od ± 15 μm, se uporablja tankoslojna tehnologija, ki temelji na proizvodnji prevodnih filmov z galvanskim nanašanjem ali toplotnim izhlapevanjem vakuum in tvorba določene konfiguracije elementov s fotolitografijo. Obstajata dve vrsti poti za izdelavo mikrotračnih vezij z galvanskim nanašanjem debelih bakrenih folij: a) kopičenje bakra po oblikovanem vzorcu mikrovezja z zaščito tehnoloških preklopnih vodnikov in b) nanašanje bakra v okna fotorezista, ki je kontaktna maska, oblikovana na trdnem bakrenem podsloju (slika 2.2).
V skladu s prvo potjo se na keramično podlago s termičnim izhlapevanjem v vakuumu nanese bakrena folija z lepilno podlago s skupno debelino približno 1 μm. Nato se na nanesenih plasteh izvedeta fotolitografija in jedkanje, vzorec zaščitnega reliefa pa ne vključuje le delovnih elementov mikrovezja, temveč tudi preklopne tehnološke vodnike. Slednji zagotavljajo električno povezavo vseh elementov, potrebnih za napajanje vseh prevodnikov med njihovo galvansko ojačitvijo, medtem ko ima stik z zunanjim vezjem enega od elementov. Nato se za zaščito stikalnih vodnikov ponovno izvede fotolitografija. Po utrjevanju delovnih elementov in nanašanju protikorozijske prevleke na njih z galvanskim nanašanjem odstranimo fotorezist in jedkamo tehnološke vodnike. Pomanjkljivost te proizvodne poti je prisotnost tehnoloških preklopnih vodnikov, kar vodi do povečanja števila delovnih fotomask, fotolitografskih operacij in posledično do zapleta tehnološkega procesa izdelave mikrovezja.
|
Tako je druga tehnološka pot brez pomanjkljivosti prve, vendar ima svoje težave. Med težavami te poti je treba opozoriti: zapletenost nanašanja in odstranjevanja debelega fotootpornega filma, kontaminacijo elektrolita med galvansko kopičenje prevodne plasti v okna fotorezistne maske, prisotnost znatnega zaraščanja elementi v primeru tanke plasti fotorezista, popačenje profila prevodnika pri jedkanju bakrene plasti z lepilno podlago.
Splošne pomanjkljivosti teh poti za izdelavo mikrotračnih vezij so: odvisnost upornosti prevodnikov od tehnoloških načinov nanašanja, sestave in čistosti elektrolitov; prisotnost neenakomernega povečanja debeline filmov na velikih podlagah in v vezjih z elementi z različnimi širinami prevodnih trakov. Neenakomernost v debelini lahko doseže ± 7 mikronov s povprečno debelino prevodne plasti ~ 20 mikronov, neponovljivost geometrijskih dimenzij elementov v širino je 15 ... ... 20 mikronov.
Za odpravo popačenj profila prevodnih elementov in odvisnosti neenakomernosti geometrijskih dimenzij elementov v debelini in širini od njihove geometrijske oblike se uporablja metoda neposrednega jedkanja debelih filmov (slika 2.3). Debele folije lahko dobimo z različnimi metodami, vključno z galvansko izboljšavo tankih nanesenih plasti, pa tudi s toplotnim izhlapevanjem v vakuumu. Na podlagi te metode je mogoče izdelati tudi mikrovezja na dva različna načina, ki se razlikujejo po zaporedju tehnoloških operacij za nanašanje zaščitnega protikorozijskega premaza. Protikorozijsko prevleko lahko nanesemo s toplotnim izhlapevanjem v vakuumu in lahko nato služi kot maska za selektivno jedkanje delovnih prevodnikov ali galvansko in kemično nanašanje tako po oblikovanju vzorca elementov mikrovezja kot pred fotolitografijo. Proizvodne poti so preproste in ne zahtevajo dodatnega opisa tehnoloških operacij. Naj se ustavimo pri obravnavi značilnih prednosti in slabosti zadnje poti, kar je pomembno vedeti pri izbiri zasnove in optimalni tehnološki možnosti za njeno izvedbo.
Pri jedkanju debelih filmov, pridobljenih z galvanskim nanašanjem, je potrebna okrepitev fotorezistne maske, da se izključijo razpoke zaradi razvite površine padavin. Poleg tega je lahko jedkanje filmov neravnomerno zaradi porozne in grobozrnate strukture usedlin. Zato je priporočljivo izdelati sheme s povečanimi zahtevami za izhodne parametre po tej poti z uporabo debelih filmov, pridobljenih s toplotnim izhlapevanjem v vakuum. V tem primeru se filmi odlikujejo po visoki gostoti in homogenosti, njihova odpornost na koščke je z natančnostjo merjenja enaka upornosti na kos masivnega vzorca bakra. Zato bodo izgube v mikrovalovnem območju minimalne, jedkanje plasti pa enakomerno. Splošne pomanjkljivosti najnovejših poti za proizvodnjo mikrovalovnih mikrovezji z porazdeljenimi parametri vključujejo naslednje:
Potreba po povečanju hitrosti odstranjevanja reakcijskih produktov, zmanjšanju podrezanega klina in povečanju viskoznosti jedkanika, da se izključi prodiranje slednjega v pore fotorezista in na vmesniku med folijo fotorezista in vodilno folijo,
Omejitev za najmanjšo velikost vrzeli med prevodniki, povezana s prisotnostjo podrezanega klina in potrebo po izdelavi fotomask ob upoštevanju tega;
Pri nanašanju zaščitnega protikorozijskega premaza pred fotolitografijo so konci prevodnih elementov nezaščiteni, kar lahko pri daljšem delovanju brez tesnjenja privede do spremembe parametrov mikrovezja, ko je glavni delovni sloj podvržen intenzivni koroziji; nanos zaščitnega premaza po oblikovanju vzorca elementov mikrovezja s kemičnimi metodami zahteva dodatno aktivacijo površine in galvansko nanašanje posebnega stika med elementi.
Tako obravnavane tehnološke metode oblikovanja mikropasovnih vezij omogočajo ustvarjanje prevodnih elementov, ki zagotavljajo različne izhodne parametre mikrovezja. Za pridobitev mikrovezja z majhno vrzeljo med vodniki je priporočljivo uporabiti prvi dve poti ob upoštevanju njihovih značilnosti. Pri oblikovanju vezij z visoko vrednostjo in ponovljivostjo geometrijskih dimenzij z razmikom med elementi najmanj 40 μm se priporoča metoda popolnega jedkanja debelih filmov, dobljenih s toplotnim izhlapevanjem v vakuumu, ki nima analogov in v tem primer je najbolj optimalen. Goste usedline je mogoče pridobiti tudi z galvanskim nanašanjem, če se ustvarijo posebej čisti pogoji za pridobivanje filmov z uporabo obratnega, impulznega ali izmeničnega toka v postopku nanašanja in tudi močno poveča stopnjo nanašanja plasti.
Mikro vezja iz mikrovalovnega spektra, ki vsebujejo lumnate elemente, po svoji strukturi in zasnovi spominjajo na nizkofrekvenčna mikrovezja za splošne namene. Od slednjih se razlikujejo po povečani debelini delovnih plasti in majhnih nazivnih vrednostih elementov. Izračun pasivnih zlepljenih elementov je podoben izračunu filma R- in Z- elementi ob upoštevanju povečane moči in faktorja kakovosti. Mikro vezja s takšnimi elementi so zasnovana za delovanje v nižjem frekvenčnem območju mikrovalovnega območja.
Ta mikro vezja so izdelana s tantalsko tehnologijo, ki ojača prevodnike z galvansko nabiranjem ali toplotnim izhlapevanjem v vakuumu v kombinaciji s fotolitografijo in kemično prevleko iz niklja ter pozlato (slika 2 4). V prvem primeru je celotna površina podlage prevlečena s tanko plastjo tantalovega pentoksida. V tem primeru nastane zelo trd in gladek film, odporen na učinke reaktivnih medijev, uporabljenih v tehnološkem procesu med poznejšim oblikovanjem delovnih elementov (upori, trakovi, kondenzatorji itd.). Nato se na celotno površino podlage nanese plast tantalovega nitrida. , ki služijo kot osnova za ustvarjanje uporovnih elementov, pa tudi za tvorbo dielektrika kondenzatorske strukture.
Konfiguracija uporovnih in kapacitivnih elementov je določena s fotolitografsko metodo. Vrednost upora uporov je mogoče z visoko natančnostjo prilagoditi dani vrednosti s spreminjanjem debeline sloja tantalovega nitrida zaradi nastajanja tantalovega pentoksida na njegovi površini z metodo elektrokemijske eloksacije.
Filmski prevodniki se pridobivajo s toplotnim izhlapevanjem v vakuumu tanke plasti zlata z lepilno kromovo podlago z naknadnim kopičenjem galvanskega bakra, zaščitenega z zlato prevleko. Skupna debelina prevodnika takšne večplastne strukture je najmanj 10 μm.
Za ustvarjanje zanesljive kondenzatorske strukture z nizko specifično zmogljivostjo se uporablja dvoslojni dielektrik. Prva plast tantalovega pentoksida nastane z eloksiranjem tantalovega filma ali tantalovega nitrida. Debelina dobljenega filma Ta 2 O 5 je razmeroma majhna, njegova specifična zmogljivost pa je previsoka, da bi ustvarili kondenzatorje z majhnimi nominalnimi vrednostmi. Z nanosom filma silicijevega oksida z nizko dielektrično konstanto (e £ 6) na glavno plast tantalovega pentoksida z visoko dielektrično konstanto (e ~ 22) je enostavno pridobiti nizke specifične zmogljivosti v dvoslojni strukturi. Prisotnost dveh plasti različnih dielektrikov v strukturi kondenzatorja poveča zanesljivost kapacitivnih elementov filma. Zgornja elektroda - zlata s kromovim podslojem 4 - dobimo s termičnim izhlapevanjem v vakuumu. Spodnja elektroda je plast tantalovega nitrida 3, katerega upor je dovolj velik.
Obravnavana varianta integrirane tehnologije za izdelavo pasivnega dela GIS mikrovalovnega spektra je zelo zapletena in naporna, združljivost različnih tehnoloških metod pa vodi do resnih omejitev obratovalnih značilnosti mikro vezja kot celote. Vse to ovira uvedbo mikrovalovnega GIS, ki vsebuje koncentrirano R- in Z- predmeti za množično proizvodnjo.
Trenutno je najbolj razširjena metoda pri proizvodnji GIS za splošno uporabo vakuumska metoda nanašanja tankih filmov z uporabo selektivnega kemičnega jedkanja kot najpreprostejše, manj naporne in primerne za množično proizvodnjo. Uspehi, doseženi pri ustvarjanju pasivnega R -,C- in L-elementi, pa tudi pri pridobivanju bakrenih filmov brez napak z debelino več kot 5 mikronov s termičnim izhlapevanjem v vakuumu, so prispevali k ustvarjanju integrirane tehnologije za izdelavo GIS v mikrovalovnem območju (glej sliko 2.4) . Uporaba vakuumsko-toplotnih metod za pridobivanje mikrovalovnih mikroskopov omogoča, da jih glede na proizvodne značilnosti postavimo v skupno serijo hibridnih integriranih mikrovezji. V tem primeru se kot uporovni elementi uporabljajo folije iz kromovih, nikarmovih in kovinskih silicijevih silicij; borosilikatno steklo služi kot dielektrik strukture kondenzatorja. Vodniki nastanejo tudi s toplotnim izhlapevanjem v vakuumu iz debelih bakrenih filmov z lepilno podlago, čemur sledi njihova kemična ali galvanska zaščita.
Mikropasovna vezja mikrovalovnega območja, zgrajena na elementih z porazdeljenimi parametri, predstavljajo najobsežnejši razred mikrovezja, namenjena za delovanje v kratkovalnem delu mikrovalovnega območja (3 ... 30 GHz). Pasivni mikrovalovni elementi z porazdeljenimi parametri so izdelani v obliki razvejanih odsekov mikrotračne linije določene konfiguracije, ki nastane med spodnjo metalizirano površino in prevodnikom, nanešenim na zgornjo površino plošče. Zato sta zasnova naprave in njene zmogljivosti v veliki meri odvisni od glavnih parametrov izhodnega materiala podlage in tehnološke poti izdelave mikrovezja. Hkrati je pomembno, da so izgube v daljnovodu z mikrotraki pri fiksni frekvenci minimalne, zasnova pa zagotavlja zanesljivost mikrosestave po montaži tečajnih elementov in sestavi enote ali celice kot celote.
Izgube v daljnovodu z mikropasom so odvisne od upornosti kovinskega filma - prevodnika, njegove zasnove in značilne upornosti mikropasovnega voda, katerega vrednost je odvisna od debeline in dielektrične konstante podlage. Da bi zmanjšali izgube v mikropasovni liniji, mora biti upornost kovinskega premaza čim nižja. Odpornost prevodnega premaza se zmanjša z izbiro vhodnega materiala z visoko prevodnostjo in zagotavljanjem visoke identitete lastnosti filma in razsutih vzorcev.
Po drugi strani pa je mogoče izgube zmanjšati tudi s konstruktivno rešitvijo funkcionalne enote. Znano je, da se izgube zmanjšujejo s povečanjem širine mikropasov. To se lahko upošteva pri načrtovanju mikropasovnih vezij in izgube se lahko zmanjšajo s povečanjem debeline podlage, da se ohrani konstantna značilna impedanca. Poleg tega je mogoče zasnovo elementov spremeniti z izbiro materiala podlage z lastnostmi, ki so optimalne za določeno skupino mikrovezja. S tega vidika se pri načrtovanju mikrovalovnih mikroskopov nalagajo dodatne zahteve za podlage, povezane s posebnostmi delovanja mikrovalovnih naprav. Poleg splošnih zahtev za razred površinske obdelave in mehanskih lastnosti podlag, ki zagotavljajo možnost njihove kemične in mehanske obdelave ter delovanja naprave v danem temperaturnem območju, morajo biti izpolnjene tudi naslednje zahteve:
Dielektrična konstanta vhodnega materiala mora biti e> 8, da se zmanjšajo geometrijske dimenzije elementov daljnovodov, ki delujejo v spodnjem delu mikrovalovnega območja;
Dielektrične izgube v substratu morajo biti minimalne in imeti visoko ponovljivost ne le iz serije Zašarže, pa tudi na vsaki točki substrata za zmanjšanje izgub v daljnovodu;
Podloge morajo imeti visoko toplotno prevodnost, koeficienti linearnega raztezanja materialov podlag, ohišij in pomožnih materialov pa morajo biti usklajeni, da se zagotovi delovanje mikrovezja pri povečanih ravneh moči.
Zasnova mikrovalovnih mikrovezji vključuje izračun in oblikovanje izdelka glede na določene električne parametre ob upoštevanju postopkov montaže in prilagajanja. Hkrati se določi varianta vezja vozlišča, material in geometrijske dimenzije podlage, začetni materiali in zaporedje njihove uporabe za pridobivanje prevodnih, uporovnih in kapacitivnih elementov ter njihove geometrijske mere in relativni položaj .
Začetni podatki za izračun geometrijskih dimenzij tračnega daljnovoda so značilna odpornost in vrednost, ki sta odvisni od parametrov materiala prevleke in kovinske prevleke.
Na podlagi zahtev za faktor kakovosti se izračunajo geometrijske dimenzije daljnovoda z mikropasom in izberejo se izvorni materiali in tehnološka pot za izdelavo mikrovezja. Napaka parametrov daljnovoda z mikropasom se določi ob upoštevanju napake začetnih formul za izračun in tehnoloških odstopanj ter neponovljivosti debeline in dielektrične konstante podlage. Ker je za debelino prenosnega traku mikrotraka izbrana vsaj 1 plast kože, se neobnovljivost v debelini prevodnika običajno zanemarja.
Začetni podatki za izračun geometrijskih dimenzij uporovnih elementov so nominalna vrednost njihovega upora R in odvajanje delovne moči R. Odporni material je izbran ob upoštevanju upornosti enote površine filma p0, njegove debeline 1, dopustna specifična izguba moči Ro. Zahtevano upornost je treba zagotoviti z debelino filma najmanj 0,05 mikronov, sicer zanesljivost uporov pri povečanih električnih in toplotnih obremenitvah ni zagotovljena. Upoštevati je treba tudi, da je dopustna specifična moč razpršitve za določen uporovni material določene debeline odvisna od toplotne prevodnosti materiala podlage in razreda čistosti površinske obdelave. Zato je pri načrtovanju mikrovezja, ki deluje s povečano disipacijsko močjo, priporočljivo izračunati dovoljeno moč glede na temperaturo lokalnega pregrevanja v območju upora, ki ne sme presegati 100 C.
Prekrivanje uporovnega filma in prevodnega elementa v coni njihovega stika (slika 2.5) bi moralo zagotoviti zanesljiv stik ne glede na načine oblikovanja elementov in njihove nastavitve.
Geometrijske dimenzije uporovnih elementov mikrovalovnih mikrovezja se izračunajo po formulah, ki se uporabljajo za izračun nizkofrekvenčnih uporov:
kje S, 1, b- površina, dolžina in širina upora; N - število kvadratov; P 0 in R - specifična izguba moči in upor.
Pri risanju topologije uporovnega sloja dodajte najmanj 100 ... 200 mikronov izračunani dolžini uporovnega traku na vsaki strani, da se prekriva s prevodnikom.
Kondenzatorji mikrovalovnih mikrovezja so lahko izdelani v obliki troslojne filmske strukture, ki vsebuje plošče in dielektrično plast, ter v obliki ravninske strukture, oblikovane v enem tehnološkem ciklu z drugimi prevodnimi elementi (mikrotrakasta linija, induktivna tuljava) itd.). Planarni kondenzatorji imajo nizke vrednosti kapacitivnosti (največ 2 pF), filmski kondenzatorji pa velike vrednosti. Linearna kapacitivnost ravninskih kondenzatorjev je odvisna od širine reže, debeline filmov in dielektrične konstante podlage ali polnilnega materiala. Če se uporabljajo polnila z visoko dielektrično konstanto, se lahko njegova linearna kapacitivnost med elektrodami poveča za red velikosti.
Filmski kondenzatorji se izračunajo na podlagi zahtevane nazivne vrednosti kapacitivnosti ob upoštevanju specifične kapacitete strukture. Površina prekrivanja plošč je določena s formulo Sc = C / Co, kjer je C nazivna vrednost zmogljivosti, Co pa posebna. Nato se naredi tehnološki popravek za podprah in sklepi za stik. Za povečanje zanesljivosti kondenzatorjev mora biti dolžina presečne črte spodnje in zgornje plošče, ločene z dielektrično plastjo, minimalna. Po drugi strani pa je za zmanjšanje izgub zaradi upora plošč priporočljiva pravokotna oblika kondenzatorja s kablom na široki strani. Zasnova kondenzatorja je izbrana na podlagi kompromisne rešitve ob upoštevanju njegovih zmogljivosti kot dela mikro vezja.
Induktivni elementi se izvajajo tudi v enem tehnološkem ciklu (v enem sloju) z ostalimi elementi vezja. Obstoječa tehnologija omogoča implementacijo induktivnih elementov visoko kakovostnega faktorja (Q> 100) v obliki spirale z nominalnimi vrednostmi L = 1 ... 100 nH .
Induktivni elementi majhnih nazivnih vrednosti so včasih izdelani v obliki segmentov trakov ali v obliki meandra. V tem primeru se pri izračunu induktivnosti ne upošteva le dolžina in širina črte, temveč tudi njena debelina, pa tudi učinek kovinske podlage (metalizacija hrbtne strani).
Pri sestavljanju in izračunu topološke risbe mikrovezja je treba upoštevati zasnovo in geometrijske dimenzije tečajnih elementov ter način njihove pritrditve na filmske elemente. Na kratko se zadržimo na značilnostih mikrovalovnih mikrovezjij. V GIS za mikrovalovno pečico se uporabljajo polprevodniške naprave različnih izvedb. Optimalna z vidika možnosti avtomatizacije montažnih procesov je zasnova polprevodniških naprav tipa LID s snopnimi sponkami in s keramičnimi ohišji (brezvodna obrnjena naprava). Tečajni pasivni elementi (upori in kondenzatorji) so izdelani v obliki tablic z žarkovnimi sponkami.
Po namestitvi tečajnih elementov in nastavitvi mikro sklopov se združijo v ohišje. V tem primeru morata biti izpolnjena dva najpomembnejša pogoja:
Mikro vezja morajo biti geometrijsko priklopljena med seboj na vhodnih in izhodnih kontaktih z dovolj visoko natančnostjo;
Prehod iz enega mikrovezja v drugega mora zagotoviti zanesljiv električni stik ne le vzdolž prevodnikov vodov mikropasov, temveč tudi vzdolž metalizacije podlage (hrbtne strani mikrovezja).
Zahteve za natančnost poravnave "vhod-izhod" se povečujejo z naraščajočo delovno frekvenco. Ko se stikajoče mikrotrakaste črte premaknejo ali med njimi nastane vrzel na mikrovalovni poti, imajo naprave reaktivnost, kar vodi v neskladje.
Zanesljiv električni stik je zagotovljen z izbiro metod in materialov za pritrditev podlag mikrovezja na ohišje. Pri spajkanju z mehkim nizkotemperaturnim spajkalnikom je pomembna združljivost materialov podlag in telesa glede na temperaturni koeficient linearnega raztezanja (TCLE). Pri segrevanju ali hlajenju sistema zaradi togosti konstrukcije lahko nastanejo notranje napetosti v substratu in posledično njegovo mehansko uničenje ali odlaganje prevodne prevleke. Substrat - podlaga se poveča. Poleg tega je za odpornost elastičnih prevodnih lepil značilna velika temperaturna odvisnost.
Zanimiva možnost je mehansko pritrjevanje podlag na telo s pomočjo stebrov ali vogalnih sponk. Prednost mehanske metode je v preprostosti montaže in demontaže mikrovezja, kar omogoča hitro popravilo opreme. Preizkusi sistemov, ki vsebujejo veliko število mehansko pritrjenih mikrovezji, so pokazali njihovo visoko zanesljivost. Pomanjkljivosti te možnosti vključujejo rahlo povečanje površine zaradi pritrditve vogalnih ali stranskih sponk na telo in potrebe po vrtanju lukenj pri uporabi stebrov.
Za povečanje kompaktnosti zasnove naprave se včasih uporablja tako imenovana dvonadstropna postavitev. V tem primeru so mikrotračne linije povezane s centralnimi vodniki kratkih odsekov koaksialnih poti. Pravilna izbira vrednosti značilne impedance koaksialnih stikov zagotavlja, da se mikro vezja ujemajo v širokem frekvenčnem pasu.
Tesnost povezave med pokrovom in ohišjem nastane s spajkanjem ali varjenjem. Priključek je zapečaten s stikom kovina-steklo z uporabo para kovar-kremenčevega stekla, ki mu ustreza TCLE.
Vsi njegovi parametri so določeni s približnimi formulami. Za določitev valovne odpornosti črte je ena najpogostejših formula
(1)
kjer w , - efektivna širina traku. Odvisno je od debeline traku
Formula (1) daje precej dober približek in manjše je razmerje w / h. Ko torej w e / h> 0,4 napaka je približno 3%, pri w e / h<=0,4 - ne presega 1%.
Fazne lastnosti polja v liniji so določene z relativno efektivno dielektrično konstanto w e, ki upošteva stopnjo koncentracije polja v dielektriku substrata
(3)
Pasivne mikrovalovne naprave so vozlišča, izdelana iz odsekov daljnovodov. Sem spadajo običajni daljnovodi, ujemajoča se vezja, razdelilniki moči in seštevalci, frekvenčno selektivne in vzajemne naprave, stikala, naprave, ki nadzorujejo amplitudo in fazo oddanih signalov. Z drugimi besedami, to so naprave, v katerih ni virov mikrovalovnih nihanj.
V GIS mikrovalovnega območja se uporabljajo asimetrične tračne linije, reže in koplanarni valovodi. Srce prenosa mikropasov je asimetrična tračna linija.
V asimetrični mikropasovni liniji je 6 komponentnih polj E in H, tj. razen vrste valov T obstajajo valovi višjih vrst. Prisotnost teh valov vodi v frekvenčno odvisnost fazne hitrosti, to pomeni, da ima črta disperzijo. Trenutno ne obstaja stroga teorija asimetrične tračne linije, zato:
Očitno je večja dielektrična konstanta materiala podlage e in njegova debelina h, bližje NS prst na nogi. Tako je na primer za substrat iz aluminijevega oksida (e = 10) e e = 6,8, visoko uporni silicij (e = 12) e e = 7 (W 0 / h = 1). Valovna dolžina v linijski in fazni hitrosti brez upoštevanja disperzije je:
Izrazi (1) - (3) so bili pridobljeni ob predpostavki, da je le val te vrste T. Z naraščanjem frekvence (povečanje vseh velikosti linij v delih valovne dolžine) se relativna vsebnost višjih vrst valov povečuje. Črta postane disperzivni sistem. Frekvenčne odvisnosti se upoštevajo s popravkom na efektivno dielektrično konstanto e`e = e e + De.
Pogostost, nad katero je že treba upoštevati odvisnost e e, od frekvence, je določena s formulo
(4)
Kot izhaja iz formule (4), je treba za zmanjšanje disperzijskih lastnosti črte zmanjšati h in e, to je za zmanjšanje velikosti črte v valovnih dolžinah.
Aktivne izgube v asimetrični liniji traku so vsota izgub v kovini traku in dnu črte a m, izgube v dielektriku substrata a e in izgube sevanja a in: a е = a m + a e + a in
Izraza faktorjev oslabitve a m [dB / m] in a e [dB / m] sta naslednja: 
(5)
(6)
Tukaj f - frekvenca Hz; a - prevodnost osnovnega in tračnega materiala, 1 / Ohm m; tgd-tangenta kota dielektrične izgube. Na frekvenci f== 10 GHz, na primer koeficient oslabitve črte z značilno impedanco Z 0 = 50 0m, prevodni material - baker na dielektrični podlagi z e = 10 ima naslednji vrstni red: a m = 0,5; 0,95; 2 dB / m pri h = 1; 0,5; 0,25 m. Kot je razvidno iz danega primera, se izgube črt povečujejo z zmanjšanjem debeline podlage h .
Materiali, uporabljeni za podlage, imajo zelo majhen tgd "(1 ... 2) × 10 -4, zato so koeficienti slabljenja v dielektriku do frekvenc f= 10 GHz a e < 0,1 dB / m, to je izguba v dielektriku veliko manjša od izgube v vodnikih.
Koeficient oslabitve zaradi sevanja v pravilno izdelani redni liniji je majhen in ga običajno zanemarimo. Pri visokih frekvencah (f> 10 GHz) se ob prisotnosti nepravilnosti raven valov višjih tipov poveča in izgube sevanja postanejo opazne.
Največja povprečna moč, prenesena po neuravnoteženem traku, je omejena z dovoljenim segrevanjem podlage in prevodnikov. Približne vrednosti omejevalne moči proge s policore in safirnimi podlagami so 80 ... 100 W.
Mejna moč impulza je določena z dovoljeno vrednostjo jakosti električnega polja v substratu. Ta moč je nekaj kilovatov z obratovalnim ciklom signala več kot 50.
V zadnjih letih sta bili razviti še dve vrsti daljnovodov za filmska mikrovezja: režna linija in koplanarni valovod. Pri teh vrstah vodnikov se vsi vodniki nahajajo na isti površini podlage. Linijo reže tvori ena ozka reža v prevodni plasti, naneseni na eni strani podlage. Koplanarni valovod ima dve reži. Zasnova teh vodov se izkaže za priročno, če so vzporedno povezani različni elementi, vključno z aktivnimi polprevodniškimi napravami.
Struktura polja v reži in koplanarnem valovodu se bistveno razlikuje od strukture valovnega polja tipa T. Polje reže ima na primer (slika 2.8) vzdolžno komponento magnetnega polja H, to je dejansko val vrste H,čeprav je njegova kritična frekvenca nič. V teh črtah se lahko širijo nihanja katere koli frekvence, do f = 0.
Opozoriti je treba, da obstaja ime terminološke netočnosti v imenu reže. V elektrodinamiki in inženiringu se mikrovalovni valovod običajno imenuje pot, katere struktura polja ima vzdolžne komponente polja E ali H(kovinski, dielektrični, žarkovni vodniki). S tega vidika je rezana črta valovod.
Podloge obravnavanih linij so izdelane iz materialov z visoko dielektrično konstanto. To zagotavlja koncentracijo polja v bližini reže. Fazna hitrost, valovna dolžina in značilna impedanca takšnih vodov so odvisni od frekvence, torej so ti sistemi disperzivni.
Upoštevajte še eno lastnost teh vrst vrstic. Magnetno polje ima dve fazno pomaknjeni ortogonalni komponenti. Zato črte vsebujejo območja eliptične polarizacije magnetnega polja. Če je na teh območjih nameščen ferit, ki je magnetiziran s prečnim magnetnim poljem, je mogoče z uporabo Cotton-Moutonovega učinka in prečne feromagnetne resonance ferita ustvariti nevračljive naprave: ventile, obtočne črpalke, fazne premikalnike z diferenčnim faznim premikom.
Podrobneje se ustavimo pri reži. V ničelnem približku so vse fazne značilnosti polja določene z učinkovito dielektrično konstanto, ki je odvisna od e materiala podlage:
Naslednji približki, ki zahtevajo rešitev mejnega problema, kažejo odvisnost e e od frekvence in geometrije črte (slika 2-10). Tu je prikazana tudi krivulja za asimetrično mikrotrakasto črto (črtkana krivulja).
Treba je določiti koncept valovne odpornosti reže. Ker polje v režasti liniji ni potencialno, se tukaj vnese značilna impedanca kot značilna impedanca črte, enakovredne valovodu. Od tod njegova odvisnost od frekvence (slika 2.11). Tu je podana tudi krivulja značilne impedance asimetrične mikropasovne črte.
Ohmske izgube obeh vrst vodov so približno enake. Napeto linijo lahko vznemirite z mikrokoaksialnim kablom ali neuravnoteženo linijo. V prvem primeru je zunanji koaksialni vodnik povezan z eno kovinsko ploščo, notranji - z drugo.
Zanimive možnosti za ustvarjanje miniaturnih mikrovalovnih naprav se odprejo pri združevanju rež in asimetričnih linij. Pri teh napravah se reža nahaja na eni strani podlage, trak pa na drugi.Z spreminjanjem razdalje med režo in trakom je mogoče spremeniti razmerje med črtami. Tako je enostavno izdelati razdeljeno spenjalno usmerjeno spojko.
Pasovni filter (BSP) je mogoče sestaviti z uporabo resonančnih rež kot resonatorjev in trakom na zadnji strani podlage kot napravah za vzbujanje resonatorja (slika 2.12, a). Pasovni filter (BPF) je mogoče ustvariti na podlagi reže (slika 2-12, b). Polvalovne reže služijo tudi kot resonančni sistemi.
Če je prečno magnetiziran ferit nameščen v območju eliptično polariziranega magnetnega polja reže, lahko nastanejo vzajemne naprave. V faznih premikalnikih, prikazanih na sl. 2 13, uporabljeni so bili itrijevo železovi granati (YIG). Takšen fazni premik ustvari nevraten fazni premik za 12 stopinj / cm. Najboljši vzorci faznih menjalnikov so ustvarili fazni premik 28 stopinj / cm. V skladu s tem mora biti dolžina faznega premikača 6,5 cm, če želite ustvariti girator (premik 180 °).
Zasnova koplanarnega valovoda (slika 2-14) je primerna tudi za vzporedno povezavo lumpiranih elementov. Koplanarni valovod lahko preprosto vzbudimo s koaksialnim stičiščem. V tem primeru osrednji vodnik koaksialne črte 1 se poveže z osrednjim trakom valovoda 2 ... Takšni prehodi imajo zadovoljive lastnosti v širokem frekvenčnem pasu.
Na podlagi koplanarnega valovoda so bile ustvarjene tudi nevračilne naprave. Tako so v koplanarnem resonančnem ventilu feritne plošče nameščene v obeh režah. Eden od teh ventilov, narejen na monokristalni rutilni podlagi, s frekvenco f 6 GHz je imelo izgubo naprej 2 dB in izgubo povratka 37 dB. Skupna dolžina ventila je 20 mm. Širina osrednjega traku je 0,76 mm, debelina podlage 0,63 mm. Feritne plošče velikosti 0,25 ´ 0,13 ´ 15 mm so nameščene v reže valovoda.
Fazne značilnosti polja v koplanarnem valovodu, kot v liniji reže, se izračunajo z uporabo približnih formul. Značilna impedanca valovoda je izražena z linearno kapacitivnostjo C n in fazno hitrostjo V f :
kje 
C n = (e + 1) e 0 2a / b; a / b = k (n) / k ¢ (n);
n = a 1 / b 1; k ¢ (n) = k (n ¢); k je popoln eleptični integral prve vrste.
Vrednost valovnega upora pri e = 20, a 1 / b 1 = 0,1 je približno 50 0m.
To so glavni parametri običajnih mikrotračnih linij, ki so osnova elementov za izdelavo kompleksnih mikrovalovnih enot.
Razdelilniki moči so lahko vsesmerni in usmerjeni.
Vsesmerni delilniki se uporabljajo za razdelitev moči na dva kanala ali za dodajanje moči dveh signalov. Kot veste, šestpolnih naprav ni mogoče ujemati hkrati iz vseh treh ročic. Sočasni dogovor vseh treh ramen vodi v razplet med katerim koli od ramen. Vendar pa se lahko na strani ene ali dveh ročic ujemajo takšni t -ovniki s pomočjo transformatorjev za ujemanje korakov (slika 2.15). Z izbiro zakona spremembe valovne impedance transformatorja je mogoče zagotoviti zahtevani frekvenčni odziv delilnika. Največjo uporabo so našle lastnosti Čebiševa in maksimalno ploske lastnosti. Izračun trojčka vključuje izračun običajnega voda in koračnega transformatorja.
Smerni obročni delilniki moči z odpornostjo proti ločitvi se najpogosteje uporabljajo v tehnologiji mikropasov (slika 2.16). Uporabljajo se za razvejanje in seštevanje signalov v napajalnih sistemih za fazne antenske nize (PAR), močnih tranzistorskih ojačevalcih, v mešalnikih, stikalih itd.
Vrednost valovne impedance razdelilnega obroča z enako delitvijo moči je. Odklop odpornosti R = 2Z o je narejen v obliki vpojnega filma. Dolžina polovičnega obroča. Tipični parametri delilnika so naslednji: v frekvenčnem pasu f max / f min = 1,4, Ksv 1,22 £, je ločitev izhodnih ročic večja od 20 dB.
Obročne gele lahko izdelate tudi za neenakomerno porazdelitev moči, P 1 / P 2 = n 2. V enem od teh razdelilnikov (slika 2.16, b) dolžine polkrogov ostanejo enake četrtini valovne dolžine v liniji, njihove valovne impedance pa so enake
Razmerje P 1 / P 2 ne sme biti večje od štirih. Pri višjih razmerjih moči se delilnik težko ujema z vhodnimi linijami.
Smerne spojke in mostovna vezja. V mikrotrakastih linijah se praviloma uporabljajo usmerjene spenjače z porazdeljeno sklopko. Pipe te vrste (slika 2.17) so v nasprotni smeri, torej nimajo povezave med rokami 1-4 in 2-3. Začetna vrednost za izračun spenjače je oslabitev preslušavanja z[dB] = 10 lg P1 / P2. Ta vrednost se uporablja za izračun odpornosti vezi in geometrijskih dimenzij trakov.
Od mostičnih vezij v tehnologiji mikropasov so najpogostejši zančni mostovi (slika 2.18) in hibridni obroči (slika 2.19).
V najpreprostejšem primeru most z dvema zankama, imenovan kvadratni most, so valovne impedance navpičnih krakov
Z o in vodoravno Z1 = Zo / sqr (2). Za razširitev delovnega frekvenčnega pasu in spreminjanje stopnje delitve moči v izhodnih rokah se uporabljajo vezja z več zankami. Zasnova in načelo delovanja hibridnega obroča z mikro trakovi sta enaki kot pri hibridnem obroču na drugih vrstah prog.
Za zmanjšanje velikosti mostnih vezij in delilcev obročev v mikrotračnih oblikah v merilnem in decimetrskem območju je možno izvesti na strnjenih L-, Z- elementi. Na osrednji frekvenci je četrt-valovna dolžina odsekov linij enakovredna NS- ali T- povezave filtrov nizkih (LPF) ali visokih (HPF) frekvenc (slika 2.20), če so na primer elementi LPF izbrani iz pogojev
(9)
Možne so različne možnosti za izdelavo vezij na podlagi lumpiranih elementov. Obročni delilnik, na primer, je mogoče izvesti v skladu s vezji, prikazanimi na sl. 2.21.
Kot je razvidno iz sl. 2.22, so frekvenčne odvisnosti delilnikov od lumpiranih elementov izrazitejše od odvisnosti delilnikov od odsekov črte. Vendar pa je v skupini 10% Xvi< 1,1, preslušanje C 31 £ 3,05 dB, izolacija roke C 23> = 25 dB. Zato lahko v tem frekvenčnem pasu delilniki (seštevalci) z lumpiranimi elementi nadomestijo vezja segmentnih linij.
Frekvenčno selektivni filtri se pogosto uporabljajo v mikrotrakastih napravah. LPF imajo običajno stopničasto strukturo. Pasovni filtri (PPF.PZF) se izvajajo na odsekih resonančnih vodov, povezanih z elektromagnetno in prevodno sklopko. Strogih teorij za mikrotračne filtre ni. Zato bo izračun filtra približen. Poskusno uglaševanje mikrotrakastega filtra je zaradi majhnosti vseh elementov izjemno težko.
Poleg tega sorazmerno velike izgube v mikropasovni liniji preprečujejo izdelavo zelo ozkopasovnih filtrov. V zadnjih letih so preučevali vprašanja izdelave ozkopasovnih filtrov iz dielektričnih resonatorjev s prehodno pasovo okoli 0,1%. Vendar problem stabilnosti frekvenčnih značilnosti takih filtrov ostaja nerešen zaradi velikih vrednosti temperaturnih koeficientov kapacitivnosti materialov z visoko dielektrično konstanto.
V sodobnih sistemih radijskega inženiringa se široko uporabljajo naprave za nadzor amplitude (večkanalna stikala, dušilci, amplitudni modulatorji, omejevalniki) in faze (fazni premiki) mikrovalovnega signala.
Za te namene se uporabljajo mikrovalovne diode. Krmilno diodo za mikrovalovno pečico lahko priključite na linijo zaporedno ali vzporedno.
V mikropasovni liniji so nepakirane diode običajno povezane vzporedno.
Načelo delovanja večkanalnega stikala (slika 2.22) je, da se pri uporabi pozitivne pristranskosti dioda odpre, njen upor postane veliko manjši Z0 in črta v tem razdelku je preklopljena z diodo. Dobavljena moč se odraža s tega dela linije. Če na diodo uporabimo negativno pristranskost, se ta zapre, njen upor postane velik in ne premika črte. Majhen del preklopne moči se absorbira v diodo. To omogoča stikala za relativno visoko moč pri napravah z nizko porabo energije. Če je ta moč nizka (manj kot 1 W), lahko uporabite različne mikrovalovne diode: varaktorje, tunelske diode itd. Če raven moči presega 1 W, potem samo R- i-n- diode, ki lahko razpršijo do 10 vatov povprečne moči. Treba je opozoriti, da sta izguba pri vstavljanju v stikalu v načinu prenosa L P in blokiranje L ‡ povezana z odvisnostjo
kjer je R max, R min - odpornost diode pri uporabi negativne in pozitivne pristranskosti, K - kakovost p-i-n-diode.
Običajno so stikala zasnovana za največjo preklopno moč. V tem primeru je priporočljivo izbrati način delovanja stikala tako, da se enaka moč absorbira v diodo v položaju "vklop" in "izklop". V tem primeru se dioda absorbira približno 6% vklopljene moči. Izgube v načinu "vklopljeno" so 0,5 dB, v načinu "izklop" 26 ... 28 dB. Če želite povečati izgubo pri vstavljanju v izklopljenem načinu, lahko vzdolž proge namestite več diod na razdalji četrtinske valovne dolžine. Krmilna moč ene p-i-n-diode je 0,03 ... 0,1 W.
Če je potrebno zmanjšati krmilno moč (na primer z velikim številom diod), je mogoče uporabiti varaktorje MDP. V teh napravah se ob spremembi napetosti pristranskosti spremeni kapacitivna prevodnost. Uhajalni tok v njih ne presega 10 -14 A, zaradi česar se potrebna krmilna moč znatno zmanjša.
Električno krmiljeni dušilniki nastanejo na podlagi enokanalnega stikala. V njih se pristranskost napetosti diode gladko spreminja znotraj ± U cm V tem primeru se izguba pri vstavljanju spreminja v območju 0,5 ... 28 dB.
Preklop lastnosti p-i-n-diode se uporabljajo za ustvarjanje diskretnih mikrotrakastih faznih zamikov (slika 2.23). Za poenostavitev njihovega krmiljenja so takšni fazni premikalniki zgrajeni po principu binarne kapacitete (prvi bit zagotavlja fazno spremembo za DY, drugi za 2 DY, tretji za 4 DY itd.).
Na sl. 2.24 prikazuje 3 diagrame enega razelektritve mikrotrakastih faznih premikalnikov. Na diagramu, prikazanem na sl. 2,24, a, fazna sprememba je zagotovljena s preklapljanjem segmentov različnih dolžin. V faznem menjalniku, prikazanem na sl. 2.24, b, se uporabljajo lastnosti mostu (praviloma gre za mikrotrakasti kvadratni most).
V faznem menjalniku škrbine (slika 2.24, c) se faza spremeni zaradi dejstva, da se s pomočjo diode na koncu škrbine ustvari kratek stik ali način brez obremenitve. To spremeni naravo upora, vključenega v linijo. Tak fazni premik lahko daje vse diskretne fazne vrednosti, razen za 180 °. Ko je vrednost faze blizu 180 °, so potrebne previsoke značilne impedance škrbin in jih ni mogoče uresničiti.
Prednost polprevodniških diskretnih faznih menjalnikov je, da natančnost nastavitve faze ne določa raven krmilne napetosti, ampak le dejstvo njene prisotnosti. To zmanjšuje zahteve za krmilno napravo.
Sodobni žarometi zahtevajo tri- ali štirivrstne fazne premikalnike (Df = 45 ali 22,5 °). Tri-bitni fazni premik X-pasa ima izgubo približno 1,5 dB.
Feritne naprave se pogosto uporabljajo v mikrovalovni tehnologiji. To je posledica dejstva, da je ferit praktično edini medij z nadzorovanim parametrom m, ki ima vzajemne lastnosti, obvladane v proizvodnji. Poskusi ustvarjanja podobnih naprav na osnovi magnetne plazme in feroelektrikov še niso dali dobrih rezultatov.
Prehod na celostno zasnovo teh naprav je zelo zanimiv. Težave pri izdelavi feritnih naprav na mikropasovni liniji so posledica dejstva, da je magnetno polje v njej linearno polarizirano. Za ustvarjanje vzajemnih naprav je potrebna krožna ali blizu nje polarizacija magnetnega polja. Zato vseh feritnih mikrovalovnih naprav ni mogoče izdelati v obliki mikropasov.
Najbolj razvit most s tremi rokami z mikro trakom Y-cirkulatorji (slika 2.25). Ena od zasnov mikrocirkulatorja je naslednja. Na ozemljeno podlago je položen feritni substrat debeline 0,6 mm. Osrednji trak širine 0,064 mm je razpršen na ferit. Na sredino 120 ° bifurkacije tračne črte je odložen kovinski disk s premerom 0,58 mm. Premer trajnega magneta je nekoliko večji od premera osrednjega kovinskega diska. Tako je le del ferita magnetiziran neposredno v razvejanem območju. Neposredne izgube v takem X-pasovnem obtoku ne presegajo 0,6 dB, ločitev rok ni manjša od 20 dB.
Ko je priključen na eno roko ustreznega obtočnega toka, se spremeni v ventil.
Mikrovalovne naprave v hibridni izvedbi s polprevodniškimi aktivnimi elementi se uporabljajo predvsem pri poteh radijskih oddajnikov z majhno močjo in pri sprejemanju elektronske opreme kot generatorji, modulatorji, ojačevalniki in pretvorniki.
Najpogosteje uporabljeni polprevodniški mikrovalovni elementi so tranzistorji in diode z negativnim uporom različnih vrst. Poleg tega se uporabljajo diode, ki imajo nelinearno odvisnost kapacitivnosti p-n- prehod iz napetosti, na primer parametrične diode, varaktorji in diode s shranjevanjem naboja (DCC). Razen parametričnih ojačevalnikov in oscilatorjev naprave z nelinearno kapacitivnostjo nimajo aktivnih lastnosti. To so pasivni mikrovalovni multiplikatorji, pa tudi naprave za amplitudno, frekvenčno in fazno modulacijo.
Na kratko razmislimo o lastnostih mikrovalovnih naprav, ki temeljijo na aktivnih in nelinearnih pasivnih elementih.
Mikrovalovni ojačevalniki moči na tranzistorjih se uporabljajo v merilnem in decimetrskem območju z izhodno močjo od več sto vatov (v merilnem območju) do enot in frakcij vata na meji dolgih valov v centimetrskem območju. Širokopasovna povezava takšnih ojačevalnikov je 10 ... 15%. Dobiček je od 20 ... ... 25 dB v dolgovalnem delu določenega območja, do decibelov v kratkovalnem delu tega območja. K.P.D. = 15 ... ... 50%, kar je veliko več kot pri ojačevalnikih, zgrajenih na drugih polprevodniških mikrovalovnih aktivnih elementih.
Mikrovalovni ojačevalniki z nizkim šumom so zgrajeni na tranzistorjih do centimetrskega valovnega območja z ojačitvijo 20 ... 30 dB in številom hrupa 5 ... 8 dB. Poleg tega se tranzistorji uporabljajo za avtogeneratorje v razponu od metra do centimetra valov z mehansko in elektronsko frekvenčno nastavitvijo. V takih avtogeneratorjih se praviloma uporabljajo zunanje zanke povratne zveze, kar jih otežuje v primerjavi z diodnimi generatorji. Glavne prednosti tranzistorskih mikrovalovnih naprav vključujejo povečano vrednost učinkovitosti in zagotavljanje enosmernih lastnosti ojačevalnikov brez uvajanja dodatnih nevračalnih elementov.
Diodni generatorji in ojačevalniki z negativno upornostjo se uporabljajo predvsem v območju centimetrov in milimetrov. Načelo delovanja takšnih naprav temelji na kompenzaciji upora izgub nihajnega sistema (ob upoštevanju upora, ki ga prinaša obremenitev) negativne aktivne komponente impedance diode. S popolno kompenzacijo izgub v generatorju se vzpostavijo samodejna nihanja. Z delnim nadomestilom izgub pride do regeneracijskega ojačanja zunanjih nihanj. Za pridobitev lastnih nihanj v diodnem generatorju niso potrebna zunanja vezja povratnih informacij. Regeneracijski ojačevalniki, ki nimajo enosmernih lastnosti, zahtevajo uporabo ne-vzajemnih naprav, na primer obtočil.
V diodnih generatorjih in mikrovalovnih ojačevalnikih se uporabljajo diode z drugačno naravo nastajanja negativne upornosti, in sicer: lavinsko-tranzitne diode (ATD), diode za prenos elektronov (ET), tunelske diode (TD).
Na LPD -jih se gradijo generatorji z izhodno močjo nekaj vatov v centimetrskem območju in stotinamililovatov v milimetrskem območju. Široko uporabo ojačevalnikov na osnovi ATD ovirajo nezadovoljive lastnosti hrupa, ki jih povzroča lavinski mehanizem nastanka nosilcev naboja v teh diodah. Generatorji, ki temeljijo na DPE, so 3 ... 10 -krat slabši po moči od generatorjev na LPD -jih, vendar imajo DPE nekoliko boljše lastnosti hrupa kot LPD -ji: hrupnost ojačevalnikov na DPE -jih je 10 ... 15 dB. Obe vrsti generatorjev imata približno enako učinkovitost, merjeno v odstotkih.
Tunelske diode se uporabljajo v ojačevalnikih z nizkim šumom v območju decimetra in centimetra. Dobiček takšnih ojačevalnikov je 10 ... 20 dB s številom hrupa 5 ... 7 dB. Uporaba TD v generatorjih in mikrovalovnih ojačevalnikih z veliko močjo ovira nizka obratovalna napetost na diodi (del voltov), zaradi česar je za povečanje moči potrebno povečati tok diode. V načinu visokih tokov in nizkih napetosti z značilnostjo tok-napetost v obliki črke M je težko zagotoviti stabilnost napajalnega tokokroga TD. Stabilnost napajalnega tokokroga virov, ki se uporabljajo v praksi, je mogoče zagotoviti le, če se pomemben del moči vira razprši v stabilizacijskem uporu in posledično z občutnim zmanjšanjem učinkovitosti generatorja.
Najboljše lastnosti hrupa v primerjavi z obravnavanimi imajo polprevodniški parametrični ojačevalniki, katerih hrup je reda velikosti 0,5 ... 3 dB. Parametrični diodni ojačevalniki se uporabljajo v območju od decimetrskih do milimetrskih valov z dobički 15 ... 40 dB. V generatorjih črpalk parametričnih ojačevalnikov je mogoče uporabiti APD in DPE. Stroge zahteve so določene glede frekvenčne stabilnosti, ravni moči in spektralnih značilnosti takšnih generatorjev.
Mikrovalovni multiplikatorji na varaktorjih in DNZ se običajno uporabljajo za pomnoževanje frekvence nihanja tranzistorskih ojačevalnikov moči. S pomočjo takšnih tranzistorsko-varaktorskih vezij dobimo nihanja v kratkovalnem delu decimetrskega območja in v centimetrskem območju z vrednostmi moči in izkoristka, ki so za številne praktične uporabe zadovoljive. R - n-prehod, je mogoče doseči milimetrsko valovanje. Kot smo že omenili, takšni multiplikatorji nimajo ojačevalnih lastnosti, njihov koeficient prenosa moči je vedno manjši od enot, manjši pa je večji faktor množenja.
Trenutno polprevodniških mikrovalovnih aktivnih elementov ni mogoče integrirati s preostalo mikrovalovno napravo. Mikrovalovne naprave s polprevodniškimi elementi so sestavljene iz elektromagnetnih mikrovalovnih sistemov, izdelanih po tankoslojni tehnologiji, in vgrajenih polprevodniških naprav v običajni ali nepakirani izvedbi, torej so hibridne. Glavna naloga v tem primeru je miniaturizirati napravo. Majhna velikost aktivnih polprevodniških elementov in omejena elektronska KOPB, kar vodi v pretirano lokalizacijo sproščanja toplote in potrebo po uporabi v primeru velikih razprševalnih moči učinkovitih hladilnikov in hladilnih naprav, ki omejujejo stopnjo miniaturizacije.
Možnosti miniaturizacije elektromagnetnih sistemov pri oblikovanju filma so povezane z naslednjim. Glavna vrsta elektromagnetnega sistema pri oblikovanju filma je neuravnotežena črta z mikrotraki. Nihajna vezja mikrovalovnih generatorjev in ojačevalnikov morajo vsebovati odseke resonančnih linij. katerih dolžina je sorazmerna dolžini pol valov. Za zmanjšanje efektivne valovne dolžine v črti (za približno 2,5 -krat) in za zmanjšanje prečnih dimenzij črte (na desetinke milimetra) lahko uporabimo tanke dielektrične podlage z velikimi vrednostmi dielektrične konstante ( približno 10). Vendar tako majhne prečne dimenzije vodijo v povečanje izgub prevodnosti. Poleg tega so dielektriki z visokimi dielektričnimi konstantami povečali izgube. Posledično je zasluga tovrstnih nihajnih sistemov v povprečju za 0,5 ... 1,5 reda velikosti manjša kot pri valovodnih in koaksialnih nihajnih sistemih. Posledično se zmanjša elektromagnetna učinkovitost ojačevalnikov in generatorjev z visoko močjo, lastnosti hrupa pri napravah z nizko porabo pa se poslabšajo.
V območju decimetra so odseki resonančnih linij, tudi če se uporabljajo substratni materiali z visoko dielektrično konstanto, nesprejemljivo dolgi. Zato je treba v navedenem območju valovnih dolžin opustiti uporabo mikrotračnih vodov in zgraditi nihajne sisteme, ki temeljijo na zloženih induktivnih elementih v obliki ravnih spiral v kondenzatorjih z zlitino ali v filmski zasnovi. Da bi zmanjšali raven sevanja takih elementov, morajo biti njihove mere dovolj majhne v primerjavi z valovno dolžino, zato se prečne dimenzije prevodnikov (na primer ravne spirale) zmanjšajo v primerjavi z dimenzijami tračnih vodov, izgube prevodnosti pa se ustrezno povečajo . Kljub temu so lahko vrednosti faktorja kakovosti združenih elementov reda sto (slika 2.26). Pri nizkih frekvenčnih vrednostih se faktor Q zmanjša zaradi zmanjšanja reaktance, pri visokih frekvenčnih vrednosti pa zaradi povečanja izgub prevodnosti, ki jih povzroči učinek kože, in predvsem izgub zaradi sevanja. Praktično združeni induktivni in kapacitivni elementi se uporabljajo pri frekvencah, ki ne presegajo 1 GHz.
Upoštevajte še eno značilnost hibridnih mikrovalovnih naprav, težave pri uvajanju elementov za uglaševanje in prilagajanje elektromagnetnih sistemov. Uvedba tečajnih elementov mehanske nastavitve močno poslabša proizvodnost izdelka. Neizogiben razpršenost parametrov polprevodniških elementov, pa tudi napake pri izdelavi zaradi pomanjkanja nastavitvenih elementov lahko otežijo izvajanje optimalnih načinov delovanja naprave. Zato je zaželeno zagotoviti elemente za izbiro parametrov elektromagnetnih sistemov in uporabo elektronskih metod prestrukturiranja.
Tako imajo lahko hibridne mikrovalovne naprave slabše parametre kot podobne naprave, ki temeljijo na elektromagnetnih sistemih v razsutem stanju. Kljub temu je njihova uporaba upravičena z občutnim izboljšanjem proizvodnosti, pa tudi z zmanjšanjem velikosti in teže, zlasti pri napravah z nizko porabo energije.
Pri načrtovanju hibridnih mikrovalovnih naprav so možne različne rešitve, ki se razlikujejo po načinih vgradnje dielektričnih substratov s folijo in tečajnimi elementi v kovinsko ohišje, načinih povezovanja elementov na ločenih podlagah in tudi metodah pritrditve polprevodniških naprav.
Pri napravah z nizko porabo lahko polprevodniške naprave obesimo na dielektrično podlago na enak način kot pasivne viseče elemente. Pri povečanih moči je zaželeno zagotoviti stik polprevodniške naprave z ohišjem naprave, ki v tem primeru deluje kot hladilnik in radiator.Za to je v substratu narejena luknja, v katero je nameščena polprevodniška naprava . Priključitev naprav na ločenih podlagah je lahko bodisi z uporabo koaksialnih priključkov bodisi brez vtiča. V slednjem primeru so podlage naprav, ki jih je treba povezati, nameščene blizu enake v isti ravnini, filmski vodniki in metalizirane podlage podlag pa so spajkane. Z brezžičnim priključkom lahko uporabite ločena kovinska ohišja in eno skupno telo za več podlag.
Pri razvoju topologije naprav, zahtev glede gostote namestitve mikrotračnih in drugih filmskih elementov, zahtev za zmanjšanje nehomogenosti na ovinkih in vejah ter nekaterih tehnoloških zahtev, na primer za najmanjšo širino traku ali vrzeli med trakovi se upoštevajo. V nekaterih primerih se upoštevajo pomisleki, povezani s toplotnim režimom naprave. Nihajni sistemi enostopenjskega tranzistorskega ojačevalnika so izdelani na osnovi mikrotračnih vodov z uporabo tečajnih kondenzatorjev v sistemu za blokiranje napajanja. Sponke tranzistorja so povezane z ustreznimi kontaktnimi površinami, označenimi s črkami na sliki
V primeru izvajanja elektromagnetnih sistemov mikrovalovnih naprav, ki uporabljajo segmente asimetričnih mikropasov, se njihove geometrijske dimenzije, potrebne za zagotovitev določenih električnih značilnosti, izračunajo s formulami in grafi.
Vrednosti filmsko induktivnih elementov v mikrovalovnem območju segajo od enot do nekaj deset nanogenov. Induktivni elementi so lahko izdelani v obliki odsekov filmskega vodnika, pa tudi v obliki ravnih spiralov.
Vrednost induktivnosti [nH] kovinskega traku brez upoštevanja vpliva kovinske osnove podlage je
(10)
kje l, o - dolžina in širina traku, mm
Ob upoštevanju vpliva kovinskega izziva se induktivnost izračuna po formuli:
(11)
kje h - debelina podlage
Vrednost induktivnosti v obliki okrogle ali kvadratne spirale je
(12)
kje k - koeficient (k = 5 za okrogle in k = 6 za kvadratno spiralo), D k - zunanji premer (stran) spirale, mm; d do - notranji premer (stran) spirale, mm; N do - število zavojev. Za zunanji premer spirale velja naslednja formula:
D k -d k + (2N k -1) s k + 2w, (13)
kjer s k - višina vijačnice, mm; w - širina spiralnega traku, mm.
Število zavojev spirale
N k = [(D k + s k) - (d k + 2 w)] / 2s k, (14)
Zaslužnost filmskih induktivnih elementov je določena kot
(15)
kjer k " = 2 za okrogle in k = 1,6 za kvadratno spiralo; f- frekvenca GHz.
Napaka pri izračunu induktivnih spiralnih elementov po podanih formulah je ± deset odstotkov. Za izračun geometrijskih dimenzij za dano vrednost induktivnosti je treba uporabiti zaporedne približke.
Načela konstrukcije in splošna struktura strojne obdelave CAD TP. V celotnem obsegu stroškov dela za izdelavo OVE TP proizvodnja BNK delov OVE z metodami oblikovanja v povprečju zavzema 15 - 20%. TP oblikovanja vključuje izdelavo slepih izdelkov (vlivanje, stiskanje, vtiskovanje) in strojno obdelavo (struženje, vrtanje, rezkanje). Najtežje za avtomatizacijo zasnove delov BNK RES so TP strojne obdelave. V zvezi s tem obravnavamo osnovna načela in strukturo CAD TP mehanske obdelave 3. generacije.
Računalniško podprt sistem načrtovanja (CAD) obdelovalne tehnologije bi moral biti usmerjen v delovanje kot del FMS. Zato konstrukcija sistema temelji na rezultatih dela pri razgradnji procesa načrtovanja, oblikovanju metodološke, jezikovne, algoritmične in programske opreme za TP CAD, identifikaciji mest vizualizacije in določanju rezultatov načrtovanja za nadzor nad načrtovanjem proces, ki zagotavlja možnost preverjanja ustreznosti ustvarjenih modelov.
Pri avtomatiziranem načrtovanju TP izdelavo delov v pogojih delovanja FMS v kompleksu nalog zaseda dimenzijska analiza natančnosti glavnih izhodnih parametrov TP (obratovalne mere, dodatki), kot pa tudi oceno natančnosti TP kot celote. Posebno pomembna je izdelava in implementacija na računalniku formaliziranih modelov dimenzijske analize (sinteze), ki omogočajo napovedovanje značilnosti natančnosti parametrov TP v fazi projektiranja, kjer iskanje racionalnih rešitev ni povezano s pomembnim materialom stroški.
Sistem avtomatizira reševanje naslednjih nalog: tehnološka analiza risbe z določitvijo možnosti obdelave tega dela v pogojih delovanja GPS določene konfiguracije; izbira racionalnih vrst in metod pridobivanja obdelovancev; postavitev TP po fazah, izbira nabora elementov, obdelanih na vsaki stopnji, in primerjava možnosti za osnovne sheme TP po ekonomskih merilih; izbira opreme za vsako stopnjo; izbira poti za obdelavo dela v fazi TP; izbira sistema opreme in vpenjanja obdelovanca ter modela opreme pri vsaki operaciji; oblikovanje možnosti za splošno pot TP s kombinacijo operacij na splošno o obdelanih elementih in površinah vrtljajev, vzetih za podlago; izvajanje dimenzijske analize za elemente vrtljive površine, pri čemer se upoštevajo vzeti kot temelji ali upoštevajo ravnine, sprejete kot podlage, in zahteve medsebojnega razporejanja; dodelitev in analiza določenih linearnih dimenzij z zmanjšanjem sestave tehnološko dimenzionalnih verig, katerih zaključni členi so projektne mere in dodatki; določanje presežkov, odstopanj in odstopanj obratovalnih linearnih dimenzij s pomočjo tehnološke dimenzijske analize, ki med načrtovanjem poti za izdelavo dela zagotavlja dodelitev obratovalnih dimenzij in oceno možnosti njihove izvedbe na samodejno konfigurirana oprema; oblikovanje instrumentalnih prilagoditev in pripravo računskih in tehnoloških zemljevidov delovanja, pri katerem se uporabljajo CNC stroji; izračun načinov obdelave in časovnih norm za delovanje TP; izračun stroškov izdelave dela glede na možnosti in izbira možnosti med njimi, ki ima minimalne stroške za dano produktivnost; oblikovanje in izdaja krmilnih programov za CNC stroje z uporabo CAD sistemov, na primer tipa Tekhran; izračun prekrivanja krmilnih odmikov za avtomatske stružnice z uporabo sistemov RAKTA, RASKUL; tiskanje tehnološke dokumentacije (poti in operativni zemljevidi).
CAD omogoča računalniško podprto načrtovanje TP-ja od konca do konca in obdelavo delov razreda "telo revolucije". Cikel od konca do konca vključuje izvedbo projektne risbe, kodirane v skladu s specializiranim formaliziranim jezikom, del in TP za njeno izdelavo (vhodne informacije), dimenzijsko analizo (sintezo) značilnosti natančnosti dela, generacijo možnosti poti TP z oceno najracionalnejšega po ekonomskih in tehnoloških merilih ter razvoj strukture operacij z zmanjšanjem števila rezalnih orodij, oblikovanjem oblog orodja in risanjem operativnih naročil na risarsko -grafičnem stroju. Rezultat delovanja sistema je niz tehnološke dokumentacije (usmerjevalni in obratovalni zemljevidi) ter kontrolni programi za operacije, ki se izvajajo na CNC strojih.
Načela gradnje in splošna struktura avtomatiziranega projektantskega sistema za montažne in inštalacijske procese distribucijske cone. Montaža in namestitev REM-1 in REM-3 v skupnem obsegu stroškov dela za izdelavo REM-ov traja od 45 do 80%. TP za sestavljanje in sestavljanje RES vključuje naslednje procese: REM -1 - izdelki na tiskanih vezjih; REM -2 - izdelki brez kinematike z volumetrično montažo, s kinematiko, pa tudi izdelki iz žic in kablov ali z navitji; REM -3 - izdelki z montažo na pogon.
Tehnološki postopek sestavljanja in sestavljanja OVE vključuje niz operacij vgradnje, povezovanja, oblikovanja, zaradi česar konstrukcijski elementi zasedajo zahtevano lego drug drugega in so povezani z metodami, navedenimi v risbah izdelka. Različni in fizično različni procesi so del sestavljanja in sestavljanja. Montaža in namestitev je zadnja faza proizvodnje izdelka (RES). Zahteve za konstrukcijske elemente, ki vstopajo v sklop, se odražajo v vsebini TP za izdelavo konstrukcij izdelka kot celote. Zato je treba pri načrtovanju TP za montažo in namestitev radijsko -elektronskih naprav upoštevati dejavnike, ki vplivajo na skoraj celoten proizvodni sistem podjetja.
Montažna in montažna dela so večpredstavna tako glede možne sestave in zaporedja operacij tehnološkega procesa kot glede sestave uporabljene opreme, opreme in orodij. Oblikovanje optimalnega tehnološkega procesa in opreme za montažo in namestitev zahteva dolgotrajne izračune, zato je priporočljivo, da se to izvede z računalnikom. Avtomatizacija tehnološkega oblikovanja temelji na matematičnem modeliranju proizvodnje, ki odraža vzorce in razmerja med lastnostmi izdelka in proizvodnim sistemom v obliki matematičnih razmerij. Ti odnosi odražajo dejansko fizično vsebino proizvodnih procesov. Vsi dejavniki fizične vsebine sestave niso primerni za formalizacijo in matematično modeliranje, zato je vloga interaktivnega oblikovanja pri razvoju tehnoloških procesov montaže in montaže velika.
Te naloge so rešene, če sta sestava montažne enote in shema njene montaže in montaže že določeni. Vendar je izbira sheme tehnološke delitve, montaže in namestitve povezana z načrtovanjem postopka tehnološke montaže. Zato so možne takšne sheme tehnološke delitve izdelka in shema montaže in montaže, v kateri je mogoče uresničiti tehnološki proces montaže in montaže. Posledično se izbira sheme tehnološke razdelitve izdelka izvede na naslednji način: oblikuje se sestava montažnih enot, vključenih v izdelek, za vsako montažno enoto pa se oblikuje TP montaže in namestitve.
Če za montažno enoto obstaja vsaj ena varianta tehnološkega procesa montaže in montaže, je možna takšna shema za tehnološko delitev izdelka. Za izbiro optimalne sheme tehnološke delitve OVE se primerjajo različne sheme delitve proizvoda glede na tehnične in ekonomske kazalnike, sprejete kot merila za optimalnost. V tem primeru je treba analizirati vse možne možnosti montaže in namestitve TP za vsako montažno enoto izdelka. Na enak način je izbira montažnih shem, temeljev in opreme montažnih del povezana z zasnovo TP montaže in montaže. Vse te naloge je treba rešiti integrirano, na podlagi enotnega sistema matematičnega modeliranja strukturnih in tehnoloških lastnosti izdelka, lastnosti tehnoloških procesov in opreme za montažna in montažna dela. Začetni podatki za reševanje problemov so podatki o strukturi in zasnovi ter tehnoloških lastnostih izdelka.
Programski modul MP1 izvaja nadzor, kodiranje in primarno obdelavo informacij, ki vstopajo v sistem. Podatki, ki prihajajo z risbami izdelkov in dokumenti o načrtovanju proizvodnje, so razvrščeni, kodirani glede na vrste tipičnega montažnega elementa (TPP), tj. se pretvori iz besedilne ali grafične v alfanumerično obliko, ki je za računalnik sprejemljiva, v obliki zasnove in tehnološke kode (CPC). Tehnološki moduli PM2 - PM10 oblikujejo individualne in tipične (skupinske) procese montaže in montaže. Modul PM2 tvori CPC izdelka kot celote na ravni TPP. Modul PM3 zagotavlja zasnovo mikro trase i -te TE, modul PM4 - tehnološko montažno pot kot celoto za celotno TE ().
Programski modul PM5 izbere standardne AST in industrijske robote, modul PM6 izbere strojna orodja in opremo, modul PM7 izbere pomožna in merilna orodja. Če so zaradi posebnosti izdelkov (montažnih predmetov) potrebni posebni roboti ali orodja, se oblikujejo naročila za oblikovalske podsisteme posebnega tehnološkega orodja, orodja, opreme.
Programski modul PM8 se uporablja za določanje načinov in parametrov montažnih in montažnih operacij, PM9 pa za standardizacijo tehnoloških operacij. Modul PM10 ustvarja krmilne programe za delovanje avtomatiziranega krmilnega sistema in robotov.
Matematični modeli upravljanja in diagnostike radijskih elektronskih naprav in njihovih elementov. Predmet nadzora in diagnostike (OKD) razumemo kot RE izdelka ali njegove komponente (SEM), katerega tehnično stanje določa GOST 20911 - 75.
Postopki prilagajanja in prilagajanja ter nadzora in preskušanja (NRCI) zajemajo vse faze proizvodnje OVE in v skupnem obsegu dela znašajo 20 - 40%. Krmilni postopki zagotavljajo identifikacijo skupin OKD, ki ustrezajo tehničnim specifikacijam (TU). Med regulacijo REM je zagotovljeno, da se operativni kazalniki OKD na podlagi sprememb parametrov prilagajanja pripeljejo do vrednosti, določenih v TU. Proces uravnavanja je namenjen iskanju (odkrivanju) napak in njihovemu odpravljanju. Nadzorno in preskusno delo je povezano s tehnološkim zagonom elektronske opreme, med katerim se v OKD "pojavijo" napake, ki označujejo okvare v smislu kazalnikov kakovosti.
Ti procesi se izvajajo s proizvodnim sistemom (PS) tovarn NRKI. Tehnološko načrtovanje procesov NRKI in PS, ki jih izvajajo, zlasti v okviru računalniško podprtih sistemov načrtovanja, zahteva razvoj kompleksov matematičnih modelov procesov in sistemov OKD in NRKI. Podrobneje se ustavimo pri obravnavi navedenih kompleksov modelov.
Z formaliziranim opisom (matematični model ali kompleks modelov) OKD mislimo na znakovne ali druge opisne modele, ki se uporabljajo pri določanju spremembe kazalnikov namena in napak v izdelku, ki so določeni v začetni projektni dokumentaciji (osnovni električni, strukturni in matematični diagrami, projektne risbe, tehnološka dokumentacija itd. itd.). Analiza glavnih modelov, uporabljenih pri formaliziranem opisu OCD, kaže, da obstajajo analitični, funkcionalni, funkcionalno-logični, logično-verjetnostni in drugi razredi modelov, ki se uporabljajo spodaj.
Pri formaliziranem opisu OKD je treba upoštevati parametre in lastnosti, ki so jim lastni v fazi proizvodnje: prisotnost posameznih napak; lastnosti izdelkov, ki so vir napak v njem; strukturo izdelkov kot predmetov montaže, ki določa možnost zamenjave okvarjenih elementov elektronske opreme.
V zvezi s tem je pri gradnji matematičnih modelov OKD potrebno: določiti strukturo OKD, ki je ustrezen odraz glavnice, funkcionalnih diagramov, pa tudi montažne risbe elektronske opreme; opišejo delovanje elementov sklopa razgradnje, na katerem je postavljena struktura OCD, in opredelijo pojme njihovega tehničnega stanja; določiti verjetnostni opis stanj OKD in njihovih elementov na kateri koli ravni globine iskanja; zgraditi informacijski model OKD, ki vsebuje seznam informacij, ki zadostujejo za njihovo uporabo pri nalogah računalniško podprtega načrtovanja procesov (sistemov) NRCI za proizvodnjo elektronskih naprav.
Za opis strukture OKD, ob upoštevanju njegovega tehničnega stanja, bomo predstavili koncept tipičnih diagnostičnih elementov (TED) in nadomestnih (TED).
TED razumemo kot element osnovnega električnega funkcionalnega diagrama, ki določa delovanje pretvorbe ali prenosa signala A in je predmet nadzora ali diagnostike.
EZ je strukturni element OVE določene stopnje zahtevnosti (del, montažna enota), ki se uporablja pri zamenjavi okvarjenega elementa v procesu njegove odprave.
Kot kažejo definicije, sta TED in TEC elementa razkrojnih nizov, ki sta med seboj edinstveno povezana. Tako se lahko glede na posebne težave, ki se pojavljajo pri napovedovanju in obvladovanju kakovosti, uporabi drugačen strukturni in funkcionalni opis OKP, podan na uvedenih sklopih razgradnje in glede na opredelitev njegovega tehničnega stanja. Zato je treba pri nalogah nadzora in diagnostike uporabiti TED in na njihovi podlagi zgrajene modele, pri nalogah odpravljanja napak pa TED in ustrezne modele. V funkcionalnem opisu OKD pri različnih nalogah tehnologije dela RNKI se lahko uporabljajo različni modeli OKD, odvisno od tega, katere vrste tehničnega stanja se uporabljajo (operativnost in neoperabilnost, uporabnost in okvara, pravilno in nepravilno delovanje). Količinsko so vse vrste tehničnega stanja OKD določene z nalogo v NTD tehničnih zahtev za nadzorovane parametre (kazalnike kakovosti) OKD.
Nadzorovane parametre OKD lahko razvrstimo po različnih merilih: glede na vrsto nadzorovanega parametra - dimenzijske (geometrijske), fizikalne (fizikalno -mehanske in fizikalno -kemijske) in električne parametre; glede na namen se kontrolirani parametri delijo na določevalne, tj. namenjene ugotavljanju vrste tehničnega stanja in pomožne, ki se uporabljajo za iskanje lokacije napake.
Na podlagi uvedenih definicij razmislimo o matematičnih modelih OKD, ki se uporabljajo za ocenjevanje zmogljivosti, prilagajanje, iskanje in odpravljanje napak.
Analiza načel gradnje in izvajanja številnih razredov OKD, vključno z merilnimi in posebnimi, kaže, da so skoraj vsi zgrajeni z uporabo strukturnih modelov, katerih elementi so opisani s popolnimi modeli. Pri reševanju problemov oblikovanja procesov NRKI je treba opisati modele delovanja OKD glede na različne ravni strukturne podrobnosti opisa operaterja OKD, kar je še posebej pomembno pri reševanju problemov iskanja in odpravljanja okvarjeni elementi. Pri obravnavi OKP je treba določiti njegovo strukturo.
1. Bondarekko OE, Orlov BN, Butuzov SS, Osnpov VI Študija oprijema debelih bakrenih filmov. - Bi \ h Zbirka znanstvenih člankov o problemih mikroelektronike Ser. Fizika in matematika številka 14 MIET, 1973
2 Stiglitz M . Oblikovanje frekvenčnega odziva vezanih dielektričnih resonatorjev. - "TIIE1". 1973, letnik 61, številka 3, str. 169.
3. Varfolomejev I. H ., Dmitriev SD, Nikonov VP Optimizacija izgub v pasu preglednosti mikrotrakastega SPR z vzporedno povezanimi polvalnimi resonatorji. - "Elektronsko inženirstvo Ser II", 1975, št. 1, str. 23-29.
4. Korobovsky SB, Shagedanov VI Feritni obtoki in ventili. M., "Sov Radio", 1979
5. Diodni generatorji, ojačevalniki in mikrovalovni ojačevalniki Zapiski s predavanj. Ed. Zemtsova GP MAI, 1976 Avtor H. S. Davydova, GP Zem-nov, V. K. Trepakov, V N. Shkalikov
6. Barton D. Radarski sistemi Per iz angleščine Ed. K.N. Trofimova. M., Vojaško založništvo, 1967.
7. VN Frolov, Ya. E. Lvovich, NP Metkin, Računalniško podprto načrtovanje tehnoloških procesov in sistemov proizvodnje OVE. Moskva., VŠ. 1991
Ministrstvo za izobraževanje in znanost Ruske federacije
Državna izobraževalna ustanova
višje strokovno izobraževanje
Samara State Aerospace
Univerza po imenu akademika S.P. Kraljica
(nacionalna raziskovalna univerza) "
Oddelek za radiotehniko in MDS
Disciplina "Mikrovalovne naprave in antene"
Pojasnilo k tečajnemu projektu
Dopolnil: Dorofeev A.S.
Skupina: 543
Vodja projekta: Rakhaev A.A.
Datum predložitve na pregled:
Stopnja in datum zaščite:
SAMARA 2011
|
Parameter |
Pomen |
|
Značilna impedanca poti | |
|
Delovni pogoji |
vgrajena oprema |
|
Območje delovne temperature |
60 0 С ... + 60 0 С |
|
Največja širina vzorca sevanja v območju delovnih frekvenc v vodoravni ravnini, stopinj | |
|
Največja širina vzorca sevanja v frekvenčnem območju delovanja v navpični ravnini, stopinj | |
|
Največja raven stranskih rež, dB | |
|
Polarizacija signala |
Krožno |
|
Frekvenčni razpon kanala 1, GHz | |
|
Frekvenčni razpon drugega kanala, GHz | |
|
Največji slabljenje signala na izhodu NIS v pasu prvega kanala, dB | |
|
Največji slabljenje signala na izhodu NIS v pasu drugega kanala, dB | |
|
Največji slabljenje signala enega frekvenčnega območja na izhodu drugega kanala CHIS, dB | |
|
Dodatno frekvenčno območje, GHz | |
|
Najmanjše slabljenje signala v dodatnem frekvenčnem območju na izhodu CHIS, dB | |
|
Prenosni vod tipa CHIS |
Tečajni projekt.
Pojasnilo: strani, slike, tabele, viri.
ANTENA, REŽIJSKA DIAGRAMA, TRKOVNI FILTER, FREKVENCNI IZBIRNIK, VALOGEN, VOL.
Oblikujte antensko napravo, ki omogoča sprejem in frekvenčno ločevanje sprejetih signalov po kanalih.
Simboli in okrajšave
DN - smerni diagram;
Učinkovitost - koeficient učinkovitosti;
KND - koeficient usmerjenega delovanja;
A - smerna spojka;
ChRU - naprava za ločevanje frekvence;
MPL - mikrotrakasta linija;
Mikrovalovna pečica - ultra visoke frekvence;
PF - pasovni filter.
Glavni sestavni deli sodobne radijske opreme so antenski sistemi in mikrovalovne poti, ki jim služijo.
Glavni cilj študija discipline "Antene in mikrovalovne naprave" je asimilacija teoretičnih konceptov, metod izračuna in načel oblikovanja sodobnih antenskih sistemov in njihovih poti moči, vključno s pripravo na uporabo obstoječih in razvitih sistemov za računalniško podprto projektiranje.
Izboljšanje in razvoj anten in mikrovalovnih naprav v tem obdobju se je izkazalo za tesno povezano z naslednjimi ključnimi dogodki: vstop osebe v vesolje, nepredstavljiv brez ustrezne radijske tehnične podpore; hiter napredek računalniške tehnologije, ki temelji na dosežkih integralne tehnologije; hiter razvoj polja milimetrskih valov in optičnih valov; ustvarjanje tehnologije za trakove, mikropasove in optične daljnovode, kar je privedlo do miniaturizacije in izboljšanja kazalnikov kakovosti mikrovalovnih poti in ustreznih anten.
Uveljavljena je implementacija faznih antenskih nizov s hitrim skeniranjem električnega žarka, ustvarjanje visoko usmerjenih reflektorskih anten in nizov, nameščenih v vesolju za globalne radijske komunikacijske in oddajne sisteme ter sisteme za raziskovanje zemeljskih naravnih virov (daljinsko zaznavanje).
Pogosta napaka pri modeliranju elektromagnetnih naprav je želja po dodajanju kompleksne geometrije in kompleksnih lastnosti materiala ter mešanih mejnih pogojev v en model hkrati. Očitno ta pristop ne bo uporaben: najverjetneje bo program dolgo časa izračunal in lahko celo povzroči napačne rezultate. V tem članku vam bomo pokazali, kako učinkovito nastaviti preproste modele RF, mikrovalovne in milimetrske valove v programski opremi COMSOL Multiphysics®.
Osnovno pravilo elektromagnetnega modeliranja, ne glede na značilnosti naprave, pa naj gre za resonator, valovod, oddajnik ali absorber, je zelo preprosto: model morate konfigurirati čim bolj učinkovito, na primer, kot je prikazano v prejšnjem članku na našem blogu. Tudi če razmišljate o zelo natančni zasnovi, je vseeno bolje začeti s poenostavljenim modelom in nato postopoma zapletati geometrijo.
Ko naprava ne deluje na sevanje, se elektromagnetni valovi v svoji strukturi bodisi širijo kot v valovodu ali pa se oslabijo in absorbirajo. Elektromagnetni (EM) izračuni takšnih pasivnih naprav temeljijo na rešitvi Maxwellovega sistema enačb.
Elektromagnetni val, ki se širi v mikropasovnem meandru, na katerega sta priključena dva priključka SMA.
Za učinkovito modeliranje pasivnih mikrovalovnih komponent je treba izbrati prave fizikalne lastnosti in robne pogoje. Težko je natančno prikazati realne laboratorijske razmere v modelu, hkrati pa produktivno uporabiti čas in računske vire.
Spodnja tabela prikazuje praktične preskusne in merilne situacije na levi strani ter zmogljivosti COMSOL Multiphysics za njihovo preglasitev in simulacijo na desni:
| Fizični prototip | Numerična simulacija | |
|---|---|---|
| Osnovne nastavitve | Napredna funkcionalnost | |
| Kovinska plast prevodnika, ozemljitvena palica in zaščita | Popoln električni vodnik (PEC - popoln električni prevodnik) |
|
| Odprt prostor | Mejni pogoji razprševanja | Popolnoma usklajeni sloji (PML) |
| Merjenje parametra S za ujemanje naprave in spreminjanje dobička (ali vstavljene izgube) z omrežnim analizatorjem | Pristanišče ali lumpirano pristanišče | Numerična vrata TEM |
| SMD komponente, kot so upori, induktorji in kondenzatorji | Lumpirani elementi: R, L in C | Lumpirani elementi: serijska ali vzporedna vezja LC in RLC |
| Rezultati merjenja poljubne mikrovalovne naprave | Mreža z dvema vratima: S-parametri | Mreža z dvema vratima: možnost uvoza datoteke v obliki Touchstone |
Pri začetni nastavitvi modela pasivnega mikrovalovnega vezja ni treba takoj nastaviti številnih kompleksnih mejnih pogojev. Načeloma je mogoče zgraditi model, zlasti za nizkofrekvenčne izračune, z uporabo le dveh robnih pogojev v RF modulu v COMSOL Multiphysics. Poglejmo, kako to storiti z uporabo mikrotrakaste črte kot primera.
Geometrija mikropasov.
Geometrija modela je sestavljena iz petih elementov (od katerih ima vsak svoj namen:
Materiali, uporabljeni v modelu: dielektrična podlaga (njene lastnosti določi uporabnik) in zrak, ki obdaja tiskano vezje.
Nato morate za model nastaviti pravilne mejne pogoje (BC):
Kovinski deli linije mikropasov: zgornja plast bakra in spodnja površina z ozemljitvijo (levo) in.
Lumpirano pristanišče - robni pogoj na enem koncu črte (desno). Pri eni frekvenci bo izračun trajal le nekaj sekund. Privzeto bodo rezultati vključevali izračun S-parametrov sistema in vizualizacijo slike porazdelitve električnega polja za določeno frekvenco. Če je bil izračun izveden za frekvenčno območje, se prejšnjim rezultatom doda Smith -ova karta. Po potrebi lahko z nekaj kliki izračunate tudi impedanco vrat.
Porazdelitev električnega polja na površini podlage in vizualizacija razcepitve končnih elementov mikropasovne črte.
V modulu radijskih frekvenc lahko elektromagnetnemu modelu dodamo upoštevanje različnih fizikalnih učinkov. To pomeni, da lahko preučite vse fizikalne pojave in nastavite vse lastnosti, ki so potrebne za določeno nalogo. Pri preverjanju zasnove vaše naprave je pomembno, da jasno razumete fiziko (ali kombinacijo fizikalnih učinkov), na kateri temelji izračun.
Več o osnovnih enačbah in tehnikah modeliranja, ki se uporabljajo v RF modulu, lahko izveste v naših prejšnjih člankih na korporativnem spletnem dnevniku: Modeliranje kovinskih predmetov in uporaba popolnoma ujemajočih se razpršenih plasti in mejnih pogojev pri elektromagnetnih težavah valov.
Številne primere modeliranja RF, mikrovalovnih in milimetrskih valovnih naprav lahko vidite v razdelku RF v knjižnici aplikacij COMSOL. Tam boste našli tako tipične študije primerov, kot so simulacija daljnovodov, spenjalnikov, razdelilnikov moči, filtrov in transformatorjev, kot tudi primere, ki upoštevajo interdisciplinarne učinke, kot so mikrovalovne pečice, SAR, nastavljivi filtri itd. D. Obstaja tudi primer mikrovalovnega obtoka, ki uporablja anizotropne lastnosti feritnega materiala.
Pipe, razdelilniki moči in filtri so bistveni sestavni deli mikrovalovne tehnologije. Zagotavljajo odlično izhodišče za učenje modeliranja mikrovalovnih naprav v programski opremi COMSOL®. Zelo koristno je, da se izračunani rezultati zlahka preverijo glede na primere, značilne za to področje.
Zanimanje za frekvenčno območje milimetrskih valov vsako leto narašča zaradi pojava novih mobilnih omrežij 5G, ki morajo podpirati višje hitrosti prenosa podatkov. Simulacija z nizkimi računskimi stroški vam bo pomagala hitro preizkusiti vsak nov koncept ali prototip. Ko valovod deluje pri osnovni frekvenci, 2D modeliranje bistveno skrajša čas izračuna.
Diplekser je naprava, ki se pogosto uporablja v mobilnih komunikacijskih sistemih za združevanje ali razdelitev signalov v dva frekvenčna pasova. Predstavljeni izobraževalni model antenskega razdelilnika (diplekserja) vsebuje izračun parametrov ločevanja signalov na podlagi poenostavljene dvodimenzionalne geometrije.
Ko je komunikacija med prenosnimi vodi zelo šibka, fizični vmesnik Dolge črte (daljnovod) bodo dodatno prihranili računalniške vire. Izračun, ki običajno traja od nekaj minut do ur, je mogoče narediti v nekaj sekundah z uporabo enačb dolgih vrstic.
Standardni nizkoprepustni filter (levo) in Butlerjeva matrična shema 4 × 4 (desno).
Po oceni glavnih značilnosti v tem poenostavljenem načinu lahko preidete na 3D geometrijo.
Antenski niz 8x1 z uporabo matrične sheme Butlerjeve matrice 8x8 pri 30 GHz: kombinacija hitre simulacije daljnovoda in celovalne 3D simulacije FEM.
V tem članku smo preučili različne tehnike za izračun mikrovalovnih naprav. Ko boste prebrali ta članek in pregledali vadnice, boste lahko v paketu COMSOL Multiphysics ustvarili modele pasivnih mikrovalovnih naprav, hkrati pa ohranili visoko natančnost s kratkim časom izračuna.
Avtomatizacija, ECAD - elektronsko računalniško podprto oblikovanje) je star približno 40 let.Na prvi stopnji, v 60. in 70. letih, so bila rešena temeljna vprašanja pri ustvarjanju programske opreme za ECAD. Pred tem so v elektroniki prevladovale eksperimentalne metode oblikovanja. Prehod na računalniške izračune in modeliranje je zahteval razvoj ustreznih matematičnih modelov vezij in zasnove elektronske opreme ter numeričnih metod za proučevanje teh modelov. Zato je bilo za prvo generacijo orodij EDA, ki so bili nepovezani programi za izračun tiskanih vezij in elektronskih vezij, glavna stvar formalizacija oblikovalskih problemov in izbira ustreznega matematičnega aparata. Od konca 60. let je razvoj EDA v glavnem odvisen od napredka mikroelektronike.
Temeljno drugačno stopnjo kompleksnosti težav rešujejo konstrukcijski sistemi mikrovalovnih naprav. Praviloma je za pridobitev značilnosti volumetričnih struktur tukaj potrebna rešitev Maxwellovih enačb, za modeliranje linearnih in nelinearnih vezij pa običajni modeli in metode, ki jih uporablja jedro SPICE, niso dovolj.
Mikrovalovna pisarna 2003(www.mwoffice.com) - programska oprema Applied Wave Research omogoča simulacijo mikrovalovnih naprav, ki so določene v obliki shematskih in funkcionalnih diagramov. Združuje module za analizo linearnih in nelinearnih vezij, oblikovanje topologij, elektromagnetno modeliranje ravninskih večplastnih struktur (2,5-dimenzionalno modeliranje), modeliranje komunikacijskih sistemov na ravni strukturnih diagramov. Nelinearna analiza se tukaj izvaja z metodo harmoničnega ravnovesja in nizom Volterra. Elektromagnetno modeliranje ravninskih mikrovalovnih naprav se izvaja po metodi Galerkinovih trenutkov. Modul za modeliranje blokovnih diagramov, ki ga je prvotno razvil ICUCOM (www.icucom.com), je popolnoma integriran v okolje in ima največji nabor knjižnic modelov. Urejevalnik postavitve ni le grafično okolje za risanje topologij mikrovalovnih naprav, ampak močno orodje za tehnološko pripravo proizvodnje.
Večnamenski avtomatiziran sistem SERENADE avtorja Ansoft (www.ansoft.com) ima modularno strukturo. Več modulov sistema je dokazalo svojo učinkovitost v daljšem obdobju delovanja. Modul HSFF je zasnovan za analizo tridimenzionalnih elektromagnetnih polj, modul Harmonica omogoča oblikovanje z uporabo linearnih modelov naprav, kot so mikrovalovna usklajevalna vezja, mikrovalovna komunikacijska vezja, filtri, pa tudi nelinearne mikrovalovne naprave (ojačevalniki moči, mešalniki , generatorji, stikala), modul Trilines je zasnovan za izračun daljnovodov, modul Sinteza je za sintezo filtrov, modul Super-Spice simulira mikrovalovne naprave v časovni domeni s sistemom SPICE, modul Mikrovalovni uspeh simulira sisteme radiotelefonije.
Družina programskih izdelkov MMICAD, ki ga proizvaja Optotek (www.optotek.com), vključuje 2-linijski analizator; modul, s katerim se izvaja vnos shematskih diagramov; modul, s katerim se povezuje / usmerja; sistem, ki združuje modul, s katerim lahko vnesete shematske diagrame, modul postavitve / sledenja in linijski analizator; nelinearni analizator v časovni domeni; modul za sintezo filtrov; modul za zbiranje informacij in analizo majhnih signalov vezij z tranzistorji s poljskim učinkom; modul za zbiranje informacij in modeliranje vezij s tranzistorji s poljskim učinkom v velikih in majhnih načinih signala.
Plastična vrečka RF Design System Suite- (skrajšano RFDS) podjetja HP EEsof / HPHighFreqency Design omogoča oblikovanje radijskih frekvenčnih vezij za mobilne radijske telefone, druge osebne mobilne komunikacijske sisteme, procesorje za splošno rabo, oddajna satelitska vezja, video sisteme in brezžična lokalna omrežja. Programska oprema vključuje linearni in nelinearni omrežni analizator, ki ima dvosmerno komunikacijo z vektorskim analizatorjem omrežij, analizatorjem spektra in digitalnim osciloskopom. RFDS Suite ima orodja za prehodno in elektromagnetno analizo, sistemsko knjižnico, orodje za postavitev. Poleg tega je možna integracija s programskimi izdelki tretjih oseb.
Sonet Software Suite iz 3D Planar visokofrekvenčne elektromagnetne programske opreme (kratka - Apartma Sonet) služi za preučevanje visokofrekvenčnih elektromagnetnih polj sodobnih vezij in anten 3DnnaHapHbix. Za preučevanje resonance lupine je vključena študija polja šesterokotne škatle.
APLAC(www.aplac.com) je zasnovan za načrtovanje in simulacijo električnih vezij in sistemov na časovnem in frekvenčnem področju. Vključujejo lahko tako digitalne kot analogne komponente, vključno z mikrovalovnimi napravami. Izvedejo se naslednje vrste izračunov: enosmerni način, frekvenčne značilnosti, spektralna gostota in šum, občutljivost in parametrična optimizacija, prehodni procesi, spektri signalov, analiza periodičnih načinov, statistična analiza po metodi Monte Carlo. Poleg tega APLAC vključuje podprogram za izračun tridimenzionalnih elektromagnetnih polj mikrotrakastih struktur in drugih mikrovalovnih naprav. Zadnja stvar, na katero morate biti pozorni, je možnost vnosa rezultatov meritev in oddajanja krmilnih signalov z uporabo vmesniških kartic standarda IEEE-488 (GPIB, HP-IB), kot v sistemu LabView.
Plastična vrečka AppCad(polno ime AppCad Design Software) podjetja Hewlett-Packard je zasnovano za hitre inženirske izračune RF in mikrovalovnih izdelkov, od vezij z diskretnimi diodami in tranzistorji do mikrovalovnih integriranih vezij. Deluje v interaktivnem načinu in vam omogoča izračun: tokovnih in napetostno usmerjenih integriranih vezij, vezij s Schottkyjevimi diodami v velikih in majhnih signalnih načinih, povečanje ojačevalnikov, koeficiente prenosa in odboja linij, deset vrst linij, pristransko vezje bipolarni tranzistorji, povratne informacije oddajnikov in napetost delilnikov, zanesljivost in toplotni pogoji.
Programi Mikrovalovni studio CST nemško podjetje CST (www.cst.de) in QuickWave-3D Poljski QWED (www.qwed.com.pl) rešuje problem popolnega tridimenzionalnega elektromagnetnega modeliranja volumetričnih mikrovalovnih naprav. Slednji program je bolj znan pod komercialnim imenom CONCERTO. Oba programa uporabljata metodo končnih razlik (FDTD), ki jo dopolnjuje metoda konformne transformacije. Glavna razlika med programi je popolnost vmesnika: nemški izdelek je popolno grafično okolje za nastavitev naloge, poljski pa poleg risbe strukture od uporabnika zahteva pisanje programske kode. Oba programa imata orodja za optimizacijo in oba opravljata boljše simulacijske rezultate kot istoimenski izdelki HFSS iz Agilent in Ansoft.
Enostavnejšo in cenejšo rešitev ponuja drugo nemško podjetje - IMST (www.imst.de). Njen izdelek CARSTVO uporablja klasično izvedbo metode FDTD, zato potrebuje več časa in procesne moči, da dobi natančne rezultate za prostorninske strukture proste oblike, ki jih tvorijo ukrivljene površine. Tu lahko dobite tudi različne frekvenčne značilnosti mikrovalovnih naprav in diagrame smer antene.
Ta kategorija izdelkov se osredotoča na vedenjsko modeliranje elektronskih sistemov. Tu program zahteva veliko prilagodljivosti, prisotnost natančnih knjižnic funkcionalnih modulov, možnost vmesnika z drugimi modelirnimi sistemi.
Paket programske opreme MATLAB 6.5(www.mathworks.com, www.mat-lab.ru) podjetja The MathWorks, Inc. se nanaša na sisteme računalniške matematike. Sistem podpira operacije z matrikami, polinomi, reševanjem linearnih, nelinearnih in diferencialnih enačb, optimizacijo, interpolacijo, risanje, 3D oblike in še veliko več. MATLAB je interaktivni sistem, katerega glavni predmet je matrika, za katero vam dimenzije ni treba izrecno podati. Tako je mogoče rešiti številne računske težave, povezane z formulacijami vektorskih matrik.
Glavna razširitev sistema MATLAB je programski paket Simulink... Že zaradi svojega imena Simulink tako rekoč izvaja simulacijo delovanja simuliranih sistemov in naprav, ki ji pravimo tudi simulacija. Za izgradnjo funkcionalnega blokovnega diagrama ima Simulink obsežno knjižnico komponent blokov in priročen urejevalnik blokovnih diagramov. Simulink avtomatizira naslednjo, najbolj dolgotrajno fazo modeliranja: sestavi in reši zapletene sisteme algebrskih in diferencialnih enačb, ki opisujejo dani funkcionalni diagram, ter zagotavlja priročen in vizualni vizualni nadzor nad obnašanjem navidezne naprave, ki jo ustvari uporabnik.
Simulinkova vrednost je v obsežni knjižnici komponent, odprtih za preučevanje in spreminjanje. Vključuje vire signalov s skoraj vsako časovno odvisnostjo, skaliranje, linearno in nelinearni pretvorniki z različnimi oblikami prenosnih značilnosti, napravo za kvantiziranje, integracijo in razlikovanje blokov itd. Knjižnica vsebuje celo vrsto navideznih snemalnih naprav - od preprostih merilnikov, kot sta voltmeter ali ampermeter, do univerzalnih osciloskopov, ki omogočajo ogled časovnih odvisnosti izhodni parametri simuliranih sistemov - tokovi, napetosti, premiki, tlaki itd. ploter za ustvarjanje oblik polarni koordinatni sistem na primer Lissajousove figure in fazni portreti nihanj. Simulink ima animacijske in zvočne funkcije. V dodatnih knjižnicah lahko najdete takšne "naprave", kot so analizatorji spektra kompleksnih signalov, večkanalni snemalniki in orodja za animacijo grafov.
Pogled sistema 5.0(www.elanix.com) - program Elanix je konstruktor, s pomočjo katerega je iz standardnih "kock" zgrajen funkcionalni diagram preučenega elektronskega sistema. Izdelek je zasnovan za simulacijo vseh dinamičnih sistemov in vam omogoča simulacijo v časovni domeni katerega koli sistema, pa naj bo to logično ali analogno vezje ali nekakšna matematična abstrakcija - glavna stvar je, da za to obstaja potrebna knjižnica.
Izračunajo se Fourierjeve transformacije grafov, korelacijske in navzkrižno korelacijske funkcije, izvedejo se aritmetične in trigonometrične operacije, statistična obdelava podatkov in še veliko več. Paket vsebuje velik nabor knjižnic funkcionalnih blokov, mogoče je ustvariti knjižnice po meri katere koli kompleksnosti.
Plastična vrečka Pisarna za mikrovalovno pečico opisano v poglavju "Oblikovanje mikrovalovnih naprav".
Plastična vrečka Simulator vizualnega sistema(www.mwoffice.com) iz Applied Wave Research je simulacijski program na ravni sistema za digitalne komunikacijske naprave. Paket vsebuje več kot 700 modelov funkcionalnih blokov, knjižnic aplikacij, ki podpirajo vse trenutno razširjene komunikacijske standarde, kot so: GSM, CDMA, 3G, GPS, DVB, HDTV in mnogi drugi.
Ker je paket Simulator vizualnega sistema osredotočen na modeliranje telekomunikacijskih sistemov, obstaja širok nabor kanalov. To vključuje modele učinkov, kot so bledenje, večstopenjsko, blokiranje in impulzni šum, ki zagotavljajo zelo natančno oceno delovanja sistema v realnih razmerah.
Vsak sistem za načrtovanje tiskanih vezij je kompleksen sklop programov, ki zagotavljajo cikel od konca do konca, od risbe shematskega diagrama do ustvarjanja kontrolnih datotek za opremo za izdelavo fotomask, vrtanje lukenj, sestavljanje in električno krmiljenje.
Najboljše rezultate, dosežene z Mentor Graphics (www.mentor.com/pcb) Z lastnim sistemom za oblikovanje PCB -jev Mentor BoardStation je podjetje pridobilo dva svoja konkurenta, Verybest in Innoveda, ter še naprej razvija svoje proizvodne linije Expedition PCB in PADS PowerPCB. Ključ do uspeha podjetja je bila osredotočenost na sodobne IDE za Windows.
Plastična vrečka Ekspedicijsko tiskano vezje je trenutno najmočnejša rešitev za oblikovanje tiskanih vezij.
Sistem temelji na okolju AutoActive, ki omogoča izvajanje takšnih funkcij, kot so predtopološka analiza celovitosti signala, interaktivno in samodejno sledenje ob upoštevanju zahtev visokofrekvenčnih plošč in posebnih tehnološke omejitve, ki ga vsiljuje uporaba sodobne bazi elementov. Eno okolje vam omogoča, da simulirate preslušanje v prevodnikih neposredno pri polaganju tira ali vodila in nadzirate, če presegajo določeno raven.
Ta izdelek ima samo eno pomanjkljivost - visoke stroške.
Še en izdelek Mentorja, sistem PADS PowerPCB(www.pads.com) ponuja cenejšo rešitev. Ta sistem se ponaša z najboljšim samodejnim usmerjevalnikom BlaseRouter, ki podpira vse funkcije, ki jih potrebujete pri usmerjanju visokofrekvenčnih plošč. Paket vsebuje module pred-topološke in post-topološke analize, ki tesno sodelujejo s sistemom za nadzor omejitev.
Naslednje po zmogljivostih predlaganih rešitev je podjetje Cadence. Za zgornjo oblikovalsko raven je na voljo paket PCB Design Studio(www.pcb.cadence.com). Uporablja Allegro kot urejevalnik tiskanih vezij za oblikovanje večplastnih in hitrih tiskanih vezij visoke gostote. Program je bil uporabljen kot standardni modul za samodejno umestitev in samodejno sledenje SPECCTRA(www.specctra.com), ki ga poganja obsežen nabor pravil oblikovanja in tehnološke omejitve... Analiza EMC je v teku.
Še en izdelek Cadence, paket OrCAD(www.orcad.com) priporočamo kot lažjo in cenejšo oblikovalsko rešitev za PCB. Cadence ta paket obravnava kot prednostni sistem za vnos in modeliranje projektov: Modula Capture CIS in PSpice sta zdaj na voljo kot del paketa PCB Design Studio. Urejevalnik tiskanih vezij OrCAD Layout ima tri različne konfiguracije z različnimi funkcijami. V projektu PCB je lahko prisotnih do 30 plasti, od katerih je 16 lahko signalnih plasti. Obstajajo vgrajena orodja za samodejno umestitev in samodejno sledenje ter vmesnik s programom SPECCTRA. Vendar glavni modul tukaj ni urejevalnik tiskanih vezij, ampak urejevalnik shem OrCAD Capture CIS, opremljen z edinstvenim sistemom za upravljanje zbirke komponent. Informacijski sistem komponent (CIS) je bil razvit, da vsem uporabnikom OrCAD -a omogoči dostop do interneta do centraliziranih zbirk podatkov o komponentah na spletnem mestu www.spincircuit.com. Prilagodljivost sistema CIS omogoča organizacijo zbirk podatkov o odobrenih sestavnih delih podjetja in delo v lokalnih omrežjih ter uporabo avtomatiziranih postopkov regulativnega nadzora.
Tretji proizvajalec tiskanih vezij CAD je avstralsko podjetje Altium Technologies (www.altium.com). Zahvaljujoč spretni naložbeni politiki je to podjetje lahko zmanjšalo izgube, povezane z recesijo na trgu visoke tehnologije leta 2002. Avgusta 2002 je podjetje izdalo paket Protel DXP(www.protel.com), ki je nadaljevanje lastnih originalnih linij izdelkov podjetja Protel. Ta paket ponuja cikel načrtovanja od konca do konca za mešana A / D tiskana vezja z uporabo programabilne logike iz Xilinxa in Altere. Celoten komplet orodij je izveden na podlagi integriranega oblikovalskega okolja v sistemu Windows X P. Poleg prej razpoložljivih orodij za analizo integritete post-topološke integritete signala je bila dodana možnost izvajanja predtopološke analize.
Altium trenutno nadaljuje z razvojem drugega paketa za oblikovanje PCB. P-CAD 2002(www.pcad.com). Ta sistem ostaja precej priljubljen v Rusiji, kar je po eni strani posledica dobre funkcionalnosti programa in po drugi strani povezave s starimi različicami PCAD 4.5 - 8.7. Leta 1996 je ACCEL Technologies prvič predstavil Windows različico znanega sistema za oblikovanje tiskanih vezij P-CAD. Posodobljeni izdelek se je preimenoval v ACCEL EDA. Od tega trenutka je izdelek ACCEL EDA pridobil široko popularnost med razvijalci elektronskih naprav. Septembra 1999 je izšla zadnja 15. različica izdelka. 17. januarja 2000 sta se združila dva vodilna razvijalca PCB CAD sistemov - Protel International in ACCEL Technologies, ki sta združila moči pod blagovno znamko Protel (zdaj Altium). Od marca 2000 se je ACCEL EDA spremenila v P-CAD.
Sistem P-CAD 2002 izvaja celoten cikel načrtovanja PCB, in sicer:
Ključne značilnosti P-CAD 2002:
Samodejno umeščanje in usmerjanje se izvaja v številnih drugih sistemih za načrtovanje PCB, zlasti v domači CAD. RELJEF z izvirnim algoritmom za hitro gosto pakiranje predmetov različnih velikosti. Algoritem temelji na večkratni dihotomni delitvi niza postavljenih elementov
