Математичне та програмне забезпечення автоматизованого синтезу топологій фільтрів НВЧ

Abstract

В дисертаційній роботі вирішено важливе наукове завдання – розроблено та удосконалено методи синтезу топологій мікросмужкових фільтрів НВЧ. Розроблені методи дають можливість виконувати синтез фільтрів, що реалізовані з використанням резонаторів різних типів, таких як фільтри на шпилькових резонаторах, фільтрів з отворами в екрануючому шарі, фільтри на трикутних резонаторах, на відрізках нерегулярної лінії передачі, фільтри з фрактальною реалізацією резонаторів. Запропоновано алгоритми системи синтезу топологій мікросмужкових фільтрів, які забезпечують одержання топологій, що відповідають заданим вимогам, з використанням резонаторних структур, у тому числі таких, для яких немає точних методів та методик синтезу. Розроблена система автоматизованого синтезу топологій має досить високу швидкодію завдяки оптимальному поділу блоків програми з метою мінімальної взаємодії між ними, що забезпечує високу швидкість обчислень. В диссертационной работе решено важное научное задание – разработаны и уточнены методы синтеза топологий микрополосковых фильтров СВЧ. Разработанные методы позволяют выполнять синтез фильтров, реализованных с использованием резонаторов различных типов, в том числе фильтров на резонаторах шпилечного типа, фильтров с отверстиями в экранирующем слое, фильтров на треугольных резонаторах, на отрезках линии передачи, фильтров с фрактальной реализацией резонаторов. Предложен метод синтеза фильтров на шпилечных резонаторах с такими особенностями топологии, как наличие отверстия в экранирующем слое, непараллельность связанных линий, фрактальная реализация шпилечных резонаторов. Разработан метод синтеза для фильтров на треугольных резонаторах, основанных на представлении топологии в виде последовательности отрезков связанных линий, последующем квазистатическом анализе и расчете матрицы емкостей и частотных характеристик синтезируемого фильтра. Впервые разработан метод синтеза микрополосковых фильтров на отрезках нерегулярной линии передачи, для которых нет точных методик расчета. Проанализирована зависимость свойств частотных характеристик фильтров, построенных на отрезке нерегулярной линии передачи, от его геометрических размеров. Создана база данных, позволяющая получать требуемые частотные характеристики путем комбинирования на одной подложке нескольких отрезков нерегулярной линии передачи. Усовершенствован метод поиска решений генетическим алгоритмом посредством предварительной кластеризацией с использованием самоорганизующихся карт Кохонена, что позволяет снизить аппаратно-временные затраты и распараллелить выполнение расчетных задач. Разработанная система автоматизированного синтеза топологий имеет достаточно высокое быстродействие благодаря оптимальному разделению блоков программы с целью минимального взаимодействия между ними, что обеспечивает высокую точность расчетов. In the dissertation resolved important scientific and technical problem - designed and improved synthesis methods of microwave filters’ topologies. The methods allow the synthesis of filters which are implemented using resonators of different types, such as hairpin resonators, slot in the ground plane, triangular resonators, non-uniform transmission line and fractal resonators. Algorithms for system of synthesis of microstrip filters’ topologies has proposed. They provide a need topologies comply to the given requirements, using resonating structures, including those for which no exact methods and techniques of synthesis. The method uses self-organizing maps Kohonen and makes it possible to reduce the requirements for hardware and time expenses to parallelize execution and computing tasks. The developed system of automated topologies synthesis has enough high speed through the optimal division of programs blocks to minimal interaction between them, which provides high speed computing.