Виртуальный измерительный комплекс для исследования транзисторных усилителей сверхвысокой частоты

Введение. Измерительные комплексы для исследования телекоммуникационных устройств и их элементов являются сложными в обслуживании и дорогостоящими. Поэтому, когда это возможно, предлагается заменить их виртуальными измерительными комплексами (ВИК), позволяющими производить измерения по заданным физическим параметрам объекта исследования.

Цель работы. Разработка ВИК для измерения S-параметров усилителей сверхвысоких частот (СВЧ) методами имитационного моделирования по заданной пользователем топологии при заданных ограничениях на количество элементов.

Методы и материалы. ВИК предназначен для исследования СВЧ-усилителей малого сигнала. ВИК состоит из программной части и графического интерфейса в среде LabVIEW. Программная часть содержит текстовые модули, в которых вычисляются S-параметры усилителя. Схема усилителя методом декомпозиции разбивается на четырехполюсники, описываемые матрицами рассеяния и передачи. Определяются элементы матриц, матрицы приводятся к одному типу и перемножаются для получения частотных зависимостей S-параметров усилителя. Интерфейс ВИК представляет визуализацию на экране компьютера векторного анализатора микроволновых цепей с подключенным к нему усилителем СВЧ. Результаты. Описан ВИК для исследования усилителей СВЧ по заданной топологии. Приведены вычисления параметров линий передачи, составляющих усилитель, их матрицы рассеяния и преобразования в матрицы передачи для получения матрицы рассеяния усилителя. Приведен алгоритм работы и представлена визуализация ВИК. Проведено сравнение с программой проектирования устройств СВЧ MicrowaveOffice.

Заключение. MicrowaveOffice, который ориентирован на решение задач синтеза, требует навыков работы для составления и изменения проекта, ресурсозатратен, требует приобретения лицензии. В отличие от него ВИК ориентирован на решения задач исследования, отличается уровнем визуализации измерительных приборов, прост при вводе данных, не требует больших вычислительных ресурсов, лицензии. Применим в образовательном процессе, например при дистанционном обучении, где использование таких программ, как MicrowaveOffice, невозможно.

1. Анализаторы цепей. URL: https://www.keysight.com /ru/pcxx2015001/network-analyzers (дата обращения 11.05.2019).

2. Векторные анализаторы цепей. URL: https://www.rohde-schwarz.com/ru/products/test-and-measurement/network-analyzers/pg_overview_64043.html (дата обращения 11.05.2019).

3. Rosenberger Product Catalog. URL: https://catalog. rosenberger.com (дата обращения 11.05.2019).

4. Cables. URL: https://ecatalog.hubersuhner.com/category/E-Catalog/Radio-frequency/Cables (дата обращения 11.05.2019).

5. Virtual Analyzer - виртуальный измерительный комплекс. Ч. 1. URL: https://www.rlocman.ru/review/article.html?di=148576 (дата обращения 11.05.2019).

6. Виртуальные стенды и лаборатории. URL: http://labstand.ru/virtualnye_stendy (дата обращения 11.05.2019).

7. Никольский В. В., Никольская Т. А. Декомпозиционный подход к задачам электродинамики. ЛЕНАНД (URSS), 2019. 304 с.

8. Microwave Devices, Circuits and Subsystems for Communications Engineering. Ed. by I. A. Glover, S. R. Pen-nock, P. R. Shepherd. John Wiley & Sons, 2005. 531 p. doi: 10.1002/0470012757

9. Edwards T. C., Steer M. B. Foundations of Interconnect and Microstrip Design. 3rd ed. John Wiley & Sons, 2000. 512 p. doi: 10.1002/9781118894514

10. David Pozar. Microwave Engineering. 4th ed. John Wiley & Sons, 2011.752 p.

11. Travis J., Kring J. LabVIEW for Everyone: Graphical Programming Made Easy and Fun. 3rd ed. Crawfordsville: Prentice Hall, 2007. 1236 p.

12. Половко А. М., Бутусов П. Н. Интерполяция. Методы и компьютерные технологии их реализации. СПб.: БХВ-Петербург. 2004. 320 с.

13. LabVIEW 2018 Help. Formula nodes. URL: http://www.ni.com/pdf/manuals/371361r.zip (дата обращения 11.05.2019).

14. Евдокимов Ю., Линдваль В., Щербаков Г. LabVIEW для радиоинженера. От виртуальной модели до реального прибора. М.: ДМК Пресс, 2010. 400 с.

15. Блюм П. LabVIEW: стиль программирования. Пер. с англ. под ред. П. Михеева. М.: ДМК Пресс, 2008. 400 с.

16. SweetHome3D URL: http://www.sweethome3d.com (дата обращения 11.05.2019).

17. Steer M. Microwave and RF Design: A Systems Approach. 2nd ed. SciTech Publishing, 2013. 1194 p.