и обеспечивающих требуемые ее характеристики. В дальнейшем щод топологией схемы понимается способ соединения ее отдельных элементов [11], тип которых не имеет значения. Задание топологии схемы и типов соединения элементов полностью описывает ее структуру. Поэтому задачи синтеза, решаемые обычно в процессе проектирования, разделяют на задачи синтеза структуры и синтеза параметров, которые, однако, могут пересекаться [21].

Применение ЭВМ на данном этапе позволяет в значительной 1мере автоматизировать процесс проектирования линейной части схемы АПА. Различают три варианта автоматизации схемотехнического проектирования (АСхП): использование ЭВМ для анализа; использование ЭВМ для прямого синтеза; использование ЭВМ для оптимизации [22].

Недостатком методики с применением ЭВМ для анализа является неполное использование возможностей ЭВМ, так как в этом случае машина применяется только как инструмент для много-ясратных вычислений характеристик различных вариантов схем. Всю же работу по выбору требуемого варианта (т. е. решение вадач синтеза структуры и парамечров) выполняет разработчик. При этом какие-либо гарантии получения оптимального решения отсутствуют.

Более эффективным является прямой синтез, требующий минимального участия человека в процессе создания схемы. При этом с помощью ЭВМ производится определение конфигурации принципиальной схемы, типов и параметров ее элементов. В настоящее время развита известная из теории цепей методика прямого синтеза, предусматривающая решение задачи в два этапа - аппроксимации и реализации.

В ряде случаев прямой синтез является весьма эффективным. Однако он не может быть применен при разработке СВЧ устройств, содержащих элементы с распределенными и сосредоточенными параметрами. Кроме того, результатом прямого синтеза является идеализированная схема, в которой не учтены влияния не-однородностей, допусков и требований технической реализуемости.

Из-за перечисленных причин метод прямого синтеза применяется в основном только для выбора начального варианта схемы создаваемого устройства [22]. Дальнейшее проектирование проводится с помощью параметрического синтеза (оптимизации), который наиболее широко используется при АСхП электронных узлов РЭА. С помощью процедуры оптимизации находят такие параметры элементов схемы, чтобы в процессе ее функционирования обеспечивалось экстремальное значение некоторого критерия или показателя качества работы. Эффективность процедуры параметрического синтеза всецело определяется эффективностью алгоритмов оптимизации и алгоритмов проектируемой схемы.

На следующем этапе проектирования проводится расчет характеристик направленности и энергетических характеристик про-

ектируемой антенны в целом, а также корректировка в случае необходимости номиналов элементов схемы.

Эффективность проектирования на данном этапе значительно повышается при работе в режиме диалога разработчик - ЭВМ, когда ЭВМ используется для анализа характеристик АПА, а принятие решений по корректировке элементов схемы выполняется разработчиком. Для получения наиболее достоверных окончательных результатов и анализа характеристик АПА должны использоваться наиболее строгие математические модели компонентов, входящих в схему.

Изложенный подход является довольно общим, и описанные выше этапы присутствуют при разработке любой АПА, хотя в зависимости от конкретных особенностей проектируемой антенны может изменяться их последовательность либо задачи проектирования на каждом из этапов могут формулироваться различным образом.

Так, например, при проектировании слабонаправленных АУ1М метрового и дециметрового диапазонов волн, реализованных по структурной схеме рис. 1.2, на этом этапе проектирования линейной части схемы возможно несколько вариантов постановки задачи проектирования ЛЧС.

1. Определить параметры элементов ЛЧС заданной структуры, обеспечивающей в полосе частот [comm, сотаж] требуемую зависимость мощности, отдаваемой АП в нагрузку Phi (о))

2. Определить тип и параметры элементов ЛЧС заданной топологии, обеспечивающей в полосе частот [сотгп, comaj требуемую зависимость мощности, отдаваемой АП в нагрузку Phi((i)).

3. Определить тип и параметры элементов ЛЧС заданной топологии, обеспечивающей в полосе частот [антгп, (ИтаЛ мощность в нагрузке не менее Phi mm, модуль коэффициента отражения на входе не более Тъхтах- Первая задача относится к задачам параметрического синтеза, вторая и третья - к задачам структурно-параметрического синтеза. При решении первых двух задач проектирование ЛЧС заключается в проведении параметрического или структурио-иараметрического синтеза входной {СТЦ1) и выходной {СТЦ2) согласующе-трансформирующих цепей с целью обеспечения требуемой зависимости их коэффициента передачи по мощности в диапазоне частот [сотгп, comaj. Исходными данными для решения этих задач служат задаваемая в техническом задании частотная зависимость полного сопротивления генератора возбуждения Zr(co) и данные, полученные при анализе характеристик АП, в частности Zbxi((i)), Zhi(co), а также полученная при проектировании излучателя частотная зависимость его полного входного сопротивления Za (со).

Если же ЛЧС АУМ должна обеспечить мощность в нагрузке не менее Phi mm в полосе частот [сотгп, а>тах], то более эффективной является следующая последовательность проектирования.

Известно, что заданное значение г hi mm может быть достигнуто при нескольких значениях полного сопротивления Z i. По-

этому требования к частотной характеристике Pui целесообразно задавать в виде требований ко входному сопротивлению Z i СТЦ2, используя нагрузочные характеристики, представляющие собой построенные на комплексной плоскости кривые постоянной мощности в нагрузке Phi{Z i) =P imin при условии fb = coiist. Удобство использования нагрузочных кривых заключается р том, что они определяют все возможные значения Z i, а следовательно, и возможные реализации СТЦ2, при которых может быть достигнута мощность в нагрузке не менее заданной. Учитывая это, на этапе выбора типа транзистора проводятся расчет его нагрузочных характеристик и определение требований к полному сопротивлению Z i. В качестве начальной точки при расчете нагрузочных характеристик, как и при выборе типа АП, используются результаты анализа параметров транзистора в режиме максимального коэффициента усиления. Синтез СТЦ1 производится после синтеза СТЦ2 и расчета полного входного сопротивления Zbxi, являющегося каскадным соединением АП-СТЦ2-И.

Данный пример показывает, как изменение требований к ЛЧС АУМ приводит к изменению содержания одного из этапов проектирования АПА, не влияя на общую последовательность проектирования АПА.

Зачастую одновременно с синтезом СТЦ2 проводится и оптимизация параметров излучателя. В этом случае этап проектирования излучателя отсутствует, что также приводит к изменению последовательности проектирования АПА.

2. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ АКТИВНЫХ ПЕРЕДАЮЩИХ АНТЕНН

2.1. ПАРАМЕТРЫ БОЛЬШОГО СИГНАЛА СВЧ ГЕНЕРАТОРНОГО ТРАНЗИСТОРА КАК ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКА

Ниже рассмотрена одна из приближенных математических моделей СВЧ генераторного транзистора, при составлении которой использованы кусочно-линейная аппроксимация характеристик активного прибора и метод гармонического анализа. Применение метода гармонического анализа позволяет представить транзистор на основной и высших гармониках в виде четырехполюсника, характеризуемого К-параметрами большого сигнала [24], а следовательно, и провести анализ частотных характеристик энергетических параметров активной антенны с помощью известных методов анализа линейных электрических цепей.

Исходными данными для расчета К-параметров являются значения элементов эквивалентных схем транзисторов (ЭСТ) с общим эмиттером (ОЭ) и общей базой (ОБ), которые приведены