ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГЕНЕТИЧЕСКОГО АЛГОРИТМА ДЛЯ СИНТЕЗА ПАССИВНЫХ МИКРОПОЛОСКОВЫХ УСТРОЙСТВ

January 4, 2013 by admin Комментировать »

Белов Ю. И., Морозов А. А., Ханов С. Д. ЗАО НПП «Салют-27» ул. Ларина, д. 7, г. Н. Новгород, 603107, Россия тел. (8312) 66-82-04; факс (8312) 31-90-50, e-mail: salut27(^sandy.ru

Аннотация – Представлена программа синтеза пассивных микрополосковых устройств на основе генетического алгоритма. Приведены результаты синтеза полоснозапи- рающего фильтра и его экспериментальные измерения.

I.                                       Введение

Зачастую при проектировании СВЧ аппаратуры разработчик сталкивается с необходимостью создания НОВЫХ пассивных узлов, обладающих сложной АЧХ или трудно реализуемыми для избранной технологии параметрами.

Решение таких проблем можно пытаться осуществить с помощью ряда известных, хорошо разработанных методов, но большинство классических способов проектирования могут не полностью, а зачастую и совсем не способны, справиться с поставленной задачей.

Выходом из сложившейся ситуации может служить синтез новых уникальных топологий.

II.                              Основная часть

в последнее время довольно интенсивно развивается генетический алгоритм, который хорошо подходит для создания новых топологий, обладающих требуемыми характеристиками.

В начале бОх годов прошлого века Джон Холланд впервые применил эволюционные процессы (процессы естественного отбора), происходящие в природе, к компьютерному алгоритму для решения задач оптимизации. В 1975 году Холланд представил этот алгоритм, называемый генетическим, как объект компьютерной науки [1]. С тех пор генетический алгоритм стал постепенно развиваться и в настоящее время находит всё более широкое применение для решения задач синтеза и оптимизации.

Генетический алгоритм применяется для широкого круга задач, в том числе и для оптимизации СВЧ структур на дискретных и распределённых элементах.

Генетический алгоритм основан на Дарвинском принципе репродукции, в процессе которого генетическая информация индивидов текущего поколения копируется в новое поколение вместе с качествами, присущими родителям. Процесс репродукции состоит из трёх стадий: селекции, перестановки и мутации. Во время селекции генетический алгоритм выбирает индивидов, обладающими наиболее лучшими качествами. Во время репродукции перестановочный аппарат генетического алгоритма создаёт на основе двух «родителей» новое поколение «индивидов», путём обмена составных частей (генов) «родителей».

Наилучшим способом реализации генетического алгоритма синтеза СВЧ устройств является создание автоматизированных программ разработки новых структур, а затем их качественного анализа. В качестве указанного звена анализа может использоваться как специально разработанный программный продукт, так и профессиональные пакеты электромагнитного анализа, в частности, используемая нами, бесплатная версия SonnetLite. SonnetLite является полноценным инструментом анализа СВЧ структур, и уступает профессиональной версии только в объёме доступной памяти, числе портов и диэлектрических слоёв и т. д.

Нами был создан программный комплекс генетического синтеза микрополосковых структур на основе использования четверть- и квазичетвертьволновыми шлейфов.

В качестве одной из целей синтеза была поставлена задача синтеза полоснозапирающего фильтра с максимальным запиранием в точке и с минимальными габаритными размерами. При этом полоса запирания по уровню ЗдБ не должна превышать 10 %.

Для решения поставленной задачи использовался персональный компьютер с процессором Intel Pentium 4 с тактовой частотой 3 ГГц.

Рис. 1.

Fig. 1.

Удовлетворяющая заданным требованиям структура полоснозапирающего фильтра была получена при синтезе десятого поколения. Далее параметры синтезированной структуры, такие как ширины шлейфов, зазоры между ними были оптимизированы для получения оптимальных результатов.

Рис. 2.

Fig. 2.

Габаритные размеры топологии составляют 20×20 мм на поликоре с е=9.8 толщиной 0.5 мм.

Структура синтезированного фильтра приведена на рисунке 1.

Синтезированный с помощью генетического алгоритма полоснозапирающий фильтр был изготовлен в ЗАО НПП «Салют-27» и экспериментально исследован на векторном цифровом анализаторе цепей Anritsu.

В результате проведения измерений были получены следующие результаты, которые представлены на рисунке 2.

Подавление в точке 4.5 ГГц составило около 20дБ, при этом полоса запирания по уровню ЗдБ менее 8 %, неравномерность в полосе пропускания 0-7 ГГц менее 1 дБ.

Так же в качестве эксперимента было проведено последовательное включение четырёх фильтров. Для уменьшения габаритов фильтры были размещены на двух сторонах основания. Технологическая оснастка размещения фильтров приведена на рисунке 3.

Рис. 3.

В результате общее подавление системы из четырёх фильтров составило около 90 дБ. При этом общие габариты системы равны 40x20x20 мм. Для сравнения: ферритовый полоснозапирающий фильтр с габаритными размерами 23x30x28 имеет запирание в точке 50 дБ. При этом он дороже в изготовлении и сложнее в реализации.

Перспективу в использование данной топологии открывает использовании подложки с высокой проницаемостью. В частности нами была теоретически промоделирована данная топология на подложке с е=40 (керамика МТС-40). При этом габариты каждого отдельного фильтра составили 10×10 мм, а системы из четырёх фильтров – 20x10x20 мм.

III.                                  Заключение

Показано применение генетического алгоритма в задачах структурного синтеза пассивных микрополосковых устройств. Приведены результаты структурного синтеза, а так же результаты экспериментального исследования синтезированной топологии.

IV.                           Список литературы

[1] J. Н. Holland. Adaptation in Natural and Artificial Systems.

Ann Arbor, Ml: Univ. Michigan Press, 1975.

Fig. 3.

На рисунке 4 представлены экспериментальные характеристики системы из четырёх фильтров.

USE OF GENETIC ALGORITHM FOR PASSIVE MICROSTRIP DEVICES DESIGN

Belov Y. I., Morozov A. A., Khanov S. D.

JSC SPE «Salut-27»

7,                 Larina, N. Novgorod, 603107, Russia Ph.: (8312) 66-82-04 fax: (8312) 31-90-50

Abstract – Presented in this paper is the program for passive microstrip devices synthesis based on genetic algorithm. The results of bandstop filter synthesis have been shown.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2006г. 

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты