Д.В. Денисенко1, В.В. Радченко2

1,2 АО «ЦНИРТИ им. академика А.И. Берга» (Москва, Россия)

1 dima_den@inbox.ru; 2 optimizer@mail.ru

Постановка проблемы. Проектирование устройств сверхвысокочастотного (СВЧ) диапазона с оптимальными характеристиками на основе планарных линий передачи - сложный и трудоемкий процесс, требующий расчета тысяч вариантов топологии. При этом электромагнитный анализ одного варианта может исчисляться десятками минут. Следовательно, актуальной является задача улучшения соотношения точности и скорости моделирования с помощью приближенных моделей и методов (например, на основе квазистатического приближения), обладающих приемлемой точностью только в ограниченном классе задач. Более сложные и универсальные модели так или иначе приводят к увеличению вычислительных затрат.

Цель. Рассмотреть способ сокращения вычислительных затрат на этапе формирования системы линейных алгебраических уравнений для двумерных моделей планарных СВЧ-цепей произвольной топологии.

Результаты. Предложен способ, позволяющий значительно сократить вычислительные затраты на формирование многомодовых матриц двумерных моделей планарных элементов произвольных форм за счет их аппроксимации однотипными и простыми базовыми сегментами. Проведен численный эксперимент с применением представленного подхода, результаты которого подтвердили увеличение скорости расчета на порядок.

Практическая значимость. Численная реализация предложенного способа позволяет на порядок ускорить расчет характеристик двумерных планарных моделей и снизить трудоемкость проектирования, что делает их эффективными в задачах параметрической оптимизации широкого круга планарных СВЧ-устройств.

Денисенко Д.В., Радченко В.В. Быстрый анализ многопортовых моделей планарных СВЧ-устройств на основе сегментации базовыми элементами // Радиотехника. 2024. Т. 88. № 8. С. 170−179. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202408-17

1. Аристархов Г.М., Кириллов И.Н., Корчагин А.И., Кувшинов В.В. Компактные высокоизбирательные микрополосковые фильтры на свернутых сонаправленных шпилечных резонаторах // Радиотехника. 2021. Т. 85. № 4. С. 126−137.  DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202104-14.
2. Poljak D., Drissi K.E. Computational Method in Electromagnetic Compatibility: Antenna Theory Approach versus Transmission line Models. John Wiley & Sons. 2018. 432 p. https://doi.org/10.1002/9781119547983.
3. Okoshi T. Planar circuits for microwaves and lightwaves. Springer Science & Business Media. 2012. Т. 18. 202 p.
4. Okoshi T., Uehara Y., Takeuchi T. The Segmentation Method-An Approach to the Analysis of Microwave Planar Circuits (Short Papers) // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 1976. Т. 24. №. 10. P. 662-668.
5. Денисенко Д.В., Радченко В.В. Квазистатическое моделирование микрополосковых фильтров методом матричного представления краевых электромагнитных полей в резонаторах // Журнал радиоэлектроники. 2020. №. 3. С. 7-7.
6. Денисенко Д.В., Радченко В.В. Метод моделирования связанных планарных резонаторов на основе матричного представления краевых электромагнитных полей // Системы управления, связи и безопасности. 2021. № 5. С. 120-135. DOI: https://doi.org/10.24412/2410-9916-2021-5-120-135.
7. Sabban A., Gupta K.C. Evaluation of parasitic coupling among coupled microstrip line discontinuities using a multiport network modeling approach // 1993 23rd European Microwave Conference // IEEE. 1993. P. 656-658.
8. Gupta K.C., Hall P.S. Analysis and Design of Integrated Circuit-Antenna Modules. Wiley, Technology & Engineering. 2000. 424 p.
9. Stumpf M., Leone M. Efficient 2-D Integral Equation Approach for the Analysis of Power Bus Structures with Arbitrary Shape // IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility. Feb. 2009. V. 51. № 1. P. 38-45. DOI: https://doi.org/10.1109/TEMC.2008.2009223.
10. Wei X., Li E., Liu E., and Cui X. Efficient modeling of re-routed return currents in multilayered power-ground planes by using integral equation // IEEE Trans. Electromagn. Compat. Aug. 2008. V. 50. № 3. P. 740–743.
11. Liu P., Li Z. Efficient computation of Z-parameter for the rectangular planar circuit analysis // PIERS Online. 2005. Т. 1. №. 5. P. 611-614.
12. Hampe M., Palanisamy V.A., Dickmann S. Single summation expression for the impedance of rectangular PCB power-bus structures loaded with multiple lumped elements // IEEE transactions on electromagnetic compatibility. 2007. Т. 49. № 1. P. 58-67.
13. Lim E.G. et al. Efficient impedance coupling formulas for rectangular segment in planar microstrip circuits // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2003. Т. 51. № 8. P. 2137-2140.
14. Lee S.H., Benalla A., Gupta K. C. Faster computation of Z-matrices for triangular segments in planar circuits // International Journal of Microwave and Millimeter-Wave Computer-Aided Engineering. 1992. Т. 2. № 2. P. 98-107.
15. Lee S.K. et al. Efficient coupling impedance formulas for the right-angled isosceles triangular patch for use in segmentation analysis // 2006 European Microwave Conference. IEEE. 2006. P. 241-244.
16. Chadha R., Gupta K.C. Segmentation method using impedance matrices for analysis of planar microwave circuits // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. Jan. 1981. V. 29. № 1. P. 71-74. DOI: https://doi.org/10.1109/TMTT.1981.1130292.
17. Dobrowolski J.A. Introduction to Computer Methods for Microwave Circuit Analysis and Design. Warsaw University of Technology. Artech House. 1991. 427 p.
18. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2024616032 (РФ). Microstrip TEM Solver / Денисенко Д.В.; заявитель и правообладатель Денисенко Д.В. (RU). №2024614845/69; заявл. 12.03.2024; опубл. 15.03.2024; реестр программ для ЭВМ.