Комп'ютерне проектування атенюатора на плівкових резистивних елементах

Гніденко, Віталій Якович

Please use this identifier to cite or link to this item: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8001

Title:	Комп'ютерне проектування атенюатора на плівкових резистивних елементах
Authors:	Гавриш, Олександр Степанович Гніденко, Віталій Якович
Keywords:	атенюатор;програма microvawe office;коефіцієнт послаблення;ксх;смуга частот
Issue Date:	2022
Abstract:	В даній роботі для моделювання моделі мікроплівкового атеньюатора було обрано програму Microwave Office, побудовано еквівалентну схему мікроплівкового атеньюатора із заданими параметрами. Створено структуру мікроплівкового атеньюатора, побудовано 3-х вимірну модель, переглянуто анімацію струмів і Е-поля. Отримана модель ефективно працює в межах 4-18 ГГц, забезпечуючи послаблення сигналу 18-20 дБ і КСХ не перевищує 2 дБ. При зменшенні діелектричної проникності матеріалу підложки, що дорівнювала 10.55, обрано гетинакс зі значенням 5.55, в результаті чого зменшилось внесене ослаблення і зменшився КСХ.
URI:	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8001
Appears in Collections:	172 Електронні комунікації та радіотехніка (Радіотехніка та робототехнічні системи)

Files in This Item:

File	Description	Size	Format
Б_172_РТ_Гніденко_Гавриш_2022.pdf Restricted Access		1.53 MB	Adobe PDF	View/Open Request a copy

Show full item record

Extracted text

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ФАКУЛЬТЕТ ЕЛЕКТРОННИХ ТЕХНОЛОГІЙ І РОБОТОТЕХНІКИ
КАФЕДРА РОБОТОТЕХНІЧНИХ І ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙНИХ СИСТЕМ ТА
КІБЕРБЕЗПЕКИ

До захисту допущено
завідувач кафедри РТСК
д.т.н., професор __________ В.В. Палагін
"_____" червня 2022 року

Пояснювальна записка
до кваліфікаційної роботи
освітнього ступеня «бакалавр»
на тему: «Комп'ютерне проектування атенюатора на плівкових резистивних елементах»

Виконав студент 2(4) курсу, групи РТ-86ск
Спеціальність – 172 «Телекомунікації та радіотехніка»
Освітня програма – «Радіотехніка та робототехнічні
системи»
Гніденко Віталій Якович
Керівник роботи Гавриш О.С.
Рецензент

Черкаси 2022

Форма № Н-9.01
Черкаський державний технологічний університет
(назва вузу)
Факультет електронних технологій і робототехніки
Кафедра Робототехнічних і телекомунікаційних систем та кібербезпеки
Освітній ступінь бакалавр
Спеціальність 172 - Телекомунікації та радіотехніка
Освітня програма Радіотехніка та робототехнічні системи
ЗАТВЕРДЖУЮ
Завідувач кафедри РТРСК
д.т.н., професор Палагін В.В.

« 14 » лютого 2022 р.

ЗАВДАННЯ
на дипломний проект (роботу) студенту
Гніденку Віталію Яковичу
(прізвище, ім'я, по батькові)
1. Тема проекту (роботи) Комп'ютерне проектування атенюатора на плівкових резистивних
елементах
керівник проекту (роботи) Гавриш Олександр Степанович, к.ф.-м.н., доцент
(прізвище, ім’я, по батькові, науковий ступінь, вчене звання)
затверджена наказом по університету від « 18 » лютого 2022 р. № 58/04
2. Строк подання студентом проекту (роботи) 20 травня 2022 р.
3. Вихідні дані до проекту (роботи) внесене ослаблення L=18-20 дБ; коефіцієнт стоячої
хвилі КСХ<2 дБ

4. Зміст розрахунково-пояснювальної записки (перелік питань, які потрібно розробити)______
Вступ. 1. Огляд програмних засобів моделювання пристроїв НВЧ. 2. Особливості програмного
пакету MICROWAVE OFFICE. 3. Розробка та моделювання атенюатора на плівкових
резистивних елементах.4. Охорона праці. Висновки. Список використаної літератури

5. Перелік графічного матеріалу (з точним зазначенням обов’язкових креслень)
13 слайдів в PowerPoint

6. Консультанти з проекту (роботи) із зазначенням розділів проекту, що їх стосуються
Підпис, дата
Розділ Прізвище, ініціали та посада завдання завдання
консультанта видав прийняв
Охорона праці Кожем’якін О.С., ст. викладач
кафедри геодезії, землеустрою,
будівельних конструкцій та
безпеки життєдіяльності

7. Дата видачі завдання 14 лютого 2022 р.

КАЛЕНДАРНИЙ ПЛАН
№ Назва етапів дипломного С т р о к виконання етапів П р имітка
з/п проекту (роботи) проекту (роботи)
1. Аналіз технічного завдання та огляд літератури 14.02.2022
2. Ознайомлення з конструкцією, принципом дії та
основними параметрами атенюатора на плівкових
резистивних елементах 18.02.2022
3. Огляд програм моделювання і розрахунку
параметрів пристроїв НВЧ 04.03.2022
4. Побудова віртуальної моделі атенюатора на
плівкових резистивних елементах 20.03.2022
5. Дослідження частотних характеристик
атенюатора 10.04.2022
6. Розробка розділу з охорони праці 21.04.2022
7. Оформлення пояснювальної записки та плакатів 10.05.2022

Студент Гніденко В.Я.
(підпис) (прізвище та ініціали)
Керівник проекту (роботи) Гавриш О.С.
(підпис) (прізвище та ініціали)

ЗМІСТ
Стор.
Вступ 4
1. ОГЛЯД ПРОГРАМНИХ ЗАСОБІВ МОДЕЛЮВАННЯ ПРИСТРОЇВ НВЧ 6
1.1 Програма CST MICROWAVE Studio 6
1.2 Програма Feko 10
1.3 Програма HFSS Ansoft 15
2. ОСОБЛИВОСТІ ПРОГРАМНОГО ПАКЕТУ MICROWAVE OFFICE 21
2.1 Опис Microwave Office 21
3. РОЗРОБКА ТА МОДЕЛЮВАННЯ АТЕНЮАТОРА НА ПЛІВКОВИХ
РЕЗИСТИВНИХ ЕЛЕМЕНТАХ 35
3.1 Побудова еквівалентної схеми атенюатора на плівкових резистивних
елементах 35
3.2 Побудова моделі мікрострічкового атенюатора 40
3.3 Дослідження параметрів і характеристик для моделі мікрострічкового
атенюатора 50
4. ОХОРОНА ПРАЦІ 58
4.1 Аналіз небезпек та шкідливостей, що впливають на співробітника
радіотехнічної лабораторії 58
4.2 Розрахунок системи кондиціонування повітря лабораторії 65
Висновки 72
Список використаної літератури 74

РТ86.022080.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Розроб. Гніденко В.Я. Літ. Арк. Акрушів
Перевір. Гавриш О.С. Комп'ютерне проектування 3 74
Реценз. атенюатора на плівкових
Н. Контр. Гавриш О.С. резистивних елементах ЧДТУ
Затверд. П алагін В.В.
Вступ

Часто в радіотехнічних пристроях потрібно мати можливість керувати
рівнем сигналу. У різних галузях застосування це має на меті:
• в радіоприймальних пристроях - для розширення динамічного діапазону
сигналу;
• у вимірювальній та підсилювальній апаратурі - для забезпечення необхідного
рівня сигналу на виході пристрою;
• у керуючих пристрої - для створення модульованих НВЧ сигналів.
Всі ці різні за вимогами параметри можна отримати за допомогою
атенюатора. Раніше атенюатори виконувалися в основному у вигляді
хвилеводного пристрою. Проте, атенюатор, виконаний у вигляді хвилеводного
пристрою, має низьку технологічність, низькі масогабаритні характеристики, що
призводить до збільшення його вартості. На сучасному етапі усунути ці недоліки
пропонується за допомогою побудови атенюатора на мікрострічкових лініях.
Фіксований атенюатор є діелектричною пластиною прямокутної форми, на одну
або обидві сторони якої нанесений тонкий (менше товщини скін-шару) шар
резистивного матеріалу, на пластині є центральні та корпусні контакти, що
проводять. В даній роботі розглядається можливість комп’ютерного проектування
мікрострічкового атенюатора за допомогою спеціалізованого програмного
забезпечення.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами темами.
Бакалаврська робота виконана в рамках наукових досліджень по
комп’ютерному моделюванню НВЧ пристроїв, що проводяться співробітниками
кафедри РТСК Черкаського державного технологічного університету.
Мета і завдання дослідження.
Метою роботи є комп’ютерне проектування фіксованого атенюатора на
плівкових резистивних елементах шляхом створення його тривимірної
віртуальної моделі і отримання його основних параметрів та характеристик.
Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі завдання:
• проаналізувати програмні середовища моделювання НВЧ пристроїв і
вибрати серед них оптимальну програму для проектування фіксованого
атенюатора на плівкових резистивних елементах;
• розглянути функціональні можливості програми MICROWAVE OFFICE;
• побудувати еквівалентну схему фіксованого атенюатора на плівкових
резистивних елементах;
• побудувати тривимірну модель проектованого атенюатора;
• побудувати графіки частотної залежності коефіцієнту стоячої хвилі і
внесеного ослаблення;
• дослідити зміну КСХ і внесеного ослаблення фіксованого атенюатора на
плівкових резистивних елементах, змінюючи його геометричні розміри та
параметри діелектричної підкладки.
Практичне значення одержаних результатів.
Використовуючи віртуальну модель можна швидко спроектувати
мікрострічковий атенюатор із заданими параметрами (коефіцієнтом стоячої хвилі
і внесеним ослабленням) змінюючи його геометричні розміри та заповнюючи
діелектриком з певним значенням відносної діелектричної проникності.

1. ОГЛЯД ПРОГРАМНИХ ЗАСОБІВ
МОДЕЛЮВАННЯ ПРИСТРОЇВ НВЧ

1.1 Програма CST MICROWAVE Studio

Програма CST MICROWAVE Studio – це потужний комплекс, призначений
для тривимірного моделювання об'єктів різної форми на електродинамічному
рівні [1].
В процесі проектування НВЧ пристроїв за допомогою CST Microwave
Studio всі конструкції в тривимірному показі вводяться за допомогою креслення
простих геометричних фігур – примітивів і проводиться виконання логічних
(булевих) операцій над ними. Є і широкі можливості імпорту моделей з інших
програм. Після того, як конструкція накреслена і задані граничні умови,
включаючи джерела збудження, виконується розбиття всього простору завдання
на сітку, а потім розраховується поле у кожній точці простору.
Найбільш гнучкий метод розрахунку, реалізований в Microwave Studio у
вигляді перехідного вирішального пристрою Transient Solver, може провести
розрахунок проектованого пристрою в широкому діапазоні частот після
розрахунку єдиної перехідної характеристики (на відміну від частотного методу,
який вимагає аналіз в багатьох частотних точках). Цей метод дуже ефективний
для вирішення багатьох НВЧ пристроїв, типу роз'ємів, ліній передачі, фільтрів,
антен і т.д.

a)

б) в)
Рисунок. 1.1 – Стадії моделювання стільникового телефону (а), розраховані
розподіли ближніх полів (б) і діаграма направленості антени телефону (в)

При дослідженні резонансних структур типу вузькосмугових фільтрів,
рішення в часової області може стати неефективним із-за сигналів, що повільно
спадають в часі-відгуків. Для вирішення подібних завдань Microwave Studio
дозволяє використовувати метод Eigenmode.
Програма Transient Solver стає менш ефективною при вирішенні
низькочастотних завдань, коли розмір структури набагато менше довжини хвилі.
У цих випадках може бути доцільно вирішувати задачу частотної області. Цей
підхід найбільш ефективний, коли представляють інтерес характеристики лише в
декількох частотних точках.
Базовий метод розрахунку в Microwave Studio – метод кінцевої інтеграції
(FIT) – є методом просторової дискретизації, в якому простір завдання
розбивається на дискретні комірки (сітку). При цьому у вирішальному пристрої
реалізується метод кінцевих різниць в часовій області (FDTD) як окремий випадок
методу FIT. Дуже важлива особливість рішення в часовій області – пропорційна
залежність необхідних обчислювальних ресурсів від розмірів структури. В даний
час, на сучасному персональному комп'ютері за допомогою методу FDTD можна
виконати розрахунок структур з розміром до декількох десятків довжин хвиль.
Дослідження і розробки інженерів, що працюють в аерокосмічній і
оборонній промисловості, постійно підштовхують до вирішення завдань на межі
можливого. Це поширюється і на спеціалізовані області технологій
електромагнітного моделювання. Одне з важливих практичних завдань –
оптимізація ефективної поверхні розсіювання (ЕПР) літальних апаратів і кораблів,
а інша – вирішення проблем електромагнітної сумісності радіотехнічних систем з
врахуванням впливу корпусу апарату на ефективність зв'язку. Обидва цих
напрями характеризуються електричними розмірами апаратів, які, як правило,
складають сотні довжин хвиль.

а) б)
Рисунок 1.2 – Експортована модель гелікоптера (а)
і розрахований тривимірний графік ЕПР (б)

Вирішити подібні завдання за допомогою звичайних методів об'ємної
дискретизації простору (FIT або FEM) не представляється можливим. У останніх
версіях Microwave Studio для вирішення даного класу завдань пропонується
використовувати метод інтегральних рівнянь (Integral Equation Solver, I-solver). Це
дозволяє виконати електродинамічний аналіз тривимірних структур великих
електричних розмірів.
Не менш важлива особливість Microwave Studio – можливість повної
параметризації моделі структури (від геометрії до властивостей матеріалів), яка
використовує змінні при визначенні кожного варійованого параметра. У
комбінації з вбудованим оптимізатором і можливістю прямої зміни параметрів,
Microwave Studio ефективно виконує проектування пристроїв на
електродинамічному рівні.
Комплекс CST йде в ногу з появою фізичних завдань, пов'язаних з
освоєнням космосу, з роботою в приладах дослідження елементарних часток,
біології і медицини.
Алгоритм вирішення сучасних завдань з фізичним вмістом зводиться до
точного моделювання фізичних процесів, що включають поширення
електромагнітних хвиль, теплові явища, облік рухомих в просторі розрахунку
часток.
Він включає оптимізацію процесу проектування, вироблення
співвідношення між аналітичними і чисельними методами при вирішенні
актуальних завдань, що стоять як перед організаторами наукової роботи, так і
перед виконавцями від наукових співробітників до інженерів.
Головні особливості Microwave Studio.
Microwave Studio – заснована на мові ACIS система параметричного
моделювання тривимірних структур, з повною візуалізацією структури, так що:
- можливий імпорт тривимірної структури у форматі *.sat, *.iges або *.stl,
- можливий імпорт шарів у форматі *.dxf, *.gdsII і *.gerber,
- імпорт біологічної моделі людини у вигляді файлу,
- експорт даних у форматі *.sat, *.iges, *.stl, *.drc і *.pov, - параметризація
структури імпортованих файлів CAD.

1.2 Програма Feko

Назва програми FEKO походить від німецької фрази «FEldberechnung bei
Korpern mit beliebiger Oberflache» (Розрахунок поля з врахуванням тіл довільних
форм). Назва розкриває, що FEKO може використовуватися для розрахунку
електромагнітних хвиль в просторі, що включає об'єкти довільних форм [2].
Базовим методом FEKO є метод моментів (MoM). Метод моментів – це
спосіб вирішення інтегральних рівнянь (інколи його називають методом
Гальоркіна або Бубнова-Гальоркіна). На відміну від методу кінцевих елементів, де
простір розрахунку замкнутий і обмежений, метод, в основі якого лежить
вирішення інтегральних рівнянь, не обмежує величину завдання. Метод МоМ –
базовий, але не єдиний метод, реалізований в FEKO (рис. 1.3).

Рисунок 1.3 – Застосування різних методів, реалізованих
в FEKO для вирішення різних завдань

Електромагнітні поля обчислюються після розрахунку струмів на провідних
поверхнях і еквівалентних електричних і магнітних струмів на поверхні
діелектричного твердого тіла. Струми знаходяться, використовуючи лінійну
комбінацію базових функцій, а коефіцієнти при них знаходять, вирішуючи
систему лінійних рівнянь. Як тільки розподіл струму знайдений, може бути
розраховано ближнє поле, дальнє поле, діаграму направленості випромінювання і
вхідний опір антен. Завдання, що включають великі об'єкти, зазвичай
вирішуються за допомогою методу фізичної оптики (PO) і її варіантів, або
використовуючи однорідну теорію дифракції (UTD). У комплексі FEKO ці
рішення об'єднуються з MоM на рівні матриці взаємодій.
Цим робиться істотний крок для вирішення завдань, коли даний об'єкт
дуже великий (в термінах довжин хвилі) щоб його моделювати методом MоM, але
дуже маленький, щоб застосовувати лише асимптотичну апроксимацію UTD.
Використовуючи гібридизацію методів MoМ/РО або методів MоM/UTD, критичні
області структури можуть розглядатися, використовуючи MoM, а області
(зазвичай великі, плоскі або викривлені металеві поверхні), що залишаються,
використовують апроксимацію PO або UTD.
У FEKO передбачено виведення сигналів з часової області, для чого в ній є
гармонічні джерела. Перетворення з частотної в часову область виконується за
допомогою оператора ejωt. Різні джерела дозволяють описувати збудження як
падаючу плоску хвилю, напругу в розриві структури (між дротяними сегментами),
і магнітним кільцевим струмом (TEM-Frill), яким може бути змодельований
коаксіальний фідер.
Програма CADFEKO містить основний інтерфейс комплексу і
використовується, щоб керувати рішенням задачі, кресленням складної геометрії,
імпорту і експорту окремих її частин. З іншого боку, те ж завдання, більш
гнучкіше, можна вирішити в редакторі EditFEKO. Програма PREFEKO обробляє і
готує вхідний файл (*.fek) для програми FEKO, яка є фактичним кодом
обчислення поля. PREFEKO дає можливість користувачеві створити складні
конфігурації простою командою, наприклад спіраль, що складається з сегментів
дроту, або плоскі, циліндричні, сферичні площини, які складаються з трикутників.
Ця геометрія може також бути створена в програмі CADFEKO.
Ядром програми FEKO є алгоритм вирішення тривимірних завдань
електродинаміки в частотної області. Для вирішення електродинамічних завдань
використовуються три методи, які відміченні нище.
Метод моментів (MОM) передбачає наступні етапи рішення
електродинамічної задачі. Металеві елементи аналізованої структури
замінюються еквівалентними електричними поверхневими струмами. Потім
вирішується завдання збудження довкілля даними струмами. При цьому
середовище може бути складним, тобто може містити магніто-діелектрічні шари.
Рішення задачі збудження середовища здійснюється за допомогою апарату
тензорних функцій Гріна. Після того, як завдання збудження вирішене і знайдено
електричне поле, використовуються граничні умови на металевих елементах. Ця
умова використовується для визначення еквівалентних струмів. Важливим
моментом рішення є розбиття поверхні металу на елементарні площини і
апроксимація електричного струму в межах площини. Приклад розбиття
показаний на (рис. 1.4).

Рисунок 1.4 – Мікросмугова антена, що складається з 4-х плат, розбита на
елементи програмою Mesher

У програмі FEKO для апроксимації струму використовуються постійні,
лінійні і трикутні функції, які прийнято називати базисними функціями. Граничні
умови на поверхні металу в МОМ виконуються приблизно, а саме в декількох
точках в межах кожного елементарної площини (строго ці умови повинні
виконуватися в усіх точках). В результаті завдання граничних умов в дискретних
точках виходить система лінійних алгебраїчних рівнянь (СЛАР) відносно
коефіцієнтів при базисних функціях, які мають зміст амплітуд струмів, поточних
в межах елементарної площини. Дана СЛАР вирішується ЕОМ за допомогою
відомого методу виключення Гауса.
У програмі FEKO елементарна площина має трикутну форму, що дозволяє
добре описувати, в тому числі і викривлені поверхні.
Точність МoМ тим вище, чим менше розмір майданчика розбиття. З досвіду
розрахунку знайдено, що для здобуття прийнятної точності розмір площини не
повинен перевищувати λ/10, де λ довжина хвилі у вільному просторі. Кількість
рівнянь в СЛАР дорівнює числу елементарних площин N, яке неминуче
збільшується при збільшенні розмірів аналізованого об'єкту або при збільшенні
частоти. Тому легко побачити, що безпосереднє рішення задачі типу розсіяння
радіохвиль на автомобілі за допомогою МoМ потребує вирішення СЛАР великої
розмірності. На практиці воно просто неможливе із-за обмеженої оперативної
пам'яті ЕОМ.
Метод фізичної оптики (МФО) – це класичний метод наближеного
вирішення електродинамічних завдань, який ще називається методом Кірхгофа.
В рамках цього методу завдання пошуку струмів на металевих поверхнях
виключається, а струм приблизно обчислюється через магнітне поле падаючої на
об'єкт хвилі. Конкретно його вважають рівними подвоєному дотичному
магнітному полю падаючої хвилі. Далі розсіяне поле обчислюється за допомогою
апарату функцій Гріна через заданий розподіл струмів. МФО добре працює при
вирішенні завдань розсіяння плоских хвиль на об'єктах великих розмірів. При
зменшенні розмірів об'єкту апроксимація струму магнітним полем падаючої хвилі
стає неправильною.

Рисунок. 1.5 – Антенна система станції радіолокації на гелікоптері, що
аналізується методами MоM і MФО

Однорідна теорія дифракції (ОТД) – сучасніший метод наближеного
вирішення завдань розсіяння хвиль на великих об'єктах. В рамках цього методу
поверхня об'єкту представляється набором плоских багатокутників, що мають
загальні ребра. Поле, розсіяне багатокутником, розділяється на дві складові:
геометро-оптична частина, породжена плоскою поверхнею і поле породжене
ребрами. Метод ОТД вважається точнішим, ніж МФО і має приблизно ті ж межі
застосовності.

1.3 Програма HFSS Ansoft

Програма High Frequency System Simulator (HFSS) компанії AnSoft
призначена для аналізу тривимірних НВЧ структур, в тому числі, антен і
невзаємних пристроїв, що містять ферити. Наслідуючи кращі можливості,
реалізовані в програмах компаній Hewlett Parcard і Agilent, вона зробила значний
крок вперед. Серед нових можливостей Ansoft HFSS можна відзначити:
- періодичні граничні умови, призначені для аналізу антенних решіток;
- систему макросів, значно розширює можливості програми;
- підпрограму аналізу власних коливань і власних хвиль (eigenmode solver);
- нові можливості візуалізації результатів аналізу, зокрема, анімації картин
поля, побудова тривимірних діаграм направленості і т.д.;
- адаптивний алгоритм розв'язання електродинамічних задач, що забезпечує
високу ефективність моделювання складних структур;
- можливість аналізу багатополюсників з багатомодовими портами;
- великі бази даних по НВЧ матеріалами і НВЧ компонентам;
- можливість параметричного аналізу та оптимізації параметрів структури.
Електродинамічне моделювання в HFSS засноване на використанні методу
скінченних елементів (Finite Element Method, FEM). Рішення граничної задачі
знаходиться в частотній області. Використання методу скінченних елементів
забезпечує високий ступінь універсальності чисельних алгоритмів, які
виявляються досить ефективними для широкого кола завдань від аналізу
хвилеводних і стрічкових структур до моделювання антен і складних невзаємних
пристроїв, що містять гіротропні середовища.
HFSS дозволяє з високою точністю розраховувати зовнішні параметри НВЧ
багатополюсників: матриці розсіювання, матриці імпедансів. Це служить основою
для інтегрування HFSS з іншими програмами проектування, наприклад, таких, що
реалізують, рішення нелінійних задач. Розраховані S-параметри можуть
використовуватись далі в програмах аналізу лінійних і нелінійних схем, зокрема,
в програмі Microwave Office, Serenade Ansoft або ADS. HFSS повністю сумісний з
платформою Ansoft Designer, призначеної для наскрізного проектування
радіоелектронних систем (рис. 1.6).

Рисунок. 1.6 – Інтерфейс програми HFSS,
повністю інтегрований з Ansoft Designer

Процес проектування за допомогою HFSS включає в себе ряд стандартних
кроків:
1. Створення моделі аналізованої структури, в тому числі:
- створення тривимірної графічної моделі структури (креслення);
- задання параметрів матеріалів, з яких складається структура.
2. Визначення електродинамічних параметрів структури, що включає:
- задання граничних умов на поверхнях, що формують аналізований об'єкт;
- визначення та калібрування портів;
- задання параметрів рішення.
3. Електродинамічний аналіз досліджуваного об'єкта, у тому числі:
- аналіз об'єкта в смузі частот;
- параметричний аналіз об'єкта;
- параметрична оптимізація об'єкта.
4. Візуалізація результатів електродинамічного аналізу, що включає:
- побудова графіків у декартових, полярних координатах, діаграм Сміта,
діаграм направленості і т.д.;
- анімація розподілів електромагнітного поля та електричного струму;
- збереження результатів аналізу в файлах даних.
Точне і достовірне моделювання складних структур.
HFSS включає в себе ряд підпрограм, що реалізують різні функції. У їх
число входить підпрограма рішення граничних задач електродинаміки, яку іноді
називають вирішальним пристроєм, хоча, звичайно, ні про який реальний
пристрій мова не йде. Ця підпрограма з доведеною надійністю забезпечує
отримання достовірних і точних результатів. Проектування з використанням
HFSS дає високу гарантію того, що виміряні характеристики будуть такими ж, як
при моделюванні.
Користувачам HFSS слід пам'ятати, що робота з вирішальним пристроєм
такої складності є творчим процесом, в якому успіх багато в чому залежить від
кваліфікації користувача і від його розуміння суті процесу рішення
електродинамічної задачі. Істотним моментом тут є правильний вибір параметрів
розрахунку. Це відноситься не тільки до вірного креслення всіх форм, і точному
завданням матеріалів аналізованої структури, але й до того якими машинними
ресурсами володіє проектувальник, як дрібно він може розбити простір на
елементарні комірки, як швидко машина може вирішити завдання,
використовуючи метод ущільнення сітки. Важливе значення для успіху має те,
наскільки обгрунтовано і правильно вибрано кількість аналізованих мод в
складних елементах пристрою.
HFSS поки здійснює аналіз виключно лінійних структур. Тому для
моделювання нелінійних вузлів (підсилювачі, генератори, детектори) доводиться
їх розділяти на лінійну частину, аналізовану в рамках HFSS і нелінійну, яка
моделюється іншими програмами за допомогою апарату еквівалентних схем. Це
виконується в програмі Ansoft Designer або Ansoft Serenade.

Рисунок. 1.7 – Приклад багатошарової розподільної НВЧ структури в
корпусі

Рисунок. 1.8 – Плоска антена в корпусі стільникового телефону

Потужним засобом підвищення точності рішення є адаптивний метод
ущільнення сітки, який полягає в наступному: початкове розбиття простору на
тетраедральні комірки осередку створюється за допомогою базових елементів,
наявних в бібліотеці HFSS (примітивів). Це початкове розбиття на клітинки надає
грубу інформацію про поле, виділяючи області з високою його напруженістю або
з великими градієнтами. Розбиття на клітинки потім ущільнюється тільки там, де
поле зазнає різкої зміни, зменшуючи обчислювальні витрати при поліпшенні
точності рішення. Якщо необхідно, користувачі можуть вести адаптацію вручну,
інтерактивно використовуючи інтерфейс програми.

Рисунок. 1.9 – Діелектричний резонатор і розподіл поля всередині
діелектрика

Створення креслень тривимірних об'єктів.
Вбудований блок креслення просторових моделей, сумісний з AutoCAD,
виконує наступні операції:
- багаторазове об'єднання 3D об'єктів, віднімання і перетин їх,
- динамічне обертання об'єктів,
- виділення/приховування об'єктів,
- зсув 2D і 3D об'єктів у просторі і створення 3D об'єктів з 2D об'єктів,
- параметризація об'єктів для оптимізації форми по заданому критерію,
- необмежені undo/redo та ін операції.
Бази даних матеріалів.
База даних HFSS включає широкий спектр матеріалів з різною
діелектричною і магнітної проникністю, тангенсом кута діелектричних втрат.
Користувачі можуть використовувати однорідні, неоднорідні, анізотропні,
провідні, резистивні і напівпровідникові матеріали при моделюванні. Програма
включає можливість моделювання феритів для невзаємних приладів (рис. 1.10).
Ферит може мати однорідне статистичне підмагнічування.

Рисунок. 1.10 – Аналіз феритових циркуляторів складної конфігурації

2. ОСОБЛИВОСТІ ПРОГРАМНОГО ПАКЕТУ MICROWAVE OFFICE

2.1 Опис Microwave Office

Одним з популярних програмних продуктів, використовуваних для
проектування радіочастотних пристроїв і пристроїв НВЧ, є AWR DESIGN
ENVIRONMENT (AWRDE) компанії Applied Wave Research. Він включає три
інструментальні засоби: Microwave Office (MWO), Visual System Simulator (VSS) і
Analog Office (ANO) [4]. Ці засоби інтегровані в єдине середовище проектування і
можуть використовуватися разом, не виходячи з цього середовища.
Середовище проектування AWR використовує єдину об'єктно-орієнтовану
модель даних, що синхронізує роботу над проектом без використання проміжних
трансляторів. Це забезпечує доступ до всіх необхідних даних незалежно від того,
креслите ви схему, виконуєте її аналіз або формуєте топологію.
Microwave Office дозволяє створювати схеми, що складаються з елементів
схем (зосереджених і розподілених) і електромагнітних структур. Схеми можуть
мати складну ієрархічну структуру, що включає безліч підсхем на різних рівнях
ієрархії. Як підсхеми можуть використовуватися раніше створені схеми або
електромагнітні структури, а також списки ланцюгів, файли даних або елементи з
бібліотек сторонніх користувачів. Для створення схем є широка бібліотека
вбудованих схемних елементів.
Для моделювання можна використовувати один з методів: лінійне
моделювання, одночастотний і багаточастотний гармонічний баланс, ряди
Вольтера, електромагнітне моделювання і ін. Результати можуть виводитися в
різних графічних формах або в таблиці залежно від мети аналізу, що проводиться.
Є безліч вимірюваних величин, які можна відображувати на графіках. Якщо ж
потрібної величини в цій множині все-таки немає, можна скласти рівняння для її
розрахунку, і вона буде виведена на графік.
Можна налаштувати або оптимізувати електричні схеми, створені в
проектах, і всі зміни негайно і автоматично відбиваються на графіках і в
топології. Тепер з'явилася можливість налаштувати і оптимізувати і
електромагнітні структури, використовуючи екстракцію, тобто вилучення
електромагнітних структур з елементів схеми або з топології схеми.
У AWR є можливість інтеграції програм сторонніх виробників. Інтерфейс
EM Socket (двосторонній канал зв'язку) дає можливість безпосередньо з проекту
AWR використовувати обчислювальні модулі різних виробників програмного
забезпечення для електромагнітного моделювання, що підтримують цей
інтерфейс. Аналіз топології пристрою, створеної в Microwave Office, може бути
виконаний за допомогою обчислюючих блоків програм CST, Sonnet, Zeland і ін.
2.1.1 Опис модулів Voltaire XL і EMSight
Microwave Office включає в себе два модулі:
Voltaire XL – пакет моделювання лінійних і нелінійних схем.
EMSight – система тривимірного електромагнітного моделювання.
Voltaire XL є пакетом моделювання лінійних і нелінійних схем і
використовує такі методи:
• одночастотний і багаточастотний метод гармонічного балансу для аналізу
нелінійних схем;
• ряди Вольтера (статичні і параметричні);
• аналіз змішувачів (також званий конверсійно-матричним аналізом);
• високошвидкісний метод лінійного аналізу;
• високошвидкісний метод шумового аналізу;
• інтегровану систему введення схем з вбудованою підтримкою файлів опису
систем Spice і MMICAD.
У майбутньому в пакет будуть додані такі можливості, як нелінійний аналіз
генераторів, нелінійний шумовий аналіз, включаючи аналіз фазових шумів і
шумів змішувачів, а також нелінійний аналіз стійкості.
У той час, як існуючі реалізації методу гармонічного балансу побудовані на
базі коду, розробленого для схемотехнічного аналізу низькочастотних аналогових
схем, пакет Voltaire XL був розроблений виключно для високочастотних і
надвисокочастотних додатків. Це робить його значно швидше за всі існуючі
продукти. Наприклад, стало можливим використовуючи метод гармонічного
балансу налаштовувати нескладні нелінійні схеми фактично в реальному часі.
Багато з можливостей пакету Voltaire XL просто недоступні в існуючих
системах моделювання. Наприклад, застосування рядів Вольтерра, які є
найшвидшим методом аналізу інтермодуляційних спотворень (IС) у наближено-
лінійних схемах дозволяє збільшити швидкість аналізу в 10-100 разів у порівнянні
з методом гармонічного балансу. Більше того, аналіз на основі рядів Вольтерра
легко інтегрується з методом лінійного аналізу, що дозволяє оптимізувати
коефіцієнт шуму і такі лінійні характеристики, як коефіцієнт передачі, КСХ
входів, одночасно з рівнем інтермодуляційних складових.
Для аналізу інтермодуляції в змішувачах пакет Voltaire XL використовує
ряди Вольтера, шо змінюються в часі. Це єдиний точний і реальний спосіб
вирішити цю задачу.
Однак багаточастотний метод гармонічного балансу не здає своїх позицій і
Voltaire XL підтримує його, але на відміну від інших продуктів пропонує більш
швидке рішення за рахунок використання найсучаснішої технології моделювання.
Лінійний, нелінійний і шумовий методи аналізу реалізуються в пакеті
Voltaire XL надзвичайно ефективно. Висока швидкість тут є наслідком об'єктно-
орієнтованого підходу, а також наслідком того, що система рівнянь формується
безпосередньо з схематичного подання без додаткового перетворення списку
з'єднань схеми у файл.
В результаті, користувачі мають можливість налаштовувати і оптимізувати
параметри схем в режимі реального часу. Це одна з найбільш примітних
здібностей продукту Voltaire XL. Ви можете використовувати інструмент slider,
щоб змінити, наприклад, довжину шлейфу, і спостерігати зміну відгуку схеми на
діаграмі Сміта або прямокутних графіках залежно від того, як ви рухаєте
інструмент.
Модуль лінійного аналізу в частотній області включає велику бібліотеку
моделей (більше 450) зосереджених і розподілених елементів. Сюди входять
смугові, мікросмугові і компланарні, а також багато інших поширених елементів,
використовувані для побудови високочастотних схем. В даний час також
випущена «чисто лінійна» версія продукту, що носить назву Voltaire LS.
У випадках, коли правильна модель використовуваного пристрою відсутня
або ефект близького розташування елементів підриває точність моделі,
користувачі можуть звернутися до пакету EMSight для проведення повного
електромагнітного аналізу.
EMSight включають в себе: двонаправлений DXF і GDSII транслятор;
внутрішні порти (для контролю напруги і струму); додаткові можливості для
розрахунку антен: анімаційне представлення поля в дальній зоні, введення
вимірювального зонда, побудова діаграм направленості в дальній зоні (RHCP,
LHCP, EPHi і ETheta); новий спосіб виведення параметрів антен; створення її
еквівалентної схеми заміщення на зосереджених елементах (вивід у вигляді
списку з'єднань у форматі Spice); простий симулятор лінійних схем; прискорення
процесу моделювання; поліпшена візуалізація отриманих результатів та облік
різних взаємовпливів.
EMSight v.2.0 – пакет повного електромагнітного моделювання НВЧ
систем. Представляє собою графічне середовище для швидкого аналізу
електромагнітної поведінки різних структур, які часто зустрічаються у
високочастотних інтегральних схемах (RFIC), монолітних НВЧ мікросхемах
(MMIC), мікрострічкових антенах і високошвидкісних цифрових друкованих
платах.
Система EMSight при розрахунках використовує метод моментів
Гальоркіна, який, на думку розробників, представляє собою найбільш точний і
стійкий алгоритм електромагнітного аналізу. Структура аналізується всередині
обмеженої багатошарової області прямокутної форми, причому бічні кордони
області завжди представляються як ідеальні провідники, в той час як верхня і
нижня межі можуть мати втрати. Кількість аналізованих шарів, міжшарових
з'єднань і зовнішніх портів необмежена.
Для аналізу НВЧ структур в діапазоні частот застосований метод швидкого
свіпіровання за частотою (FFS), який дозволяє на порядок скоротити час
моделювання в порівнянні із звичайним методом послідовного перебору
частотних точок.
Метод FFS дозволяє екстраполювати частотну характеристику структури в
широкому діапазоні частот на підставі її значення всього на одній частоті в силу
аналітичної природи лінійних електромагнітних завдань. Метод обчислює
передавальну функцію схеми та її похідні за частотою, причому порядок
диференціювання визначається користувачем (не більше 12). Передавальна
функція, а також її похідні використовуються для обчислення домінуючого
полюса і нуля передавальної функції поблизу частот аналізу. Тим самим для
відносно простих структур, розміри яких менше довжини хвилі, забезпечується
точна екстраполяція частотної характеристики в широкій смузі частот.
Точний опис в широкій смузі частот частотних характеристик структур з
гострими резонансами або структур, розміри яких порівнянні з довжиною хвилі,
вимагає більшої кількості полюсів і нулів передавальної функції. У цьому
випадку збільшується число аналізованих частот.
У цілому алгоритм FFS дає малу помилку екстраполяції, проте можливі
випадки, коли передавальна характеристика розраховується неправильно. При
цьому важливо вчасно розпізнати неправильний результат і застосувати метод
послідовного перебору значень частот.
Потужні графічні можливості системи EMSight дозволяють користувачеві
спостерігати кольорове тривимірне анімаційне зображення струмів високої
частоти, на якому відображається не тільки амплітуда, але і спрямування цих
струмів, що дозволяє отримати нове уявлення про поведінку НВЧ структур. Крім
того, є широкий набір «традиційного» подання розрахункових даних, такі як
діаграми Сміта, графіки в прямокутній і полярній системах координат і таблиці
даних.
Завдяки вбудованому інтерфейсу імпорту/експорту пакет може зберігати
дані в стандартних форматах промислових систем, наприклад Touchstone, що
робить можливим використання їх іншими популярними системами лінійного та
нелінійного аналізу виробництва компаній Ansoft, HP EEsof, Optotek та ін Також
EMSight імпортує і експортує файли системи Sonnet Geo, що робить його
ідеальним графічним редактором для користувачів системи Sonnet EM.
Пакет EMSight є першим продуктом серед систем моделювання та
автоматизованого проектування, заснованим на об'єктно-орієнтованої середовищі
розробки компанії AWR.
Для інженерів, хто працює з цифровою і низькочастотної технікою
необхідно визначити коло завдань, що потрапляє під термін «НВЧ проектування».
З ростом частоти коливання його довжина хвилі стає сумірною, а потім і
багато меншою щодо фізичних розмірів друкованих плат. У цьому випадку
заземлення елементів перестають бути «чесною землею», топологія
розгалуження, ширина і довжина провідників стають критичною для параметрів
пристрою. Важливим стає значення імпедансу тракту.
У низькочастотній техніці зазвичай моделюються тільки фізичні ефекти, але
ніяк не топологічний еквівалент схеми, в той час як вся суть НВЧ схеми залежить
від фізичного розташування, а не від номіналів елементів. Якщо моделювання
системою SPICE або аналогічними їй більше не дає розробнику впевненість у
тому, що його система правильно запрацює після виготовлення, необхідно
скористатися інструментами НВЧ проектування.
2.1.2 Запуск Microwave Office.
Щоб запустити Microwave Office натисніть клавішу Пуск в Windows і
виберіть Програми>AWR>AWR Design Environment. Відкриється головне вікно
Microwave Office, показано на (рис. 2.1).
Альтерантивно можна запустити файл MWOffice.exe, який за
замовчуванням знаходиться в папці C:\Program Files\AWR\. Для зручності ярлик
цього файлу можна вивести на робочий стіл.

Рядок заголовка
Головне меню
Панель інструментів

Вікно перегляду
проекту
Робоче поле

Рисунок 2.1 – Головне вікно перегляду Microwave Office

2.1.3 Компоненти середовища проектування.
Головне вікно Microwave Office містить всі компоненти, які складають
середовище проектування. Саме через це вікно проектуються лінійні і нелінійні
схеми, встановлюються електромагнітні структури (EM), створюються топології,
виповнюється моделювання, і відображаються графіки. Основні компоненти
середовища проектування описані нижче:
Компонент Опис
Меню Рядок випадаючих меню, розташований у верхній частині вікна,
для виконання різних завдань Microwave Office. У випадаючих
меню зліва від команди відображається відповідний цій команді
значок на панелі інструментів, а праворуч - гаряча клавіша.
Панель Рядок значків, розташованих нижче меню, що випадає, які
інструментів забезпечують доступ до часто використовуваних команд типу
створення нових схем, виконання моделювання, або налаштування
значень параметрів або змінних.
Вікно Деревоподібна структура груп і модулів, яка визначає активний
перегляду проект Microwave Office, включаючи схеми, електромагнітні
проекту структури (ЕМ), частоти моделювання та вихідні графіки. Це вікно
активне при завантаженні програми або після клацання по панелі
Project в нижній частині лівого вікна.
Робоче поле Зона, в якій проектуються схеми, електромагнітні структури (EM),
відображаються і редагуються топології, і виводяться графіки.
Розмір робочого поля можна змінювати, якщо встановити курсор
мишки на ліву або нижню межу поля, і рухати мишку з натиснутою
лівою клавішею.
Панелі Рядок панелей, розташований в нижній частині лівого вікна, який
дозволяє перемикати вміст цього вікна.
Project - включає вікно перегляду проекту.
Elements - включає вікно перегляду елементів для формування
схем.
Layout - включає вікно менеджера топології, яке дозволяє
визначити параметри для креслення і перегляду топології.
Вікно У цьому вікні відображається хід виконання моделювання і
статусу виникаючі помилки.
Багато які функції і команди, доступні з меню, також доступні через панель
інструментів або вікно перегляду проекту.
Вид і склад меню і панелі інструментів динамічно змінюються залежно від
відкритого активного вікна. Щоб дізнатися команду, з якою пов'язаний значок на
панелі інструментів, встановіть курсор мишки на цей значок і потримайте кілька
секунд.
Вікно перегляду проекту завжди активно після завантаження Microwave
Office. Клацніть правою кнопкою мишки по групі у вікні перегляду проекту, щоб
викликати спливаюче меню з відповідними цій групі командами.
У межах робочого поля ви можете переміщатися, використовуючи
вертикальну і горизонтальну смуги скролінгу і змінювати розміри всередині
вікна, використовуючи значки на панелі інструментів. Ви можете клацати по
елементах схеми правою кнопкою мишки, щоб викликати спливаюче меню з
відповідними командами. Ви можете також копіювати і вставляти елементи,
порти і провідники з однієї схеми або проекту в інші, використовуючи значки
копіювання і вставки на панелі інструментів.
На вкладці Project лівого вікна проекту відображається дерево груп і
модулів, які вже використаються, і навіть можуть бути використані в даному
проекті. Сюди входять:
• модуль приміток до проекту (Design Notes);
• модуль завдання глобальних опцій проекту (Project Options);
• модуль глобальних виразів (Global Equations);
• модуль використання зовнішніх файлів даних (Data Files);
• група використовуваних схем системи для VSS, якщо VSS інстальоване
(System Diagrams);
• група використовуваних схематичних модулів (Circuit Schematics);
• група використовуваних електромагнітних структур (EM Structures);
• модуль вихідних рівнянь (Output Equations);
• група відображення результатів аналізу (Graphs);
• група цілей оптимізації (Optimizer Goals);
• група цілей статистичного аналізу (Yield Goals);
• список вихідних файлів (Output Files);
• група майстрів (Wizards);
• група папок, які може створювати користувач (User Folders) для групування
і збереження окремих частин проекту (схеми, графіки і т.д.) в складних
проектах.
Щоб розкрити групу, яка містить підгрупи, потрібно клацнути мишкою по
значку "+" зліва від групи. У розкритою групи значок "+" змінюється на "-",
клацання мишкою по якому згортає групу.
Подвійне клацання мишкою по групі або модулю викликає різні дії залежно
від призначення групи або модуля. Подвійне клацання по Design Notes, Global
Definitions і Output Equations відкриває відповідно вікна для створення приміток
до проекту (це одне з небагатьох місць в Microwave Office, де можна
використовувати українські літери), створення глобальних визначень проекту і
створення вихідних співвідношень. Подвійне клацання по Project Options
відкриває діалогове вікно для визначення опцій проекту. Подвійне клацання по
іншим групам і модулям не викликає ніяких дій.
Клацаючи правою клавішею мишки по будь-якій групі або модулю, а також
по будь-якому об'єкту проекту, відкривається контекстне меню, пропонуюється
на вибір список можливих подальших дій.
Контекстне меню, що з'являється при натисканні правою клавішею мишки
по елементу, дає можливість змінити відображення елементів у вікні, а також
містить команду виклику довідки про це елементі.
Група відображення результатів аналізу на вкладці Project пропонує наочну
демонстрацію результатів розрахунку на діаграмах різного типу в залежності від
обраного типу аналізу.
Тут можливо просте відображення S-параметрів схем на діаграмах Сміта,
графіках в прямокутних і полярних координатах, а також більш складне
промальовування форм і спектрів сигналів в різних точках схеми або діаграм
направленості антен, та ще й у діапазоні частот.
Зауважимо також, що саме ця група, спільно з використовуваними
моделями елементів і сигнальних портів, є визначальною при виборі того методу
аналізу, який буде використовуватися у вашому проекті. Крім того, в одному
проекті можуть комбінуватися різні методи аналізу, а їх результати відбиватися
на одних і тих же графіках.
Група оптимізації містить список призначених цілей оптимізації поточної
схеми. Під ціллю оптимізації тут мається на увазі деяка межа зміни будь-якої
характеристики аналізованої схеми, до якої має прагнути обраний спосіб
оптимізації при зміні певних параметрів елементів.
Кожна введена мета оптимізації відразу ж відображається на відповідному
графіку, що дозволяє в подальшому легко перевірити її параметри, а також легко
змінити їх тут же на графіку за допомогою мишки.
Зауважимо, що оптимізація та налаштування не працюють в
електромагнітному моделюванні, що дозволяє виконати аналіз створеної топології
на електродинамічному рівні, якщо тільки електромагнітна структура створена
вручну, а не отримана за допомогою екстракції (тобто вилучення) з наявної в
проекті схеми.
Електромагнітна структура представляє собою набір провідних і
резистивних полігонів, а також міжшарових з'єднань довільної геометричної
форми. Вона може аналізуватися в обчислювальних пристроях (симуляторах)
EMSight, AXIEM або в обчислювальних пристроях сторонніх виробників. Якщо
використовується EMSight, структура аналізується всередині обмеженої
багатошарової області прямокутної форми. Бічні межі цієї області завжди
ідеально провідні, а верхня і нижня межі можуть бути задані трьома різними
способами: провідною поверхнею з втратами (або без них), еквівалент відкритого
простору і нескінченного хвилеводу. Кількість аналізованих шарів, міжшарових
з'єднань і зовнішніх портів теоретично необмежена. У AXIEM бічні стінки
відсутні.
Графічні можливості модуля електродинамічного аналізу дозволяють
користувачеві спостерігати кольорове тривимірне анімаційне зображення струмів
високої частоти, на якому відображується не тільки амплітуда, але і спрямування
цих струмів.
На вкладці Elements відображається дерево використовуваних бібліотек
«зашитих» моделей елементів побудови схематичних модулів: портів, джерел,
зосереджених і розподілених, лінійних і нелінійних, ідеальних і неідеальних
елементів, а також зовнішніх імпортованих бібліотек моделей і підсхем. Всі
моделі об'єднані у відповідні групи, зміст яких відображають в нижній частині
вікна. Додавання того чи іншого елемента в схему проекту проводиться
привичним методом Drag-and-Drop (візьми-і-кинь), а редагування параметрів - або
у списку прямо на схемі, або в спеціальному діалоговому вікні, що відкривається
при подвійному натисканні по елементу.
2.1.4 Інтерфейс користувача .
Починаючи з 7-ої версії, інтерфейс користувача зроблений більш гнучким, і
користувач може змінювати відображення елементів головного вікна. Частина
цих нововведень деякі користувачі вважають «архітектурними надмірностями»,
проте мати уявлення про них потрібно, наприклад, якщо буде потрібно
максимально збільшити площу робочого поля. Або, якщо випадковим клацанням
мишки буде змінений інтерфейс і виникне питання, як повернутися назад.
Вкладки Project, Elements, Layout і вікно статусу тепер можуть автоматично
ховатися, звільняючи при необхідності більше місця для робочого поля. Якщо ви
хотіли приховати будь-яке з цих вікон, клацніть по значку Auto Hide в правому
верхньому куті відповідного вікна. Коли вікна приховані, імена вкладок Project,
Elements і Layout відображуються в лівій частині основного вікна, а ім'я вікна
статусу - в лівій нижній частині.
Щоб відкрити приховане вікно, достатньо підвести на його ім'я курсор
мишки. Відкрите таким чином вікно можна тимчасово закріпити, клацнувши в
ньому мишкою. Або користуватися командами меню View. Після тимчасового
закріплення вікно автоматично приховується при клацанні мишкою в будь-якому
місці поза вікна.
Знову відкрити і постійно закріпити приховане вікно можна, якщо відкрити
його і клацнути мишкою по значку Auto Hide або двічі клацнути по заголовку
відкритого вікна.
Якщо двічі клацнути мишкою по рядку заголовка вікна або по імені вікна на
панелі в нижній частині вікна, воно набуває другу форму, змінює колір і втрачає
можливість автоматично приховуватися. Розміри таких вікон можна змінювати в
будь-якому напрямку. Для цього потрібно встановити курсор на відповідну межу
вікна так, щоб курсор відображався у вигляді подвійної стрілки. Потім натиснути
ліву кнопку миші і переміщати кордон. Якщо встановити курсор на заголовок
вікна і натиснути ліву кнопку мишки, вікно можна перемістити в інше місце. При
цьому на екрані відображаються маркери, що вказують напрямки, в яких можна
переміщати вікно. Якщо при переміщенні натиснути клавішу Ctrl, то маркери
зникають.
Таким же чином можна переміщати і основний вид вікон. Однак при цьому
вікно автоматично набуває другу форму.
Зауважимо, що при другому виді вікон, частина робочого поля
приховується під таким вікном, що нормально але незручно, тому приховується
частина вікна, розташованого на робочому полі (схеми, графіка і т.д.).
Щоб повернути первісний вигляд вікон, потрібно знову двічі клацнути
мишкою по заголовку вікна або по імені вікна в нижній частині.
Усі ці вікна можна взагалі видалити, клацнувши мишкою по значку в правій
верхній частині вікна. Знову відкрити вікно можна, скориставшись командами
меню View.
Панелі інструментів можна переміщати на інше місце звичайним,
прийнятим у Windows способом, встановивши курсор на початок панелі так, щоб
курсор відображався у вигляді схрещених стрілок, і натиснувши ліву кнопку
мишки. Якщо клацнути по значку Toolbar Options в кінці панелі інструментів, то
можна додати нові або видалити наявні значки.
Якщо двічі клацнути по початку панелі інструментів, то вигляд панелі
змінюється, у неї з'являється заголовок. Змінити набір значків в такій панелі
можна аналогічно, клацнувши по значку Toolbar Options. Клацнувши по значку
Close, можна видалити панель. Щоб її відновити знову, потрібно вибрати в меню
Tools>Customize. Перемістити панель можна, встановивши курсор на заголовок
панелі і натиснувши ліву кнопку мишки. Повернути панелі колишній вигляд
можна, клацнувши по її заголовку.
Налаштування меню і панелей інструментів можна виконати в діалоговому
вікні Customize. Щоб відкрити це вікно, клацніть правою кнопкою мишки по
рядку меню або на будь-якій панелі інструментів і виберіть Customize. Або
виберіть у меню команду Tools>Customize. Діалогове вікно Customize підтримує
налаштування тільки меню і панелей інструментів. Для налаштування гарячих
клавіш виберіть Tools> Hotkeys.
За замовчуванням тип відкритих панелей інструментів і їх вміст залежить
від наявних в проекті робочих вікон. Зазвичай це буває достатнім для
моделювання. Але при необхідності можна додати або прибрати якісь панелі,
використовуючи вкладку Toolbars вікна Customize. Клацнувши по кнопці New, ви
можете створити власну панель інструментів.
Використовуючи вкладку Commands, можна змінити вміст панелі
інструментів. Щоб додати команду на панель інструментів, виберіть категорію
команди, потім перетягніть потрібну команду на панель інструментів. Щоб
видалити команду з панелі інструментів, просто стягніть її з панелі. Або при
відкритому вікні Customize клацніть по значку команди на панелі інструментів
правою кнопкою мишки і виберіть Delete.

Рисунок 2.2 – Діалогове вікно Customize для налаштування
меню і панелей інструментів

3. РОЗРОБКА ТА МОДЕЛЮВАННЯ АТЕНЮАТОРА НА ПЛІВКОВИХ
РЕЗИСТИВНИХ ЕЛЕМЕНТАХ

3.1 Побудова еквівалентної схеми атенюатора на плівкових
резистивних елементах

3.1.1 Створення нового проекту.
Спочатку потрібно створити новий проект [5]. Для його створення зробимо
наступне.
1. Виберіть в меню File>New Project (Файл>Новий проект).
2. Виберіть в меню File>save Project As (Файл>Зберегти проект як),
відкриється діалогове вікно Save As.
3. Наберіть ім'я проекту At20 і натисніть Зберегти.
3.1.2 Створення схеми.
1. Натисніть по іконці Add New Schematic на панелі інструментів.
2. Наберіть ім'я схеми at20 і натисніть ОК.
3. Натисніть панель Elements в нижній частині лівого вікна.
4. Натисніть по значку + зліва від групи Microstrip в вікні перегляду
елементів.
5. Натисніть по підгрупі Lines у вікні перегляду елементів.
6. Знайдіть модель MLIN (рис.3.1) [6], користуючись смугою скролінгу,
перемістіть її у вікно схеми і зафіксуйте, натиснувши лівою кнопкою мишки.
7. Натисніть по підгрупі Components (Компоненти) у вікні перегляду
елементів.
8. Знайдіть модель TFR (рис.3.2) [6], перемістіть її у вікно схеми, відпустіть
кнопку миші і зафіксуйте, натиснувши лівою клавішею миші.
9. Натисніть клавішу Shift і, не відпускаючи її, клацніть лівою кнопкою
мишки за елементами MLIN і TFR.
10. Клацніть по іконці Copy і потім по значку Paste на панелі інструментів.

Рисунок 3.1 – Модель мікрополоскової лінії MLIN

Рисунок 3.2 – Модель тонкоплівкового резистора TFR

11. Перемістіть курсор у вікно схеми, підключіть скопійовані елементи до
правого виводу елемента TFR і клацніть лівою кнопкою мишки, щоб зафіксувати
їх.
12. Клацніть по іконці Copy на панелі інструментів.
13. Перемістіть курсор у вікно схеми, підключіть скопійовані елементи
елемента TFR і клацніть лівою кнопкою мишки, щоб зафіксувати їх.
14. Повторіть п. 12 і 13, щоб підключити ще одну пару елементів.
15. Клацніть по підгрупі Lines у вікні перегляду елементів.
16. Знайдіть модель MLIN, перемістіть її у вікно схеми і підключить до
правого виводу останнього елемента TFR.
17. Клацніть по значку View All і на панелі інструментів, щоб бачити всю
схему.
3.1.3. Розміщення портів.
1. Клацніть по значку Port на панелі інструментів.
2. Помістіть порт на лівому кінці першого елементу MLIN.
3. Знову клацніть по значку Port на панелі інструментів.
4. Помістіть порт на правому кінці останнього елемента MLIN, на 180
градусів, клацаючи правою кнопкою мишки.
3.1.4. Редагування параметрів елементів.
1.Двічі клацніть лівою кнопкою мишки по першому провіднику ID=TL1.
Відкриється вікно Element Options.
2. Введіть ширину W = 0,456 мм, довжину L = 5 мм і натисніть ОК (рис.3.3).
3. Аналогічно такі ж параметри для останнього провідника ID=TL9.
4. Двічі клацніть лівою кнопкою мишки по другому провіднику ID=TL3 і у
вікні, що відкрилося, введіть W = 1,009 мм, L = 2,022 мм, натисніть OK.
5. Аналогічно такі ж параметри введіть для передостаннього провідника ID
= TL7.
6. Двічі клацніть лівою кнопкою мишки по середньому вікні введіть W =
1,883 мм, L = 1953 мм, натисніть OK.
7. Двічі клацніть лівою кнопкою мишки по першому резистору ID = TL2 і у
вікні введіть W = 0,4 мм, L = 0,545 мм, RS = 50, натисніть OK.
8. Аналогічно такі ж параметри введіть для останнього резистора ID = TL8.
9. Аналогічно для двох середніх резисторів ID = TL4 і ID=TL6 введіть
параметри W=0.4, L = 0,215, PS = 50.

Рисунок 3.3 – Еквівалентна схема мікрострічкового атенюатора

3.1.5. Визначення параметрів підкладки.
1. Клацніть по групі Substrates у вікні перегляду елементів.
2. Перетягніть елемент MSUB у вікно схеми, помістить його на вільному
місці, наприклад, нижче схеми (рис.3.4).
3. Двічі клацніть по елементу MSUB у вікні схеми. Відкриється вікно
редагування. Введіть:
▪ Er = 10.55 – відносна діелектрична проникність;
▪ H = 0,5 - товщина підкладки;
▪ T = 0,005 - товщина провідника;
▪ Rho = 1 - питомий опір металу провідника, нормований до золота;
▪ Тabg = 0.0001 - тангенс кута втрат.
Зауважимо, що значення ErNom змінювати не обов'язково, тому що Х-
моделі в схемі не використовуються. Отримана схема показана на (рис. 3.1).

Рисунок 3.4 – Модель мікрополоскової підкладки MSUB
3.2 Побудова моделі мікрострічкового атенюатора

3.2.1 Створення нового проекту.
1. Виберіть у меню File>New Project (Файл>Новий проект).
2. Виберіть у меню File>Save Project As (Файл>Зберегти проект як)
відкриється діалогове вікно Save As .
3. Наберіть At20 і натисніть Зберегти
4. Виберіть у меню Options>Project Options або двічі клацніть мишкою по
проекту Project Options у вікні відкриється вікно перегляду проекту. Відкриється
діалогове вікно Project Options.
5. На вкладці Global Units цього вікна у полі Frequency введіть GHz, у полі
довжина Length type введіть. mm і натисніть ОК.
3.2.2 Створення електромагнітної структури.
1. Клацніть лівою клавішею мишки по іконці Add New EM Structure на
панелі інструментів.
2. Наберіть Atr20 у полі Введіть ім'я для EM Enter a name for the EM
Structure (Введення імені для електромагнітної структури), відзначте AWR
EMSight Simulator та натисніть Create. На робочому полі відкриється вікно
електромагнітної структури.
3. Клацніть по значку Substrate Information на панелі інструментів. На
вкладці Enclosure відкрившогося вікна у полі X_Dim введіть 13.4, у полі Y_Dim
введіть 6.9, у полі Grid_x введіть 0.1 і у полі Grid_Y введіть 0.05.
4. На вкладці Матеріал Defs в області Dielectric Definitions для
діелектричного шару Diel_1 введіть Er = 10.55, TanD = 0,0001. Для області
Conductor Definitions клацніть мишкою по кнопці Add, щоб добавити матеріал
провідника. Відкриється додаткове діалогове вікно Add Conductor (рис. 3.5).
В полі Presets (Попередні установки) введіть алюміній Aluminum,
клацнувши по клавіші у правому кінці цього поля, і натисніть ОК. Знову клацніть
мишкою по клавіші Add введіть Resist (рис. 3.6).

Рисунок 3.5 – Діалогове вікно для введення параметрів Aluminum

Рисунок 3.6 – Діалогове вікно для введення параметрів Resist

В полі Conductivity (S/m) введіть 67000. Двічі клацнувши в стовбцях Color,
можна змінити колір, яким будуть відображатися шари металу в топології.
Клацнувши стовпцях ще раз, можна змінити штрихування шарів. Натисніть ОК.
Вкладка а Material Defs буде виглядати, як показано на (рис. 3.7).
5. На вкладці Dielectric Layers (Діелектричні шари) для шару 1 у колонці
Товщина (Товщина) введіть 7, у колонці Material Definition введіть Air (Повітря),
клацнувши лівою клавішею мишки по цьому полю, у колонці Draw Scale
(Масштаб креслення) введіть 4, щоб зручніше було переглядати тривимірне
відображення електромагнітної структури. У полі Top Boundary (верхня межа)
введіть матеріал Aluminum, у полі Bottom Boundary (нижня межа) введіть
матеріал 1 oz Cu.

Рисунок 3.7 – Вигляд вкладки Material Def

Рисунок 3.8 – Вигляд вкладки Material після зміни заданих параметрів

6. На вкладці Materials клацніть мишкою по кнопці Insert. У стовпці Name
замініть ім'я що з'явилося Trace1 на Alum, у стовпці Thickness введіть 0.02, у
стовпці Material Definition введіть Aluminum, клацнувши мишкою по цьому полю.
Знову клацніть мишою по клавіші Insert. У стовпці Name введіть ім'я матеріалу
Res, у стовпці Thickness введіть 0.0003, у стовпці визначення матеріалу введіть
Resist, клацнувши мишкою по цьому полю. Вкладка Materials виглядатиме, як
показано рис. 3.8. Натисніть ОК.
3.2.3. Створення топології.
1. Клацніть лівою кнопкою мишки по значку Rectangle на панелі
інструментів або виберіть у меню Draw>Rectangle.
2. Помістіть курсор у вікно електромагнітної структури і натисніть клавішу
Tab на клавіатурі. Відкриється діалогове вікно Enter Coordinates (Введення
координат).
3. Введіть 0 у полі х , введіть 3.2 у полі y і натисніть OK.
4. Натисніть клавішу Tab знову, щоб відкрити діалогове вікно Введення
координат. Встановіть прапорець у перемикачі Rel, щоб активізувати відносні
координати. Введіть 3 у полі dx, 0.5 у полі dy і натисніть OK. Провідник
прямокутного перерізу відображається у вікні електромагнітної структури.
5. Повторіть пункти з 1-го по 4-ий, але введіть 3 y полі x, 3.25 у полі y, 0,5y
полі dx і 0.4 y полі dy.
6. Повторіть пункти з 1-го по 4-ий, але введіть 3.5 у полі x, 2.95 у полі y, 2 y
полі dx і 1 y полі dy.
7. Повторіть пункти з 1-го по 4-ий, але введіть 5.5 у полі x, 3.25 у полі y, 0,2
y полі dx і 0,4 e полі dy.
8. Повторіть пункти з 1-го по 4-ий, але введіть 5.7 у полі x, 2,5 у полі y, 2 в
полі dx і 1,9 y полі dy.
9. Повторіть пункти з 1-го по 4-ий, але введіть 7.7 у полі x, 3.25 у полі y, 0,2
y полі dx і 0,4 полі dy.
10. Повторіть пункти з 1-го по 4-ий, але введіть 7.9 у полі х, 2.95 у полі y, 2
у полі dx і 1 y полі dy.
11. Повторіть пункти з 1-го по 4-ий, але введіть 9.9 у полі х, 3.25 у полі y,
0,5 в полі dx і 0,4 y полі dy.
12. Повторіть пункти з 1-го по 4 -ий але введіть 10,4 в полі x, 3.2 у полі y, 3
y полі dx і 0,5 dy.
3.2.4. Додавання портів і установка референсних площин.
1. Клацніть лівою кнопкою мишки по вхідному провіднику, щоб виділити
його.
2. Клацніть лівою кнопкою мишки по значку Edge Port на панелі
інструментів.
3. Помістіть курсор на лівий край вхідного провідника, поки не
відображуватиметься квадрат, і клацніть лівою кнопкою мишки, щоб зафіксувати
порт.
4. Двічі клацніть лівою кнопкою мишки по порту 1. Відкриється вікно
властивостей порту (рис. 3.9).

Рисунок 3.9 – Вікно властивостей порту

У полі Ref. Plane Distance введіть відстань 1 mm, на яку потрібно зсунити
референсну площину. Натисніть OK.
5. Знову клацніть лівою клавішею мишки по значку Edge Port на панелі
інструментів і встановіть порт 2 на вихідний провідник. Посуньте референсну
площину на 1 мм, як описано в п.4.
3.2.5. Призначення матеріалу провідникам.
1. Клацніть лівою кнопкою мишки по вікна топології, щоб зробити його
активним.
2. Натисніть клавішу Shift і клацніть лівої клавішею мишки по черзі по всім
провідникам (крім резисторів), щоб виділити їх. Потім клацніть по будь-якого
виділеного провіднику правою клавішею мишки і виберіть Shape Properties.
Відкриється вікно Properties (рис. 3.10).

Рисунок 3.10 – Вікно для призначення матеріалу провідникам

3. У полі EM Layer введіть 2, в полі Маterial введіть 1/2oz Cu, клацаючи
мишкою по кнопці в правому кінці цих полів, відзначте Conductor і натисніть ОК.
4. Повторіть пункти 2 і 3 для всіх резисторів топології атенюатора, але в
полі Матеріал введіть Res.

Рисунок 3.11 – Остаточний вигляд структури атенюатора

3.2.6 Перегляд 3-х мірної структури.
У Microwave Office підтримується 2-х вимірне і 3-х вимірне представлення
електромагнітних структур. Щоб створити 3-х вимірне представлення:
1. Виберіть у меню View>View 3D EM Layout і клацніть мишкою по значку
View 3D EM Layout на панелі інструментів. На робочому полі з'явиться
тривимірне зображення, як показано на рис. 3.12.
2. Виберіть у меню Window>Tile Vertical (Вікно>Не перемикаюче
вертикальне положення) або Window>Tile Horizontal. Вікна з 3-х вимірним і 2-х
вимірним відображеннями розташовуються поруч. Потім виберіть
Window>Cascade.
Змінити вигляд 3-х вимірного відображення можна, клацнувши правою
кнопкою мишки у вікні 3-х вимірної структури, і потім вибрати Zoom Area
(Збільшити область) Zoom out и Auto Out в спливаючому меню. Або можна
клацнути по відповідному ярлику на панелі інструментів. Щоб обертати 3-х
вимірну структуру, натисніть її лівою клавішею миші і не відпускаючи клавіши,
переміщайте мишку.

Рисунок 3.12 – Вигляд 3-х вимірної структури мікрострічкового атенюатора

3.2.8 Перегляд анімації струмів і Е-поля.
Перегляд струмів і полів електромагнітної структури може бути корисний
при вивченні її фізичних характеристик. Струми і електричні поля додані до
анотації і електромагнітних структур і можуть бути переглянуті в 3-х мірному
відображенні структур.
Щоб переглянути струми на провідниках:
1. Клацніть правою кнопкою мишки по імені електромагнітної структури
Interdigital Filter у вікні перегляду проекту і виберіть Add Annotation.
2. У вікні, що відкрилося, у списку Measurement відзначте EM_CURRENT і
натисніть ОК.
3. Зробіть активним вікно електромагнітної структури і клацніть мишкою по
іконці View EM 3D Layout на панелі інструментів.
4. Клацніть мишкою по значку Animate Play на панелі інструментів.
Анімація струмів в тривимірному поданні буде відображатися на робочому столі.
5. Клацніть лівою кнопкою мишки по значку Animate Stop на панелі
інструментів, щоб зупинити анімацію (рис 3.13).

Рисунок 3.13 – 3х-вимірна анімація струмів

6. Клацнувши правою кнопкою мишки по імені анотації Interdigital Filter:
EM_CURRENT в групі Annotations у вікні перегляду проекту і вибравши Toggle
Enable, можна скасувати показ Повторний виклик цієї команди відновить показ
струмів.
Щоб переглянути електричне поле:
1. Клацніть правою кнопкою мишки по електромагнітній Interdigital Filter у
вікні перегляду проекту і виберіть Add Annotation.
2. У вікні, що відкрилося, в списку Measurement відзначте EM_E_Filed і
натисніть ОК.
3. У вікні перегляду проекту клацніть правої клавішею мишки по імені
анотації Interdigital Filter: EM_CURRENT в групі Annotations і виберіть Toggle
Enable.
4. Виберіть у меню Simulate>Analyze або клацніть лівою клавішею мишки
Analyze на панелі інструментів, щоб обчислити електричні поля.
5. Виберіть Animate>Animate Play у випадаючому меню або клацніть лівою
клавішею мишки по значку Animate Play на панелі інструментів, щоб переглянути
анімацію поля.
6. Клацніть лівою клавішею мишки по іконці Animate Stop на панелі
інструментів, щоб зупинити анімацію.(рис. 3.14).
7. Щоб припинити обчислення та показ електронного перегляду проекту і
по імені анотації Interdigital Filter: EM_E виберіть Toggle Enable.

Рисунок 3.14 – 3-х вимірна анімація електричного поля

3.3 Дослідження параметрів і характеристик для моделі
мікрострічкового атенюатора

1. Двічі клацніть лівою клавішею мишки по групі Output Equations (Вихідні
рівняння) у вікні перегляду проекту. На робочому полі відкриється вікно рівнянь.
2. Виберіть в меню Draw>add Output Equation або клацніть по іконці Output
Equation на панелі інструментів. Відкриється діалогове вікно Measurements
(Вимірювані величини). У текстовому полі Variable name (Ім'я змінної) введіть
S11 , в списку Measurement відзначте S, в полі даних Source Name (Ім'я змінної)
введіть atr20, клацнувши по клавіші праворуч від цього поля, введіть 1 у обидва
поля To Port Index і From Port Index, клацаючи по клавішах праворуч від цих
полів, встановіть перемикач Mag перемикач Complex Modifier, зніміть галочку
якщо вона встановлена і натисніть OK (рис.3.15).

Рисунок 3.15 – Введення вихідних параметрів
У вікні рівнянь з'явиться поле вводу з курсором у вигляді хрестика.
Рухаючи мишку, встановіть це поле у верхній частині рівнянь і клацніть лівою
клавішею мишки. З'явиться рівняння:

S11 = atr20: S(1,1)

Клацніть лівою клавішею мишки у будь-якому місці вікна рівнянь за
межами виразу для S11.
3. Знову виберіть у меню Draw>Add Output Equation. У вікні, що відкрилося,
в текстовому полі Variable name введіть S21, у списку Measurement Type відзначте
S, у полі Data Source Name введіть atr20, клацаючи по клавіші праворуч від цього
поля, введіть 2 у полі To Port Index і 1 у полі From Port Index, клацаючи по
клавішам праворуч від цих полів, встановіть перемикач Mag в області Complex
Modifier, зніміть галочку в перемикачі dB, якщо вона встановлена натисніть OK.
У вікні рівнянь з'явиться поле вводу з курсором у вигляді хрестика. Рухаючи
мишку, встановіть це поле нижче попереднього рівняння і клацніть лівою
кнопкою мишки. З'явиться рівняння:

S21 = atr20: S(2,1)]

Клацніть лівою кнопкою мишки у будь-якому місці вікна рівнянь за межами
рівняння для S21.
4. Виберіть у меню Draw>Add Equation або клацніть лівою клавішею мишки
по іконці Equation на панелі інструментів.
5. Перемістіть курсор у вікно рівнянь. У цьому вікні з'явиться поле вводу.
Встановіть його, рухаючи мишкою, нижче за попереднє рівняння і клацніть лівою
кнопкою мишки, щоб зафіксувати.
6. Введіть у поле вводу рівняння:

KstU = 1 + S11 /
( ) (1-S11)

і клацніть клавішею мишки поза цим полем або натисніть клавішу Enter.
7. Знову клацніть клавішею мишки по іконці Equation на панелі
інструментів і помістіть нове поле нижче попередніх рівнянь.
8. Введіть у поле вводу рівняння:

LdB = 20 * log10(1/S21)

і клацніть лівою кнопкою мишки поза цим полем або натисніть клавішу Enter.
Добавленні рівняння виглядатимуть, як показано на рис. (3.16).

Рисунок 3.16 – Остаточний вигляд поля вводу, після введення заданих рівнянь

3.3.1. Визначення частот для моделювання.
1. Правою кнопкою мишки клацніть по підгрупі atr20 в групі EM Structures і
виберіть Options у спливаючому. Відкриється діалогове вікно Options.
2. Клацніть панель Frequencies (Частоти) у верхній частині екрану.
3. Зніміть галочку (якщо вона стоїть) на перемикачі Use Project Frequency
(Використовувати частоти проекту), щоб локальні частоти мали перевагу перед
глобальними частоти проекту.
4. Встановіть GHz у полі Data Entry Units, клацаючи по стрілках праворуч
від цього поля.
5. Введіть 4 у полі Стоп Start (Початок), введіть 18 у полі Stop (Кінець) і
введіть 1 у полі Step (Крок).
6. Натисніть Apply (Застосувати). У вікні списку Current Range (Поточний
діапазон) відображується частотний діапазон і частотні точки з кроком, які ми
тільки що визначили.
7. Натисніть OK.
3.3.2. Створення графіка, додавання вимірюваних величин і аналіз.
1. Клацніть по значку Add New Graph на панелі інструментів.
2. Введіть ім'я графіка, наприклад, Graph 1 у полі Graph name (ім'я графіка),
виберіть Rectangular (Прямокутний) в області Graph Type (Тип графіка) і
натисніть ОК.
3. Клацніть правою клавішею мишки по підгрупі Graph 1 у вікні перегляду
проекту і виберіть Add Measurement.
4. Виберіть Output Equations у списку Measurement Type. У вікні списку
Equation Name виберіть KstU, клацнувши по клавіші праворуч. Відзначте
перемикач Mag в області Complex Modifier. Приберіть галочку у вікні dВ, якщо
вона встановлена. Натисніть Apply.
5. У вікні списку Equation Name виберіть Ldb і натисніть Apply. Натисніть
OK.
6. Клацніть лівою клавішею мишки по іконці Analyze на панелі
інструментів. Результати аналізу відображаються на графіку (рис. 3.17).
На (рис 3.17 і 3.18) зображено графік, на якому показано КСХ і внесене
ослаблення згідно із заданою задачею. Дану модель атенюатора можна
використовувати в частотних межах від 4 до 18 ГГц.
При зменшенні на 20% ширини провідників на частоті 18 ГГц несуттєво
зменшився КСХ. Загалом КСХ знаходиться в межах норми. Суттєвих
відмінностей внесеного ослаблення сигналу не спостерігається (рис 3.19 і 3.20).
При збільшені на 20% ширини провідників на частоті 17 ГГц і вище КСХ
перевищує 2 дБ за таких умов атенюатор не бажано використовувати тому, що це
призведе до погіршення його узгодження з іншими елементами тракту (рис 3.21 і
3.22).

Рисунок 3.17 – Графік з вихідними параметрами: коефіцієнт стоячої хвилі = KstU і
внесене ослаблення = LdB для моделі мікрострічкового атенюатора

Рисунок 3.18 – Залежність KstU і LdB від частоти в межах від 4 до 18 ГГц

Рисунок 3.19 – Графіки частотних залежностей коефіцієнту стоячої хвилі KstU і
внесеного ослаблення LdB для моделі мікрострічкового атенюатора при
зменшенні на 20% ширини провідників

Рисунок 3.20 – Залежність KstU і LdB від частоти в межах від 4 до 18 ГГц для
моделі мікрострічкового атенюатора при зменшенні на 20% ширини провідників

Рисунок 3.21 – Графіки частотних залежностей коефіцієнту стоячої хвилі KstU і
внесеного ослаблення LdB для моделі мікрострічкового атенюатора при
збільшенні на 20% ширини провідників

Рисунок 3.22 – Залежність KstU і LdB від частоти в межах від 4 до 18 ГГц для
моделі мікрострічкового атенюатора при збільшенні на 20% ширини провідників

При зміні діелектричної проникності підложки з 10,55 на 5.55 КСХ суттєво
знизився (рис.3.23 і 3.24). Даний атенюатор можна використовувати для
внесеного послаблення у всьому робочому діапазоні, а особливо гарне
узгодження забезпечується в діапазоні частот 13-18 ГГц.

Рисунок 3.23 – Залежність KstU і LdB від частоти для моделі мікрострічкового
атенюатора при зміні діелектричної проникності підложки з 10,55 на 5.55

Рисунок 3.24 Залежність KstU і LdB від частоти для моделі мікрострічкового
атенюатора при діелектричній проникності підложки 5,55
4. ОХОРОНА ПРАЦІ

4.1 Аналіз небезпек та шкідливостей, що впливають на
співробітника радіотехнічної лабораторії

В процесі проектування різноманітних радіоелектронних елементів, вузлів
та пристроїв на співробітника лабораторії можуть впливати різноманітні
параметри виробничої обстановки. Як відомо, від умов праці в значному ступені
залежать здоров'я і працездатність людини, її відношення до праці і результати її
діяльності. При поганих умовах різко знижується продуктивність праці і
створюються передумови для виникнення травм і професійних захворювань. Для
цілеспрямованої діяльності по поліпшенню умов праці необхідно знати чинники,
що впливають на їхнє формування. Проаналізуємо фактори, що впливають на
здоров'я і працездатність співробітника, який працює в радіотехнічній
лабораторії.
Робочі місця співробітників встановлені в просторовій кімнаті, яка
мебльована столами та шафами, укомплектована комп’ютерною технікою та
периферійним обладнанням. Всі предмети на робочому місці співробітників
знаходяться в робочій зоні в межах прямої видимості та розміщені на відстані не
більше 70 см від працівника. Розміри столу становлять: ширина – 1,4 м, глибина –
0,8 м, висота – 0,72 м. Висота стільця становить 0,45 м. З врахуванням середнього
росту людини, який складає 160–180 см, можна сказати, що положення, яке
співробітник лабораторії займає при роботі відповідає нормативним інструкціям і
рекомендаціям ДСТУ 8604:2015 «Дизайн і ергономіка. Робоче місце для
виконання робіт у положенні сидячи. Загальні ергономічні вимоги».
Монітори на столах розташовані таким чином, що відстань від екрану
монітору до користувача складає не менше 70 cм, при цьому кут зору становить
близько 30о. При цьому потрібно відмітити, що положення моніторів вибрано
найкращим чином, так як світло, що потрапляє через вікно, падає з лівого чи
правого боку від працюючого в залежності від розташування робочого місця і,
таким чином, не засліплює йому очі. Задля кращого уникнення негативного
ефекту, пов’язаного з надмірною освітленістю приміщення, вікна обладнано
жалюзі.
Розміри лабораторії становлять: довжина – 8 м, ширина – 4,5 м, висота –
2,75 м. Відповідно її площа дорівнює 36 м2. Найбільша кількість одночасно
працюючих становить 4 особи. Звідси площа, що припадає на одного робітника,
дорівнює 9 м2, що відповідає ДБН В.2.2.28-2010. Об’єм приміщення становить
99 м3. Звідси визначаємо, що об'єм який припадає на одну людину дорівнює 27 м3.
Нормативне значення складає 20 м3. З наведених даних можна зробити висновок,
що дане приміщення задовольняє вимогам ДБН В.2.2.28-2010.
Раціонально виконане освітлення виробничих приміщень надає позитивного
психофізіологічного впливу на працюючих, сприяє підвищенню якості продукції
та продуктивності праці, забезпеченню її безпеки, знижує втому і травматизм на
виробництві, зберігає високу працездатність в процесі праці.
Освітлення здійснюється через віконні отвори (природне однобічне
освітлення), за допомогою світильників, які розташовані на стелі (штучне верхнє
освітлення) або одночасно - світильники і вікна (сполучене освітлення). В
приміщенні вздовж однієї зі стін розташовано 2 вікна, розміри кожного з яких
становлять 2 м на 1,15 м.
Величина необхідного освітлення на робочому місці приміщення
нормується за ДБН В.2.5-28-2018. При штучному освітленні нормується величина
освітленості в люксах (Лк), яка вибирається в залежності від характеристики
зорової праці з урахуванням найменшого розміру об'єкта розрізнення, фона,
контраста об'єкта розрізнення з фоном.
За найменший об’єкт розрізнення приймаймо напис на радіоелементі,
розмір якого визначимо на рівні 0,15–0,3 мм. Користуючись ДБН В.2.5-28-2018,
визначаємо, що за розміром обраного найменшого об’єкта розрізнення, ступінь
точності зорової праці відноситься до високого і становить ІІ розряд. Нормативне
значення КПО для визначеного розряду зорової роботи відповідає – ен = 1,8%.
Фактичне значення КПО в радіотехнічній лабораторії становить 22-24%. Отже,
рівень природного освітлення в даному приміщенні знаходиться в нормі.
В якості джерела світла при штучному освітленні використовуються
люмінесцентні лампи, в освітлювачах типу ЛСП, загальна кількість яких
становить 3.
Нормативне значення штучного загального освітлення становить
400 лк. Фактичне значення в радіотехнічній лабораторії згаданого параметра
відповідає 280-300 лк, що нижче зазначеної норми, відповідно ДБН В.2.5-28-2018.
Таким чином, в даному приміщенні рекомендується модернізувати систему
загального штучного освітлення.
Приміщення лабораторії характеризується відсутністю сирості,
неструмопровідною підлогою та нормативними параметрами мікроклімату. Тому
приміщення лабораторії відноситься до приміщень без підвищеної небезпеки
ураження працюючих електричним струмом, згідно ПУЕ-17. Комп’ютери,
встановлені на робочих місцях живляться напругою 220 В і споживають
потужність менше ніж 3 кВт, для забезпечення безпеки людини було обладнано
додатковою ізоляцією та заземленням. Для виключення ураження працівників
електричним струмом всі електронні прилади під’єднані до системи захисного
занулення, згідно ДСТУ Б В.2.5-82:2016.
Під час роботи з обладнанням при раптовому припиненні подачі
електроструму потрібно негайно вимкнути електрообладнання. Категорично
забороняється ремонтувати електрообладнання, вмикати та вимикати його, якщо
це не передбачено в ході роботи, проводити будь-які перемикання на головному
розподільному щиті. У випадку ураження електричним струмом слід терміново
звільнити потерпілого від дії струму і прийняти міри по наданню першої
допомоги, при необхідності викликати лікаря.
Приміщення лабораторії, згідно ДСТУ Б В.1.1-36:2016, відноситься до
приміщень за категорією вибухопожежонебезпеки типу В (горючі та важкогорючі
рідини, тверді горючі та важкогорючі речовини і матеріали (в тому числі пил та
волокна), речовини та матеріали, здатні при взаємодії з водою, киснем повітря або
одне з одним горіти, за умови, що приміщення, в яких вони знаходяться
(використовуються), не належать до категорії А та Б). Для попередження пожеж в
лабораторії, відповідно ДБН В.2.5-56-2014, змонтована електрична пожежна
сигналізація (Страж М-501) променевого типу та теплові датчики типу (Satel
DRP-100) у кількості 6 шт. Також дана лабораторія обладнана двома ручними
вуглекислотними вогнегасниками ВВК-5, відповідно Правил експлуатації та
типових норм належності вогнегасників.
Шум супроводжується коливанням частинок навколишнього середовища,
що сприймається органами слуху людини як небажані сигнали. Зазвичай шум
обумовлюється неприємним або небажаним звуком чи сукупністю звуків, що
заважають сприйняттю корисних звукових сигналів, порушують тишу, чинять
шкідливу або подразливу дію на організм людини, знижують її працездатність.
В лабораторії рівень шуму, який в основному зумовлений одночасною
роботою системних блоків комп’ютерів не перевищує 45 дБА. Інколи, при роботі
принтера це значення досягає 55 дБА. Але, відповідно до ДСН 3.3.6.037-99
нормативне значення допустимого рівню звукового тиску, рівню звуку та
еквівалентного рівню звуку на робочому місці в лабораторії становить 60 дБА.
Таким чином, фактичні рівні шуму в приміщенні лабораторії не перевищують
нормативні значенні цього параметру.
З появою нових технологічних рішень щодо здійснення бездротового
електронного зв’язку лабораторія пронизана постійним електромагнітним
випромінюванням згідно ДСН 3.3.6.096-2002. Документи встановлюють вимоги
до суб’єктів господарювання щодо захисту працівників від небезпеки для їх
здоров’я, що існує або виникає внаслідок впливу електромагнітних полів.
Згідно з цими нормативними актами перед початком робіт у разі
застосування джерел електромагнітного випромінювання необхідно:
- провести вимірювання напруженості електричної та магнітної складових
електромагнітних полів
- облаштувати виробниче приміщення і розташувати технологічне
обладнання згідно гігієнічних нормативів.
Тривалість перебування працівників, які працюють з джерелами
електромагнітного випромінювання в робочих зонах не повинна перевищувати
граничнодопустимих рівнів електромагнітного випромінювання, зазначених у
ДСН 3.3.6.096-2002. Проведений аналіз електростатичного поля на робочих
місцях працівників показав, що рівень його напруженості не перевищує гранично
допустимого значення.
Згідно ДСН 3.3.6.042-99 окремо для двох періодів року, визначаємо
оптимальні і допустимі значення температури, відносної вологості та швидкості
руху повітря для категорії важкості роботи Іа. При цьому враховуємо, що верхня і
нижня межа діапазону допустимої температури визначаються у залежності від
того, постійне робоче місце чи непостійне. В нашому випадку – постійне.
Нормовані величини температури, відносної вологості і швидкості руху
повітря в робочій зоні виробничого приміщення в холодний період року:
- оптимальне значення температури 22-24°С;
- допустиме значення температури 21-25°С;
- оптимальне значення відносної вологості 40-60%;
- оптимальне значення швидкості руху повітря 0,1м/с;
- допустиме значення швидкості руху повітря ≤0,1 м/с.
Нормовані величини температури, відносної вологості і швидкості руху
повітря в робочій зоні виробничого приміщення в теплий період року:
- оптимальне значення температури 23-25°С;
- допустиме значення температури 22-28°С;
- оптимальне значення відносної вологості 40-60%;
- оптимальне значення швидкості руху повітря 0,1 м/с;
- допустиме значення швидкості руху повітря 0,1-0,2 м/с.
В лабораторії фактичне значення температури в холодний період року
становить 20-22°С, що нижче від відповідної нижньої межі допустимого
значення. Таким чином дані умови праці відносяться до першого ступеня
шкідливості. Це в свою чергу може призвести до легких форм застуди.
Рекомендується в даному приміщенні в холодний період року користуватися
автономним обігрівачем невеликої потужності.
Що стосується теплого періоду року, то фактичне значення температури
відповідає 28-30°С, що в свою чергу перевищує оптимальне значення, але
знаходиться в допустимих межах. Проте, як відомо, висока температура
негативно впливає на самопочуття робітника і, як наслідок, веде за собою
зниження працездатності. В такому випадку рекомендується в даному приміщенні
встановити кондиціонер, що сприятиме більш комфортній роботі. Також, завдяки
використанню даного технічного засобу, в холодну пору року відпаде
необхідність в використанні автономного обігрівача, так як цю функцію можна
покласти на кондиціонер.
Фактичне значення швидкості руху повітря становить 0,2-0,25 м/с, що
перевищує максимально допустиме значення лише в холодну пору року. Це може
негативно вплинути на здоров’я робітника, так як з протягом пов’язані такі
хвороби, як запалення м’язів, гострі респіраторні захворювання і ін.
Фактичне значення відносної вологості повітря в приміщенні становить 65-
68%. Це відповідає першому ступеню шкідливості умов праці. Перевищення
вологості в теплий період року призводить до збільшення температури тіла.
Особливо дане явище має місце при відхиленні температури від оптимальних меж
в сторону збільшення. При пониженні температури підвищена вологість може
призвести до переохолодження тіла. Як підвищення, так і зниження температури
тіла може призвести до застуди.
На основі вищенаведених даних можемо сказати, температурний рівень в
лабораторії не відповідає нормативним вимогам. Таким чином, в даному
приміщенні рекомендується встановити кондиціонер.
Інструктажі з питань охорони праці проводяться з метою навчити
працівника правильно і безпечно для себе і навколишнього середовища
виконувати свої трудові обов'язки. Інструктажі за часом і характером проведення
поділяють на: вступний, первинний, повторний, позаплановий та цільовий.
Вступний інструктаж проводиться з усіма працівниками, які щойно
прийняті на роботу (постійну або тимчасову), незалежно від їх освіти, стажу
роботи за цією професією або посади; працівниками, які знаходяться у
відрядженні на підприємстві й беруть безпосередню участь у виробничому
процесі; в даному випадку трудового й професійного навчання в радіотехнічній
лабораторії.
З працівниками проводиться вступний інструктаж з трудового та
професійного навчання. Запис про проведення вступного інструктажу робиться в
спеціальному журналі. Первинний інструктаж проводиться кожному працівнику
індивідуально в радіотехнічній лабораторії перед виконанням роботи НПАОП
0.00-4.12-05.
Медичний огляд обов’язковий для працівників радіотехнічної лабораторії
відповідно наказу №246 від 21.05.2007, що пов’язано з:
- зі шкідливими чи небезпечними умовами праці;
- з обладнанням що знаходиться під напругою, вібрацією, шумом;
- довго тривалими однотипними роботами;
- хімічні речовини, їх сполуки та елементи (неорганічного та органічного
походження).
Висновок: в даному розділі було проаналізовано усі можливі небезпеки та
шкідливі фактори, що можуть впливати на співробітників радіотехнічної
лабораторії і можемо сказати, що технічний рівень не відповідає нормативним
вимогам. Це проявляється в наслідок підвищення температури літом вище норми.
Таким чином, в даному приміщенні рекомендується встановити кондиціонер.

4.2 Розрахунок системи кондиціонування повітря лабораторії

Кондиціонування - це комплекс систем, які призначені для створення в
приміщеннях мікрокліматичних умов, оптимальних для життєдіяльності людей.
Кондиціонер - пристрій для підтримання оптимальних кліматичних умов в
квартирах, будинках, офісах, автомобілях, а також для очищення повітря в
приміщенні від небажаних частинок. Призначений для зниження температури
повітря в приміщенні.
Типи кондиціонерів:
- віконний кондиціонер;
- спліт-система з внутрішнім блоком настінного типу;
- спліт-система з внутрішнім блоком підлогово-стельового типу;
- спліт-система з внутрішнім блоком касетного типу;
- спліт-система з внутрішнім блоком канального типу;
- мульти спліт-системи;
- мультізональні системи (VRF або VRV системи).
Віконний кондиціонер.
Віконний тип є моноблочним, врізається у віконний отвір або в стіну. Для
встановлення ніякого особливого інструменту для нього не потрібно.
Виробництво віконників добре відпрацьоване за багато років, звідки і береться їх
довговічність.
Віконний тип має істотні недоліки. У віконному типі, оскільки він
моноблочний, компресор знаходитиметься у вашому приміщенні. Окрім цього,
прохолодно буде не в кімнаті, а між шторою і вікном, тому що встановлюється
кондиціонер безпосередньо у вікно.
Безумовним плюсом є низька ціна віконного типу і можливість невеликої
подачі свіжого повітря в приміщення. При низькому бюджеті будівництва бізнес
установи не високого класу можна обійтися віконними кондиціонерами і
замовити вікна під розмір.

Спліт-система.
Спліт-системи, як тип кондиціонера на відміну від віконних, діляться самі
по собі ще на типи. Під типом спліт-системи в основному розуміють тип
внутрішнього блоку, зовнішні блоки по принциповому пристрою фактично
однакові для побутового діапазону. Спліт-система має два блоки - внутрішній і
зовнішній. Найбільш шумний з них, де знаходиться компресор, виноситься на
вулицю, а внутрішній, відповідно, встановлюється всередині приміщення.
Спліт-система з внутрішнім блоком настінного типу.
Набули найбільшого поширення в квартирах, невеликих офісних
приміщеннях. Якщо в приміщеннях давно вже виконаний ремонт, така система є
одним з якнайкращих способів не псувати інтер'єр і добитися освіжаючої
прохолоди. Мають масу переваг: достатньо малошумні, і за ціною значно
дешевше спліт-систем іншого типу. Також в своєму діапазоні холодильної
потужності є монополістами - інші типи спліт-систем не мають холодильної
потужності нижче 3,5 кВт. При кондиціонуванні невеликого кабінету настінний
тип спліт-системи не має конкурентів.
Спліт-система з внутрішнім блоком підлогово-стельового типу.
У разі установки під стелею потік охолодженого повітря потужним
струменем поступає в приміщення. У разі установки в підлоговому варіанті,
наприклад в перенаселеному працівниками офісі, приносить менше дискомфорту
працівникам, ніж наприклад настінний кондиціонер. Будь-який кондиціонер
створює біля себе «мертву зону», де рухливість повітря буде дуже високою. У
настінних блоків це до 3 метрів, у підлогових - 1 метр. У підлоговому варіанті
охолоджене повітря йде вгору і нікому особливо не заважає. Отже, підлогово-
стельові кондиціонери в основному використовують в офісах, супермаркетах,
витягнутих великих приміщеннях.
Спліт-система з внутрішнім блоком канального типу.
Канальний внутрішній блок має масу переваг в порівнянні з аналогами.
Одному "канальнику" цілком під силу охопити до 10 дрібних приміщень, де
необхідна холодопродуктивність по кожному приміщенню не перевищує 1,3 кВт.
Якщо в кожній такій кімнаті встановити по окремій настінній спліт-системі, а
мінімальна продуктивність будь-який настінною спліт-системи нижче 1,8 кВт не
буває, перевага установки кондиціонування канального типу за ціною в
порівнянні з установкою 10 окремих настінних спліт-систем.
Незаперечною перевагою системи є те, що при використанні внутрішнього
блоку цього типу можна підмішувати до 20 % свіжого повітря. Але є і зворотна
сторона - не варто забувати, що свіжим повітрям працівники зможуть бути
забезпечені тільки тоді, коли на вулиці не нижче - 5 °С. Інакше можливо вивести з
ладу пристрій.
Спліт-системи з внутрішніми блоками канального типу мають і недоліки.
Окрім необхідності наявності підвісної стелі, така система не дозволяє
регулювати температуру в кожному приміщенні індивідуально. Датчик
температури встановлюється в пульті управління кондиціонером, і розмістити ви
його можете тільки в одній кімнаті. Іншою проблемою буде те, що кожне з
приміщень може мати різний тепловий режим, одна кімната може виходити
вікнами на південь, інша на північ. Може утворитися ситуація, коли в одній
кімнаті буде максимальне теплове навантаження, а в іншій мінімальна. Установка
індивідуального регулювання температури по кожній кімнаті у вартості
наближатиметься до вартості всього устаткування.
Останнім недоліком такої системи є те, що монтажу канального типу
кондиціонування повинен передувати хороше проектне опрацьовування,
розрахунок перетинів повітроводів. Інакше можливо отримати ситуацію, коли в
одній кімнаті надмірно холодно, а в іншій навпаки жарко.
Мульті-спліт-системи.
У цих системах до одного зовнішнього блоку можна під'єднати відразу
декілька внутрішніх блоків. Основна перевага мульті-спліт-систем це наявність
одного зовнішнього блоку. В умовах міста, особливо в центрі, велику кількість
зовнішніх блоків кондиціонерів, що висять на стіні, не тільки псують фасад
будівлі, але не залишають іншого вибору, як використання мульті спліт-системи.

Мультізональні системи (VRF або VRV системи).
VRV або VRF системи є найостаннішим і інноваційним досягненням в
кондиціонуванні повітря. За принципом роботи це ті ж самі мульті-спліт-системи,
але з можливістю підключення до 64 внутрішніх блоків. Важливою перевагою
мультізональних систем є різноманітність внутрішніх блоків.
Останнє покоління таких систем має одну з незаперечних переваг -
максимально допустима довжина фреонових трас до 1000 метрів, що в умовах
центральних вулиць міста дозволяє винести зовнішній блок в таке місце, де він не
псуватиме фасад. Дані системи неймовірно економічні і довговічні.
Середній термін їх експлуатації до 25 років, в порівнянні з побутовими
спліт-системамі 6-10 років. Інтелектуальна система управління роботою дозволяє
досягти максимальної економії при роботі деяких внутрішніх блоків в режимі
охолоджування, а інших в режимі тепла. Система VRV (VRF) дозволяє перенести
частину тепла з одного приміщення в інше. При цьому споживання системи
знижується майже в 2 рази.
Встановлюють такі системи найчастіше в бізнес-центрах, торгових центрах,
урядових установах і на багатьох інших об'єктах, де необхідна центральна
система кондиціонування великої кількості приміщень.

Рисунок 4.1 – Будова та принцип дії кондиціонера типу спліт-системи

Розрахуємо потужність кондиціонера для радіотехнічної лабораторії
площею 26 м² з висотою стель 2,75 м, в якій здійснюється проектування та
модернізація пристрою. В лабораторії працюють 4 людини, а також є 3
комп'ютери, і невеликий холодильник з максимальною споживаною потужністю
165 Вт. Кімната розташована на сонячній стороні. Комп'ютери всі одночасно
працюють, оскільки ними користується 4 людини.
Спочатку визначимо тепло припливи від вікна, стін, підлоги і стелі.
Коефіцієнт Q виберемо рівним 40, так як кімната розташована на сонячній
стороні:

Q1 = S * h * q / 1000 (4.1)
де:
S – площа радіотехнічної лабораторії;
h – висота стелі;
q - коефіцієнт припливу тепла.

Q1 = 36 м² * 2,75 м * 40 / 1000 = 2,86 кВт

Теплоприпливи від 4 робочих в спокійному стані складуть 0,4кВт.

Q2 = N *qод.л.= 4 * 0,1 = 0,4 кВт

Далі, знайдемо теплоприпливи від техніки. Оскільки комп'ютери працюють
одночасно, то в розрахунках необхідно враховувати суму з цих приладів, а саме
сумарну кількість тепла. Це комп'ютери, тепловиділення від яких становлять 0,9
кВт. Холодильник виділяє 0,793 кВт:

Q3 = 0,165 кВт + 0,793 = 0,958 кВт (4.2)

Q3 = 0,9 кВт + 0,793 кВт = 1,693 кВт
Тепер ми можемо визначити:

Q = Q1 + Q2 + Q3 (4.3)

Q = 2,86 кВт + 0,4 кВт + 1,693 кВт = 4,95 кВт

Рекомендований діапазон потужності (від -5% до + 15% розрахункової
потужності Q): 4.70кВт < Qrange < 5,69 кВт.
Нам залишилося вибрати модель підходящої потужності. Більшість
виробників випускає спліт-системи з потужностями, близькими до стандартного
ряду: 2,0 кВт; 2,6 кВт; 3,5 кВт; 5,2 кВт; 7,0 кВт. З цього ряду обираємо модель
потужністю 5,2 кВт.

Рисунок 4.2 – Кондиціонер Saturn ST-18TLHR/Bio

Технічні характеристики кондиціонера Saturn ST-18TLHR/Bio
- Рекомендована площа приміщення - 50 кв.м;
- Тип компресора - звичайний;
- Тип фреону - R410A;
- Холодопродуктивність - 5,28 кВт;
- Теплопродуктивність - 5,42 кВт;
- Рівень шуму, внутрішній блок - 45 дБ;
- Рівень шуму зовнішній блок - 52 дБ;
- Режими - автоматичний, вентилятор, нічний, обігрів, осушення, охолодження,
турборежим.
Додаткові характеристики кондиціонера
- Таймер - на 24 години;
- Дисплей на внутрішньому блоці;
- Фільтри тонкого очищення, електростатичний фільтр;
- Діапазон зовнішньої робочої температури - від +1 до +43 °С;
- Захист від обдування холодним повітрям;
- Захист від обмерзання зовнішнього блоку;
- Плавний пуск;
- Габарити внутрішнього блока - 28х90х20,2 см;
- Габарити зовнішнього блока – 55,2х76х25,6 см;
- Вага внутрішнього блоку - 11 кг;
- Вага зовнішнього блоку - 35 кг.

ВИСНОВКИ

В бакалаврській роботі було розглянуто сучасні програмні засоби для
моделювання і проектування НВЧ пристроїв: CST MICROWAVE Studio, Feko,
HFSS Ansoft, Microwave Office та виконано електродинамічне моделювання
атенюатора на мікроплівкових резисторах.
Для моделювання моделі мікроплівкового атеньюатора було обрано
програму Microwave Office тому, що дане програмне забезпечення є інтуїтивно
зрозумілим та має широку бібліотеку для проектування мікрострічок.
За допомогою програми Microwave Office побудовано еквівалентну схему
мікроплівкового атеньюатора із заданими параметрами: Er = 10.55 - відносна
діелектрична проникливість; H = 0,5 мм - товщина підкладки; T = 0,005 мм -
товщина провідника; Rho = 1 Ом/м2 - питомий опір металу провідника, нормоване
до золота; Тabg = 0.0001 - тангенс кута втрат. Створено структуру
мікроплівкового атеньюатора, побудовано 3-х вимірну модель, переглянуто
анімацію струмів і Е-поля.
Отримана модель ефективно працює в межах 4-18 ГГц, забезпечуючи
послаблення сигналу 18-20 дБ і КСХ не перевищує 2 дБ. При зменшенні
діелектричної проникності матеріалу підложки, що дорівнювала 10.55, обрано
гетинакс зі значенням 5.55, в результаті чого зменшилось внесене ослаблення і
зменшився КСХ. Дану модель можна використовувати для внесеного ослаблення
від 14 до 18 дБ при меншому КСХ, який на частотах 9-18 ГГц дорівнює 1.8-1.2 дБ,
що задовольняє умові задачі, при цьому отримано суттєве зниження КСХ.
В разі зменшення на 20% ширини провідників суттєвих змін не
відбувається, в разі збільшення на 20% - КСХ перевищує норму, що призводить
до неефективної роботи приладу.
Переваги застосування програмного забезпечення Microwave Office
полягають в суттєвому зменшенні часу розрахунків, можливості швидкого
корегування результатів з метою побудови оптимальної моделі пристрою та може
мати значний економічний ефект, суттєво зменшує можливість технічних
помилок.
В розділі з охорони праці проведено аналіз небезпек та шкідливостей, що
впливають на співробітника радіотехнічної лабораторії. Проведено розрахунок
системи кондиціонування повітря лабораторії. Обрано кондиціонер Saturn ST-
18TLHR/Bio потужністю 5,2 кВт для лабораторії, розташованої на сонячній
стороні, площею 26 м² з висотою стель 2,75 м, в якій проводиться розробка та
моделювання НВЧ пристрою. В лабораторії постійно перебуває 4 людини,
розміщені 3 комп'ютери, які працюють одночасно і є малогабаритний
холодильник з максимальною споживаною потужністю 165 Вт.

Список використанної літератури

1. CST STUDIO SUITE. Программное обеспечение для имитационного
моделирования электромагнитного поля – Режим доступу:
https://www.3ds.com/ru/produkty-i-uslugi/simulia/produkty/cst-studio-suite/
2. FEKO – Режим доступу: https://altairuniversity.com/feko-student-edition/
3. Ansys HFSS Best-In-Class 3D High Frequency Electromagnetic Simulation
Software. – Режим доступу: https://www.ansys.com/products/electronics/ansys-hfss
4. Microwave Office. Проектирование и моделирование РЧ/СВЧ компонентов,
печатных плат и монолитных интегральных схем. – Режим доступу:
https://www.awr.com/ru/products/microwave-office
5. Дмитриев Е.Е. Основы моделирования в Microwave Office 2009. – М.: 2010. –
176 с.
6. Контактний центр технічної підтримки та база знань. Програмне забезпечення та
рішення. – Режим доступу: https://edadocs.software.keysight.com/display/support/
Knowledge+Center+Home

ChSTU repository

ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets