В первой части я немного рассказал о приложении RF & Microwave Toolbox. Во второй части расскажу о не менее интересном приложении, которое позволяет проектировать СВЧ устройства (преимущественно, планарные) на смартфоне/планшете под управлением ОС Android. Если вам интересно, то добро пожаловать под кат…

Но сначала небольшой исторический экскурс.

Разработка средств автоматизации проектирования устройств СВЧ диапазона началась достаточно давно. И это начало я пропустил :) Поэтому начну с того момента, когда я подключился к процессу разработки.

Шел 2000 год н.э., когда, будучи студентом 3-го курса 4-го факультета МАИ, я пришел работать в отдел линейного тракта Центра Специальных Разработок Московского НИИ Радиосвязи (или просто ЦСР МНИИРС). Время было тяжелое — колбасы не было, а компы были медленными и работали под DOS. А под DOS работал Super-Compact$$. И, например, задание на расчет и оптимизацию в частотной области микрополосковой согласующей цепи выглядело вот так$$:

BLK
TRL 1 2 Z=50 P=34.817MM K=1
TRL 2 3 Z=50 P=299.79MM K=1
TRL 1 0 Z=50 P=?85.444MM? K=1
RES 2 0 R=40
BR: 1POR 1
END

FREQ
STEP 0.8GHZ 1.2GHZ 100MHZ
END

OUT
PRI BR S
END

OPT
BR
F=1GHZ MS11
END

DATA
SUB: MS H=0.5mm ER=2.2 TAND=0.01 MET1=CU 30E-6
END

Ну что, вспомнили? :) Думаю, что старшие товарищи и мои ровесники помнят эту софтину$$.
Super-Compact был хорош тем, что запускался на 386 ПК. Проблема была в том, что работать со сложной схемой было очень не удобно, т.к. при возникновении схемной или топологической ошибки ее было трудно обнаружить, ибо не было графического представления схемы или топологии (только если у разработчика на листочке).
С 2001 года появились нормальные рабочие ПК, работающие под Windows XP. А вместе с ними появились и более продвинутые системы проектирования — Serenade$$ (от разработчика S-Compact, Compact Software)



и AWR Microwave Office.



Serenade на тот момент времени была очень хороша — оконный интерфейс, огромное количество типов графиков, различных схемных элементов, богатая техническая документация… Но самое главное — Serenade могла читать текстовые файлы, написанные под S-Compact и воспроизводить по ним топологию(!) проектируемого устройства. Это было очень круто и благодаря этому мы смогли найти ошибки в старых проектах.

AWR Microwave Office тоже не отставал. Основным его преимуществом, на мой взгляд, был более удобный и понятный интерфейс, в рамках которого можно было создавать комплексные проекты, для расчета которых использовались разные модули (схематика, электродинамика, файлы данных, NET-листы и т.д.).

Сейчас эти САПР СВЧ эволюционировали и превратились в мощные и объемные инструменты, способные решать самые разные задачи.

Что же объединяло все эти САПР? (Помимо того, что это ПО предназначено для расчета СВЧ устройств). А объединяло их то, что все эти программы использовали для расчета СВЧ устройств метод Олинера$$. Т.е. любое проектируемое СВЧ устройство можно было представить в виде соединений различных неоднородностей — отрезков линий передачи, скосов, тройников и т.д. Каждая неоднородность представляет собой графический блок, своеобразный «кирпичик», из которых строится все устройство. Этот метод достаточно хорошо зарекомендовал себя и до сих пор используется во многих САПР СВЧ (не только в тех, о которых я писал выше).

Хорошо, скажете вы. Все так. Но к чему это?
А вот к чему…

RF Designer for Android

Тоже позволяет проводить моделирование СВЧ устройств, используя метод Олинера. Но запускать его можно на смартфоне или планшете. Лично мне больше нравится пользоваться этой софтинкой на планшете — удобнее.

Давайте посмотрим, что умеет RF Designer, созданный MMC Technologies LLC.

1. Прежде всего, это создание схемы в том формате, к которому многие разработчики привыкли еще со времен Serenade и Microwave Office, о которых я писал выше (вот для чего нужен был исторический экскурс :) ).



Например, шлейфный направленный ответвитель на рисунке выше состоит всего из двух разных элементов — отрезка микрополосковой линии (четырехполюсник) с заданной геометрией и тройника (шестиполюсник) с заданной геометрией. И вы уже получаете возможность оценить топологию устройства, которое будет не только производить деление мощности, но и сдвиг фазы на 90 градусов.

На текущий момент времени софтинка содержит следующие категории элементов:



• Lumped Elements (сосредоточенные элементы) — идеальные резистор, конденсатор, индуктивность, трансформатор, аттенюатор и т.д.;
• Ideal Transmission Lines (идеальные линии передачи);
• Physical Transmission Lines (физические линии передачи);
• Microstrip (микрополосковые линии, МПЛ) — отрезок МПЛ, связанные МПЛ, тройник МПЛ и т.д.;
• Stripline (полосковые линии, ПЛ) — отрезок ПЛ, связанные ПЛ, тройник ПЛ и т.д.;
• Linear Elements (линейные элементы) — 1-, 2-, 3- и 4-х портовые блоки данных;
• Universal Elements (универсальные элементы) — усилитель, изолятор, циркулятор и др.

По каждому элементу можно получить короткую справку. Вот, например, справка по элементу Physical Transmission Line



2. После того, как создана нужная схема, проводится ее анализ и полученные данные можно представить в формате:

• графика в декартовых координатах



• графика на диаграмме Вольперта-Смита



• таблицы, содержащей данные в численном виде



• экспортировать данные в файл S-параметров

3. При моделировании можно импортировать и интегрировать в разрабатываемое устройство сторонний элемент/функциональный узел. Этот элемент должен быть представлен в виде файла S-параметров и иметь не более 4-х портов (вот для чего нужны Linear Elements).



или даже так



4. RF DEsigner проводит линейное моделирование устройств (жалко, конечно, что нельзя моделировать нелинейные устройства), содержащих не более 4-х портов. Максимальное количество частотных точек, которое может быть задано при моделировании, составляет 2001. По умолчанию волновое сопротивление портов составляет 50 Ом, но может быть откорректировано под цели пользователя.

Как видите, RF Designer это уже не просто ВЧ-калькулятор. Это полноценная САПР СВЧ, работающая под ОС Android. И по своему уровню она не сильно уступает другим САПР СВЧ начала 2000-х. Это, надо сказать, достаточно высокий уровень (посмотрите ссылки в разделе «Источники» в конце статьи).

И в заключение всего написанного хочу еще сказать, что у MMC Technologies есть свой Youtube-канал, на котором можно посмотреть видео, поясняющие процесс моделирования в RF Designer.

На мой взгляд, наиболее интересные и информативные это:

• RF Designer — Getting Started



• RF Designer — Microstrip Branchline Coupler



На видео видно, что при подключении к устройству мыши и клавиатуры удобство работы с софтом существенно повышается.

Заключение

Ну и в конце, как водится, ложка дегдя: приложение существует только в одном виде — платном. Пробной версии, к сожалению, нет. Но в отличие от современных коммерческих САПР СВЧ, цена которых измеряется сотнями тысяч долларов, RF DEsigner стоит всего 6 долларов.
Скажу честно, когда я открыл для себя это приложение, я не раздумывая купил его. А потом долгое время игрался, моделируя различные фильтры, взятые из книги «Microstrip filters for RF and Microwave applications», Hong, 2011. И кстати сказать, совпадение с примерами, приведенными в книге, было достаточно хорошее :)

Уважаемые хабравчане, спасибо вам за внимание!
Буду рад вашим комментариям, ссылкам на интересные софтинки и любимые инструменты для моделирования.

Источники

:
1. Для тех, кто работал с Super-Compact, будет интересна вот эта заметка от Microwaves. Я прям чуть не прослезился :)
2. К сожалению, мне не удалось найти оригинальные изображения экрана с запущенным S-Compact. Поэтому я взял пример вот отсюда. Если вы нашли скрины с S-COMPACT, напишите пожалуйста в комментариях.
3. Если интересно, вот статья 1997 в журнале «Applied Microwave & Wireless», посвященная САПР СВЧ Serenade 7.0. А это статья, откуда я брал скриншоты.
4. Тут имеется ввиду именно метод, положенный в основу расчета планарных СВЧ структур. Более подробное описание можно получить из книги «Электродинамика и техника СВЧ для пользователей САПР», Банков С.Е., Курушин А.А., п.8.3. «Метод Олинера».
5. Если вам интересно, основная идея построения САПР СВЧ была изложена в книге «Машинное проектирование СВЧ устройств», Гупта, Гардж, Чадха, издательство «Радио и Связь», Москва, 1987 год. Кстати, классная книга. В свое время написал по ее мотивам ряд курсовых и расчетных работ.