Бабак Л Вьюшков В А ^ ^ Томський державний університет систем управління та радіоелектроніки (ТУСУР) ^ НПФ «Микран» пр Леніна, 40, м Томськ, 634050, Росія тел: +7 (3822) 414-717, e-mail: leonidbabak @ ramblerru

Анотація – Описується програма синтезу узгоджувальних ланцюгів на зосереджених елементах GENESYN, заснована на використанні генетичного алгоритму Завдяки повному контролю структури і значень елементів програма дозволяє отримати практично реалізовані і зручні для використання ланцюга Наведено приклад синтезу межкаскадной узгоджувальний ланцюга транзисторного СВЧ підсилювача

I                                       Введення

Однією з важливих завдань при проектуванні напівпровідникових пристроїв ВЧ та НВЧ діапазону є синтез узгоджувальних ланцюгів (СЦ) Існуючі кпассіческіе і чисельні методи синтезу СЦ мають різні обмеження Останнім часом для структурного синтезу різних технічних пристроїв використовується перспективний підхід – генетичні алгоритми (ГА) [1] ГА – це клас алгоритмів, що імітують еволюційні процеси в природі на основі механізмів генетичного успадкування та природного відбору

У цьому звіті представлена ​​програма автоматизованого синтезу СЦ на основі ГА

II                              Основна частина

Завдання полягає в синтезі чотирьохполюсного ланцюга, що реалізує необхідну частотну характеристику передачі потужності G (ω) від генератора в навантаження, причому опору генератора і навантаження в загальному випадку покладаються комплексними і частотнозавісімой

Синтезовані СЦ обмежені класом сходових структур на зосереджених елементах При цьому СЦ може бути представлена ​​у вигляді каскадного зєднання ланок, кожне з яких містить одну послідовну або паралельну гілку Гілка може включати пасивний зосереджений елемент {R, С, L), послідовний або паралельний резонансний контур (рис1)

Рис 1 Типи ланок сходовій ланцюга

Fig 1 Section types of ladder network

Для здійснення структурного синтезу на основі ГА слід представити інформацію про схему СЦ у вигляді двійкового коду – хромосоми (особини) При цьому двійковими числами певної довжини кодуються способи вкпюченія, типи і значення елементів в СЦ Як приклад на рис 2 показаний варіант двійкового подання СЦ Одному ланці відповідає 3 16-розрядних двійкових числа, перше визначає тип ланки, друге і третє – параметри (номінали) його елементів Номер типу ланки знаходиться як залишок від ділення коду ланки на число допустимих типів

Рис 2 Приклад кодування ланцюга

Fig 2 Network coding example

Кожному варіанту СЦ (хромосомі) відповідає деяке значення цільової функції, в термінології ГА – функції оцінки або пристосованості ГА зазвичай оперують з сукупністю особин, яку називають популяцією У нашому випадку популяція – це фактично безліч ланцюгів, що розрізняються структурою та елементами У процесі роботи ГА популяція особин поступово від кроку до кроку оновлюється Для оновлення популяції вона доповнюється новими особинами, в утворенні яких беруть участь члени поточного покоління Генерація нових особин здійснюється шляхом імітації основних механізмів генетики, спостерігаються в природі – кроссовера (Схрещування) і мутації

Для пошуку найкращих рішень в ГА використовується також запозичений у природи механізм природного відбору – селекція Він реалізується таким чином, що хромосоми, мають кращу функцію оцінки, отримують більшу можливість брати участь у репродукції, ніж «слабкі» хромосоми При відборі особин проводиться декодування хромосомного набору і обчислення оціночної функції відповідного кола на основі моделювання її електричних характеристик У результаті в процесі еволюції пристосованість особин від покоління до покоління зростатиме, а значить, будуть зявлятися все кращі варіанти

Процес синтезу ланцюга на основі ГА вкпючает наступні етапи

1) Завдання числа елементів ланцюга, обмежень на структуру і параметри елементів

2) Генерація випадковим чином початкового покоління особин

3) Зміна популяції, в процесі якого утворюються нові особини з кращими значеннями оціночних функцій, а старі відкидаються («вмирають»)

На основі зазначеного алгоритму реалізована програма автоматизованого проектування СЦ

GENESYN Програма дозволяє синтезувати ланцюга будь-якої складності на зосереджених елементах Може бути вказана довільна форма частотної характеристики (ЧХ) коефіцієнта передачі потужності ланцюга G (ω), при цьому вимоги до ЧХ задаються у вигляді обмежень на значення G на фіксованих частотах Генератор і навантаження можуть бути представлені чисельними значеннями импедансов або еквівалентними ланцюжками

Важливою перевагою використовуваного в програмі алгоритму в порівнянні з існуючими методами є можливість повного контролю користувачем структури і значень елементів СЦ Контроль значень елементів здійснюється шляхом зазначення мінімальної і максимальної меж цих значень Для контролю структури ланцюга передбачена можливість завдання допустимих типів гілок (послідовна, паралельна) у кожному ланці та допустимих типів елементів (контурів) в кожній гілці Таким чином, програма GENESYN дозволяє синтезувати практично реалізовані ланцюга, зручні також з точки зору подачі напруги живлення на активний елемент і т д

Результатом роботи програми є деякий безліч схем СЦ, що задовольняють обмеженням завдання Вибір остаточного рішення з цієї множини здійснює розробник з урахуванням свого досвіду і неформальних критеріїв Інформація про отримані схемах СЦ може бути збережена у вигляді файлів формату Touchstone, а також автоматично передана в програму моделювання Microwave Office [2]

Рис 3 Інтерфейс програми GENESYN

Fig 3 GENESYN interface

Досвід застосування програми GENESYN підтвердив її ефективність при вирішенні завдань синтезу СЦ

Наведемо приклад синтезу СЦ за допомогою програми GENESYN Завдання полягає в проектуванні межкаскадной СЦ двухкаскадного підсилювача діапазону 4-6 ГГц на польових НВЧ транзисторах Ланцюг повинна погодити вихідний імпеданс першого транзистора зі вхідним імпедансом другого транзистора на верхній частоті робочого діапазону, а також компенсувати спад коефіцієнта посилення транзисторів з ростом частоти При синтезі були задані обмеження на структуру ланцюга, що дозволяють здійснити роздільне харчування каскадів по постійному струму Результат проектування (синтезована СЦ і її частотна характеристика) представлений на рис 3

III                                  Висновок

Програма GENESYN дозволяє автоматизувати процес синтезу СЦ Завдяки контролю структури і значень елементів можливо отримати практично реалізовані і зручні для використання ланцюга

IV                          Список літератури

[1] в в Ємельянов, В М Курейчик, В В Курейчик Теорія і практика еволюційного моделювання М: Фізмат-літ, 2003

[2] Ф І Шеєрмана, А С Баришніков, М В Нехорошев,

В А Вьюшков, Л І Бабак Інтеграція програми синтезу узгоджувальних ланцюгів в середу проектування НВЧ пристроїв Microwave Office – У наст, збірнику

А CAD TOOL FOR SYNTHESIS OF MATCHING NETWORKS BASED ON GENETIC ALGORITHM

BabakL 1^ Vjushkov V A^

^ Toms/c State University of Control Systems and Radioelectronics (TUCSR)

^Micran Co

40, Lenin av, Tomsk, 634050, Russia Ph: +7(3822) 414717, e-mail: leonidbabak@ramblerRu

Abstract – A CAD tool, GENESYN is presented that allows the synthesis of lumped-element matching networks based on genetic algorithm (GA) Due to overall control over network configuration and element values, it generates practical and convenient networks An example of designing interstage matching network for microwave transistor amplifier is demonstrated

Gurrently-available analytical and numerical matching network synthesis techniques have numerous limitations Now, prospective genetic algorithms are often used for the structural synthesis of different technical systems In this paper, a GA- based GAD tool for matching network synthesis is presented

The problem is to synthesize two-port network between complex-impedance source and the load providing prescribed transducer power gain (TPG) response over the passband Network configurations are limited by lumped-element ladder-type circuits that can be represented as a connection of sections (series- or parallel-connected R-, 0- and L-elements or resonant contours)

In the paper, main steps of GA are described Network configuration and elements are coded by binary string (chromosome) In this code, section type (series- or parallel), element type (R, 0 or L) and element value are represented by binary numbers of some length GA imitates an evolution of living organisms in nature based on chromosome crossover, mutation and selection

Using GA, a GAD tool GENESYN for the synthesis of lumped-element matching networks is implemented The advantage of GA-based procedure over existing synthesis techniques is the user control of network configuration and element values GENESYN allows the generation of a set of matching network configurations

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2006р