Применение аналитических и численных методов для анализа параметров и характеристик РЭС

Содержание

Введение

Глава 1. Математическое обеспечение анализа характеристик РЭС в современных условиях

1.1. Принципы построения аналитических моделей радиотехнических устройств

1.2. Роль государственных стандартов и Регламента радиосвязи в нормировании параметров аппаратуры

Глава 2. Методы численного моделирования и программной верификации узлов РЭС

2.1. Специфика применения сеточных и итерационных методов для анализа компонентной базы

2.2. Оценка погрешностей вычислений и анализ влияния допусков элементной базы

Глава 3. Проектирование и практический расчет параметров радиоэлектронного устройства

3.1. Расчет радиотехнической цепи на основе комбинированного аналитико-численного подхода

3.2. Разработка конструкторско-технологических решений по повышению эффективности РЭС согласно ЕСКД

Заключение

Список использованной литературы

КУРСОВАЯ РАБОТА

Тема: Применение аналитических и численных методов для анализа параметров и характеристик РЭС

Направление: Электроника, радиотехника и системы связи

Специальность: 11.02.01 – Радиоаппаратостроение

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы курсовой работы обусловлена стремительным развитием российской радиоэлектронной промышленности и необходимостью повышения точности проектирования радиотехнических устройств в условиях импортозамещения и ужесточения требований к качеству аппаратуры. Современные радиоэлектронные средства характеризуются высокой степенью интеграции компонентов, широким диапазоном рабочих частот и жесткими нормативами по электромагнитной совместимости, что делает традиционные методы расчета недостаточно эффективными. Применение комбинированного подхода, объединяющего аналитическое моделирование и численные методы, позволяет существенно сократить цикл разработки радиоаппаратуры и минимизировать количество опытных образцов.

Степень разработанности проблемы в отечественной научно-технической литературе достаточно высока. Значительный вклад в теорию радиотехнических цепей внесли работы ученых МИРЭА, МЭИ, СПбГЭТУ «ЛЭТИ». Исследования сотрудников ФГУП «НИИР» и АО «Концерн Радиоэлектронные технологии» посвящены практическому применению численных методов в САПР радиоаппаратуры. Нормативная база представлена ГОСТ РВ 0015-002-2012, ГОСТ Р 51318.22-2006, а также конструкторской документацией по ЕСКД. Однако вопросы оптимального сочетания аналитических и численных подходов при анализе нелинейных элементов и оценке влияния технологических допусков требуют дальнейшей проработки.

Цель курсовой работы – исследование возможностей применения аналитических и численных методов для комплексного анализа параметров и характеристик радиоэлектронных средств.

Задачи:

• изучить принципы построения аналитических моделей радиотехнических устройств;
• рассмотреть роль государственных стандартов и Регламента радиосвязи в нормировании параметров аппаратуры;
• проанализировать специфику применения сеточных и итерационных методов для анализа компонентной базы;
• выполнить оценку погрешностей вычислений и анализ влияния допусков элементной базы;
• провести расчет радиотехнической цепи на основе комбинированного аналитико-численного подхода и разработать конструкторско-технологические решения по повышению эффективности РЭС согласно ЕСКД.

Объект исследования – радиоэлектронные средства и их компонентная база.

Предмет исследования – методы анализа параметров и характеристик радиотехнических цепей.

Методологическая база включает теоретические основы радиотехники, теорию линейных и нелинейных цепей, численные методы решения дифференциальных уравнений, нормативно-техническую базу РФ.

Научная новизна заключается в систематизации подходов к выбору оптимального метода анализа в зависимости от типа радиотехнического устройства и требуемой точности расчета.

Теоретическая значимость состоит в обобщении опыта применения различных методов моделирования радиоаппаратуры. Практическая значимость определяется разработкой конкретных рекомендаций по расчету радиотехнических цепей и оформлению конструкторской документации.

Структура работы: введение, три главы, заключение, список использованной литературы. Первая глава посвящена математическому обеспечению анализа характеристик РЭС, вторая – численному моделированию и программной верификации, третья – практическому проектированию радиоэлектронного устройства.

ГЛАВА 1. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ АНАЛИЗА ХАРАКТЕРИСТИК РЭС В СОВРЕМЕННЫХ УСЛОВИЯХ

1.1. Принципы построения аналитических моделей радиотехнических устройств

Аналитическое моделирование радиотехнических устройств базируется на классической теории цепей и представлении реальных элементов в виде идеализированных компонентов. Исторически развитие отечественной радиотехнической школы связано с именами Л.А. Зильбермана, Я.С. Ицхоки, И.С. Гоноровского, чьи труды заложили основы анализа линейных и нелинейных радиотехнических цепей. В современных условиях эти принципы дополнены возможностями символьного анализа и применением систем компьютерной алгебры для получения передаточных функций в аналитическом виде.

Основой аналитического моделирования служит представление радиотехнического устройства в виде схемы замещения, состоящей из сосредоточенных или распределенных элементов. Резистор характеризуется сопротивлением R, конденсатор – емкостью C, катушка индуктивности – индуктивностью L. Активные элементы – транзисторы, операционные усилители, диоды – описываются эквивалентными схемами с параметрами, определяемыми из справочной документации или экспериментальных измерений. Линейные цепи анализируются методами комплексных амплитуд, операторного исчисления, частотных характеристик. Нелинейные элементы требуют кусочно-линейной или полиномиальной аппроксимации вольт-амперных характеристик.

Важнейшим этапом построения модели является определение диапазона частот и амплитуд сигналов, при которых принятые упрощения остаются справедливыми. Для высокочастотных устройств необходимо учитывать паразитные емкости выводов, индуктивности проводников, потери в диэлектриках. На частотах выше 100 МГц применяются модели распределенных параметров – отрезки длинных линий, микрополосковые резонаторы, волноводные структуры. Современные САПР, используемые на предприятиях АО «Концерн Радиоэлектронные технологии» и АО «НПО РТИ», включают библиотеки моделей активных и пассивных компонентов, однако точность расчета зависит от корректности выбора параметров модели [1, c. 45].

Аналитический подход обладает рядом преимуществ: наглядность физических процессов, возможность получения инженерных формул для быстрых оценочных расчетов, минимальные вычислительные ресурсы. Однако при усложнении схемы, увеличении числа элементов и учете нелинейных эффектов анал

…