Методика формирования графических и аналитических операторов ЭВЦ

Моделирование когерентной структуры «неэлектрогерметичной» РЭА и ЭВА гигаи терагерцевого диапазонов при наложении ЭМволн в ее соединениях, корректный синтез кластера, анализ графических и аналитических операторов совокупности ЭП, иллюстрирующих инерционное движение свободных зарядов и задержку передачи энергии сигналов в ходе модернизации ее внутреннего устройства, заключается в следующем.

Во-первых, идентификация динамических параметров подобного изделия электронной техники осуществляется не только с точки зрения радиофизики [34], рассматривающей дифракцию любых волн в неоднородной среде, и концепции теоретического исследования единичного ЭП СВЧ [19, 23, 24, 40]. Способ формализации описания сверхскоростных процессов в нем базируется одновременно на постулатах электромагнетизма и теоремах электротехники, положениях теории нелинейных электрических и электронных цепей с распределенными и сосредоточенными параметрами, соответствующих конфигурации несущей платформы модифицируемого объекта. Картина распределения потенциала и заряда в диэлектрике и компаунде вакуумных и (или) полупроводниковых дискретных ЭП, в отличие от изображения ее ЭМ-строения с помощью силовых и эквипотенциальных линий, типах дисперсных волн в конструктивной единице, учитывает топологию металлических соединений и внешние характеристики источников питания постоянным током транзисторов и ламп. Тогда изучение изменения энергии сигналов и поиска «рабочих» точек НЭ начинаем с построения инвариантных исходных и промежуточных электрических схем замещения ЭВЦ, ее компонентных и топологических уравнений в символьно-знаковой форме. Одновременно используем алгоритм совмещения и разделения точек воздействия и наблюдения за интерференционными явлениями вдоль проводников и в окружающем пространстве.

Во-вторых, возмущение общего ЭМ-поля открытого технического объекта определяется коррелированным воздействием неизвестных ЭДС, рассматриваемых как составной источник колебаний, воздействующий на одномерную нелинейную электрическую цепь и ЭВЦ. Смысл многонарамстричсских уравнений электрического равновесия подобных макромоделей трактуем в рамках импедансного подхода, характерного для символьного анализа электронных процессов микроволнового диапазона. В свою очередь поиск граничных условий кластера в такой форме определяет введение в обиход оператора сопротивления или проводимости ветви и контура, источников первичного и вторичного сигналов (в режимах вынужденных и автоколебаний).

При этом формируется электрическое изображение конформной структуры в виде многополюсного НЭ, соответствующего числу ЭП изделия в методе неавтономных блоков теории ЭВЦ, а воздействие множества когерентных сигналов рассматриваем как функцию двух переменных — тока и напряжения СВЧ. Вместе с тем преобразовывать графические операторы отдельного генератора ЭДС с варьируемым внутренним сопротивлением и неоднозначной нелинейностью при композиции сигналов, а потому неизвестным — проблематично. Кроме того, внутри или снаружи многополюсника находятся активные элементы, регенерирующие и рекуперирующие колебательную энергию, которые нельзя трансформировать методами электротехники и радиотехнической электродинамики [3, 32]. В то же время при аналитическом способе изучения меняющейся конфигурации соединений ЭВЦ аддитивно суммировать или вычитать мощность множества сигналов нельзя без учета перераспределения интенсивности колебаний вдоль них. Поэтому одновременно обязателен синтез эквивалентной схемы кластера, состоящей из сосредоточенных двухполюсников неконкретного типа, для адекватного применения теории цепей Кирхгофа.

Тогда задаем клеммы подключения ПИ, воздействующего на дуальную (последовательную и параллельную) идеализированную цепь с сосредоточенными параметрами, замещающую остальную часть многомодовой сети негатронов. Тем самым переходим к макромодслям двухи четырехнолюсного НЭ (эквивалентного смежным ЭП), определяем вход и выход ЭВЦ, считаем один из участков, имеющий два внешних зажима, — активным. Ее топологические уравнения формируем на основе одновременно обоих нелинейных уравнений баланса токов в узле и напряжений ветвей. В этом случае используем первичные и вторичные параметры проходных невзаимных четырехполюсников с распределенными параметрами, резистивно-нсгатронную модель НЭ, вытекающую из двухполюсного представления электронных участков.

Однако необходимость расчета корреляции отклика ВИ ЭДС разного типа (тока и напряжения) и приемников, имеющих амплитуднозависимую реакцию и внутреннюю проводимость, обуславливает использование теоремы Телледжена, образующей третье топологическое уравнение модели кластера. Она справедлива в стационарном и переходном режиме любых электрических и радиотехнических цепей с сосредоточенными и распределенными параметрами, моделирующих изделие когерентной электроники. Устойчивость стационарного или переходного режима ЭВЦ анализируем с помощью семейства инвариантов Пирса и Котельникова. Только совместно они адекватно отражают коллективную работу ЭП и синхронное перераспределение тока и энергии в многоконтурной нелинейной электрической цепи. Причем законы Кирхгофа характеризуют композицию сигналов в одной точке конформной структуры, а перераспределение колебательной мощности вдоль нее ищется с помощью теоремы Телледжена. Затем разделяем четырехполюсники с линейными распределенными и нелинейными сосредоточенными параметрами для вычисления искомых неизвестных величин, соответствующих входу и выходу ЭВЦ, символьного анализа идеализированной цепи и синтеза конфигурации прямых и обратных связей НЭ методом неавтономных блоков.

В дальнейшем решаем задачу корректного уменьшения числа неизвестных при аналитическом способе их рассмотрения как функции «независимых» взаимосвязанных промежуточных величин (тока и напряжения). Дело в том, что многочисленное воздействие и наложение друг на друга реакций в конструктивной единице сопровождается неоднозначным изменением энергетического состояния и электрическим пробоем ЭП. По этой причине вначале изучаем стационарные однотоновые режимы кластера методом эквивалентных синусоид, а идентификацию временных зависимостей переменных ее макромодели переносим на конечный этап теоретического исследования. Символьный анализ трансформации огибающих напряжения и тока, входного импеданса и передаточной характеристики участков ЭВЦ проводим в относительных единицах и волновом масштабе, позволяющих оценить коэффициент регенерации составного ВИ и условия устойчивости электрического режима кластера в общем виде. Одновременно алгоритм конкретизации резистивного и негатронного двухполюсников ЭВЦ, использование импедансных критериев описания ветвей и контуров на «виртуальных» границах кластера, задаваемых «рабочей» точкой НЭ и пространственной частотой колебаний, позволяют обратиться к теореме об активном двухполюснике.

На следующей стадии построения корректных графоаналитических операторов многомодовой интеграции ЭП четырехполюсники с линейными распределенными и нелинейными сосредоточенными параметрами заменяем отрезком однородной длинной линии, шунтированным резистивно-негатронным двухполюсником, трактуемым как ВНЭ. Причем точки воздействия и наблюдения за интерференционными процессами и перераспределением интенсивности сигналов в ЭВЦ последовательно совмещаются с разными сечениями линии связи сосредоточенных НЭ. Кроме того, первоначально используется понятие коэффициента отражения в данной точке (наблюдения), традиционное для радиофизики, соответствующее сосредоточенной схеме кластера, в которой справедливы законы Кирхгофа. Затем осуществляем расчет импедансных условий на общей границе двух ВНЭ (или в середине) кластера, отвечающих его устойчивому электрическому равновесию, а затем между другими узлами ЭВЦ. В этом случае применяем алгоритмы прямого и обращенного символьного анализа композиции волн, верификации замещения ВНЭ двухполюсной схемой, соответствующей входным и выходным зажимам такого четырехполюсника. Только в такой последовательности можно найти в формульном виде законы распределения комплексного напряжения и тока в отрезке линии с негатроном, возбуждаемым идеальным ПИ мощности (согласованным генератором) при известном воздействии слева и справа.

Полученные КЧХ макромодели кластера устанавливают зависимость нелинейных импедансных условий в специфическом виде комплексных компонентных и топологических уравнений теории ЭВЦ. Именно поэтому предлагается провести совместное изучение наложения волн в алгебраической и экспоненциальной, гиперболической и тригонометрической форме. Эти математические выражения отражают в суммарно-разностной форме перераспределение тока, напряжения и мощности электрических колебаний в одном из сечений эквивалентной длинной линии. Вместе с тем, аналитически разрешить полученные трансцендентные соотношения, так же как ранее упомянутые интегро;

дифференциальные уравнения теории электромагнетизма и Кирхгофа, можно в исключительных случаях. Поэтому постановка и решение неоднозначной проблемы построения макромодели технического объекта сопровождается нормировкой членов ее уравнений, расчетом относительных значений неизвестных и характеристикой операторов в волновом масштабе.

После описанной процедуры поиска «рабочих» точек отдельных ВНЭ и составных НЭ на границах кластера в зависимости от амплитуды и фазы сигналов возвращаемся к символьному анализу мгновенных моделей нелинейных инерционных процессов, вычислению начальных условий и постоянных интегрирования с учетом законов коммутации в интеграции ЭП СВЧ конкретного КТисполнения. На этом этапе поиск нелинейных граничных условий реализуем методом гармонического баланса на основе сосредоточенной эквивалентной схемы конструктивной единицы без конкретизации многовариантного разнообразия топологии конформной структуры. Предстоит установить оптимальную степень связи НЭ друг с другом, оценить условия устойчивости режимов ЭВЦ по постоянному и переменному току, ее КПД и коэффициент мощности кластера.

Проведенное исследование в рамках идеализированной одномерной и сосредоточенной цепи Кирхгофа одновременно можно рассматривать как обоснование и формулировку основных постулатов метода неавтономных блоков. В нем построение графического оператора изделия когерентной электроники заключается не в диакоптическом изображении «произвольным» параллельным (и т.п.) соединением отдельных двухи четырехполюсников. Методика формирования графических и аналитических операторов ЭВЦ представляет собой комбинацию символьного анализа и синтеза инвариантов в частотной и временной области. Она содержит следующие этапы анализа режимов вынужденных и автоколебаний:

• 1) выделение внутри единой исходной многополюсной схемы интеграции ЭП взаимосвязанных «предыдущих» нелинейных двухполюсников и «последующих» невзаимных четырехполюсников;
• 2) идентификацию соединений сосредоточенных и волновых амплитудно-зависимых элементов ЭВЦ на основе уравнений баланса токов, напряжений и мощностей.

Все вышеперечисленное составляет объект и предмет теоретического и экспериментального исследования в технологии когерентной электроники, обеспечивающей при повышении частоты сигнала одновременную минимизацию энергопотребления и тепловыделения, повышение надежности РЭА СВЧ и сверхскоростной ЭВА. В других случаях она может трактоваться как синергетическая система и интеллектуальный фрактал, единичный объем многослойного искусственного материала микроволнового диапазона или цифровая интегрирующая среда при аппаратурном использовании больших ИС [10, 11, 26, 30, 38].