例題22 差動線路のSパラメータ解析

本例題について

  • 誘電体基板上に形成した差動線路の伝搬特性を解析した事例を示します。

  • 差動モード、あるいはコモンモードのSパラメータを得ることができます。

  • 表に記載されていない条件は初期設定の条件を使用します。

解析空間

項目

条件

解析空間

3次元

モデル単位

mm

 

 

解析条件

項目

条件

ソルバ

電磁波解析[Hertz]

解析の種類

調和解析

解析オプション

面(辺)電極の厚みの影響を無視するをチェック※

※本オプションは初期設定条件ですでにチェックが入っています。本例題では面電極は

 ありませんので、チェックがなくても結果には影響しません。

 

調和解析および開放境界の設定を以下のように行っています。

タブ設定

設定項目

条件

メッシュ

周波数依存メッシュの設定

参照周波数:1×109[Hz]

表皮厚みより厚い導体ボディ境界条件とするをチェック

調和解析

周波数

最小 0.1×109[Hz]

最大 5×109[Hz]

間隔

等間隔をチェック

分割数: 10

スイープの設定

逐次スイープを選択

入力

1.0[W]

開放境界

種類

吸収境界

吸収境界の次元

1次

※この解析では周波数変化が少ないこと、微小な反射量を精度良く求めたい事から、高速スイープをはずして解析しました。

モデル図

基板(SUBSTRATE)の表面にSolidボディで電極(LINE)を2つ作成し、差動線路を構成しました。

電極を覆うように直方体の空気部(AIR)を定義しています。

図のように空気と基板の端面にポートを設定します。
ポートには積分路を設定しますが、差動モードの解析を行う場合とコモンモードの解析を行う場合とで
積分路を設定する位置が異なります。
差動モードの解析を行う場合は、図のAに示したように、2つの電極をつなぐように設定します。
コモンモードの解析を行う場合は、図のBに示したように、一方の電極と基板基板底面とをつなぐように設定します。
基板底面は、電気壁の外部境界条件に接しています。

 

ボディ属性および材料定数の設定

ボディ No./ボディタイプ

ボディ名

材料名

0/Solid

SUBSTRATE

006_ガラスエポキシ※

1/Solid

AIR

000_空気※

2/Solid

LINE

003_銀Ag※

3/Solid

LINE

003_銀Ag※

5/Sheet

転写用ボディ

 

6/Sheet

転写用ボディ

 

※材料データベースを利用

 

境界条件

差動モードの解析とコモンモードの解析とで、条件の設定が異なります。
設定が異なる箇所を赤文字で示しました。

境界条件名/トポロジー

タブ

境界条件の種類

条件(差動モードの解析)

条件(コモンモードの解析)

PORT1/Face

電気

入出力ポート

積分路: “PATH”を上図Aのように設定する

基準インピーダンス:

  • 指定するをチェックする

  • 100[Ω]

モード数:

  • 導波路の計算で求めるモード数: 5

  • モードの選択をチェックする

  • mode01をチェックする

積分路: “PATH”を上図Bのように設定する

基準インピーダンス:

  • 指定するをチェックする

  • 25[Ω]

モード数:

  • 導波路の計算で求めるモード数: 5

  • 3次元解析で使用するモード数: 自動設定をチェックする

PORT2/Face

電気

入出力ポート

同上

同上

外部境界条件

電気

電気壁

 

 

解析結果

伝搬モードの確認

[解析タイプ]をポートにし、[モード]から最大解析周波数である5GHzを選択します。
ポートの導波路の計算で求めるモード数をいずれも5としたため、
1つの周波数ごとに5つずつ伝搬モードが計算されています。
下の表に、5GHzのときにPORT1で計算された5つの伝搬モードの電界を示します。

また、表中の各図の下には、伝搬定数ダイアログの一部も併せて示します。
伝搬定数ダイアログは、[チャート]ボタンのモード情報から開くことができます。

モード

差動モードの解析

コモンモードの解析

50:  5.000000e+09Hz:( 0)

 

 

伝搬定数ダイアログ

PORT1     不使用

 

 

 

伝搬定数ダイアログ

PORT1     p1m1

 

51:  5.000000e+09Hz:( 1)

 

 

伝搬定数ダイアログ

PORT1     p1m1

 

 

 

伝搬定数ダイアログ

PORT1     不使用

 

52:  5.000000e+09Hz:( 2)

 

 

伝搬定数ダイアログ

PORT1     不使用

 

 

 

伝搬定数ダイアログ

PORT1     不使用

 

53:  5.000000e+09Hz:( 3)

 

 

伝搬定数ダイアログ

PORT1     不使用

 

 

 

伝搬定数ダイアログ

PORT1     不使用

 

54:  5.000000e+09Hz:( 4)

 

 

伝搬定数ダイアログ

PORT1     不使用

 

 

 

伝搬定数ダイアログ

PORT1     不使用

 

差動モードの解析でもコモンモードの解析でも、
PORT1には1つ目にコモンモードが計算され、2つ目に差動モードが計算されていることが分かります。
また、差動モードの解析では、ポートの詳細設定でmode01だけにチェックしたので、
2つ目のモード(差動モード)だけが3次元解析に使われることが分かります。
コモンモードの解析では、モードの選択は行わなかったので、
1つ目のモード(コモンモード)が3次元解析に使われることが分かります。

PORT2でも、同じように、差動モードの解析では差動モードが3次元解析に使われ、
コモンモードの解析ではコモンモードが3次元解析に使われることを確認してください。

Sパラメータ

差動モードの解析とコモンモードの解析でSパラメータを表示すると、次の図のようになりました。
左の図が差動モードのSパラメータで、右の図がコモンモードのSパラメータです。
また、いずれも青い線が反射特性S11を表し、赤い線が透過特性S21を表します。

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