例題38 過渡解析によるTDR解析

本例題について

  • インパルス波形とステップ波形の入力によりTDR解析を行います。
     

  • 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。

  • 電磁波過渡解析は特別オプション機能です。

解析条件

項目

条件

ソルバ

電磁波解析[Hertz]

解析空間

3次元

解析の種類

過渡解析

ポート毎に入力を行うにチェック

単位

mm

 

タブ設定

設定項目

条件

メッシュ

標準メッシュサイズ

0.5 [mm]*1

周波数依存メッシュの設定

  • 表皮厚みより厚い導体ボディを境界条件とするをチェック

  • 入力波形から参照周波数を自動決定するをチェック

過渡解析

入力波形

Inpulseモデル

  • 波形の種類:インパルス波

  • パルス幅:60.0×10-12 [s]

 

Stepモデル*2:

  • 波形の種類:パルス波

  • 立ち上がり時間:30.0×10-12 [s]

  • 継続時間:1.0×10-9 [s]

  • パルス間隔:60.0×10-12 [s]

解析終了時刻

1.0×10-9 [s]

*1 伝送線路全体にわたって細かいメッシュが必要となるため、標準メッシュサイズを小さく設定しています。

*2 Stepモデルではステップ波形を再現するために、パルス波におけるパルス継続時間を解析終了時刻と同じ値にしています。

 

モデル図

2種類の誘電率が異なる絶縁体を同軸ケーブルとして接続しています。同軸ケーブルの内側と外側には外部境界条件である電気壁が適用されます。

MAT1はインピーダンスがおよそ50[Ω]、MAT2はインピーダンスがおよそ30[Ω]となるよう比誘電率が設定されています。

 

 

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

Body10/Solid

MAT1

MAT1

Body11/Solid

MAT1

MAT1

Body12/Solid

MAT2

MAT2

 

材料名

タブ

定数

MAT1

誘電率

比誘電率: 1.0

MAT2

誘電率

比誘電率: 2.8

境界条件

境界条件名/トポロジー

タブ

境界条件の種類

条件

PORT1/Face

電気

入出力ポート

積分路:

  • Path1を設定

基準インピーダンス:

  • 指定するをチェック

  • 50 Ω

PORT2/Face

電気

入出力ポート

積分路:

  • Path1を設定

基準インピーダンス:

  • 指定するをチェック

  • 50 Ω

外部境界条件

電気

電気壁

 

 

解析結果

電磁波解析(時間領域)の結果テーブルからポートにおける入力/出力の電圧とTDRが確認できます。

Inpulseモデル

InpulseモデルにおけるPORT1での入力電圧と出力電圧は図1のようになります。

 

   図1:PORT1から入力したときのPORT1における入力/出力電圧

 

 

1[V]の入力波に対して230[ps]あたりで-0.247 [V]の反射波が返ってきています。入力波のピークは30[ps]にあるため、PORT1から入力された電磁波は

インピーダンス不整合部分(MAT1とMAT2の境目)で反射されPORT1に200[ps]かけて返ってきたことになります。

 

これらの値は以下のように見積もることができ、解析の正しさを確認することもできます。

 

  • PORT1から不整合部分で反射して返ってくるまでの往復の距離は60mm、MAT1における電磁波の伝搬速度は3.0×108[m/s] であるため
    反射波が返ってくる時間は60mm/3.0×108[m/s] = 200[ps]
  • PORT1における特性インピーダンスはおよそ50[Ω]、MAT2が設定されている同軸ケーブルの特性インピーダンスはおよそ30[Ω]であるため
    反射率は (30 – 50) / (30 + 50) = -0.25となり、1Vの入射に対する反射波は-0.25V

 

MAT2が設定されている同軸ケーブルの特性インピーダンスが30[Ω]となることは結果テーブルのTDR(図2)から確認できます。

 

図2: InpulseモデルにおけるPORT1のTDR

 

 

Stepモデル

Stepモデルにおいても同様の結果となります。パルス波で設定したステップ波はインパルス波よりも立ち上がりが急であるため、Inpulseモデルよりも

早いTDRの変化となることが図3より確認できます。

 

図3:StepモデルにおけるPORT1のTDR

 

 

 

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