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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デフォルトの条件を使用します。

 

• プロジェクトファイルを取得（右クリックし、名前を付けてリンク先を保存してください。）




• Femtetのバージョンや環境により結果が多少ことなります。

 

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 解析の種類に応じて、電磁界や応力を計算するソフト	電磁波解析[Hertz （ヘルツ） Femtetの電磁波解析ソルバの名称]
解析の種類	調和解析 正弦波で駆動したときの解析。解析条件で駆動する周波数を指定する。

 

 

調和解析および開放境界 アンテナなどの解析で、本来は無限まで続く解析空間を、有限領域で解析するときの外部境界条件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 ボディを四面体または三角形の要素に分割したもの。小さな要素ほど精度が良いが、計算時間が長くなる。	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 モデルを形成するもの。Femtetで作成したモデルは「ボディ」の集まり。を境界条件 力、温度、電圧など、ボディの境界(トポロジ)に与える条件とするをチェック
調和解析	スイープタイプ	等間隔 分割数 をチェック
	スイープ値	最小　0.1×109[Hz] 最大　5×109[Hz] 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 音波、電磁波などの波の反射の発生しない境界条件。
	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 多くの周波数ポイントを計算する調和解析において、すべての周波数で計算すると時間がかかるので、間引いて計算する手法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 Hertzの場合は特性インピーダンスを求める時とポート上の電界方向を決定する時に、 Gaussの場合は電位差を求める時に使います。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 電界がその境界に対し垂直に向く扱いになる境界条件。電磁場を解析するモデルの対称境界や完全導体面などに用いる。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 磁場解析では電流、電磁波解析では電磁波の入出力のある境界に設定する境界条件	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。