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例題２３ 差動線路のミックストモード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。

 

• ミックストモード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。

 

• Femtetのバージョンや環境により結果が多少ことなります。

解析モデルダウンロード

• プロジェクトファイルをダウンロード（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。）

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。
電磁波解析解析オプション	伝搬モード変換機能を使うをチェック

 

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。、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	周波数依存メッシュの設定	参照周波数：1×1010[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

 

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。
2つの電極と基板底面をつなぐように、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2本（PATH1とPATH2）を設定します。
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

境界条件名/トポロジー	タブ	境界条件の種類	条件
ポート_001/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： 上図に示したように“PATH1”と“PATH2”を設定する “PATH1”と“PATH2”を差動ペアに設定する *1 基準インピーダンス： 指定するをチェックする 差動インピーダンスをチェックする *2 100［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
ポート_002/Face	電気	入出力ポート	同上
外部境界条件	電気	電気壁

*1) PATH1とPATH2を選択した状態で[差動ペア]ボタンをクリックします。
同じペアに設定された積分路は、積分路名の後ろに“[1]”など同じ番号が振られます。

*2) 差動インピーダンスチェックボックスは、差動ペアの設定があるときに使用できるようになります。

解析結果

1. 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、下の表には、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
50:  5.000000e+09Hz:( 0)	PORT1     p1m1
51:  5.000000e+09Hz:( 1)	PORT1     p1m2
52:  5.000000e+09Hz:( 2)	PORT1     不使用
53:  5.000000e+09Hz:( 3)	PORT1     不使用
54:  5.000000e+09Hz:( 4)	PORT1     不使用

PORT1には1つ目に差動モードが計算され、2つ目にコモンモードが計算されていることが分かります。
3つ目以降のモードは伝搬定数ダイアログに「不使用」と表示されており、3次元解析では使用されないことが分かります。

PORT2でも、同じように、差動モードとコモンモードの2つが3次元解析に使われることを確認してください。

2. Sパラメータ

[チャート]ボタンから[SYZ行列 散乱行列、アドミタンス行列、インピーダンス行列]をクリックし、SYZ行列ダイアログを開きます。
表示させたい成分を選んで[XYグラフ]ボタンをクリックすると、
ミックストモードSパラメータのグラフが下図のように表示されます。

ここで、Sパラメータの添え字は、SYZ行列ダイアログのポートインデックスに表示されているように、
下表のようなポートを表します。

番号	ポート：モード
1	PORT1:DIFF(PATH1,PATH2)
2	PORT1:COM(PATH1,PATH2)
3	PORT2:DIFF(PATH1,PATH2)
4	PORT2:COM(PATH1,PATH2)

ここで、「DIFF」は差動モードを、「COM」はコモンモードを表します。