 |
فیلتر باند موجبر همسطح
معرفی
فیلترهای باند موجبر همسطح (CPW) را می‌توان با استفاده از خازن‌های بین دیجیتالی (IDC) و سلف‌های خرد اتصال کوتاه (SSIs) شناسایی کرد. چنین فیلتری را می توان به راحتی بر روی ویفر GaAs پیاده سازی کرد. مدل ارائه شده نسبت به فرکانس تشدید آن فشرده است و ضریب Q نسبتاً بالایی را در مقایسه با طرح‌های مدل خط میکرواستریپ کوپل شده خازنی ارائه می‌کند.
شکل 1: یک فیلتر باند موجبر همسطح روی یک ویفر GaAs 200 میکرومتری متشکل از یک خازن بین دیجیتالی و سلف های خرد اتصال کوتاه.
تعریف مدل
ساختار نشان داده شده در شکل 1 را می توان با حکاکی یک الگو در یک لایه طلای نازک روی یک دی الکتریک بالا ( εr = 12.9) بستر GaAs. در این مدل، لایه طلا به عنوان یک لایه بی نهایت نازک از مواد کاملا رسانا در نظر گرفته می شود. دو پورت توده ای نشان دهنده یک موجبر همسطح است که به داخل و خارج دستگاه متصل می شود. پورت توده ای اختلاف ولتاژی را بین هادی مرکزی و سطوح زمین اعمال می کند. این اختلاف ولتاژ از طریق نوع یکنواخت چند عنصری یک پورت توده ای اعمال می شود که به طور مساوی سیگنال را بین دو صفحه زمین تقسیم می کند. عرض خط و شکاف کوپلینگ روی شانه در خازن بین دیجیتالی 100 میکرون است که به اندازه کافی پهن است تا تحمل اچینگ را در نظر بگیرد. سری ها و SSI های انگلی برای ایجاد پاسخ فرکانس باند گذر اضافه می شوند.
فضای مدل شامل ویفر GaAs، با الگوی روی سطح، و یک جعبه هوا که کل ساختار را احاطه کرده است. جعبه هوا، به نوبه خود، توسط یک مرز رسانای الکتریکی کامل محدود می شود که نشان دهنده یک بسته بندی قالب است که به اندازه کافی دور از CPW قرار گرفته است تا هیچ گونه اتصال ناخواسته ایجاد نشود.
نتایج و بحث
این ساختار در محدوده ای از فرکانس ها از 7.1 گیگاهرتز تا 8.1 گیگاهرتز شبیه سازی شده است. نتایج شبیه‌سازی ویژگی‌های فیلتر باند گذر را در حدود 7.65 گیگاهرتز نشان می‌دهد که در شکل 2 ارائه شده است .
از آنجایی که فیلتر توسط بسته PEC محصور شده است، در واقع یک مدار موجبر همسطح زمین شده است و یک واکنش انگلی بین مدار و صفحه زمین پایین وجود دارد. این بارگذاری راکتانسی پاسخ های فرکانسی وسیع تری نسبت به پاسخ های تولید شده از خود مدار ایجاد می کند. مدل بدون بسته و همچنین صفحه پایین زمین پاسخ های فرکانسی واضح تری را ارائه می دهد.
به طور کلی توصیه می شود زمانی که سازه هایی از این نوع برای فرکانس های بسیار بالا استفاده می شود، پل های هوایی را در اطراف SSI ها اضافه کنید تا هرگونه تشعشع بالقوه روی شکاف ها را سرکوب کنند.
شکل 2: پاسخ فرکانسی فیلتر موجبر همسطح ویژگی های باند گذر را در حدود 7.65 گیگاهرتز نشان می دهد.
مسیر کتابخانه برنامه: RF_Module/Filters/cpw_bandpass_filter
دستورالعمل های مدل سازی
از منوی File ، New را انتخاب کنید .
جدید
در پنجره جدید ، روی 
Model Wizard کلیک کنید .
Model Wizard کلیک کنید .مدل جادوگر
1 | در پنجره Model Wizard ، روی  3D کلیک کنید . |
2 | در درخت انتخاب فیزیک ، فرکانس رادیویی > امواج الکترومغناطیسی، دامنه فرکانس (emw) را انتخاب کنید . |
3 | روی افزودن کلیک کنید . |
4 |  روی مطالعه کلیک کنید . |
5 | در درخت انتخاب مطالعه ، مطالعات پیش‌فرض برای واسط‌های فیزیک انتخاب شده > دامنه فرکانس، مدال را انتخاب کنید . |
6 |  روی Done کلیک کنید . |
مطالعه 1
مرحله 1: فرکانس ویژه
1 | در پنجره Model Builder ، در زیر مطالعه 1 ، روی Step 1: Eigenfrequency کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Eigenfrequency ، قسمت Study Settings را پیدا کنید . |
3 | در قسمت جستجوی فرکانس‌های ویژه اطراف متن ، 7.1[GHz] را تایپ کنید . |
مرحله 2: دامنه فرکانس، مدال
1 | در پنجره Model Builder ، روی Step 2: Frequency Domain، Modal کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای دامنه فرکانس ، مدال ، بخش تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
3 |  روی Range کلیک کنید . |
4 | در کادر محاوره‌ای Range ، 7.1[GHz] را در قسمت متن شروع تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن Step ، 2[MHz] را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن توقف ، 8.1[GHz] را تایپ کنید . |
7 | روی Replace کلیک کنید . |
هندسه 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Geometry 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات هندسه ، بخش Units را پیدا کنید . |
3 | از لیست واحد طول ، میکرومتر را انتخاب کنید . |
واردات 1 (imp1)
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  واردات کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای واردات ، بخش واردات را پیدا کنید . |
3 |  روی Browse کلیک کنید . |
4 | به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل cpw_bandpass_filter.mphbin دوبار کلیک کنید . |
5 |  روی Import کلیک کنید . |
6 |  روی دکمه Wireframe Rendering در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
مواد را اضافه کنید
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material باز شود . |
2 | به پنجره Add Material بروید . |
3 | در درخت، Built-in>Air را انتخاب کنید . |
4 | روی Add to Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
5 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material بسته شود . |
مواد
GaAs
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Materials راست کلیک کرده و Blank Material را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مواد ، GaAs را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
3 | فقط دامنه 2 را انتخاب کنید.  |
4 | قسمت محتوای مواد را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
ویژگی | متغیر | ارزش | واحد | گروه اموال |
مجوز نسبی | epsilonr_iso ; epsilonrii = epsilonr_iso، epsilonrij = 0 | 12.9 | 1 | پایه ای |
نفوذپذیری نسبی | mur_eye ; murii = mur_iso، murij = 0 | 1 | 1 | پایه ای |
رسانایی الکتریکی | sigma_iso ; sigmaii = sigma_iso، sigmaij = 0 | 0 | S/m | پایه ای |
تعاریف
در پنجره Model Builder ، گره Component 1 (comp1)>Definitions را گسترش دهید .
مشاهده 1
قبل از تنظیم فیزیک، دامنه هوا را پنهان کنید تا دید بهتر و دسترسی آسان‌تر به هندسه مدار CPW داشته باشید.
پنهان کردن برای فیزیک 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Component 1 (comp1)>Definitions>View 1 را گسترش دهید . |
2 | روی View 1 کلیک راست کرده و Hide for Physics را انتخاب کنید . |
3 | فقط دامنه 1 را انتخاب کنید. |
امواج الکترومغناطیسی، دامنه فرکانس (EMW)
هادی الکتریکی کامل 2
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی امواج الکترومغناطیسی ، دامنه فرکانس (emw) کلیک راست کرده و شرایط مرزی Perfect Electric Conductor را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 9 را انتخاب کنید.  |
هر انتهای خط CPW را با استفاده از پورت های یکنواخت چند عنصری تحریک کرده و خاتمه دهید.
پورت انجماد 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Lumped Port را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرزهای 10 و 11 را انتخاب کنید.  |
3 | در پنجره تنظیمات برای پورت توده ای ، قسمت ویژگی های پورت توده ای را پیدا کنید . |
4 | از لیست نوع پورت یکپارچه ، Multielement uniform را انتخاب کنید . |
برای پورت اول، تحریک موج به طور پیش فرض روشن است .
5 | قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . روی ایجاد انتخاب کلیک کنید .  |
6 | در کادر محاوره ای Create Selection ، مجموعه ای از انتخاب ها را برای استفاده در تنظیمات مطالعه ایجاد کنید. |
7 | در قسمت متن انتخاب نام ، Port 1 را تایپ کنید . |
8 | روی OK کلیک کنید . |
عنصر یکنواخت 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Lumped Port 1 را گسترش دهید ، سپس روی Uniform Element 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for Uniform Element ، بخش Boundary Selection را پیدا کنید . |
3 |  روی Clear Selection کلیک کنید . |
4 | فقط مرز 11 را انتخاب کنید.  |
5 | قسمت Uniform Element Properties را پیدا کنید . بردار a h را به صورت مشخص کنید |
0 | ایکس |
1 | y |
0 | z |
عنصر یکنواخت 2
1 | در پنجره Model Builder ، روی Uniform Element 2 کلیک کنید . |
2 | فقط مرز 10 را انتخاب کنید.  |
3 | در پنجره تنظیمات Uniform Element ، بخش Uniform Element Properties را پیدا کنید . |
4 | بردار a h را به صورت مشخص کنید |
0 | ایکس |
-1 | y |
0 | z |
پورت 2 جمع شده
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Lumped Port را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرزهای 27 و 28 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای پورت توده ای ، قسمت ویژگی های پورت توده ای را پیدا کنید . |
4 | از لیست نوع پورت یکپارچه ، Multielement uniform را انتخاب کنید . |
5 | قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . روی ایجاد انتخاب کلیک کنید .  |
6 | در کادر محاوره ای Create Selection ، در قسمت متن Selection name، Lumped Port 2 را تایپ کنید . |
7 | روی OK کلیک کنید . |
عنصر یکنواخت 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Lumped Port 2 را گسترش دهید ، سپس روی Uniform Element 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for Uniform Element ، بخش Boundary Selection را پیدا کنید . |
3 |  روی Clear Selection کلیک کنید . |
4 | فقط مرز 28 را انتخاب کنید. |
5 | قسمت Uniform Element Properties را پیدا کنید . بردار a h را به صورت مشخص کنید |
0 | ایکس |
1 | y |
0 | z |
عنصر یکنواخت 2
1 | در پنجره Model Builder ، روی Uniform Element 2 کلیک کنید . |
2 | فقط مرز 27 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات Uniform Element ، بخش Uniform Element Properties را پیدا کنید . |
4 | بردار a h را به صورت مشخص کنید |
0 | ایکس |
-1 | y |
0 | z |
مش 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Mesh 1 کلیک راست کرده و Build All را انتخاب کنید . |
فرکانس پیش فرض و مش کنترل شده فیزیک وابسته به مواد به اندازه کافی خوب نیست که بتواند راکتانس ساختارهای شانه را در IDCها ارزیابی کند. تنظیمات مش را به صورت دستی اصلاح کنید.
2 | در پنجره تنظیمات مش ، بخش Sequence Type را پیدا کنید . |
3 | از لیست، مش کنترل شده توسط کاربر را انتخاب کنید . |
سایز 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Free Tetrahedral 1 کلیک راست کرده و Size را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای اندازه ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 |  روی Paste Selection کلیک کنید . |
5 | در کادر محاوره ای Paste Selection ، 13-26 را در قسمت متن Selection تایپ کنید . |
6 | روی OK کلیک کنید .  |
7 | در پنجره تنظیمات برای اندازه ، قسمت اندازه عنصر را پیدا کنید . |
8 | روی دکمه Custom کلیک کنید . |
9 | قسمت پارامترهای اندازه عنصر را پیدا کنید . |
10 | کادر انتخاب حداکثر اندازه عنصر را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، 80 را تایپ کنید . |
11 |  روی ساخت همه کلیک کنید . |
12 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
مطالعه 1
مرحله 2: دامنه فرکانس، مدال
1 | در پنجره Model Builder ، در مطالعه 1 ، روی مرحله 2: دامنه فرکانس ، Modal کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای دامنه فرکانس ، مدال ، کلیک کنید تا بخش Values of Dependent Variables گسترش یابد . |
3 | فیلدهای Store را در زیربخش خروجی پیدا کنید . از لیست تنظیمات ، برای انتخاب ها را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت Selections ، روی  افزودن کلیک کنید . |
5 | در کادر محاوره‌ای افزودن ، در فهرست انتخاب‌ها ، پورت ۱ و پورت ۲ را انتخاب کنید . |
6 | روی OK کلیک کنید . |
7 | در نوار ابزار صفحه اصلی ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
نتایج
میدان الکتریکی (emw)
از آنجایی که نتایج تجزیه و تحلیل مدال دامنه فرکانس فقط در مرزهای پورت یکپارچه ذخیره می شود، این نمودار هنجار میدان E پیش فرض اطلاعات مفیدی را ارائه نمی دهد. مجموعه داده را به حل تحلیل فرکانس ویژه تغییر دهید .
1 | در پنجره Settings for 3D Plot Group ، بخش Data را پیدا کنید . |
2 | از لیست Dataset ، Study 1/Solution Store 1 (sol2) را انتخاب کنید . |
چند برش
1 | در پنجره Model Builder ، گره Electric Field (emw) را گسترش دهید ، سپس روی Multislice کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Multislice ، بخش Multiplane Data را پیدا کنید . |
3 | زیربخش X-planes را پیدا کنید . در قسمت متن Planes عدد 0 را تایپ کنید . |
4 | زیربخش Y-planes را پیدا کنید . در قسمت متن Planes عدد 0 را تایپ کنید . |
5 | زیربخش Z-planes را پیدا کنید . از لیست روش ورود ، Coordinates را انتخاب کنید . |
6 | در قسمت متن مختصات ، 0 را تایپ کنید . |
7 | در نوار ابزار Electric Field (emw) ، روی  Plot کلیک کنید . |
پارامتر S (emw)
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش Results روی S-parameter (emw) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، قسمت Legend را پیدا کنید . |
3 | از لیست موقعیت ، پایین سمت راست را انتخاب کنید . |
نمودار پارامتر S در شکل 2 نشان داده شده است .
طرح اسمیت (emw)
