 |
مدلسازی خطوط میکرواستریپ با Vias
معرفی
راه های متعددی برای تحریک و خاتمه خطوط انتقال با استفاده از انواع مختلف پورت و ویژگی های پورت توده ای وجود دارد. در این مثال، درگاه‌های نوع الکترومغناطیسی عرضی (TEM) و یک پورت توده‌ای از نوع via برای شبیه‌سازی دو خط میکرواستریپ مجاور استفاده می‌شوند. یکی از پایانه ها به صورت فلزی شده خاتمه می یابد در حالی که انتهای دیگر در حال بررسی سیگنال ورودی است. پارامترهای S محاسبه شده میزان تداخل بین خطوط و قدرت سیگنال جفت شده از طریق استوانه ای را نشان می دهد.
شکل 1: برد مدار خط میکرواستریپ با پورت های TEM و یک پورت توده ای نوع via مدل شده است. دامنه هوای بالا برای اهداف تجسم گنجانده نشده است.
تعریف مدل
این مدل دو خط ریز نوار 50 Ω را در مجاورت یکدیگر بر روی یک بستر 60 میل با ثابت دی الکتریک ε r = 3.38 توصیف می کند. یک خط میکرواستریپ با یک پورت توده ای نوع via خاتمه می یابد و خط دیگر با یک سوراخ از طریق متالیز شده به پایان می رسد. سطوح داخلی قطعات فلزی، از جمله خط طرح‌دار در بالای بستر و یک خط فلزی شده، با استفاده از یک شرط مرزی انتقالی تعریف می‌شوند تا تلفات ناشی از رسانایی محدود را ثبت کنند. صفحه زمین در سطح بیرونی دامنه مدل قرار دارد و با یک شرایط مرزی امپدانس مشخص می شود که برای مدل سازی مرزهای رسانای با تلفات نیز استفاده می شود.
یک شرط مرزی پورت از نوع الکترومغناطیسی عرضی (TEM) در هر طرف دامنه مدل مکعبی که خط میکرو نوار و صفحه زمین را لمس می‌کند، استفاده می‌شود. پورت نوع TEM با افزودن پتانسیل الکتریکی و ویژگی های فرعی زمین تکمیل می شود. لبه خط بالای خط میکرواستریپ در مرز پورت TEM روی پتانسیل الکتریکی تنظیم شده است در حالی که لبه صفحه زمین در مرز پورت TEM روی زمین تنظیم شده است. مواد بالای صفحه مدار هوا است.
نتایج و بحث
پس از شبیه سازی، نمودار پیش فرض اصلاح می شود تا هنجار میدان الکتریکی را در سطح بالایی برد مدار همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است، رسم کند . مشاهده می شود که توان ورودی به پورت 1 تا حدی به خط میکرواستریپ مجاور متصل به پورت 3 کوپل شده است.
شکل 2: نمودار هنجار میدان الکتریکی. کسری از توان ورودی به خط میکرواستریپ مجاور کوپل می شود.
شکل 3 به صورت کمی میزان کوپلینگ و تداخل بین پورت ها را نشان می دهد. S 21 محاسبه‌شدهنشان می‌دهد که بیشتر توان ورودی به پورت توده‌ای نوع via (پورت 2) منتقل می‌شود. تداخل دور در این مدار، S 31 ، با فرکانس شبیه سازی افزایش می یابد.
شکل 3: نمودار پارامتر S، عدم تطابق امپدانس (S 11 )، از دست دادن ورودی به پورت از طریق (S 21 )، و تداخل انتهایی، FEXT (S 31 ) را توصیف می کند.
مسیر کتابخانه برنامه: RF_Module/Transmission_Lines_and_Waveguides/microstrip_line_tem_via
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 > تحلیل حالت مرزی TEM را انتخاب کنید . |
6 |  روی Done کلیک کنید . |
تعاریف جهانی
پارامترهای 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Global Definitions روی Parameters 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای پارامترها ، بخش پارامترها را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام | اصطلاح | ارزش | شرح |
اتهامات | 20 [میلی] | 5.08E-4 متر | ضخامت بستر |
تعریف پارامترها برای مقادیر پرکاربرد راحت است. در اینجا mil به واحد میلی اینچ اشاره دارد.
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 ، میلی متر را انتخاب کنید . |
بلوک 1 (blk1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Block کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Block ، قسمت Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width عدد 10 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت Depth text عدد 8 را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن ارتفاع ، tsub*10 را تایپ کنید . |
6 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن y ، -4 را تایپ کنید . |
7 | برای گسترش بخش لایه ها کلیک کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام لایه | ضخامت (میلی متر) |
لایه 1 | اتهامات |
صفحه کار 1 (wp1)
1 | در نوار ابزار هندسه ، روی صفحه  کار کلیک کنید . |
ردهای سیگنال در این صفحه کار الگوبرداری شده است.
2 | در پنجره تنظیمات برای صفحه کار ، قسمت تعریف هواپیما را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن مختصات z ، tsub را تایپ کنید . |
صفحه کار 1 (wp1)> هندسه صفحه
در پنجره Model Builder ، روی صفحه هندسه کلیک کنید .
صفحه کار 1 (wp1)> مستطیل 1 (r1)
1 | در نوار ابزار Work Plane ، روی  Rectangle کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Rectangle ، بخش Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width ، 7.5 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، 1.13 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن yw ، -0.565+0.8 را تایپ کنید . |
صفحه کار 1 (wp1)> دایره 1 (c1)
1 | در نوار ابزار Work Plane ، روی  Circle کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات دایره ، بخش اندازه و شکل را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Radius ، 0.8 را تایپ کنید . |
4 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت نوشتار xw ، 7.5 را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن yw ، 0.8 را تایپ کنید . |
صفحه کار 1 (wp1)> اتحادیه 1 (uni1)
1 | در نوار ابزار Work Plane ، روی  Booleans and Partitions کلیک کنید و Union را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره Graphics کلیک کنید و سپس Ctrl+A را فشار دهید تا هر دو شی انتخاب شوند. |
3 | در پنجره تنظیمات برای Union ، بخش Union را پیدا کنید . |
4 | کادر تیک Keep interior borders را پاک کنید . |
5 |  روی دکمه Wireframe Rendering در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . رندر Wireframe دید بهتری از داخل جعبه ارائه می دهد. |
سیلندر 1 (cyl1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Cylinder کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات سیلندر ، بخش اندازه و شکل را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Radius ، 0.4 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، tsub را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن x ، 7.5 را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن y ، 0.8 را تایپ کنید . |
سطوح جانبی سیلندر به صورت پورت توده ای نوع Via و بعداً از طریق سوراخ فلزی می شود.
چرخش 1 (rot1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Transforms کلیک کنید و Rotate را انتخاب کنید . |
2 | فقط اشیاء cyl1 و wp1 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای چرخش ، بخش ورودی را پیدا کنید . |
4 | چک باکس Keep input objects را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Rotation را پیدا کنید . در قسمت Angle text عدد 180 را تایپ کنید . |
6 |  روی Build All Objects کلیک کنید . |
7 | قسمت Point on Axis of Rotation را پیدا کنید . در قسمت متن x ، 5 را تایپ کنید . |
8 |  روی Build All Objects کلیک کنید . |
امواج الکترومغناطیسی، دامنه فرکانس (EMW)
معادله موج، الکتریک 2
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی امواج الکترومغناطیسی ، دامنه فرکانس (emw) کلیک راست کرده و Wave Equation، Electric را انتخاب کنید . |
2 | فقط دامنه 1 را انتخاب کنید.  |
3 | در پنجره تنظیمات برای معادله موج ، Electric ، بخش Electric Displacement Field را پیدا کنید . |
4 | از لیست مدل میدان جابجایی الکتریکی ، مماس تلفات ، ضریب اتلاف را انتخاب کنید . |
خواص مواد برای زیرلایه، که از کتابخانه مواد RF وارد می شود، بر اساس ثابت دی الکتریک و مماس تلفات تعریف می شود. انتخاب رابطه سازنده مناسب برای حوزه زیرلایه ضروری است.
شرایط مرزی انتقال 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Transition Boundary Condition را انتخاب کنید . سطوح رسانای تلف شده را می توان با استفاده از حالت مرزی انتقال برای مرزهای داخلی مدل کرد. |
2 | فقط مرزهای 8، 11–13، 16 و 17 را انتخاب کنید.  |
3 | در پنجره تنظیمات برای شرایط مرزی انتقال ، بخش شرایط مرزی انتقال را پیدا کنید . |
4 | در قسمت متن d ، 38[um] را تایپ کنید . |
شرایط مرزی امپدانس 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Impedance Boundary Condition را انتخاب کنید . سطوح رسانای تلف شده را می توان با استفاده از شرایط مرزی امپدانس برای مرزهای خارجی مدل کرد. این را می توان به عنوان حجم رسانای ضخیم هندسی نیز در نظر گرفت. |
2 | فقط مرز 3 را انتخاب کنید.  |
پورت 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Port را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرزهای 1 و 4 را انتخاب کنید.  |
3 | در پنجره تنظیمات پورت ، قسمت ویژگی های پورت را پیدا کنید . |
4 | از لیست نوع پورت ، عرضی الکترومغناطیسی (TEM) را انتخاب کنید . |
خطوط انتقالی که از حالت (شبه) TEM پشتیبانی می کنند را می توان با پورت نوع TEM آنالیز کرد .
زمین 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Attributes کلیک کنید و Ground را انتخاب کنید . |
لبه های خارجی مرزهای پورت به طور پیش فرض روی زمین تنظیم شده اند.
پورت 1
در پنجره Model Builder ، روی Port 1 کلیک کنید .
پتانسیل الکتریکی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Attributes کلیک کنید و Electric Potential را انتخاب کنید . |
2 | فقط لبه 9 را انتخاب کنید.  |
لبه پتانسیل الکتریکی بر روی ردیابی سیگنال اختصاص داده می شود.
پورت انجماد 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Lumped Port را انتخاب کنید . |
2 |  روی دکمه Select Box در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
3 | فقط مرزهای 18، 19، 22 و 23 را انتخاب کنید.  |
4 | در پنجره تنظیمات برای پورت توده ای ، قسمت ویژگی های پورت توده ای را پیدا کنید . |
5 | از لیست نوع پورت یکپارچه ، Via را انتخاب کنید . |
پورت 2
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Port را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرزهای 24 و 25 را انتخاب کنید.  |
3 | در پنجره تنظیمات پورت ، قسمت ویژگی های پورت را پیدا کنید . |
4 | از لیست نوع پورت ، عرضی الکترومغناطیسی (TEM) را انتخاب کنید . |
زمین 1
در نوار ابزار Physics ، روی Attributes کلیک کنید و Ground را انتخاب کنید .
Attributes کلیک کنید و Ground را انتخاب کنید .پورت 2
در پنجره Model Builder ، روی Port 2 کلیک کنید .
پتانسیل الکتریکی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Attributes کلیک کنید و Electric Potential را انتخاب کنید . |
2 | فقط Edge 57 را انتخاب کنید.  |
اکنون مطمئن شوید که Advanced Physics Options فعال است. سپس، فیزیک را طوری تنظیم کنید که از فرمول پورت مبتنی بر محدودیت استفاده کند، که بهترین عملکرد را با پورت های نوع TEM دارد.
3 |  روی دکمه Show More Options در نوار ابزار Model Builder کلیک کنید . |
4 | در کادر محاوره‌ای Show More Options ، Physics>Advanced Physics Options را در درخت انتخاب کنید. |
5 | در درخت، کادر را برای گره Physics>Advanced Physics Options انتخاب کنید . |
6 | روی OK کلیک کنید . |
7 | در پنجره Model Builder ، روی امواج الکترومغناطیسی ، دامنه فرکانس (emw) کلیک کنید . |
8 | در پنجره تنظیمات برای امواج الکترومغناطیسی ، دامنه فرکانس ، برای گسترش بخش گزینه‌های پورت کلیک کنید . |
9 | از لیست فرمولاسیون Port ، Constraint-based را انتخاب 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 درخت، Built-in>Copper را انتخاب کنید . |
6 | روی Add to Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
مواد
مس (mat2)
1 | در پنجره تنظیمات برای مواد ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
2 | از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
3 | فقط مرزهای 3، 8، 11-14، 16 و 17 را انتخاب کنید.  |
مواد را اضافه کنید
1 | به پنجره Add Material بروید . |
2 | در درخت، RF>Rogers Corporation>Rogers RO4000® Laminates>RO4003C ™ Laminates را انتخاب کنید . |
3 | روی Add to Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
4 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material بسته شود . |
مواد
لمینت های RO4003C ™ (mat3)
فقط دامنه 1 را انتخاب کنید.
مطالعه 1
مرحله 2: دامنه فرکانس
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش مطالعه 1 ، روی مرحله 2: دامنه فرکانس کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات دامنه فرکانس ، بخش تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن فرکانس ، 1 3 5 را تایپ کنید . |
مش 1
در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Mesh 1 کلیک راست کرده و Build All را انتخاب کنید .
تعاریف
مشاهده 1
برخی از مرزها را از نما بردارید تا مش را بررسی کنید.
پنهان کردن برای فیزیک 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Component 1 (comp1)>Definitions را گسترش دهید . |
2 | روی View 1 کلیک راست کرده و Hide for Physics را انتخاب کنید . |
3 | در پنجره تنظیمات برای پنهان کردن فیزیک ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
4 | از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
5 | فقط مرزهای 5 و 7 را انتخاب کنید.  |
مش 1
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
نتایج
چند برش
1 | در پنجره Model Builder ، گره Results>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 ، tsub را تایپ کنید . |
7 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید .  روی تغییر جدول رنگ کلیک کنید . |
8 | در کادر محاوره ای جدول رنگ ، Aurora>JupiterAuroraBorealis را در درخت انتخاب کنید. |
9 | روی OK کلیک کنید . |
نمودار بازتولید شده را با شکل 2 مقایسه کنید .
جهانی 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Results>S-parameter (emw) را گسترش دهید ، سپس روی Global 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جهانی ، برای گسترش بخش Coloring and Style کلیک کنید . |
3 | زیربخش نشانگرهای خط را پیدا کنید . از لیست نشانگر ، چرخه را انتخاب کنید . |
نمودار پارامتر S در شکل 3 نشان داده شده است . این عدم تطابق امپدانس در پورت ورودی و اتصال سیگنال به خط میکرواستریپ مجاور را توصیف می کند.
طرح اسمیت (emw)
