 |
فیلتر با پارامترهای S وارد شده از طریق یک فایل Touchstone مشخص می شود
معرفی
یک فایل Touchstone پاسخ های فرکانسی یک مدار شبکه n-port را بر حسب پارامترهای S توصیف می کند. این می تواند برای ساده سازی مدارهای پیچیده دلخواه استفاده شود. فایل Touchstone را می توان از شبیه سازی های عددی یا اندازه گیری های تحلیلگر شبکه به دست آورد. فایل به‌دست‌آمده برای یک شبکه دو پورت می‌تواند بدون ایجاد شکل پیچیده مدار در شبیه‌سازی‌ها گنجانده شود. در این مثال، یک فیلتر پایین‌گذر بین دو کانکتور کواکسیال با استفاده از ویژگی شبکه دو پورت مدل‌سازی شده و پارامترهای S از طریق یک فایل Touchstone وارد شده است. نتایج شامل توزیع میدان الکتریکی در کانکتورهای کواکسیال و پارامترهای S است.
شکل 1: هندسه مدار داخل یک قاب جعبه آبی در مدل گنجانده نشده است اما با یک فایل Touchstone مشخص می شود.
تعریف مدل
این مدل تنها از دو کانکتور کواکسیال تشکیل شده است زیرا مدار بین آنها با یک شبکه دو پورت جایگزین شده است. مرزهای خارجی هندسه به طور پیش فرض روی هادی الکتریکی کامل (PEC) تنظیم شده است. از آنجایی که در داخل هادی مرکزی کانکتورهای کواکسیال انتشار موجی وجود ندارد، حجم آن حذف شده و فقط سطوح فلزی رسانا مدل‌سازی می‌شوند. مدل‌سازی سطوح فلزی با استفاده از PEC پیش‌فرض زمانی معتبر است که فرکانس کاری خیلی زیاد نباشد، بنابراین تلفات ناچیز است. فضای بین هادی داخلی و خارجی با پلی تترا فلوئورواتیلن بدون تلفات (PTFE) با ثابت دی الکتریک ε r = 2.1 پر شده است. هر انتهای خارجی کانکتورهای کواکسیال با نوع کواکسیال یک پورت توده ای خاتمه می یابد که دارای 50 Ω است.امپدانس مشخصه مرجع هر دو انتهای داخلی کانکتورهای کواکسیال با یک شبکه دو پورت پیکربندی شده اند. با انتخاب فایل Touchstone برای نوع تعریف پارامتر S می توان یک تعریف پارامتر S شبیه سازی شده یا اندازه گیری شده وارد کرد. فایل Touchstone داده شده در مدل از قسمت اول شبیه سازی فیلتر پایین گذر و باند گذر با استفاده از عناصر برآمده تولید شده است.در کتابخانه های کاربردی ماژول RF. اگر محدوده فرکانس شبیه‌سازی در محدوده داده‌های فایل Touchstone باشد، اما نقاط نمونه‌برداری فرکانس دقیقاً با یکدیگر مطابقت نداشته باشند، پارامترهای S به طور پیش‌فرض بر اساس خطوط مکعبی درون‌یابی می‌شوند. اگر محدوده فرکانس شبیه سازی خارج از محدوده داده های فایل Touchstone باشد، پارامترهای S به عنوان یک ثابت با استفاده از اولین یا آخرین مقدار داده های فایل Touchstone برون یابی می شوند. ویژگی های فرعی شبکه دو پورت، پورت های شبکه دو پورت، جایی که پورت 1 و 2 در آن قرار دارند را مشخص می کند.
نتایج و بحث
در شکل 2 ، توزیع میدان الکتریکی در داخل کانکتورهای کواکسیال به تصویر کشیده شده است. از آنجایی که 2 گیگاهرتز در باند عبور نیست، توان ورودی در درگاه تحریک به درگاه مشاهده تحویل داده نمی شود.
شکل 2: توزیع میدان الکتریکی در داخل کانکتورهای کواکسیال در 2 گیگاهرتز.
شکل 3: نمودار پارامتر S پاسخ های فرکانسی یک فیلتر پایین گذر را نشان می دهد.
پارامترهای S محاسبه شده در شکل 3 نشان داده شده است . شبیه‌سازی با دو کانکتور کواکسیال متصل به داده‌های پارامتر S وارد شده، پاسخ فرکانسی فیلتر پایین‌گذر عنصر یکپارچه اصلی، فیلتر پایین‌گذر و باند گذر با استفاده از عناصر برآمده را تکرار می‌کند .
مسیر کتابخانه برنامه: RF_Module/Filters/two_port_network_touchstone
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 ، General Studies>Frequency Domain را انتخاب کنید . |
6 |  روی Done کلیک کنید . |
مطالعه 1
مرحله 1: دامنه فرکانس
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش مطالعه 1 ، روی مرحله 1: دامنه فرکانس کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات دامنه فرکانس ، بخش تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن فرکانس ، محدوده (0.2[GHz],0.05[GHz],2[GHz]) را تایپ 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 ، میلی متر را انتخاب کنید . |
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 ، 2.05 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، 40 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن y ، -20 را تایپ کنید . |
6 | قسمت Axis را پیدا کنید . از لیست نوع محور ، محور y را انتخاب کنید . |
سیلندر 2 (cyl2)
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 ، 0.635 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، 40 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن y ، -20 را تایپ کنید . |
6 | قسمت Axis را پیدا کنید . از لیست نوع محور ، محور y 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 30 را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن ارتفاع ، 10 را تایپ کنید . |
6 | قسمت Position را پیدا کنید . از لیست پایه ، مرکز را انتخاب کنید . |
تفاوت 1 (dif1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Booleans and Partitions کلیک کنید و Difference را انتخاب کنید . |
2 | فقط شی cyl1 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای تفاوت ، بخش تفاوت را پیدا کنید . |
4 | زیربخش اشیاء را برای تفریق پیدا کنید . برای انتخاب دکمه ضامن  فعال کردن انتخاب کلیک کنید . |
5 | فقط اشیاء blk1 و cyl2 را انتخاب کنید. |
6 |  روی Build All Objects کلیک کنید . |
مواد
مواد 1 (mat1)
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 برای Material ، قسمت Material Contents را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
ویژگی | متغیر | ارزش | واحد | گروه اموال |
مجوز نسبی | epsilonr_iso ; epsilonrii = epsilonr_iso، epsilonrij = 0 | 2.1 | 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 |
امواج الکترومغناطیسی، دامنه فرکانس (EMW)
پورت انجماد 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی امواج الکترومغناطیسی ، دامنه فرکانس (emw) کلیک راست کرده و Lumped Port را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 3 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 ، Coaxial را انتخاب کنید . |
برای پورت اول، تحریک موج به طور پیش فرض روشن است .
پورت 2 جمع شده
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Lumped Port را انتخاب کنید . |
2 |  روی دکمه Wireframe Rendering در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
3 | فقط مرز 8 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 ، Coaxial را انتخاب کنید . |
شبکه دو پورت 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و شبکه Two-Port را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرزهای 4 و 7 را انتخاب کنید.  |
پورت شبکه دو پورت 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Two-Port Network 1 را گسترش دهید ، سپس روی Two-Port Network Port 1 کلیک کنید . |
2 | فقط مرز 4 را انتخاب کنید.  |
پورت شبکه دو پورت 2
1 | در پنجره Model Builder ، روی دو پورت شبکه پورت 2 کلیک کنید . |
2 | فقط مرز 7 را انتخاب کنید.  |
شبکه دو پورت 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Two-Port Network 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات شبکه دو پورت ، بخش خصوصیات شبکه دو پورت را پیدا کنید . |
3 | از لیست نوع پورت ، Coaxial را انتخاب کنید . |
4 | از لیست تعریف نوع پارامتر S ، فایل Touchstone را انتخاب کنید . |
5 |  روی Browse کلیک کنید . |
6 | به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل two_port_network_touchstone.s2p دوبار کلیک کنید . |
7 |  روی Import کلیک کنید . |
8 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
مش 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Mesh 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مش ، قسمت Physics-Controlled Mesh را پیدا کنید . |
3 | از لیست اندازه عنصر ، درشت را انتخاب کنید . |
4 |  روی ساخت همه کلیک کنید . |
مطالعه 1
در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی محاسبه کلیک کنید .
روی محاسبه کلیک کنید .نتایج
میدان الکتریکی (emw)
نمودار ایجاد شده را با شکل 2 مقایسه کنید .
پارامتر S (emw)
برای بررسی نمودار پارامتر S به شکل 3 مراجعه کنید .
طرح اسمیت (emw)
نمودار اسمیت نشان دهنده ضریب بازتاب S 11 است . افسانه رنگ فرکانس را از 0.2 گیگاهرتز تا 2 گیگاهرتز نشان می دهد.
