 |
فیلترهای میکرواستریپ را می توان مستقیماً روی یک برد مدار چاپی (PCB) با یک خط میکرواستریپ از ورودی به خروجی ساخت. در امتداد خط میکرواستریپ تعدادی خرد با طول و عرض معین وجود دارد. طراحی فیلتر شامل انتخاب امپدانس خط میکرواستریپ، امپدانس میکرو نوارهای خرد و طول های خرد است. این فیلتر خاص بر اساس یک نمونه کتاب درسی از Ref. 2 . همچنین به عنوان مثال در Ref. 1 که حاوی نتایج سایر ابزارها و روش های شبیه سازی است و به صورت رایگان به صورت آنلاین در دسترس است. این فیلتر دارای پاسخ هفت قطبی کم گذر Chebyshev با فرکانس قطع 1 گیگاهرتز است.
این مدل از رابط امواج الکترومغناطیسی استفاده می کند که معادله موج هلمهولتز برداری را حل می کند. فرکانس قطع فیلتر بر اساس طراحی 1 گیگاهرتز است و لایه دی الکتریک PCB دارای گذردهی نسبی 10.8 است . لایه‌های فلزی به‌عنوان رساناهای الکتریکی کامل با ضخامت صفر مدل‌سازی می‌شوند، بنابراین از شبکه‌سازی متراکم لایه‌های رسانای نازک جلوگیری می‌شود. عرض خط میکرواستریپ 0.1 میلی متر و پهنای خرده ها 5 میلی متر است.
ویژگی های فیلتر نسبت به قرارگیری و طول خرده ها حساس است. بنابراین این مثال همچنین تغییر در ویژگی های فیلتر را به عنوان تابعی از تغییر شکل مکانیکی تجزیه و تحلیل می کند. این کار با افزودن رابط های Solid Mechanics و Moving Mesh انجام می شود. رابط مش متحرک برای فعال کردن رابط امواج الکترومغناطیسی برای توضیح تغییر شکل PCB ضروری است. تغییر شکل ناشی از یک بار یکنواخت در سراسر تخته با وجه های ورودی و خروجی ثابت است.
از آنجایی که قطع فیلتر باید نزدیک به 1 گیگاهرتز باشد، فرکانس از 750 مگاهرتز به 1.5 گیگاهرتز می رسد. اولین مرحله راه حل، این جارو را برای رابط امواج الکترومغناطیسی بدون هیچ گونه تغییر شکل مکانیکی انجام می دهد. سپس یک بار یکنواخت 40 نیوتن به PCB اعمال می شود و تغییر شکل بزرگی از برد ایجاد می کند. رابط مکانیک جامد تغییر شکل را محاسبه می کند و رابط مش متحرک این تغییر شکل را به سیستم مختصاتی که رابط امواج الکترومغناطیسی استفاده می کند اعمال می کند. پس از این مرحله، با استفاده از حل کننده پارامتریک، جابجایی فرکانس برای رابط امواج الکترومغناطیسی دوباره انجام می شود.
این مثال تغییر شکل ساختاری را به این معنا توضیح می‌دهد که میدان‌های الکترومغناطیسی روی هندسه تغییر شکل‌یافته را حل می‌کند، گویی PCB به شکل تغییر شکل‌یافته – بدون تنش ساخته شده است.
هدف از این شبیه سازی آنالیز چگونگی تغییر منحنی پارامتر S با اعمال نیروی 40 نیوتن بر روی برد مدار است. همانطور که در شکل 1 می بینید، این نیرو PCB را به طور قابل توجهی خم می کند .
اگرچه تغییر شکل PCB نسبتاً بزرگ است، منحنی پارامتر S آنقدر تغییر نمی کند. فرکانس قطع با اعمال نیرو کمتر از 10 مگاهرتز جابجا می شود. شکل 2 تفاوت بین منحنی های پارامتر S را با و بدون نیروی اعمالی نشان می دهد.
شکل 2: مقایسه بین پارامترهای S 11 و S 21 قبل و بعد از اعمال نیروی 40 نیوتن روی PCB. خطوط قرمز و فیروزه ای با منحنی پارامتر S برای فیلتر با نیروی اعمالی مطابقت دارد.
1. DV Tosic و M. Potrebic, “Software Tools for Research and Education,” Microwave Review , vol. 12، شماره 2، صفحات 45-54، 2006.
2. J.-SG Hong و MJ Lancaster، فیلترهای میکرواستریپ برای کاربردهای RF/مایکروویو ، جان وایلی و پسران، 2001.
گذردهی نسبی برای مطابقت با مقدار استفاده شده در Ref. 1 . ماده FR4 برای ارائه پارامترهایی برای شبیه سازی مکانیک جامد انتخاب شده است.
1 |
در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Mesh 1 کلیک راست کرده و Build All را انتخاب کنید .
ترسیم پروب یک تکنیک راحت برای رسم در حین حل است که برای جاروی پارامترها بسیار مفید است. این امکان وجود دارد که قبل از اتمام مرحله راه حل، مشکلات را کشف کنید و سپس برای صرفه جویی در زمان، جارو را متوقف کنید. همچنین در شرایطی که حل کننده مراحل بیشتری را نسبت به ذخیره در خروجی انجام می دهد مفید است. طرح کاوشگر شامل تمام مراحلی است که حل کننده انجام می دهد.
1 |
3 |
3 |
گروه نمودار میدان الکتریکی در زیر گره Results ، هنجار میدان الکتریکی را نشان می دهد. می توانید با انتخاب مقدار دیگری از کادر فهرست پارامتر پارامتر (freq) فرکانس را تغییر دهید.
دستورالعمل‌های زیر فیزیک را از رابط‌های Solid Mechanics و Moving Mesh برای شبیه‌سازی PCB تغییر شکل‌یافته اضافه می‌کنند.
2 |
3 |
1 |
نمودار پیش فرض یک نمودار چند برشی از هنجار میدان الکتریکی را برای آخرین فرکانس در جارو نشان می دهد. نمودار را می توان برای هر یک از فرکانس های استفاده شده با انتخاب فرکانس دیگری از کادر فهرست مقدار پارامتر (فرکانس) به روز کرد.
برای مقایسه پارامترهای S برای PCB اولیه و تحت فشار، پارامتر S را از اولین راه حل های مختلف اضافه کنید.
2 |
همان مدل فیلتر را با وضوح فرکانس بسیار بهتر با استفاده از جابجایی فرکانس تطبیقی بر اساس ارزیابی شکل موج مجانبی (AWE) تحلیل کنید. هنگامی که یک دستگاه یک پاسخ فرکانسی به آرامی متغیر ارائه می دهد، روش AWE زمان حل سریع تری را هنگام اجرای شبیه سازی در بسیاری از نقاط فرکانس ارائه می دهد. مثال زیر با جابجایی فرکانس تطبیقی را می توان حدود ده برابر سریعتر از جاروهای دامنه فرکانس معمولی با وضوح فرکانس یکسان محاسبه کرد.
1 |
3 |
4 |
یک منحنی ارزش اسکالر که به آرامی متغیر است برای عبارات AWE به خوبی کار می کند. وقتی نوع بیان AWE روی Physics کنترل شده در تنظیمات مطالعه جابجایی فرکانس تطبیقی تنظیم می‌شود ، abs(comp1.emw.S21) به‌طور خودکار برای دستگاه‌های دو پورت استفاده می‌شود.
3 |
از آنجایی که چنین مرحله فرکانس خوبی راه حلی با حافظه فشرده ایجاد می کند، اندازه فایل مدل با ذخیره شدن به شدت افزایش می یابد. زمانی که فقط پاسخ فرکانسی متغیرهای مربوط به پورت مورد توجه است، لازم نیست همه راه حل های میدانی ذخیره شوند. با انتخاب کادرهای ذخیره در خروجی در Values of Dependent Variablesبخش، ما می توانیم بخشی از مدل را که راه حل محاسبه شده در آن ذخیره می شود، کنترل کنیم. ما فقط انتخابی حاوی این مرزها را در جایی که متغیرهای پورت محاسبه می‌شوند، اضافه می‌کنیم. اندازه پورت یکپارچه معمولاً در مقایسه با کل دامنه مدل‌سازی بسیار کوچک است، و اندازه فایل ذخیره‌شده با مرحله فرکانس خوب کم و بیش اندازه مدل جاروب فرکانس گسسته معمولی است، زمانی که تنها راه‌حل‌های مرزهای پورت ذخیره می‌شوند.
4 |
برای محاسبه پارامترهای S لازم است که مرزهای پورت یکپارچه نیز لحاظ شود. با انتخاب تنها مرزهای پورت یکپارچه برای فیلدهای Store در تنظیمات خروجی، می توان حجم فایل مدل را بسیار کاهش داد.
5 |
