Simulation eines Marchand-Baluns

Wir präsentieren hier ein Marchand-Balun-Design, das bei 2,4 GHz mit einer 1 GHz-Bandbreite arbeitet und durch eine S-Parameter HFWorks-Simulation validiert wurde. Der Balun hat eine gute Leistung gezeigt, indem er die Eingangsleistung gleichmäßig aufteilte und eine Phasenverschiebung von 180 ° zwischen den beiden Ausgängen erzeugte.

Abbildung 1: Die 3D-Ansicht der Struktur in SolidWorks

Simulation

Der Löser für Streuparameter ist der am besten geeignete Analysator für eine solche Struktur, da er die gewünschten Variablen und Frequenzantworten bietet: Rückflussdämpfung, Einfügungsdämpfung, relative Phasenverschiebung zwischen Eingangs- und Ausgangssignalen usw. Das Gitter sollte auf dem Leiter fein genug sein. Erdschlitzflächen und auch auf der Durchkontaktierung.

Lasten/Fesseln

Der Leiter ist auf ein RO4003-Substrat mit einer Dicke von 0,8 mm (E _r=3,38) gedruckt und wird als Leiter mit einer Dicke von Null betrachtet (die Merkmale der geteilten Linie werden verwendet). Am Ende des Zweigs jedes Ausgangsports befindet sich eine kleine Durchkontaktierung (vertikaler Stift zwischen Leiterbahn und Masseebene). Auf dem Substrat ist eine Luftbox modelliert, die vorzugsweise auch bis zum Boden verlängert ist, um die Strahlung von Erdschlitzen zu berücksichtigen.

Bei der Portzuweisung sollten wir berücksichtigen, dass die Impedanzen der Ports auf verschiedene Arten berechnet werden können. Daher hängen Ihre Ergebnisse von der Art der Impedanz ab, die Sie vorschlagen. Mit HFWorks können Sie jede Impedanz untersuchen, ohne die gesamte Struktur simulieren zu müssen. Sie können dazu einfach im Fenster mit den Studieneigenschaften die Option „3D-Lösung überspringen“ aktivieren. Nun kommen wir zum Teil der Definition der Integrallinien für die Zpv- und Zvi-Berechnung. HFWorks benötigt diese Leitung für die Impedanzen, da für beide eine Angabe der Spannung am Port erforderlich ist. Die Integrationslinie wird durch zwei Punkte definiert, die auf der Oberfläche des Ports liegen: Die beiden Punkte geben einen Pfad an, auf dem das elektrische Feld als am höchsten angenommen wird. Andererseits können wir die Kalibrierungspfadfunktion verwenden, um die Ausrichtung des elektrischen Felds und damit den Modus des Ports zu beschränken.

Abbildung 2: Impedanzen des Hafens

Ergebnisse

Um die Genauigkeit des HFWorks-Simulators zu überprüfen, müssen die Ergebnisse der Simulationen mit Messungen verglichen werden. Die folgenden Abbildungen zeigen die Einfüge- und Rückflussdämpfung der Struktur von 1 bis 4 GHz.

Abbildung 3: Reflexionskoeffizient am Eingangsanschluss des Baluns

Abbildung 4: Einfügungsverluste an den Ausgangsanschlüssen des Baluns

Abbildung 5: 3D-Verteilung des elektrischen Feldes bei 3 GHz

Verweise

[1] A New Planar Marchand Balun Zhen-Yu Zhang, Yong-Xin Guo, L.C. Ong, and M.Y.W. Chia 2005 IEEE