同軸遷移を備えた接地コプレーナ導波路

コプレーナ導波路 (CPW) は、1969 年に Cheng P. Wenin によって初めて発明されました。基本的に、コプレーナ導波路 (CPW) は、2 つのグランド プレーンから分離された導体で構成され、すべてが同じプレーン上の誘電体の片側にエッチングされます。 .誘電体は、基板内の電磁界を減衰させるのに十分な厚さである必要があります。誘電体の反対側にグランドプレーンを持つ別のタイプのコプレーナ導波路もあり、これは有限グランドプレーンコプレーナ導波路 (FGCPW)、またはより簡単にグラウンデッドコプレナー導波路(GCPW) と呼ばれます。この種の導波路は、厚い基板を扱う場合、マイクロストリップよりも好まれます。ただし、マイクロストリップを使用すると、分散効果により、周波数全体でインピーダンスの変動が発生します。一方、高周波では無視できない放射損失があります。このような構造に接地されたコプレーナ導波路を使用すると、前述の欠点が解決されます。この研究では、HFWorks を使用して、厚い (0.030 インチ) 等方性基板上にエッチングされた、接地されたコプレーナ導波路の性能を分析します。

図 1 - SolidWorks での構造の 3D ビュー

構造のメッシュは、ビアとポートの領域でより正確になります。構造の寸法を認識し、非常に便利なメッシュを適用する HFWorks のデフォルトのメッシュに頼ることができます。それにもかかわらず、ユーザーはメッシュのグローバル サイズを完全に制御でき、構造により関連性が高いと思われる領域にメッシュ コントロールを定義できます。

図 2 -構造のメッシュ

シミュレーション

この遷移の動作 (目的の周波数帯域での挿入とリターン ロス、入力と出力のマッチング) をシミュレートするために、散乱パラメーター スタディを作成し、周波数スキームを指定します (この場合、0.2 からの高速スイープ プランで 20 の周波数)。 GHz ～ 20 GHz、中心周波数は 10 GHz を選択）。アンテナ シミュレーションでは、このようなシミュレーションに固有の機能である放射境界を放射面に割り当てる必要があります。これらの表面は、アンテナの周囲の空気を切り詰め、何らかの方法でこれらの表面での反射を最小限に抑え、放射測定の範囲を定義します。

シミュレートされた調査では、ユーザーの希望に応じて出力結果をプロットおよび調整するための複数の選択肢とオプションが提供されます。また、散乱パラメータ シミュレーション (挿入、リターン ロスなど) で計算された電気パラメータの活用も提供します。

負荷/制約

コプレーナ導波路は、信号導体とグランド導体で構成されています。固体と材料の割り当てのステップで、それぞれに信号と PEC 材料を割り当てることができます。

結果

タスクの性質とユーザーが関心のあるパラメーターに応じて、さまざまな 3D および 2D プロットを利用できます。この例では、2 つの異なる伝送サポート間の接続の遷移を扱っているため、挿入とリターン損失は直感的なタスクのように聞こえます。次の図は、考慮されているフィルターの挿入損失とリターン損失の両方を示しています。

図 3 -挿入 (赤) とリターン (青) の損失

挿入損失は周波数帯域内で非常に低く、帯域のほとんどの部分で許容レベルを示します。リターンロスはバラバラに見えますが、良好なマッチング性能を保っています。スミス チャート プロットにリターン ロスをプロットすることは、マッチングの問題を扱う場合により適切です。

図 4 -目的の周波数 (8.3 GHz) における回路上の電界ベクトル分布

8.4 GHz での電界分布は、この図にスポットされています。アニメートすると、電磁波が回路を通過して 2 番目の SMA ポートに到達することがはっきりとわかります。

結論

この例では、HFWorks のシミュレーション前およびシミュレーション後のステップでスタディを調整する方法を見つけることができました。 S パラメーター シミュレーションでシミュレートされているモデルは、波の伝播の内部の詳細を示しています。また、2D、3D プロット、およびスミス チャートでさまざまな電気パラメータを出力します。異なるタイプの RF 信号搬送波間の移行は、RF コミュニティでは常に興味深い問題でした。したがって、アプリケーションに最適化された結果を得ることは、システム パフォーマンスの大幅な改善の元になる可能性があります。

参考文献

Southwest Microwave, Inc. 50 GHz エンド ローンチ コネクタ用のテスト ボードの最適化: 30 ミルの Rogers 4350 の接地されたコプレーナ ローンチおよびスルー ラインとマイクロストリップとの比較