SOLIDWORKS内でHFWorksを使用した結合線路に基づくシングルバンド平面クロスオーバーの設計と解析

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序章

クロスオーバーは、モノリシック集積回路 (IC) やアンテナ配列などの非常に興味深い構造であり、2 つの信号経路が互いに交差し、高い分離と整合ポートを備えています。クロスオーバーにはさまざまな種類があります。クロスオーバーはシングルバンドとデュアルバンド用のエアブリッジ、ボンドワイヤやプリント平面のようないろんな種類があります。これらのクロスオーバーは、レイヤー間の信号の接続と転送に常に使用されます。通常、結合伝送線路は、電力分配器、カプラー、およびフィルターの設計に使用されます。さらに、オープン/ショート スタブを搭載した結合ラインを使用して、バンドパス フィルターを設計します。最近では、オープン/ショート スタブを搭載した結合線路が平面クロスオーバーの設計に使用されています。

この記事では、結合線路に基づくコンパクトな単一平面クロスオーバーを SOLIDWORKS を使用して設計し、フル ウェーブ３次元解析ソフトウェアHFWorksを使用して解析します。この構造の電磁的挙動を特徴付けるために、S パラメータ解析が行われます。

モデルのジオメトリ

このコンパクトな平面クロスオーバーの例は、2 つのオープン スタブを搭載した 2 つの結合線路で構成されています。このクロスオーバーの共振周波数は 1.8GHz です。比誘電率2.65、誘電正接0.003の誘電体基板上に構成されています。シングル バンド クロスオーバーの全体のサイズは、約 48 mm x 30 mm x 0.508 mm です。 3D モデルを図 1 に示します。

図 1 -コンパクト平面クロスオーバーの 3D SOLIDWORKS モデル (正面図と端面図)

図 2 に示すように、2 つの送電線がポート 1、4 とポート 2、3 に接続されています。結合線。構造パラメーターを表 1 にまとめます。

図 2 -シングル バンド クロスオーバーの形状

解析結果

HFWorksを使用して解析された S パラメータの結果 S11 および S31 と、シングル バンド クロスオーバーの測定結果を図 4 に示します。 S パラメータは 0.5 GHz から 3.5 GHz まで表示されます。中心周波数は約 1.8 GHz です。

図 3 -リターン ロス S11 の測定結果と解析結果

透過係数 |S31|解析された |S11| が -0.6 dB より大きいは、1.81 ～ 1.875 GHz で -20 dB 未満です。

図 4 -シングル バンド クロスオーバーの S11 と S31

分離|S21|と |S41|図 5 に示すように、1.73 ～ 1.814 GHz および 1.81 ～ 1.87 GHz でそれぞれ -20 dB 未満です。

図 5 -シングル バンド クロスオーバーの S41 と S21

HFWorks は電磁界を自動的に計算します。共鳴周波数での電場の分布を図 6 に示します。入射電力は1Wです。

図 6 - 1.80 GHz での電界の分布

結論

シングル バンド クロスオーバーは、SOLDWORKS と HFWorks のデュオを使用して設計および解析されます。解析結果と測定データの間には良好な一致が見られます [2]。共振周波数は 1.80 GHz で見つかります。

参考文献

[1] https://www.emworks.com/product/ATLASS
[2]Wenjie Feng, Tianyu Zhang, WenquanChe“Compact Single-band Planar Crossover Based on Coupled Lines”Proceedings of the 46th European Microwave Conference, pp. 975 – 978, Oct 2016.