PCBのマイクロストリップラインで作成した伝送路 (Transition Line) について、特性インピーダンスを確認します。
h=0.15mm,W=0.25mmで約51Ω
I-Laboratory で確認
I-Laboratory の Microstrip Line Calculator で εr=4.4, h=0.15[mm], t=35[μm], f=1500[MHz], W=0.25[mm] として計算すると、 特性インピーダンス Zo=51.069[Ω], 実効誘電率 εeff=3.0929, 波長短縮率 k=0.5686, 1/4波長 λ/4=28.431[mm] が得られる。
Ansoft Designer で確認
Ansoft Designer を起動後、「Insert Circuit Design」
Project Manager ウィンドウの下側の Components タブを選択し、 Cirucuit Elements -> Microstrip -> Transmission Lines -> MSTRL: MS Trans. Line, Physical Length をドラッグアンドドロップして回路図 (Schematic) に持ってくる。(50Ω直列素子 4.参照)
Merge Layers ダイアログで 「Merge Layers」ボタンを押す。
Circuit1 の Schematic 上に、 MSTRL を1素子配置した後、ESCキーを押してデフォルトの状態にする (配置を行うモードから抜ける) 。
Schematic の MSTRL の上で左クリックする (MSTRLを選択する) と、Properties ウィンドウに MSTRL のプロパティが表示される。 W (幅) を 0.25mm, P (長さ) を 19.75mm とする。その後、「TRL」ボタンを押すと、 Microstrip single ダイアログが表示される。
Project Manager ウィンドウの下側の Components タブを選択し、 Cirucuit Elements -> Microstrip -> Transmission Lines -> MSTRL: MS Trans. Line, Physical Length をドラッグアンドドロップして回路図 (Schematic) に持ってくる。(50Ω直列素子 4.参照)
Merge Layers ダイアログで 「Merge Layers」ボタンを押す。
Circuit1 の Schematic 上に、 MSTRL を1素子配置した後、ESCキーを押してデフォルトの状態にする (配置を行うモードから抜ける) 。
Schematic の MSTRL の上で左クリックする (MSTRLを選択する) と、Properties ウィンドウに MSTRL のプロパティが表示される。 W (幅) を 0.25mm, P (長さ) を 19.75mm とする。その後、「TRL」ボタンを押すと、 Microstrip single ダイアログが表示される。
Microstrip single ダイアログ上の Units グループの Dimension が「mm」になっているため、 Substrate グループの H を 150 um から 0.15 に、 Metallization グループの Thickness を 35 um から 0.035 に変更する。
Frequency を 1.5 (GHz) として、「Analysis」ボタンを押すと、Electrical グループの Z0 に 50.954、 E に 62.9999 が表示され、特性インピーダンスが 50.954Ωで、電気長が 63°@1.5GHz であることを確認できる。(下図)
Frequency を 1.5 (GHz) として、「Analysis」ボタンを押すと、Electrical グループの Z0 に 50.954、 E に 62.9999 が表示され、特性インピーダンスが 50.954Ωで、電気長が 63°@1.5GHz であることを確認できる。(下図)
Simulation
MSTRLを用いて下図のような回路を作成し、シミュレーションをしてみる。(テクノロジは MS_FR4_Er44_015mm_1oz_copper (astyファイル参照)。 )
50Ωでほぼインピーダンス整合がとれており、反射波がほぼないため、スミスチャートは、下のように１点だけになる。
S11とS12を dB表示させると、リターン・ロスとインサーション・ロスを確認できる。
S11とS12の位相を確認したものが下図である。S12は 1.5GHz で 63°位相がずれることを確認できる。
