http://w.atwiki.jp/rflab/ 高周波研究会 @ ウィキ ja 2008-09-25T00:36:32+09:00 1222270592 https://w.atwiki.jp/rflab/pages/24.html **基本概念 次のような4ポート回路 (方向性結合器, directional coupler) で、EvenモードとOddモード (差動モード) について確認する。 #ref(mscpl_power.PNG) port 1から信号を入力する場合、基本的には信号が port 4 へ伝わるが、一部が port 2 へ伝播する。このとき、理論的には、 port 3 に信号は伝わらない。このため、port 2 は 結合ポート (coupled port)、port 3 は 分離ポート (isolated port)、 port 4 は 直結ポート (direct port) と呼ばれる。 現実には、上述のような port 3 にまったく信号が伝わらないような経路を作ることは困難で、結合度 (coupling) $$G_c$$, 方向性 (directivity) $$G_d$$, アイソレーション特性 (isolation) $$G_i$$ を用いて方向性結合器の特性を表す。 #center(){{{$$G_c = 20\log\frac{b_2}{a_1}$$ [dB] $$G_d = 20\log\frac{b_3}{b_2}$$ [dB] $$G_i = 20\log\frac{b_3}{a_1}$$ [dB] }}} 方向性 $$G_d$$ は、大きければ大きいほどよい特性である。また、結合度 $$G_c$$ と アイソレーション特性 $$G_i$$ は、負の値となり、小さければ小さいほど (絶対値では大きければ大きいほど) よい特性である。 なお、$$a_1$$は、port 1へ入力する電力の平方根、$$b_2$$ および $$b_3$$ は それぞれ、port 2 と port 3 から出力される電力の平方根である。 ここで、結合係数 (coupling coefficient) $$k_c$$ を次のように定める。 #center(){{{$$k_c = \frac{b_2}{a_1}$$}}} **電磁界解析 電磁界解析ソフトウェアを使用する場合、2本のマイクロストリップ線路の対象性 (symmetry) をうまく利用して解析時間を短縮することができる。 //Evenモードは、2本のマイクロストリップ線路の中心線で磁 2008-09-25T00:36:32+09:00 1222270592 https://w.atwiki.jp/rflab/pages/22.html Ansoft Designer では使えるが、 Ansoft Designer SV 2.2 (フリー版) では使えない機能の一覧。 -Layout から Planar EM へレイアウト情報を渡すための、「Copy to Planar EM」コマンド (Editメニュー内) が使えない。 -Circuit -> Design Propaties の Local Variables で Tuning を選択できない。 (これにより Variables の real time tuning ができない。 ---- 2008-09-07T22:16:11+09:00 1220793371 https://w.atwiki.jp/rflab/pages/21.html [[直列10nF素子]] では、 Cap単体についての特性のみを確認しましたが、実際にネットワークアナライザでSパラメータを測定するにはPCB基盤に貼り付けて測定する場合があります。この場合のシミュレーションを行ってみます。 // //#contents() *伝送路を加えたCapのシミュレーション [[直列10nF素子]] で確認した Murata GRM033R11A103K を [[50Ω伝送経路]] で確認した h=0.15mm, W=0.25mm のマイクロストリップ線路に接続して、シミュレーションを行う。 Simulation用の回路は次の通り。 #ref(MSTRL_and_10nF_Schema.PNG) 結果は次のようになる。 #ref(TrlCapResults_S.PNG,,width=700,http://www26.atwiki.jp/rflab?cmd=upload&act=open&pageid=21&file=TrlCapResults_S.PNG) 利得 (リターン・ロスとインサーション・ロス) については [[直列10nF素子]] で確認した結果とほぼ変わりないが、位相については 1GHz以上で大きく変化することがわかる。 すなわち、特性インピーダンスのマッチングがとれた伝送路をコンデンサの両端に追加すると、&color(red){利得はコンデンサの特性が現れるが、位相は電気長が周波数により変化するため、伝送路の長さと入力周波数により変化する}ことがわかる。 ---- 2008-09-20T08:32:24+09:00 1221867144 https://w.atwiki.jp/rflab/pages/20.html 実際のコンデンサは、理論的なコンデンサとは異なり、高周波では L成分が見えてきます。 Murata 10nF 超小型 積層セラミック チップコンデンサ GRM033R11A103K 例として確認します。 #contents() *MurataのツールでCap特性の確認 Murata Chip S-Parameter & Impedance Library (MCSIL: [[Murataのホームページ>http://www.murata.co.jp/designlib/index.html]] から入手可能) で GRM033R11A103K の特性を表示した結果を下に示す。(クリックすると拡大します。) 理想的なコンデンサでは 周波数が上がるにつれてインピーダンスが下がるが、このコンデンサの場合、 100MHz 以上になると L成分の影響で インピーダンスは上がり、リターン・ロスも下がることが確認できる。 #ref(mcsil_grm033r11a103k.PNG,,width=500,http://www26.atwiki.jp/rflab?cmd=upload&act=open&pageid=20&file=mcsil_grm033r11a103k.PNG) *Ansoft DesignerでCap単体のシミュレーション **Murataライブラリのインストール [[Murataのホームページ>http://www.murata.co.jp/designlib/index.html]] から Ansoft Designer/Nexxim 用ライブラリをダウンロードする。 インストールマニュアルに従い、 Ansoft Designer インストールフォルダの下にある、userlibフォルダの下に、解凍してできた Murata フォルダを移動する。また、Murata フォルダの下にある SMTGlobalControl.bmp を Ansoft Designer インストールフォルダ下にある、 Bitmaps フォルダ下に移動する。 **回路に素子を追加する Project Manager ウィンドウの Components タブを選択し、 User Libraries -> Murata -> Capacitor -> U 2008-09-20T08:19:42+09:00 1221866382 https://w.atwiki.jp/rflab/pages/19.html 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。 #contents() *h=0.15mm,W=0.25mmで約51Ω **I-Laboratory で確認 [[I-Laboratory の Microstrip Line Calculator>http://www1.sphere.ne.jp/i-lab/ilab/tool/ms_line.htm]] 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、 &color(red){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」&ref(InsertCircuitDesign.PNG,50Ω直列素子) を行い、「Choose Layout Technology」ダイアログで、 MS_FR4_Er44_015mm_1oz_copper (ガラスエポキシ FR4 150um厚のテクノロジ ([[astyファイル]]参照) ) を選ぶ。 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 2008-09-20T08:27:24+09:00 1221866844 https://w.atwiki.jp/rflab/pages/17.html |Company|S-Para|Ansoft Designer Lib|Comment| |[[Arizona MicrotekD>http://www.azmicrotek.com/s-param.htm]]|○|－|| |[[AVAGO Tech >http://www.avagotech.co.jp/]]|○|－|HSMS-8101など| |[[EPCOS>http://www.epcos.com/]]|○|○|InductorsはAnsoft Designer/Nexximモデルがある。| |[[muRata>http://www.murata.co.jp/designlib/index.html]]|○|○|| |[[NECエレクトロニクス>http://www.necel.com/microwave/ja/spice.html]]|○|○|| |[[Panasonic>http://industrial.panasonic.com/jp/i/00000/for_ansoft_re/for_ansoft_re.htm]]|？|○|| |[[RFMD>http://www.rfmd.com/sparameters.asp]]|○|－|| |[[Samsung Electro-Mechanics>http://www.sem.samsung.co.kr/cms/ifweb/en/products/N_ProductMain.jsp?part=technicalTool&parentid=2275&pcode=A010&pname=MLCC&spcode=0&loca=a&locag=0&locam=&navi=tool&pimage=N&tmp02=]]|○|○|MLCC| |[[太陽誘電>http://www.yuden.co.jp/jp/product/sim/comp2.html]]|○|○|| |[[TDK>http://www.tdk.co.jp/tvcl/ansoft/index.htm]]|○|○|| ---- 2008-09-06T11:30:18+09:00 1220668218 https://w.atwiki.jp/rflab/pages/16.html Ansoft Designer で長さの単位として使えるものは以下の通り。 -nm ... nano meter -um ... micro meter -mm ... mili meter -meter ... meter -cm ... centi meter -ft ... feet -in ... inch -mil ... mili inch -uin ... micro inch **PCB基盤の銅の厚さの単位 (参考) 1oz (オンス) = 35um。 Ansoft Designer では、厚さの単位として oz は使えないので、um などに値を変換して入力する必要がある。 ---- 2008-09-06T11:59:56+09:00 1220669996 https://w.atwiki.jp/rflab/pages/15.html -ご自由にコメントをお書きください。 - astyファイル解析中… -- rflab (2008-09-05 09:34:13) - tableの線を出すためにCSS修正。 -- rflab (2008-09-06 13:29:50) - astyは解析完了。次は50Ωインピーダンス確認。 -- rflab (2008-09-06 16:16:53) - 50Ω伝送路確認完了。次はCap追加。 -- rflab (2008-09-07 08:00:16) - EvenモードとOddモード執筆開始。 -- rflab (2008-09-13 15:07:25) - googleで検索できるようになってしまった。とりあえず中途半端なコンテンツは加筆・修正。 -- rflab (2008-09-20 08:35:40) #comment ---- 2008-09-20T08:35:40+09:00 1221867340 https://w.atwiki.jp/rflab/pages/14.html Ansoft Designer で、PCBの各層の厚さや材質の情報を保存するための astyファイル について解析した結果を示します。 #contents() *注意事項 内容は管理人が勝手に解釈したもので、ほとんどが推測によるものです。情報は自己責任において利用してください。 -'$begin' '$end' で囲まれた情報を「クラス」と呼んでいます。 -クラスに属するデータは「メンバ」と呼んでいます。 -abcd(x,y,z) は「関数」と呼んでいます。 *各クラスの内容 **AnsoftDesignerTechnologyFileクラス Topのクラスで、以下の３つサブクラスを持つ。 -CommonSerSymサブクラス ... 材質の情報 -TopLayoutSettingsサブクラス ... 文字フォント情報など -Layoutサブクラス ... 各レイヤの情報 **CommonSerSymクラス 基盤材質の情報として、SubstrateDataサブクラスを持つ。 **SubstrateDataクラス 基盤材質のデータを記述するためのクラス。 -Nameメンバ … 材質の名称。 -&color(red){Typeメンバ … 基盤の種類}。0=Microstrip, 1=Stripline, 2= Offset Stripline, 3=Coplanar Waveguide, 4=Grounded Coplanar Waveguide, 5=Suspended Stripline, 6=Slotline, 7=Four-Layer, 8=Five-Layer, 9=Rectangular Waveguide。 -Dielectric()関数、DielectricRef()関数、Metalization()関数を有する。 //-上記以外にも、 MetalSpecifyType, DielecTempMaterial0～4, MetalTempMaterial メンバおよび DielectricRef()関数を有するが、詳細は省略。 ***関数 Dielectric(H, Er, TAND, HU, TANM, MSat, Mrem) 基盤誘電体のパラメータ設定。HU以降は省略して Dielec 2008-09-20T08:23:14+09:00 1221866594 https://w.atwiki.jp/rflab/pages/13.html [[Ansoft Designer SV version 2.2>http://www.ansoft.co.jp/index.php?pid=rPGqu]] を使用し、下図のように50Ωの理想的な抵抗を直列に挿入した場合について、ABCDパラメータやSパラメータなどを確認します。 #ref(50ohm_cir.PNG) #contents() *回路図の入力 1. メニューから Project -> Insert Circuit Design を選ぶか、アイコン&ref(InsertCircuitDesign.PNG)をクリック。 2. Layout Technology を選ぶダイアログが出るが、今回はテクノロジを必要としないため、「None」をクリック。 3. メニューで Draw -> Interface port を選ぶか、アイコン&ref(InterfacePort.PNG)をクリックし、port 1 と port 2 を追加する。途中で、Rキーを押すと方向が変わる。 4. Project Manager ウィンドウ (下図) の下側の Components タブを選択し、 Cirucuit Elements -> Lumped -> _General Components -> RJX: Impedance をドラッグアンドドロップして回路図 (Schematic) に持ってくる。 #ref(RJX_Impedance.PNG) 5. メニューから Draw -> Wire を選ぶか、Ctrl+W を押すか、アイコン&ref(Wire.PNG)をクリックして、 Port1 と RJX および Port2 と RJX を結線する。 *解析方法の設定 6. メニューの Circuit -> Add Solution Setup を選ぶか、アイコン&ref(AddSolutionSetup.PNG)をクリック。 7. デフォルトの状態 (Analysis Name:NWA1, Analysis Type: LNA, Category FD) を確認し、「Next」。 8. 「Sweep Variables」の「Add...」をクリックし、「Linear step」で Start:0.1GHz, Stop:4.0GHz, S 2008-09-20T08:20:20+09:00 1221866420