Geerdeter koplanarer Wellenleiter mit koaxialem Übergang

Ein Koplanarer Wellenleiter (CPW) wurde zum ersten Mal von Cheng P. Wenin 1969 erfunden. Grundsätzlich besteht ein koplanarer Wellenleiter (CPW) aus einem Leiter, der von zwei Masseebenen getrennt ist, und alles ist auf einer Seite eines Dielektrikums auf derselben Ebene geätzt . Das Dielektrikum sollte dick genug sein, um die elektromagnetischen Felder im Inneren des Substrats zu dämpfen. Es gibt auch einen anderen Typ eines koplanaren Wellenleiters, der eine Masseebene auf der gegenüberliegenden Seite des Dielektrikums aufweist, der als endlicher koplanarer Wellenleiter auf Masseebene (FGCPW) oder einfacher als geerdeter koplanarer Wellenleiter (GCPW) bezeichnet wird. Diese Art von Wellenleiter ist dem Mikrostreifen vorzuziehen, wenn es sich um dicke Substrate handelt. Die Verwendung von Mikrostreifen verursacht jedoch aufgrund des Dispersionseffekts eine Impedanzänderung über der Frequenz. Andererseits tritt bei hohen Frequenzen ein nicht zu vernachlässigender Strahlungsverlust auf. Bei Verwendung des geerdeten koplanaren Wellenleiters für solche Strukturen werden die genannten Nachteile angesprochen. In dieser Studie analysieren wir die Leistung eines geerdeten koplanaren Wellenleiters, der mit HFWorks auf ein dickes (0,030 ") isotropes Substrat geätzt wurde.

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

Das Geflecht der Struktur ist in den Bereichen der Durchkontaktierung und der Anschlüsse genauer. Wir können auf das Standardnetz von HFWorks zurückgreifen, das die Abmessungen der Strukturen erkennt und ein recht praktisches Netz anwendet. Der Benutzer hat jedoch die vollständige Kontrolle über die globale Größe des Netzes und kann Netzkontrollen für Bereiche definieren, die er für die Struktur für relevanter hält.

Abbildung 2 - Geflecht der Struktur

Simulation

Um das Verhalten dieses Übergangs zu simulieren (Einfügung und Rückflussdämpfung im gewünschten Frequenzband; Eingangs- und Ausgangsanpassung), erstellen wir eine Studie mit Streuparametern und geben das Frequenzschema an (in unserem Fall 20 Frequenzen in einem Schnelldurchlaufplan von 0,2) GHz bis 20 GHz, wobei die Mittenfrequenz 10 GHz beträgt). Bei einer Antennensimulation müssen den Strahlungsflächen Strahlungsgrenzen zugeordnet werden, die für eine solche Simulation charakteristisch sind. Diese Oberflächen kürzen die Luft, die die Antenne umgibt, und minimieren irgendwie die Reflexion auf diesen Oberflächen und definieren das Ausmaß der Strahlungsmessungen.

Die simulierte Studie bietet mehrere Auswahlmöglichkeiten und Optionen zum Zeichnen und Anpassen der ausgegebenen Ergebnisse gemäß den Wünschen des Benutzers. Sie bieten auch die Nutzung elektrischer Parameter, die in Streuparametersimulationen berechnet wurden (Einfügung, Rückflussdämpfung usw.).

Eingabegrößen und Randbedingungen

Der koplanare Wellenleiter besteht aus Signal- und Masseleitern. Jedem konnten Signal- und PEC-Materialien während des Zuweisungsschritts von Feststoffen und Materialien zugewiesen werden.

Ergebnisse

Abhängig von der Art der Aufgabe und dem Parameter, an dem der Benutzer interessiert ist, stehen verschiedene 3D- und 2D-Diagramme zur Verfügung. In diesem Beispiel handelt es sich um einen Übergang der Verbindung zwischen zwei verschiedenen Übertragungsunterstützungen, wobei das Einfügen und Zurückführen aufgezeichnet werden Verluste klingen nach einer intuitiven Aufgabe. Die folgende Abbildung zeigt sowohl die Einfügungs- als auch die Rückführungsverluste des betrachteten Filters:

Abbildung 3 - Einfügungsverluste (rot) und Rückflussverluste (blau)

Der Einfügungsverlust scheint innerhalb des Frequenzbandes sehr gering zu sein und ergibt annehmbare Pegel auf den meisten Teilen des Bandes; Der Renditeverlust scheint zu schwanken, behält jedoch seine gute Anpassungsleistung bei. Die Darstellung des Ertragsverlusts in einem Smith-Diagramm ist relevanter, wenn es um Übereinstimmungsprobleme geht.

Abbildung 4 - Verteilung der elektrischen Feldvektoren auf der Schaltung bei der Zielfrequenz (8,3 GHz)

Die Verteilung des elektrischen Feldes bei 8,4 GHz ist in dieser Figur dargestellt. Wenn wir animiert sind, können wir deutlich elektromagnetische Wellen sehen, die durch die Schaltung gehen und den zweiten SMA-Port erreichen.

Fazit

In diesem Beispiel konnten wir herausfinden, wie eine Studie in HFWorks in Schritten vor und nach der Simulation angeordnet werden kann. Das Modell, das in einer S-Parametersimulation simuliert wird, zeigt die inneren Details der Wellenausbreitung. Es gibt auch verschiedene elektrische Parameter in 2D-, 3D-Diagrammen und Smith-Diagrammen aus. Der Übergang zwischen verschiedenen Arten von RF-Signalträgern war in der RF-Community schon immer ein interessantes Thema. Das Erhalten eines für Ihre Anwendung optimierten Ergebnisses kann zu einer deutlichen Verbesserung der Systemleistung führen.

Referenzen

Southwest Microwave, Inc. Optimizing Test Boards for 50 GHz End Launch Connectors: Grounded Coplanar Launches and Through Lines on 30 mil Rogers 4350 with Comparison to Microstrip.