Название: Антенны и устройства СВЧ - Методические указания (Г.В. Дмитриенко)

Жанр: Радиотехнический

Просмотров: 1301


2. создание микрополосковой структуры

 

Для создания микрополосковой структуры СВЧ устройства необходимо выполнить следующие операции:

- Создание новой EM структуры;

- Задание размеров корпуса;

- Задание параметров подложки;

- Черчение топологии;

- Моделирование перемычек;

- Задание портов и линий исключения;

- Моделирование, просмотр плотности тока и электрического поля.

 

1. Создание EM структуры

Создание нового проекта:

1.  Выберите File > New Project.

2.  Выберите File > Save Project As. Появится диалог Save As.

3.  Напечатайте имя проекта (например, «EM_example»), и нажмите Save.

4.  Создание новой EM структуры:

5.  Выберите Project >Add EM Structure > New EM Structure

6.         Напечатайте «Interdigital Filter» и нажмите OK.

В рабочем окне MWO появляется окно EM структуры.

Замечание. EMSight использует прямоугольную сетку для определения струк-

тур.

 

2. Задание корпуса

Корпус задает материал для всех слоев в EM структуре, устанавливает гранич-

ные условия и определяет общий размер структуры и минимальные единицы сетки разбиения, которые будут использоваться для спецификации материала

проводников в структуре.

Для задания корпуса:

1.  Нажмите два раза на Enclosure под Integrade Filter (под EM Structure) в дереве проекта. Появляется диалог информации о подложке (рис.2.1).

2.  Выберите Metric в качестве единиц Units, и затем прокрутите стрелку и выберите mm.

3.  В Box Dimensions, впечатайте «10» как  X_Dimension, напечатайте «50» в

X-Division, напечатайте «10» как Y-Dimension, и «50» как Y-Division

Для определения диэлектрических слоев:

4.  Откройте закладку Dielectric Layers  в диалоге Substrate Information (рис.

2.2)

5.  Выберите Layer 1 в разделе Dielectric Layer Parameters. Напечатайте

«3» в боксе редактирования (внизу диалога) в колонке Thickness и напе-

чатайте «1» в боксе редактирования внизу колонки «er». Оставьте значе-

ния по умолчанию в других колонках.

 

 

Рис. 2.1. Задание размеров корпуса и сетки деления по координатам

 

Замечания. Моделирование выполняется в два раза быстрее, если они без по- терь. Таким образом, установите Loss Tangent=0 и используйте идеальные про- водимости всех металлизаций и перемычек в EM-структуре.

6.  Выберите Layer 2 в разделе Dielectric Layer Parameters. Напечатайте

«0.635» в колонке Thickness (рис.2.2) и напечатайте «9.8» в боксе редак-

тирования внизу колонки «er». Напечатайте «0.001» в боксе редактирова-

ния Loss Tangent и «4» в блоке ниже в колонке View Scale (это расширяет

3D вид для слоя в четыре раза по сравнению с его нормальной толщи-

ной).

 

Рис. 2.2. Задание параметров диэлектрических слоев

Граничные условия для стенок корпуса всегда являются идеальными проводни- ками и не могут изменяться. Граничные условия для верха и дна корпуса имеют граничные условия по умолчанию, но они могут быть изменены по желанию. В данном примере эти границы остаются по умолчанию.

Для просмотра граничных условий:

Откройте закладку Boundaries в диалоге Substrate Information. Затем нажмите

OK для окончания процедуры задания граничных условий (рис. 2.3).

 

 

Рис. 2.3. Граничные условия

 

3. Добавление проводников к топологии

Для рисования физической топологии используют моделятор EM.

1.         Выберите Draw > Add Rect Conductor для добавления прямоугольного проводника.

2.         Сдвиньте курсор в рабочее окно и нажмите клавишу Tab. Появится окно диалога ввода координат Enter Coordinates (рис. 2.4).

 

 

Рис. 2.4. Начало рисования топологии с помощью ввода координат

3.         Напечатайте «0» в качестве величин x и «2.2» как величины y, и кликните

OK.

4.         Нажмите клавишу Tab снова, чтобы увидеть диалог Enter Coordinates.

Отметьте Re и напечатайте «2.2» как величину dx, и «0.6» как величину

dy, и затем кликните OK. Прямоугольный проводник будет иметь вид как на рис. 2.5.

 

 

Рис. 2.5. Нарисованная форма проводника фильтра

 

Чтобы нарисовать второй прямоугольный проводник:

5.         Выберите Draw > Add Rect Conductor.

6.         Сдвиньте курсор в окно фильтра и нажмите клавишу Tab. Появится окно диалога ввода координат Enter Coordinates. Впечатайте «4» как величина

x и «2» как величину y, и затем кликните OK.

7.         Нажмите клавишу Tab снова чтобы вывести диалог Enter Coordinates.

Напечатайте «1.2» как величину dx,            и          «7.2»    как величину dy, и затем кликните OK. Прямоугольный проводник будет иметь вид как на рис. 2.6.

 

 

Рис. 2.6. Две нарисованные формы проводников фильтра

 

Чтобы сдвинуть второй прямоугольник к первому проводнику:

8.         Нажмите на второй прямоугольник. Появятся квадратики по углам пря-

моугольника.

9.         Передвигайте выбранный проводник, пока курсор имеет вид пересечения.

Значения dx и dy будут показаны в окне.

10. Удерживая кнопку мыши, перетащите курсор до тех пор, пока dx и dy будут соответствовать dx:-2 и dy:-1. При отпускании кнопку мыши пря- моугольник примет положение.

 

4. Добавление перемычек VIA

Перемычки Via это соединения между слоями подложки.

1.  Выберите Draw > Add Via

2.  Сдвиньте курсор в окно фильтра и нажмите клавишу Tab. Появится окно диалога ввода координат Enter Coordinates. Впечатайте «2.4» как величи- ну x и «1.2» как величину y, и затем кликните OK.

3.  Нажмите клавишу Tab снова, чтобы увидеть диалог Enter Coordinates.

Напечатайте «0.4» как величину dx, и «0.8» как величину dy, и затем кликните OK. Перемычка будет показана голубым квадратиком.

4.  Выберите Edit > Copy, затем выберите Edit > Paste.

5.  Сдвиньте мышь в окно EM-структуры. Появится вторая перемычка.

6.  Нажмите правой кнопкой мыши для вращения одной перемычки.

7.  Нажмите клавишу Tab  для вывода диалога Enter Coordinates. Деселекти- руйте Re  для введения абсолютных координат. Напечатайте «2.2» как величину x и «1.8» как величину y и затем нажмите OK.

 

Просмотр трехмерного изображения

EM моделятор выводит двухмерный и трехмерный виды. Чтобы создать 3D

вид:

1.  Выберите View > 3D View. Появится окно, содержащее трехмерный вид конструкции.

2.  Выберите Window >Tile Vertical. Окна располагаются рядом (рис.2.7).

 

 

Рис. 2.7. Трехмерный и двухмерный вид части фильтра

Замечание. Чтобы изменить вид 3D структуры, нажмите правой кнопкой мыши в 3D окне, затем выберите Zoom Window, Zoom Out, или View All. Чтобы вращать 3D структуру, кликните на ней и удерживая кнопку мыши, вращайте.

5. Добавление портов и плоскостей разгерметизации

EM моделятор может задать электрические порты на краю корпуса и как проб-

ники-перемычки, проходящие снизу или от поверхности дна. Для задания тако-

го краевого порта:

1.  Нажмите меньший проводник в структуре EM. Заметим, что проводник должен быть расположен точно по срезу левого края (X:0; Y:2.2), перед

тем, как вы добавите краевой порт к нему.

2.  Выберите Draw > Add Edge Port.

3.  Поместите курсор с левого края маленького проводника пока не появится квадратик, и нажмите левую кнопку мыши, для размещения порта. Ма-

ленький бокс с номером 1 (показывающий номер порта) появится с лево-

го края проводника (рис. 2.8).

 

 

Рис. 2.8. Установка порта с левого края микрополоскового фильтра

 

Для вычитания величин электрической длины из результата моделирования,

референсные плоскости для порта должны быть сдвинуты от края корпуса.

Для разгерметизации 1 мм электрической длины порта 1:

4.  Нажмите правой кнопкой мыши в окне EM структуры, и выберите View

Area.

5.  Нажмите и удерживайте кнопку мыши чтобы увидеть увеличенный кур-

сор затем протяните курсор вокруг порта 1 и маленького проводника.

6.  Нажмите на порт 1. Четыре квадратика показывают их углы. Сдвиньте мышь вокруг края порта пока курсор не покажет двойную стрелку.

7.  Нажмите и удерживайте клавишу мыши, чтобы увидеть dx и dy. Удержи-

вайте кнопку мыши, протащите курсор вправо пока dx не покажет 1. От-

пустите кнопку мыши, чтобы увидеть линию разгерметизации (рис. 2.9).

 

Рис. 2.9. Смещение опорной плоскости разгерметизации порта

 

6. Задание частот моделирования

Для задания частоты моделирования, сделайте:

1.  В дереве проекта кликните правой кнопкой на Interdigital Filter под EM Structure и выберите Options. Появляется диалог Options.

2.  Выберите закладку Frequency Values.

3.  Активизируйте опцию Use Project Frequency для задания установки гло-

бальных частот поверх установки глобальных частот проекта.

4.         Убедитесь, что установлены GHz в Data Entry Units.

5.         Напечайте «1» в Start и «5» в Stop, и «1» в Step.

6.                     Нажмите Apply и затем OK. Окно Current Range показывает диапазон и шаг частот, который вы задали (рис. 2.10).

 

 

Рис. 2.10. Диалог установки частот моделирования

 

Запуск моделирования. Запустим моделирование для начальной топологии.

1.  Дважды нажмите раздел Information под Interdigital Filter (под EM Struc- tures). Появляется диалог EM Solver Information (рис. 2.11) для оценки

времени моделирования данной структуры.

 

Рис. 2.11. Информация о необходимых ресурсах расчета EM задачи

 

2.  Нажмите OK для закрытия этого диалога.

3.  Выберите Simulate > Analyze. Индикатор процесса расчета (рис. 2.12)

показывает частоты, на которых выполняется решение пошагово и про-

цесс решения электромагнитного моделятора.

 

 

Рис. 2.12. Окно прогресса моделирования

 

7. Вывод результатов моделирования

Чтобы показать характеристики устройства на графике:

1.  Выберите Project > Add Graph. Появляется диалог Graph.

2.  Выберите Rectangular как Graph Type и кликните OK.

3.  Нажмите на окно Graph 1 для активизации его (рис. 2.13).

4.  Выберите Project > Add Measurement. Появляется диалог Add Measure- ment.

5.  Выберите S как характеристику  (рис. 2.14), выберите Interdigital Filter

как Data Source Name, выберите DB в разделе Result Type, нажмите ADD

и затем OK.

6.  Выберите Simulate > Analyze. Характеристика будет показана на графи-

ке. Характеристика показывает, что резонансная частота находится вбли-

зи 4 ГГц.

 

Рис. 2.13. Создания прямоугольного графика Graph 1

 

 

Рис. 2.14. Диалог вывода частотной характеристики на график

 

8. Анимирование тока и просмотр электромагнитного поля

Для просмотра анимированного тока и поля на проводниках сделайте:

1.  Нажмите окно 3D, чтобы сделать его активным.

2.  Выберите Animate > Animate Play. Анимированные токи показываются на топологии в 3D виде (рис. 2.15).

 

 

Рис. 2.15. Анимация тока на поверхности проводника

1.  Выберите Animate > Stop для прекращения анимации. Чтобы показать электрическое поле на слое 2

2.  Выберите Animate > E-Field Setting. Появляется диалог E-Field Computa- tion (рис.2.16).

 

 

Рис. 2.16. Установка для расчета электрического поля в диэлектрическом слое

 

3.  Выберите Layer 2 и нажмите OK.

4.  Выберите Animate > Analyze для расчета электрического поля.

5.  Выберите Animate > Play для просмотра тока и электрического поля.

6.  Выберите Animate > Stop для остановки анимации.

Для исключения расчета поля:

7.  Выберите Animate > E Field Setting. Появится диалог расчета поля, в ко-

тором деселектируйте Layer 2 и кликните OK.