Использование полосковых и микрополосковых линий в проекте

Осветим некоторые вопросы, которые касаются расчета полосковых и микрополосковых линий. Обычно конструкции из таких линий выполняются на общей подложке, что существенно упрощает изготовление системы и облегчает ее математическое моделирование. Поэтому сначала на схеме располагается подложка и указываются ее параметры, а уже затем линии передачи, для каждой из которых делается ссылка на используемую подложку. Рассмотрим пример. Откроем новый проект, как описано выше, после чего в меню Partsвходим в подменюSubstrate Media. Здесь мы можем выбрать тип используемой подложки.Microstripозначает подложку для микрополосковой линии,Stripline– обычная полосковая линия,Coplanar Waveguide– копланарный волновод,Grounded Coplanar Waveguide– заземленный копланарный волновод,Slotline– щелевая линия. Задаем параметры подложки. Например, для подложки микрополосковой линии обязательными являются всего 3 параметра:H– высота подложки (например, 0.5mm),ER– относительная диэлектрическая проницаемость материала, из которого подложка изготовлена (к примеру, 12), иlabel– произвольное имя, которое присваивается подложке для того, чтобы дальше на нее ссылаться по этому имени. Далее расположим на этой подложке необходимые элементы. Предположим, мы хотим исследовать связанные симметричные микрополосковые линии. В меню Parts выбираем Distributed->Microstrip->Couplers->Symmetirc (Physical Length). Можно также выбрать пункт ……->Symmetric (Electrical Length). Разница между этими вариантами заключается в том, что в одном случае указывается физическая длина линии, измеряемая в метрах, а в другом случае – электрическая длина, измеряемая в градусах. Разместив на рабочем поле выбранный элемент и указав его параметры (для пояснения которых можно воспользоваться кнопкойInfoв окне задания параметров), например,W=0.5mm(ширина проводящих полосок),s=0.5mm(расстояние между проводниками),p=50mm(длина линии), перейдем к размещению портов.

Микроволновые порты в пакете Serenadeиспользуются для нескольких целей. В нашем случае они будут использованы для обозначения точек, к которым могут быть подключены источники или измерители сигнала. По умолчанию вSERENADEсчитается, что микроволновый порт имеет сопротивление 50 Ом. Для установки другого значения необходимо ввести его в поле напротив параметраterm(terminationvalue). Значениеlabelопределяет имя, под которым порт будет известен системе. Отметим, что во многих случаях важен порядок следования (нумерация) портов. Например, нам необходимо рассчитать один изS-параметров, скажем,S₂₁. Этот параметр определяет, какая часть входного сигнала попадает на выход. Для решения этой задачи нужно, по крайней мере, знать, какой из портов имеет номер 1, а какой – номер 2. В пакетеSerenadeпорты нумеруются в алфавитном порядке (в порядке возрастания). Например, на схеме установлено 4 порта, которым даны следующие имена:P₁,P₂,P₃,P₄. В соответствии с указанным порядком портP₁будет иметь номер 1, а портP₄– номер 4. Вернемся к формированию проекта для расчета связанных микрополосковых линий. Поскольку введенная линия передачи является восьмиполюсником, для ее исследования нужно разместить на схеме 4 порта. В меню Parts выберем Schematic Connectors->Microwave Port. Разместим их на схеме, обозначив, к примеру,P1 –P4. Заметим, что на схематическом обозначении связанных линий выходы обозначены буквамиn₁–n₄. Порты нужно разместить так, чтобы порт с номером 1 был напротив выходаn₁, и т.д. Порт с номером 4 должен быть напротив выходаn₄.

Теперь, когда мы разместили элементы на схеме, нужно определить электрические связи между ними, то есть нарисовать “провода” (в отличие от реальных проводников, которые имеют конечную электрическую длину, электрические связи вSerenadeпросто обозначают наличие электрического соединения и имеют нулевую электрическую длину). Для этого в менюDraw(рисование) выберем пунктWire(проводник) и далееDraw Wire. ПунктExtendWireпозволяет редактировать уже существующие связи.

Завершив вышеприведенные операции, мы получаем схему, подобную изображенной на рис.1.

Теперь, когда мы нарисовали схему, можно приступать к ее анализу. Однако для этого нужно задать параметры, при которых должен производиться анализ. В нашем случае таким параметром является частота. В отличие от других аналогичных пакетов (MicroSimDesignLab,MicroCapи др.), где параметры анализа задаются непосредственно в окне анализа, в пакетеSerenadeвсе параметры задаются на схеме. Выберем элементParts->Control Blocks->Linear Frequencyи разместим его на схеме. Единственным обязательным свойством этого элемента является значение частоты – свойствоFreq. В этом поле можно задать единственное значение, например, 3ghz, несколько значений через пробел, например 3ghz4ghz, или диапазон значений:step3ghz4ghz0.1ghz. В последнем случае анализ будет проводиться для частот, лежащих в диапазоне от 3ГГц до 4ГГц с интервалом 100КГц. Задав рабочие частоты, мы можем в менюAnalysisвыбрать пунктAnalysis(или нажать клавишуF10). Будет произведен анализ схемы на заданных частотах. Если при компиляции проекта в схеме были обнаружены ошибки, то сообщения о них будут выведены в отдельном окне в нижней части экрана.

Если ошибок в схеме нет, то можно просмотреть результаты анализа, для чего служит меню Report. Наиболее удобным средством для просмотра результатов, построения графиков и отчетов являетсяQuick Reporter. Его внешний вид изображен на рис.2. Для того, чтобы создать отчет, необходимо сначала определить данные, которые в него войдут. Для этого в окнеQuick Reporterнажимаем на кнопкуReport Editor. Внешний вид появившегося при этом окна изображен на рис.3. В окнеResponseвыбираем те данные, которые войдут в отчет. Предположим, что мы исследуем зависимость модуляS₂₁от частоты. Набор частот уже был задан нами ранее при работе со схемой. В спискеFunctionвыбираем значениеMag() – амплитуда. Из списка, озаглавленногоResponse, выбираемS21 и дважды щелкаем мышью на этом выборе. Теперь можно нажать на кнопкуDisplayи наблюдать исследуемую зависимость в виде графика.

Здесь мы рассмотрели только наиболее простые приемы работы с пакетомSerenade. Более подробную информацию можно найти в справочной системе, которая вызывается нажатием клавишиF1.

Для расчета простых типов линий пакет Serenadeимеет специальную утилиту, которая вызывается при выборе в менюTools пункта Transmission Lines (линии передачи). Утилита может работать и отдельно от пакетаSerenade(файлtrl80.exe). Ниже будет показано, как пользоваться этой утилитой для анализа и синтеза микрополосковых линий, щелевых линий и копланарных волноводов. Однако для решения более сложных задач возможностей этой программы недостаточно. При расчете связанных полосковых линий (см. пример выше), направленных ответвителей, различных типов неоднородностей и др. будут использоваться возможности пакетаSerenade.