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[解析事例] 高周波電子部品のベンチマークテスト(EM)

ソルバー
EM
解析対象
ノイズフィルタ / マイクロ波部品

高周波電子部品評価のためのSパラメータ解析

高周波電子部品の代表的な評価指標として、Sパラメータがあります。EMC Studioでは、ポートを指定すると指定されたポート数に応じたSパラメータの組み合わせが自動的に算出されます。
本事例では、高周波用電子部品のベンチマークテスト問題として、以下の論文で引用されている電子部品モデルのうちパッチアンテナ、ローパスフィルタ、スパイラルインダクタを取り上げて、これらのモデルをEMC Studioにより解析した結果を論文の結果と比較した結果を紹介します。
“The Finite-Element Method for Modeling Circuits and Interconnects for Electronic Packaging”
Anastasis C. Polycarpou, Panayiotis A. Tirkas and Constantine A. Balanis
IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, VOL. 45, NO. 10, 1997

1.パッチアンテナ解析

解析に使用したパッチアンテナのメッシュモデルを図1に、S11の解析結果を図2に示します。
解析周波数は2GHz〜10GHzで、共振ピーク位置が文献の結果Fig.3をよく再現していることが確認できます。
7.6GHzと10GHz近傍のS11の落ち込みは、アンテナの縦方向と横方向の半波長共振の結果を反映していると考えられます。

図1 パッチアンテナのメッシュモデル 図1 パッチアンテナのメッシュモデル

図2 パッチアンテナのS11特性 図2 パッチアンテナのS11特性)

2.ローパスフィルタ解析

解析に使用したローパスフィルタのメッシュモデルを図3にS11とS21の解析結果を図4に示します。 解析周波数は100MHz-10GHzで、S11、S21ともに文献の結果Fig.4をよく再現していることが分かります。 本事例では、線路を垂直に横切る金属箔を線路に直列に入るコイルと見なすことができます。低周波極限からSパラメータの振る舞いを定性的に評価すると、S11とS21の振幅はそれぞれ0から立ち上がる、1から減衰することが予想されます。低周波域での解析結果は、その振る舞いを裏付ける結果となっていることが分かります。

図3 ローパスフィルタのメッシュモデル 図3 ローパスフィルタのメッシュモデル

図4 ローパスフィルタのS11/S21特性 図4 ローパスフィルタのS11/S21特性

3.スパイラルインダクタ解析

解析に使用したスパイラルインダクタのメッシュモデルを図5にS11とS21の解析結果を図6に示します。解析周波数は100MHz-7GHzで、S11と21の振幅はともに文献の結果Fig.6をよく再現していることが分かります。
インダクタは線路とグランド間に直列状に配置されるため、低周波域においては、定性的にはS11は周波数に反比例し、S21は漸近的に1に近づくことが予想されます。解析結果でもその振る舞いが再現されています。また解析結果では2.6GHzでS11が極小S21が極大となりますが、これはインダクタに並列に入る浮遊容量の効果であることが考えられます。

図5 スパイラルインダクタのメッシュモデル 図5 スパイラルインダクタのメッシュモデル

図6 スパイラルインダクタのS11/S21特性 図6 スパイラルインダクタのS11/S21特性


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