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同軸連接器到微帶線的轉(zhuǎn)接優(yōu)化
本實(shí)例簡要討論了如何使用AWR公司的Analyst 3D有限元方法(FEM)電磁仿真器優(yōu)化同軸連接器到微帶線的轉(zhuǎn)接。
概述
在比較測量結(jié)果與仿真結(jié)果時(shí)，從測量硬件的同軸電纜到待測設(shè)備信號(hào)走線的轉(zhuǎn)接段一般被認(rèn)為是理想的。但在實(shí)際應(yīng)用中，這種“理想”狀態(tài)在較高頻率時(shí)通常會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)失配(仿真數(shù)據(jù)≠測量數(shù)據(jù))。
SMA連接器用于把測量硬件的同軸電纜連接到PCB，并將同軸模式信號(hào)轉(zhuǎn)換為微帶線模式，zui后傳送給待測設(shè)備
仿真輸入/輸出端口一旦連到PCB走線上(比如連到微帶線或共面波導(dǎo))，就會(huì)默認(rèn)做出這種理想的假設(shè)(圖2)。雖然有許多方法可以用來確保轉(zhuǎn)接段具有盡可能小的反射，但這個(gè)特殊例子重點(diǎn)突出了將完整的3D FEM電磁模型用于連接器的方法。這種方法支持以分析的方式處理轉(zhuǎn)接的寄生效應(yīng)，使我們遠(yuǎn)離“理想”狀態(tài)，并趨于現(xiàn)實(shí)。
一般情況下仿真端口直接位于微帶線上，忽略圖1中的連接器所代表的不連續(xù)性，因而會(huì)系統(tǒng)性地扭曲仿真結(jié)果與測量結(jié)果
設(shè)計(jì)
在原理圖(父文檔)中，我們已經(jīng)繪制了含信號(hào)走線的印刷電路板(PCB)。為20mil基板設(shè)計(jì)的3D連接器從技術(shù)上講就是父文檔的亞模型(或子模型)，也就是說設(shè)計(jì)是分層的。連接器模型允許在連接器的同軸電纜末端布置一個(gè)端口(輸入端口)，其它端口則被定義為微帶線末端的普通波端口(輸出端口)。輸出端口的參考平面被移動(dòng)到連接器后面。
沒經(jīng)優(yōu)化的轉(zhuǎn)接質(zhì)量
中的轉(zhuǎn)接曲線S11表明，良好的固有匹配只到大約2GHz。在10GHz的目標(biāo)設(shè)計(jì)頻率點(diǎn)，反射高達(dá)-10dB。很明顯，設(shè)計(jì)現(xiàn)在將受益于優(yōu)化后的轉(zhuǎn)接，不僅因?yàn)閾p失的能量，而且因?yàn)槭涫窃斐蓽y量與仿真偏差的一個(gè)重要來源。
優(yōu)化之前在同軸端口處的轉(zhuǎn)換段反射系數(shù)
優(yōu)化策略
轉(zhuǎn)接模型可以在原理圖中將電磁文檔用作普通子模型加以優(yōu)化。很容易確定的是，串聯(lián)L，并聯(lián)C的匹配電路可以完成10GHz點(diǎn)的優(yōu)化工作。在微帶線中，串聯(lián)L可以用窄的帶狀線段實(shí)現(xiàn)，而并聯(lián)C可以用寬的帶狀線段實(shí)現(xiàn)。因此，優(yōu)化所要求的微帶尺寸非常簡單，如圖4所示。