LineCalc & Libra 軟體教學

RF & Microwave Lab. LineCalc & Libra 軟體教學國立中山大學電機系射頻微波實驗室研究生韓府義 Tel. 07-5252000-4119 Web. http://mcl.ee.nsysu.edu.tw

大綱 • LineCalc 模擬軟體簡介 • LineCalc & Libra 介面操作 • 範例：設計微帶傳輸線 • 練習 • 實作範例 E.E. Dept., NSYSU

簡介 • EESOF3為HP公司發展用以電路在微波頻段下，用以模擬電路響應之軟體。EESOF3軟體包含兩個部分；一為LineCALC用以分析有關微波電路之物理及電性參數，如微帶線之長寬；另一為TOUCHSTON，用以模擬所設計微帶線之相關反應。LINECALC可用以求微帶線之相關參數，給定相關基板資訊，已知其物理參數，可求其電性參數，反之亦然。Touchstone 則可用於微波電路特性的模擬，以驗證設計之正確性。 • 現行微波電路模擬的軟體種類相當多，如Libra、AWR Microwave Office、Ansoft Designer以及Agilent ADS，其核心語法與結構仍與EESOF3相同。 E.E. Dept., NSYSU

微帶線(Microstrip)結構 E.E. Dept., NSYSU

LineCalc 軟體簡介 I. ☆.執行：在EESOF3所在之目錄中，鍵入”linecalc”並按ENTER，即可進入LINECALC；首先出現版權畫面，按任意鍵即進入linecalc，如左圖所示。 ☆.退出：按”Shift+F10”即可退出，退出之前，LINECALC會在左上角出現下列訊息：“Are you sure ?”若要退出按”Y”，繼續操作按"N"“Save data”儲存現在畫面中參數狀態，按”Y”，否則按”N”。 E.E. Dept., NSYSU

狀態列 共用參數列切換：F2 物理參數列切換：F7 電性參數列功能鍵列 LineCalc 軟體簡介 II. • LineCalc之工作視窗共分為5個部分，如下圖所示： ☆.狀態列：有兩行，顯示目前工作狀態、元件資訊及錯誤訊息提示。 E.E. Dept., NSYSU

ER：介電常數 LineCalc 軟體簡介 III. ☆. 共用參數列：共用參數可設定一共用之物理參數，如基板參數，共用參數列之參數會影響物理及電性參數列之結果，設定項目隨元件形式不同而不同。下表為常用之微帶線共用參數，如需進一步說明，參閱LineCalc使用手冊PP.3-4~3-5。 E.E. Dept., NSYSU

LineCalc 軟體簡介 IV. ☆. 物理參數列：在工作頻率下，配合電性參數所計算出之為帶線尺寸，W為寬度，L為長度。除微帶線外，亦有許多種結構供選擇，當游標在此參數列時按”Shift+F2”即出現圖二之選項，各項所代表之詳細內容參考使用手冊PP.3-6~3-7。 ☆. 電性參數列：微帶線之相關電氣特性，以微帶線為例：Z0為微帶線之阻抗值，E(eff)為微帶線之有效電長度，單位為DEG之角度，Keff為有效介電係數，A,dB為電路之衰減。其他微帶元件之相關形式，詳細內容參考手冊PP.3-8~3-9。 E.E. Dept., NSYSU

LineCalc 軟體簡介 V. ☆. 功能鍵列：共分為兩列，底下一列直接按鍵盤上F1~F10，上面一列需配合<Shift>鍵使用。 E.E. Dept., NSYSU

LineCalc 軟體簡介 VI. E.E. Dept., NSYSU

Libra – LineCalc 工作環境 • 將D:\EESOFWIN\BOOT\LINECALC.DAT複製到C:磁碟下，讓LineCalc可以抓取其套件。 • 滑鼠雙擊D:\EESOFWIN\PROGRAM\LINECALC.EXE執行檔，即可開啟Libra-LineCalc之工作環境。 • 開啟Libra-LinCalc後，會出現找不到Key的訊息，如下視窗，不必理會。 E.E. Dept., NSYSU

Libra – LineCalc 工作環境 E.E. Dept., NSYSU

單元二微帶傳輸線模擬 • 範例：設計以為FR4基板，厚度1.6mm，工作頻率750MHz之50歐姆微帶線。 • 如圖：在共用參數區，將基板參數輸入，供計算微帶使用；在電性參數區輸入所需微帶線之參數，即可得1.6mm之FR4基板工作在750MHz時，50歐姆微帶線之線寬為2.91mm；電氣長度90度時，微帶線之長度為53.18mm。 E.E. Dept., NSYSU

基版厚度之影響 • 將基板厚度改變為0.4mm，由下圖可得：微帶線線寬變為0.73mm，長度改變不大。 E.E. Dept., NSYSU

介電係數之影響 • 改變基板材質為介電係數9.9的Ceramic，由下圖可得：微帶線線寬變為1.54mm，且微帶線長度改變。 E.E. Dept., NSYSU

工作頻率之影響 • 改變工作頻率為1GHz，由下圖可得：微帶線線寬變為1.54mm，長度改變為29.01。可見頻率越高微帶線線寬越小。 E.E. Dept., NSYSU

練習 • 練習一：FR4玻纖雙面感光版( )，厚度1.6mm。 (1)設計一50Ω微帶線工作在2.45GHz，長度； (2)設計120Ω微帶線工作在750MHz，長度λ • 答案：(1)W=2.92，L=16.17(mm) (2)W=0.65(mm)，L=223.22(mm) • 練習二：同上題，若已知：工作在2.45GHz之微帶線，其長度為16.7mm，寬度為1.34mm，求此一微帶線之阻抗值及電氣長度。 • 答案：Z0=75Ω，E=1/4 λ E.E. Dept., NSYSU

練習 • 練習三：如將作業一、二之基板改為如下所示，則答案為何？ (1) Ceramic ( ) (2) TeFLON ( ) (3) Silcon ( ) E.E. Dept., NSYSU

50歐姆微帶線製作與損耗測量 • 分別在基板厚度1.6mm和0.8mm，製作中心頻率2.4GHz ，長度為70mm的50Ω微帶線。(FR4 玻璃纖維雙面感光電路板，規格 εr=4.7，Loss tangent δ=0.014) H=0.8mm : W= 1.44mm H=1.6mm : W= 2.91mm E.E. Dept., NSYSU

分析損耗原因: Dielectric Loss: Np/m Conduct Loss: Np/m , where Return Loss :阻抗的不匹配.。 E.E. Dept., NSYSU

實際電路量測 • 越高頻的電路基板厚度越薄，損耗越小。 E.E. Dept., NSYSU

實際測量功率差值( in dBm) 0.5GHz 2.4GHz 5.2GHz 8GHz 1.6mm 0.119 0.612 1.260 1.945 0.8mm 0.115 0.588 1.255 1.702 實際電路量測 E.E. Dept., NSYSU

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