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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. RF & Microwave Lab.

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1 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 Web. RF & Microwave Lab.

2 E.E. Dept., NSYSU 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

3 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。

4 E.E. Dept., NSYSU 微帶線 (Microstrip) 結構

5 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” 。

6 E.E. Dept., NSYSU 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 共用參數列 物理參數列 電性參數列 功能鍵列 切換: F7 切換: F2 ☆. 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。

7 E.E. Dept., NSYSU 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 。 MSUB 基板參數 H :基板厚度 T :金屬厚度 RHO : metal resistivity/gold RGH : rms surface roughness/length TAND : loss tangent DIM : 尺寸單位 ANG :角度單位 (DEG, RAD)FREQ :操作頻率 LNG :長度單位 (mm, mil)FREQ : Hz, kHz,MHz,GHz ER :介電常數

8 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 。

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 鍵使用。 快 速 鍵快 速 鍵功 能 Help 求助 ParEd 共用參數與物理(電性)參數欄切換 Inc1 游標所在參數增加 1% Inc10 游標所在參數增加 10% Dcr1 游標所在參數減少 1% Dcr10 游標所在參數減少 10% An/Sy 物理參數與電性參數欄切換 Calc 執行計算 Title 版權宣告畫面

10 E.E. Dept., NSYSU LineCalc 軟體簡介 VI. 快 速 鍵快 速 鍵功 能 Typw 循環方式切換傳輸線形式 Menu 將所有傳輸線形式列表供選擇 Undo3 復原游標所在數值增加的 1%( 與 F3 相對 ) Undo4 復原游標所在數值增加的 10%( 與 F4 相對 ) Undo5 復原游標所在數值減少的 1%( 與 F5 相對 ) Undo6 復原游標所在數值減少的 10%( 與 F6 相對 ) PrtSc 印出現行視窗 SDpth 在狀態列顯示集膚深度 Stop 退出

11 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。

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

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

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

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

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

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

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

19 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 。

20 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。

21 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。

22 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 。可見頻率越高微帶線線寬 越小。

23 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

24 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 ( )

25 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

26 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. 。

27 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。

28 E.E. Dept., NSYSU 實際電路量測 實際測量 功率差值 ( in dBm) 0.5GHz2.4GHz5.2GHz8GHz 1.6mm mm


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