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

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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. 07-5252000-4119
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 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

3 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

4 微帶線(Microstrip)結構 E.E. Dept., NSYSU

5 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

6 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
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。 E.E. Dept., NSYSU

7 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 E.E. Dept., NSYSU

8 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

9 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。 快 速 鍵 功 能 Help <F1> 求助 ParEd <F2> 共用參數與物理（電性）參數欄切換 Inc1 <F3> 游標所在參數增加1% Inc10 <F4> 游標所在參數增加10% Dcr1 <F5> 游標所在參數減少1% Dcr10 <F6> 游標所在參數減少10% An/Sy <F7> 物理參數與電性參數欄切換 Calc <F8> 執行計算 Title <F9> 版權宣告畫面 E.E. Dept., NSYSU

10 LineCalc 軟體簡介 VI. 快 速 鍵 功 能 Typw <Shift+F1> 循環方式切換傳輸線形式
功 能 Typw <Shift+F1> 循環方式切換傳輸線形式 Menu <Shift+F2> 將所有傳輸線形式列表供選擇 Undo3 <Shift+F3> 復原游標所在數值增加的1%(與F3相對) Undo4 <Shift+F4> 復原游標所在數值增加的10%(與F4相對) Undo5 <Shift+F5> 復原游標所在數值減少的1%(與F5相對) Undo6 <Shift+F6> 復原游標所在數值減少的10%(與F6相對) PrtSc <Shift+F7> 印出現行視窗 SDpth <Shift+F8> 在狀態列顯示集膚深度 Stop <Shift+F9> 退出 E.E. Dept., NSYSU

11 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

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

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

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

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

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

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

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

19 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。
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

20 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

21 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。
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22 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。
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23 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

24 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

25 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

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

27 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

28 實際電路量測 實際測量 功率差值( in dBm) 0.5GHz 2.4GHz 5.2GHz 8GHz 1.6mm 0.119 0.612
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 E.E. Dept., NSYSU