概要
プリント回路基板の配線を電気信号が伝搬するとき、配線に不連続な箇所があると反射や放射などの問題が発生することがあります。ここでは、グランドにスリットがあるマイクロストリップ線路を解析し、スリットがどのように特性に影響するかを確認します。
リファレンスモデル
図1に、リファレンスモデルとしてのマイクロストリップ線路を示します。
図1 マイクロストリップ線路
図2-1に、マイクロストリップ線路のSパラメータを示します。100~500MHzの周波数帯域で、S11≦-16dB、S21≅0dBとなっていて良好な透過特性が確認できます。
図2-2に、信号源に振幅1Vの台形波を入力した場合の電圧時間波形を示します。Fekoの時間領域解析機能を使用しています。Port1は信号源で、Port2は終端で、それぞれ観測された時間波形です。波形が劣化することなくマイクロストリップ線路を伝搬することが確認できます。
図2-1 Sパラメータ
図2-2 時間波形
図3に、基板内部のグランド面上の磁界強度を示します。これは、周波数100MHzでの位相の変化に対する磁界の瞬時値の変化です。磁界のエネルギーがマイクロストリップ線路の近傍に集中していることが確認できます。
図3 磁界強度(100MHz)
グランドにスリットがあるモデル
図4に、グランドにスリットがあるマイクロストリップ線路を示します。
図4 グランドにスリットのあるマイクロストリップ線路
はじめに、スリット幅が異なるモデルの解析結果を示します。表1に3つのモデルのパラメータを示します。スリット長は40 mmで同一とし、スリット幅を2.6、5.2、7.8 mmとします。
表1 パラメータ
図5-1に、放射電力を示します。リファレンスモデルに比べて、スリットのあるモデルでは放射電力が大きいことが確認できます。スリット幅が大きい方が放射電力がやや大きいことも確認できます。
図5-1 放射電力
図5-2に、Sパラメータ(S21)を示します。スリット幅が5.2 mmと7.8 mmのモデルでは、高周波でのレベルの低下が確認できます。
図5-2 Sパラメータ
図5-3に、信号源に振幅1Vの台形波を入力した場合の電圧時間波形を示します。スリット幅が7.8 mmのモデルのものです。S21はレベルの低下がありますが、時間波形は劣化していません。
図5-3 時間波形
次に、スリット長が異なるモデルの解析結果を示します。表2に3つのモデルのパラメータを示します。スリット幅は2.6 mmで同一とし、スリット長を40、80、120 mmとします。
表2 パラメータ
図6-1に、放射電力を示します。リファレンスモデルに比べて、スリットのあるモデルでは放射電力が大きいことが確認できます。スリット長が長い方が放射電力が大きいことも確認できます。
図6-1 放射電力
図6-2に、Sパラメータ(S21)を示します。スリット長が80 mmと120 mmのモデルでは、高周波でのレベルの低下が確認できます。
図6-2 Sパラメータ
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図6-3に、信号源に振幅1Vの台形波を入力した場合の電圧時間波形を示します。スリット長が120 mmのモデルのものです。S21ではレベルの低下がありますが、時間波形は劣化していません。
図6-3 時間波形
図7に、スリット幅2.6 mm、スリット長120 mmのモデルの基板内部のグランド面上の磁界強度(周波数100MHzでの位相変化に対する磁界瞬時値の変化)を示します。磁界のエネルギーがスリットに沿って漏洩している様子が確認できます。
図7 磁界強度(100MHz)