序章
クロスオーバーは、モノリシック集積回路 (IC) およびアンテナ アレイの非常に興味深いパッシブ デバイスです。これらのデバイスは、伝送ラインが交差しても信号の純度を維持します。クロスオーバーにはいくつかの種類があります。プリントされた平面クロスオーバーは、コンパクトでシンプルな構造のおかげで最も使用されています。
この論文では、CAD SOLIDWORKS を使用してコンパクトな平面クロスオーバーを設計し、フル ウェーブ 3D シミュレーター HFWorks を使用してシミュレートします。この構造の電磁気的挙動を調査するために、S パラメータ解析が行われます。図 1 は、提案されたクロス オーバーの試作を示しています。
モデルのジオメトリ
このコンパクトな平面クロスオーバーの例は、4 つの垂直なマイクロ ストリップ ラインによって励起される正方形のマイクロ ストリップ パッチで形成されます。正方形のパッチは、2 つの垂直な長方形のスロットと 4 つの円弧形のスロットで構成されます。この構造の共振周波数は 2.4 GHz です。
クロスオーバーの全体のサイズは、約 13 mm x 13 mm x 0.64 mm です。 3D モデルを図 2 に示します。
正方形パッチ クロスオーバーは、比誘電率 10.2 の誘電体基板上に構築されています。基板の下の層は非常に薄いため、PEC 表面と見なされます。エアボックスがクロスオーバーを囲んでいます。
構造パラメーターを表 1 にまとめます。
| パラメータ | 値 (mm) |
| W | 13 |
| W1 | 0.2 |
| W2 | 0.2 |
| Wf | 0.67 |
| L | 8.6 |
| L1 | 8.4 |
シミュレーションの設定
散乱パラメータ シミュレータが使用されました。周波数プランは小さなステップで定義され、2 ～ 3 GHz に均一に分散されます。
このデザインは 4 つのウェーブ ポートで構成されています。ポートは、マイクロ ストリップ ラインの始点と終点に隣接する小さな領域に適用されます。
接地金属は完全な電気伝導体と見なされます。
メッシュ化
メッシュは、ポートと導体の端で十分に細かくする必要があります。パッチ内に含まれるスロットも細かくメッシュ化する必要があります。次の図は、メッシュ構造を示しています。
シミュレーション結果
HFWorks の精度を検証するために、結果を測定値と比較します。次の図は、HFWorks を使用してシミュレートされた S パラメータの結果 S11、S21、および S31 と、正方形パッチ クロスオーバーの測定結果を示しています。
リターン ロスは 2.3 ～ 2.54 GHz で 10 dB を超え、挿入損失は 1 dB 未満です。図 5 に示すように、アイソレーションは 13 dB 以上です。
シミュレーションと測定の結果は、2.4 GHz を中心とした 12% の帯域幅を示しています。
HFWorks は電磁界を自動的に計算しました。共振周波数 2.4 GHz での電場の分布は、入射電力 1 W で図 6 に示されています。
結論
平面マイクロ ストリップ クロスオーバーは、SOLDWORKS と HFWorks のデュオを使用して設計およびシミュレーションされます。シミュレートされたデータと測定されたデータ [1] はよく一致しています。共振周波数は 2.4 GHz にあります。
参考文献
[1] B.Henin, A.Abbosh “Compact Planar Microstrip Crossover Based for Beam-forming Networks” Progress In Electromagnetics Research C, Vol.33, 123-132, 2012.
