3次元電磁界シミュレータ (MoM, FEM, FDTD) ( )アプリケーション・シリーズ

事例: DSG (Defected Ground Structure)の評価

アプリケーション概要

DGS 技術

グランド・プレーンに意図的に欠陥やスリットなどを設けることにより 有効なインダクタやキャパシタ特性を持たせるこグランド・プレーンに意図的に欠陥やスリットなどを設けることにより、有効なインダクタやキャパシタ特性を持たせることができ、これによりマイクロストリップ・ラインのインピーダンスを上げたり、特定周波数の除去（フィルタ）、信号の立ち上がりの緩和などを実現することが可能となります。

このようなマイクロストリップ・ラインにおける、DGSの特性を用いることにより、設計回路のサイズを通常よりも大幅に縮小することができるため、DSG技術が脚光を浴びています。

主な対象となるアプリケーション

RF/マイクロ波フィルタ ディバイダ 整合回路 パワ アンプの設計RF/マイクロ波フィルタ, ディバイダ, 整合回路, パワー・アンプの設計

高速ディジタル回路、パッケージ設計

A/D, LTCC/モジュール設計

適な解析ソリューション

有限要素法3次元電磁界シミュレータEMPro FEMo

有限時間差分法3次元電磁界シミュレータEMPro FDTD

3D EM Application Series

設計上の問題点

問題点

今日の回路設計ツール上では、DGSの回路モデルは未だ用意されておりません。 このため、DSGの設計およびモデリングについては電磁界シミュレーションに依存することになります。 DSGの設計要素はグランド・プレーンの構造に大きく依存しています。そのため、グランドが完全理想状態（ベタGND）であることを前提とした電磁界シミュレ タでは対応できませんであることを前提とした電磁界シミュレータでは対応できません。

解決策

DGSの特性の正確な検証には アジレントEMProのような3次元電磁界シミュレータを用いて 周波数DGSの特性の正確な検証には、アジレントEMProのような3次元電磁界シミュレ タを用いて、周波数ドメインあるいは、時間ドメインの解析結果を活用して対処する必要があります。

導入のメリット

フル3次元電磁界シミュレーション機能により、正確な評価が可能

複数の手法 (周波数ドメイン 時間ドメイン) の電磁界解析の切り替えが簡単に手軽に可能複数の手法 (周波数ドメイン、時間ドメイン) の電磁界解析の切り替えが簡単に手軽に可能

3D EM Application Series

スパイラル DGS アレー構造W id P tWaveguide Ports

グランドプレーン上のDGD

PCB

スパイラルDGS付PCB グランド

50Ohm 伝送ライン

Simulation Bounding Box

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FEM（有限要素法） メッシュ # of Tetrahedron = 58,078

3D Volume Meshes Surface Meshes

DGS Adaptive MeshesDGS Adaptive Meshes

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FDTD メッシュ

Automatic Grid R i & Fi dRegion & Fixed Point Meshes

6.7M meshes 20 cells default padding

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Case #1: スパイラル DGS アレー – 挿入損失結果

AccuratePrediction of ResonancesResonances

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電界密度分布表示 (FEM)

Ground Return at 3.36GHz

Electric Field Trapped By DGS at 1.985GHzElectric Field Trapped By DGS at 1.985GHz

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Case #2: スパイラル DGS Single – 挿入損失結果

MeasurementNoiseNoise

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EMPro FDTDによるTime Domain Reflectometer (TDR) 解析Time Domain Reflectometer (TDR) 解析

47.5Ohm

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まとめまとめ

DGDを取り入れたマイクロストリップ・ラインのような グランド・プレーンが一様DGDを取り入れたマイクロストリップ ラインのような、グランド プレ ンが 様ではない構造の評価には、3次元電磁界シミュレータを用いた解析が有効です。

電磁界シミュレータの解析手法としては、有限要素法を代表とした周波数ドメイ法 、 限 法 代表 数ンのものや、FDTD法のような時間ドメインのものなどが存在します。解析対象や目的 (サイズ、解析の精度、便宜性、解析時間、解析結果など) により、双方のツールを使い分けるのが有効的です。のツ ルを使い分けるのが有効的です。

有限要素法、FDTD法の双方を装備可能なアジレントEMProは、エンジニアの効率的設計・検証にお役立ていただけます。

-References-

1) Chul-Soo Kim, Jong-Sik Lim, Sang-Wook Nam, Kwang-Yong Kang, Jong-Im Park, Geun-Young Kim and Dal Ahn, “The Equivalent Circuit1) Chul Soo Kim, Jong Sik Lim, Sang Wook Nam, Kwang Yong Kang, Jong Im Park, Geun Young Kim and Dal Ahn, The Equivalent Circuit Modeling of Defected Ground Structure with Spiral Shape,” IEEE MTT-S, Vol.3, No.02CH37278, June 2002, pp.2125-2128.

2) Chul-Soo Kim, Jong-Sik Lim, Sangwook Nam, Kwang-Yong Kang and Dal Ahn, “Equivalent circuit modelling of spiral defected ground structure for microstrip line,” ELECTRONICS LETTERS 12th, Vol. 38, No. 19, September 2002.

3) Jong-Sik Lim, Jun-Seok Park, Young-Taek Lee,Dal Ahn, “Application of Defected Ground Structure in Reducing the Size of Amplifier,” IEEE Micro a e and Wireless Compointes Letters VOL 12 NO 7 7 J l 2002Microwave and Wireless Compointes Letters VOL 12, NO. 7, 7 July 2002

©Agilent Technologies. Inc. 2010Published in Japan, April 23,2010

5990-5153JAJP0000-08A