Optimetrics模块设计
学习内容
\(\text{Optimetrics}\) 简介参考这篇博客。
以一个微带线特征阻抗分析实例来学习 \(\text{Optimetrics}\) 模块进行参数扫描分析、优化设计、调谐分析、以及灵敏度和统计分析的具体操作。
假设微带线的宽度为 \(w\)，介质层的厚度为 \(h\)，介质的相对介电常数为 \(e\) ，根据理论分析可知，则微带线的特征阻抗： \[ Z_0=\frac{376.7}{2\pi\sqrt{\epsilon_e}}\ln\left[\frac{6+(2\pi-6)e^{-(\frac{30.67}{w/h})^{0.7528}}}{w/h}+\sqrt{1+(2h/w)^2}\right]\\ \epsilon_e=\frac{\epsilon_r+1}2+\frac{\epsilon_r-1}2(1+\frac{10h}w)^{-0.564(1+\frac1{49} \ln\frac{(w/h)^2+(w/52h)^2}{(w/h)^2+0.432}+\frac1{18,7}\ln[1+\frac{w}{18.1h}])(\frac{s-0.9}{s+3})^{0.053}} \] 初始设计中，微带线材料为铜箔，厚度为 \(35\mu m\) (1盎司)，宽度为 \(1\mathrm{mm}\)；介质层使用 \(\text{FR4}\) 材料，厚度为\(0.5\mathrm{mm}\)，空气腔 长 X 宽 X 高为 \(16\mathrm{mm}\times10\mathrm{mm}\times5\mathrm{mm}\) 。
选择模式驱动求解，空气腔的前后表面设置为波端口激励，求解频率设置为 \(1\mathrm{GHz}\) 。
- 定义和使用变量
- 首先定义两个设计变量 \(\text{width}\) 和 \(\text{height}\) ，分别用于表示微带线的宽度和介质层的厚度。
- 因为微带线始终位于介质层正上方，同时为了让微带线始终位于介质层的中心位置，所以微带线起始点坐标也需要使用变量表示，坐标设置为 (\(\text{-8mm，-width/2，height}\))。
- 参数扫描分析
- 分析微带线的特征阻抗随着微带线宽度 \(\text{width}\) 和介质层厚度 \(\text{height }\)的变化关系。
- 优化设计
- 优化设计的目标是:当工作频率为 \(\text{1GHZ}\) 时，在保持介质层厚度 \(\text{height=0.5mm}\) 不变的情况下，改变微带线宽度 \(\text{width}\)，使微带线的特征阻抗达到 \(50\Omega\)。
- 调谐分析
- 手动改变变量 \(\text{height}\) 和 \(\text{Width}\) 的值，使用调协分析功能实时显示求解结果。
- 灵敏度分析
- 从优化分析结果可知，在 \(\text{width} = 0.806\mathrm{mm}\)，\(\text{height} = 0.5\mathrm{mm}\) 时微带线的特征阻抗约为 \(50\Omega\)；这里在 \(\text{width} = 0.806\mathrm{mm}，\text{height} =0.5\mathrm{mm}\) 附近分析两个变量的变化对微带线的特征阻抗的影响。
- 统计分析
- 假设 \(\text{width}\) 和 \(\text{height}\) 制造误差为 \(\pm10\%\)，且均匀分布，分析此时微带线的特征阻抗的统计分布情况。
定义变量并进行参数扫描分析
在特定 \(\text{Hight}\) 下，微带线的特征阻抗随 \(\text{Width}\) 的变化曲线：
在特定 \(\text{Width}\) 下，微带线的特征阻抗随 \(\text{Hight}\) 的变化曲线：
对宽度进行优化分析
设置优化范围并进行优化分析，通过优化数据再次仿真，得到数据：
后面的几项设置也都是在 \(\text{HFSS > Properties}\) 中进行，就不列举了。