•FDTD
–时间领域的分析
• TDRを直接观察 – SI, PI分析 – 过渡应答
Agilent Technologies Japan Page 15 May 10, 2011
电磁场分析工具的选择基准
Device Complexity / Problem Size
•MoM, FEM
–多Port Application的 効率性分析
•一次执行复数Port的分析 –Package –接合线
•FDTD
–Mesh尺寸为大规模时的 効率性分析
•分析过渡应答 (使用内存少) •分散处理 : 对应GPU加速卡 –汽车、飞行机所搭载的天线模型 –包含人体的生体分析 (e.g., SAR)
Agilent Technologies Japan Page 16 May 10, 2011
Agilent Technologies Japan Page 13 May 10, 2011
电磁场分析工具的选择基准
Planar vs. 3D Geometry
•MoM
–平面构造、多层基板等等 的効率性分析
- IC内的Passive零件 - RF Print基板 - PCB的高速传送路分析 (SI 分析) - 平面天线
电磁场分析类型
MoM (Moment法)
• 3D Planar • 频域
FEM (有限元法)
• Full 3D • 频域
FDTD (时域有限差分法)
• Full 3D • 时域
Agilent Technologies Japan Page 10 May 10, 2011
Moment法 (MoM)
有电荷这个源头存在存在、 从中冒出
没有磁荷这个源头、不会冒出 磁场变化会创造涡状电场
解开Maxwell的方程式 计算电场与磁场的关系 → S参数 电流密度分布 远场放射模式
电场的变化会创造涡状磁场
Agilent Technologies Japan Page 4 May 10, 2011
何谓S参数
基本性电磁场模拟的过程
1. 输入分析构造并定义材质
– 导体、诱电体、磁性体等等
2. 将励振源与感应器定义成Port
– 频域 : steady state sources – 时间领域 : transient sources
3. 将分析构造分割成mesh (cell)
– 2D : 三角形, 四角形, etc – 3D : 四面体, 六面体, etc
Device Complexity/ Problem Size Moderate Complexity
High # Mesh Cells
FDTD
“I like Frequency Domain”
“I like Time Domain” Personal Preference
FEM / MoM
FDTD
Agilent Technologies Japan Page 3 May 10, 2011
何谓电场・磁场的分析?
电荷保存・磁束保存 高斯 安培 法拉第
电流
电场
电流变化 → 发生磁场 磁场变化 → 发生电场
N
磁场
Maxwell方程式
磁场 S
非电荷移动的电流 （电容器电极之间） →引进变位电流 总结 → Maxwell以方程式记述
1. 2. 3. 传送损失 挿入相位 群迟延
S21
输出接口
S 21 S 22
输入接口
Agilent Technologies Japan
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May 10, 2011
引进S参数的优势
l
反射、通过、其相位变化的信息全都在各周波数之中
S参数表记例 Touchstone档案形式
l l
l
可以连接Cascode 测定较为轻松（S参数测定不须要Open、Short） 其他的Y,Z等参数可变换成数式
MIT型的共鸣型无线供电系统[1]
Agilent Technologies Japan Page 20 May 10, 2011
共鸣型无线供电系统 (1天线导体型)
证明实验模型 确认到距离25 cm传送効率が82 %的成果 螺旋天线 半径 : r = 150 [mm] 导线直径 : a= 2.0 [mm] 导线Gap : p = 5 [mm] 圈数 : n = 5 线圈材质 : 铜
•实测比较
–把握输入到实测环境与电磁场分析的模型・设定上的差异 –完全等价 → 时间、金钱成本的増加
•DUT治具的带宽、治具特性的De-Embedding
–随着用途
•把握倾向 → 把握形状、材质变化所造成的特性变化 •将无法测定的环境性零件的书库化 → 追求与实测的一致性
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Agilent Technologies Japan May 10, 2011
Page 11
I1 S1
I2 S2
I3
[Z].[I]=[V]
Agilent Technologies Japan May 10, 2011
有限要素法 (FEM)
–Full 3D, 频域 –将任意的3次元构造制作 成正确的模型:
•将电场当作未知数来分析 •定义分析空间的境界条件
–周波数应答的分析:
•分析Mesh间的电场 •一口气分析所有Port励振
Agilent Technologies Japan Page 18 May 10, 2011
无线电力传送技术的概要
•实情与现状的问题点
•非接触型电力供给系统、从以前就有开始研究、实用化、其大多为利用 电磁诱导原理的系统、要同时满足传送効率与传送距离面临很大的课题。 近年、MIT提出了「磁气共鸣」这种方式、基于这个理论制作了试作机来 证明高输出、高効率、长距离传送的可能性。其设计必须要有回路理论、 电磁场理论等多种的知识。
l
电场结合型的共鸣型无线供电系统[2]
Agilent Technologies Japan Page 22 May 10, 2011
Agenda
1. 电磁场分析手法的特征 2. 磁气共鸣型电力传送分析事例
2-1. 平面线圈形状的分析例 3D-planar EM Tool的适应 2-2. Meander Line 形状的分析例 3D-planar EM Tool的适应 2-2. 立体线圈形状的分析例 Full 3D EM Tool的适应
电磁谐振型无线电力传送的 电磁场分析案例
Agilent Technologies Japan Page 1 May 10, 2011
Agenda
1. 电磁场分析手法的特征 2. 磁气共鸣型电力传送分析事例
2-1. 平面线圈形状的分析例 3D-planar EM Tool的适应 2-2. Meander Line 形状的分析例 3D-planar EM Tool的适应 2-3. 立体线圈形状的分析例 Full 3D EM Tool的适应
–3D-Planar, 频域 –将平面多层构造剖分为网 格:
•将导体层分割成Mesh •将电流当作未知数来分析 •事先计算多层构造(基板)来制作 模型 (Green’s functions) •将x-y平面当作无限大小的诱电体
B1(r)
B2(r)
B3(r)
–频域分析:
•分析Mesh间的电流 •一次分析所有Port励振
•FEM, FDTD
–任意的3次元形状
连接器 接合线 Package 导波路 3D 天线
Agilent Technologies Japan Page 14 May 10, 2011
电磁场分析工具的选择基准
Response / Analysis Type
•MoM, FEM
–频域的分析
• 拥有高Q特性的Application – RF / MW Filter – 共振器
拥有振幅与相位情报的矩阵
• 将传送线路的特性、用信号的反射成分、传送成分、显示在周波数轴
输入信号
传送信号
2接口的不平衡S参数
反射信号
S21
透镜、陵镜的 意象图
反射系数 → S11,S22
1. 2. Return Lost VSWR(定在波比)
S11
被测定物
S22
S11 S12
3.
复素阻抗
S12
传送系数 → S21,S12
Agilent Technologies Japan Page 19 May 10, 2011
共鸣型无线供电系统 (MIT型)
S A D B
MIT的证明实验模型[1] 确认到距离2.1 m传送効率40 %的成果 A, B Loop线圈 半径 : r = 250 [mm] 导线直径 : a= 3.0 [mm] S,D线圈 线圈长 : a = 200 [mm] 半径 : r = 300 [mm] 导线直径 : a= 3.0 [mm] 圈数 : n = 5.25 线圈材质 : 铜
4. 用Maxwell方程式计算各个 Mesh (cell) 使用的 电磁场
– 频域 : 定常状态を计算 – 时间领域 : 过渡应答を计算
5. 显示分析结果
– S-parameters, TDR, 天线放射模式、电场 磁场分布, etc
Agilent Technologies Japan Page 9 May 10, 2011
Agilent Technologies Japan Page 12 May 10, 2011
有限差分时间领域法 (FDTD)
–Full 3D, 时间领域 –将任意的3次元构造制 作成正确的模型:
•将电场与磁场当作未知数 来分析 •定义分析空间的境界条件
t1
t2
–过渡应答的分析: