网格地平面的微带线阻抗

陆妹

网格地平面的微带线阻抗

EDA365原创     作者：何平华老师

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网格地平面的微带线阻抗，碎片三分钟，收获一丢丢。

柔性板FPC如何减小弯折半径，要求介质较薄，地平面做成网格状，以减小刚性。如果柔性板还要求控制阻抗，似乎有点小麻烦：Polar SI9000老版本里面没看到网格地平面的阻抗计算模型，新版本V21可算网格阻抗。

HFSS不是路仿真软件，而是基于有限元网格剖分和麦克斯韦方程，求出任意结构的电磁场分布，再输出端口的S参数，与其它阻抗计算软件对比，HFSS根本不用阻抗计算公式，所以是不按套路出牌的降维打击。

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HFSS建模过程

首先，按照带有完整地平面的普通微带线建模就好了，设置边界条件、端口、仿真参数等等。地平面名称为gridingGND。

其次，是如何在地平面上按网格参数挖出N * N个正方形窗口，就形成了网格地平面。这也得分成7个小步骤：

• 先在坐标中心建一个正方形，边长为griding_cut；
• 再沿着X轴正向拷贝20个正方形gnd_cuta，拷贝步长为-griding_Width_gndline - griding_cut，其中griding_Width_gndline为地平面网格栅的线宽；
• 再沿着X轴负向拷贝20个正方形，拷贝步长为griding_Width_gndline+ griding_cut。
• 将上两步形成的全部39个正方形（不是40或42个）布尔加法操作联合成整体，当然名称也是gnd_cuta，这是39个正方形构成的直线阵列；
  
• 再将直线阵列gnd_cuta沿着Y轴正向拷贝20个（步长为拷贝步长为griding_Width_gndline + griding_cut）、沿着Y轴负向拷贝20个（步长为拷贝步长为-griding_Width_gndline - griding_cut），然后也将这39个直线阵列联合成整体，当然名称也是gnd_cuta，于是形成一个39*39个正方形构成的平面阵列；
• 然后将gnd_cuta旋转一个角度angle_gridingGND；
  
  

• 然后再将gridingGND减去gnd_cuta，就形成了如下图所示的完整模型：
  
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为了适应一般的场景，将此模型结构尺寸做了参数化：

注意最后一行：微带线与地平面栅格线的平角是20度，可以改成常规的45度。

上表中所有结构参数都可以自由修改。

仿真S参数

如果按上表中的结构参数建模，再将介质材料设置为HFSS自带的FR4_epoxy，仿真一下看看效果：

       回波损耗dB(S(1,1))指标不算太好。因为模型的端口采用了50欧归一化阻抗。说明网格地平面的微带线采用上表中的结构参数，其阻抗偏离50欧。

那么如何知道这个模型的真实阻抗是多少呢？

数据后处理计算真实阻抗

可以试试修改模型端口的归一化阻抗。将dB(S(1,1))指标调至最优。这个过程是数据后处理过程，不需要重新算电磁场，非常快。

发现如果将模型的两个端口的归一化阻抗调整为59欧时，dB(S(1,1))指标达到最优，0~10GHz以内都能优于24dB：

说明这个网格地平面的微带线的阻抗就是59欧。

归一化阻抗为59欧的Smith圆图如下：

很靠近正中心，说明微带线与59欧阻抗很匹配。

如果想将这个带有网格地平面的微带线的阻抗调整为50欧，可按照常规方法调整微带线线宽、介质层厚度之外，也可调整栅格的正方形大小、栅格线的线宽来微调。

最后看一眼这个带有网格地平面的微带线的回流路径，支离破碎：

与完整地平面相比，网格地平面的回流路径有向外漫沿成份，估计网格地平面可能有EMC风险。

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出品｜EDA365

作者｜何平华老师

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