LineCalc & Libra 軟體教學

國立中山大學電機系 射頻微波實驗室研究生 韓府義Tel. 07-5252000-4119Web. http://mcl.ee.nsysu.edu.twRF & Microwave Lab.

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大綱LineCalc 模擬軟體簡介LineCalc & Libra 介面操作範例：設計微帶傳輸線練習實作範例

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簡介EESOF3 為 HP 公司發展用以電路在微波頻段下，用以模擬電路響應之軟體。 EESOF3 軟體包含兩個部分；一為 LineCALC 用以分析有關微波電路之物理及電性參數，如微帶線之長寬；另一為 TOUCHSTON ，用以模擬所設計微帶線之相關反應。 LINECALC 可用以求微帶線之相關參數，給定相關基板資訊，已知其物理參數，可求其電性參數，反之亦然 。 Touchstone 則可用於微波電路特性的模擬，以驗證設計之正確性。現行微波電路模擬的軟體種類相當多，如 Libra 、 AWR Microwave Office 、 Ansoft Designer 以及 Agilent ADS ，其核心語法與結構仍與 EESOF3 相同。

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微帶線 (Microstrip) 結構

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LineCalc 軟體簡介 I.

☆. 執行：在 EESOF3 所在之目錄中，鍵入” linecalc”並按 ENTER ，即可進入 LINECALC ；首先出現版權畫面，按任意鍵即進入 linecalc ，如左圖所示。☆. 退出：按” Shift+F10”即可退出，退出之前， LINECALC 會在左上角出現下列訊息：“ Are you sure ?”若要退出按” Y” ，繼續操作按 "N"“Save data” 儲存現在畫面中參數狀態，按” Y” ，否則按” N” 。

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LineCalc 軟體簡介 II.LineCalc 之工作視窗共分為 5 個部分，如下圖所示：

狀態列共用參數列物理參數列電性參數列功能鍵列

切換： F7

切換： F2

☆. 狀態列：有兩行，顯示目前工作狀態、元件資訊 及錯誤訊息提示。

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LineCalc 軟體簡介 III.☆. 共用參數列： 共用參數可設定一共用之物理參數，如基板參數，共用參數列之參數會影響物理及電性參數列之結果，設定項目隨元件形式不同而不同。下表為常用之微帶線共用參數，如需進一步說明，參閱 L

ineCalc 使用手冊 PP.3-4~3-5 。MSUB基板參數

H ：基板厚度T ：金屬厚度 RHO ： metal resistivity/gold

RGH： rms surface roughness/length

TAND： loss tangent

DIM ：尺寸單位 ANG ：角度單位 (DEG, RAD) FREQ ：操作頻率LNG ：長度單位 (mm, mil) FREQ： Hz, kHz,MHz,GHz

ER ：介電常數 r

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LineCalc 軟體簡介 IV.☆. 物理參數列： 在工作頻率下，配合電性參數所計算出之為帶線尺寸， W 為寬度， L 為長度。除微帶線外，亦有許多種結構供選擇，當游標在此參數列時按” Shift+F2” 即出現圖二之選項，各項所代表之詳細內容參考使用手冊 PP.3-6~3-7 。☆. 電性參數列： 微帶線之相關電氣特性，以微帶線為例： Z0 為微帶線之 阻抗值， E(eff) 為微帶線之有效電長度，單位為 DE

G 之角 度， Keff 為有效介電係數， A,dB 為電路之衰減。其他微 帶元件之相關形式，詳細內容參考手冊 PP.3-8~3-9 。

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LineCalc 軟體簡介 V.☆. 功能鍵列： 共分為兩列，底下一列直接按鍵盤上 F1~F10 ，上面一列需配合 <Shift> 鍵使用。

快 速 鍵 功 能 Help <F1> 求助 ParEd <F2> 共用參數與物理（電性）參數欄切換 Inc1 <F3> 游標所在參數增加 1% Inc10 <F4> 游標所在參數增加 10% Dcr1 <F5> 游標所在參數減少 1% Dcr10 <F6> 游標所在參數減少 10% An/Sy <F7> 物理參數與電性參數欄切換 Calc <F8> 執行計算 Title <F9> 版權宣告畫面

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LineCalc 軟體簡介 VI.

快 速 鍵 功 能 Typw <Shift+F1> 循環方式切換傳輸線形式 Menu <Shift+F2> 將所有傳輸線形式列表供選擇 Undo3 <Shift+F3> 復原游標所在數值增加的 1%( 與 F3 相對 ) Undo4 <Shift+F4> 復原游標所在數值增加的 10%( 與 F4 相對 ) Undo5 <Shift+F5> 復原游標所在數值減少的 1%( 與 F5 相對 ) Undo6 <Shift+F6> 復原游標所在數值減少的 10%( 與 F6 相對 ) PrtSc <Shift+F7> 印出現行視窗 SDpth <Shift+F8> 在狀態列顯示集膚深度Stop <Shift+F9> 退出

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Libra – LineCalc 工作環境將 D:\EESOFWIN\BOOT\LINECALC.DAT複製到 C:磁碟下，讓 LineCalc 可以抓取其套件。滑鼠雙擊 D:\EESOFWIN\PROGRAM\LINECALC.EXE執行檔，即可開啟 Libra-LineCalc 之工作環境。開啟 Libra-LinCalc後，會出現找不到 Key 的訊息，如下視窗，不必理會。

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Libra – LineCalc 工作環境

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Libra – LineCalc 工作環境

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Libra – LineCalc 工作環境

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Libra – LineCalc 工作環境

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Libra – LineCalc 工作環境

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Libra – LineCalc 工作環境

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單元二 微帶傳輸線模擬範例：設計以為 FR4 基板，厚度 1.6mm ，工作頻率 750MHz 之 50歐姆微帶線。

如圖：在共用參數區，將基板參數輸入，供計算微帶使用；在電性參數區輸入所需微帶線之參數，即可得 1.6mm 之 FR4 基板工作在 750MHz 時， 50歐姆微帶線之線寬為 2.91mm ；電氣長度 90 度時，微帶線之長度為 53.18mm 。

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基版厚度之影響將基板厚度改變為 0.4mm ，由下圖可得：微帶線線寬變為 0.73mm ，長度改變不大。

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介電係數之影響改變基板材質為介電係數 9.9 的 Ceramic ，由下圖可得：微帶線線寬變為 1.54mm ，且微帶線長度改變。

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工作頻率之影響改變工作頻率為 1GHz ，由下圖可得：微帶線線寬變為 1.54mm ，長度改變為 29.01 。可見頻率越高微帶線線寬越小。

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練習練習一： FR4玻纖雙面感光版 ( ) ，厚度 1.6mm 。

(1) 設計一 50Ω 微帶線工作在 2.45GHz ，長度 ； (2) 設計 120Ω 微帶線工作在 750MHz ，長度 λ

答案： (1)W=2.92 ， L=16.17(mm) (2)W=0.65(mm) ， L=223.22(mm)

練習二：同上題，若已知：工作在 2.45GHz 之微帶線，其長度為 16.7mm ，寬度為 1.34mm ，求此一微帶線之阻抗值及電氣長度。答案： Z0=75Ω ， E=1/4 λ

0 ,014.0 ,7.4 RGHRHOr

4

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練習練習三：如將作業一、二之基板改為如下所示，則答案為何？

(1) Ceramic ( ) (2) TeFLON ( ) (3) Silcon ( )

0001.0 ,9.9 r0003.0 ,2.2 r

015.0 ,9.11 r

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50歐姆微帶線製作與損耗測量分別在基板厚度 1.6mm和 0.8mm ，製作中心頻率 2.4GHz ，長度為 70mm 的 50Ω 微帶線。 (FR4 玻璃纖維雙面感光電路板，規格 εr=4.7 ， Loss tangent δ=0.014)

H=0.8mm : W= 1.44mmH=1.6mm : W= 2.91mm

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分析

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9-1.6

-1.4

-1.2

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.8mm insertion loss1.6mm insertion loss

Freq GHz

dB

Simulation 損耗原因 :Dielectric Loss: Np/m

Conduct Loss: Np/m , where

Return Loss : 阻抗的不匹配 .。

)1(2tan)1(0

re

erdk

WZRs

c0

2/0wRs

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實際電路量測

越高頻的電路基板厚度越薄， 損耗越小。

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實際電路量測實際測量 功率差值 ( in dBm)

  0.5GHz 2.4GHz 5.2GHz 8GHz

1.6mm 0.119 0.612 1.260 1.945

0.8mm 0.115 0.588 1.255 1.702