Transmission Line Calculatorの使い方

QucsStudioのTransmission Line Calculatorは、電子回路設計における伝送線路の特性インピーダンスを計算するのに非常に便利なツールです。この記事では、マイクロストリップラインの特性インピーダンスの計算方法を、実際の数値を用いて説明します。

ステップ1: QucsStudioの起動とツールの選択

まず、QucsStudioを起動し、ツールバーの「Tools」メニューから「Line calculation」を選択します。

ステップ2: マイクロストリップラインのデータ入力

マイクロストリップラインの特性インピーダンス計算のために、以下のデータを入力します：

• 誘電率（ε_r）: この例では、誘電率をFR4＝ 4.5 とします。
• 誘電正接（tanδ）: 誘電体による損失を考慮しない場合は 0 とします。
• 抵抗率（Resistivity): ここでは 0.0001 （銅の抵抗）とします。
• 透磁率（Conductor μ_r): 銅の透磁率0.999994 とします。
• 導体表面粗さ（Roughness):今回は0.1μmとします。
• 導体厚さ（T):20μm
• 導体高さ（H):500μｍ

これらの値を入力した後、次の寸法を設定します。

ステップ3: 寸法の入力

シミュレーションしたいPCBパターンの寸法を入れます。ここでは例として、以下の値を使用します：

• 幅: 1.0 mm
• 長さ: 100 mm

ステップ4: 結果の確認

入力したデータに基づいて、QucsStudioは即座に特性インピーダンスの計算結果を表示します。今回の例では47.5176Ωという結果になりました。

ステップ5: 計算結果の使用

計算結果は「Copy Component to Clipboard」をクリックすることでコピーでき、これを回路シミュレーションに利用することが可能です。

番外

Transmission Line Calculatorで設計できる伝送線路は以下の通りです。

伝送線路の種類と特徴

1. Microstrip Line (マイクロストリップライン)
   • 特徴: 一方の面が導体、他方が誘電体基板で、上面に狭い導体ストリップがある構造。高周波アプリケーションに適しており、設計が比較的簡単。
2. Stripline (ストリップライン)
   • 特徴: 誘電体基板の中に完全に埋め込まれた導体ストリップ。外部の電磁干渉に対する耐性が高い。
3. Coplanar Waveguide (コプレーナーウェーブガイド)
   • 特徴: 同一面上にある中央の導体ストリップと、両側の接地面で構成。低損失で、高周波アプリケーションに適用。
4. Coplanar Waveguide with Backside (背面付きコプレーナーウェーブガイド)
   • 特徴: 通常のコプレーナーウェーブガイドに加え、裏面に接地面がある。高い遮蔽効果を持つ。
5. Slotline (スロットライン)
   • 特徴: 導体板に狭いスロットを持ち、その端を開放した構造。非対称な伝送特性を有する。
6. Coaxial Cable (同軸ケーブル)
   • 特徴: 内部導体と外部導体（シールド）の間に誘電体がある。広帯域で安定した特性を持つ。
7. Twisted Pair Cable (ツイストペアケーブル)
   • 特徴: 2本の銅線をねじり合わせたケーブル。電磁干渉に対する耐性があり、通信用途に広く使われる。
8. Rectangular Waveguide (長方形波導管)
   • 特徴: 長方形の断面を持つ導波管。特定の周波数帯でのみ伝送が可能で、主にマイクロ波で使用。
9. Coupled Microstrip Line (結合マイクロストリップライン)
   • 特徴: 互いに影響を及ぼす複数のマイクロストリップライン。フィルターやバランス変換器などに使用。
10. Coupled Strip Line (結合ストリップライン)
    • 特徴: 互いに近接したストリップライン。結合特性を利用してフィルタやカプラーに用いられる。
11. Coupled Coplanar Waveguide (結合コプレーナーウェーブガイド)
    • 特徴: 近接した複数のコプレーナーウェーブガイド。結合効果を利用したデバイスに適用。
12. Coupled Coplanar Waveguide with Backside (背面付き結合コプレーナーウェーブガイド)
    • 特徴: 背面接地面を持つ結合コプレーナーウェーブガイド。高い遮蔽効果と結合特性を持つ。