Projetando e simulando um acoplador direcional no Ansoft Designer
Hoje, vamos aprender a projetar e simular um acoplar direcional de seção única em microfita utilizando o Ansoft Designer SV, uma versão gratuita do simulador de RF. Durante minhas aulas de micro-ondas, tive que usar muito este simulador — visto que a grande maioria é paga — e encontrar material para o mesmo se tornou uma tarefa árdua. Então vamos lá!
Parte 1— Convenção de numeração de portas do acoplador direcional
A convenção de numeração de portas utilizada é mostrada na Figura abaixo. Nela, vemos que a porta 1 é a porta de entrada, a porta 2 é a porta direta, a porta 3 é a porta acoplada e a porta 4 é a porta isolada.
Parte 2— Projetando a linha de microfita acoplada
Ao abrirmos o programa, temos a seguinte tela de início. Nela, temos a opção de criar um projeto a ser análise em termos da teoria eletromagnética ou pela teoria de circuitos elétricos. A última na maioria das vezes será mais simples e portanto será utilizada no presente texto.
Na aba “Projects” clique em “Insert Circuit Design” de modo a criar um projeto a ser analisado por meio da teoria de circuitos elétricos.
Em seguida, a janela de escolha do tipo de layout é aberta. Nela, podemos escolher o formato do nosso projeto (microfita, linha de fita, PCI, etc ), além do tipo de dielétrico. Não é uma escolha obrigatória.
Com isso a tela inicial de projeto será aberta.
Em seguida, na aba “Circuit” selecionamos a opção “TRL” (Transmission Line) — Microstrip — CPL (Coupled Lines).
Em seguida, selecionamos o tipo de substrato, o qual pode ser o mesmo previamente escolhido, ou então um substrato inserido pelo usuário.
A janela de projeto de linha de microfita acoplada será então aberta. Nela, podemos inserir os parâmetros físicos e obter parâmetros elétricos (Analysis), ou então inserir os parâmetros elétricos e obter as dimensões da linha (Synthesis). No exemplo abaixo, os parâmetros elétricos foram inseridos, onde Z0 é a impedância característica da linha, K é o fator de acoplamento e E é o comprimento elétrico. A frequência de operação do acoplador é de 3 GHz.
Clicando em “Synthesis” , vemos que os parâmetros físicos do acoplador nos são fornecidos. Desse modo, clicando em “OK”, temos nossa linha de microfita acoplada.
Selecione o ícone “Interface Port”, indicado na figura abaixo. Com isso a janela “Port Definition” é aberta e podemos configuras as portas de entrada e saída de nosso acoplador.
Na janela “Port Definition”, clique em “Microwave Port” atentando-se para a numeração das portas. Em seguida, escolha a impedância de entrada de cada porta de modo que sejam iguais à impedância característica da linha (portas casadas).
O resultado deve ser próximo ou igual ao mostrado na Figura abaixo, onde vemos a linha de microfita acoplada e as quatro portas — -entrada, direta, acoplada e isolada.
Parte 3 — Obtenção do Layout do acoplador em microfita acoplada
Na aba “Circuit”, selecionamos a opção “Layout Editor”.
Desse modo, podemos visualizar a linha de microfita acoplada criada.
Parte 4— Simulando o acoplador em microfita acoplada
Para que uma simulação seja realizada, devemos antes configurar um tipo de análise. Uma das possíveis formas de fazer isso é clicando no nome do circuito, na aba “Circuit” — “Add Solution Setup…”
Com isso a seguinte janela será aberta.
Selecionamos a variável F e clicamos em “Edit”.
Selecionamos então a faixa de frequência, inserindo a frequência inicial, a frequência final e o valor de cada passo. Por fim, clicamos em “Add” para adicionar a varredura de análise.
Clicando em “OK’, finalizamos a criação da análise. O próximo passo consiste em selecionar a opção “Analyze”, de modo que o programa realize a simulação no plano de fundo.
Vamos agora obter os resultados da simulação. Para isso, na aba “Circuit”, selecionamos a opção “Create Report”.
Com isso, a janela de criação dos resultados é aberta. Definimos o tipo de saída de dados que queremos — no exemplo foi escolhido um gráfico em coordenadas retangulares — e clicamos em “OK”,
A janela “Traces” é então aberta, onde podemos escolher quais variáveis e parâmetros queremos plotar. No exemplo, vamos determinar os parâmetros de espalhamento (Parâmetros S) em decibels (dB).
Com isso, o gráfico solicitado é plotado e podemos analisar as curvas.
Como pudemos ver, o Ansoft Designer SV, apesar de limitado possui diversas ferramentas que auxiliam no entendimento e análise de conceitos de RF. Para aqueles que se interessarem, podem baixá-lo clicando aqui. Por hoje é só, espero que tenha sido útil. Um abraço e até a próxima, pessoal!
