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Forum: HF, Funk und Felder Dünnschichtwiderstand Simulation mit CST


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Autor: Moody (Gast)
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Moin liebe Freunde der Sonne,

ich versuche einen TFR (Thin Film Resistor) in CST zu simulieren. Dabei 
geht es darum Widerstände herzustellen.

Für den gezeigten 200 Ohm Widerstand verwende ich "Ohmic sheet" (100 
OPS)bei einer Dicke von 2um und als Substrat Rogers (er= 3.55).
Der Abschluss hat eine Wellenimpedanz von 50 Ohm 
(Kupfer-Microstripline).
Die Transmission liegt im Bereich -30dB - -60dB und ist somit viel zu 
gering.
Der Background ist normal und die Boundaries sind open.
Das Seltsame ist, dass selbst bei einer kompletten Abdeckung der 
Widerstandsschicht mit Kupfer ich kaum Transmission erhalte.
Hat jemand hierbei schon Erfahrung gemacht?

Beste Grüße

Autor: Tobias P. (hubertus)
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Hi Moody,
Wenn der abackground Normal ist, dann fehlt meiner Meinung nach die 
Massefläche - was du da gebaut hast, sind dann keine Microstrips.
Setze die Boundary Conditions überall auf PEC, und oben auf 'open (add 
space)'. Dann sollte es funktionieren.

Gruss
Tobias

Autor: Moody (Gast)
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Oh Entschuldigung, da habe ich zweimal das selbe Bild hochgeladen. Unten 
habe ich noch eine Massefläche hinzugefügt, was man auf den anderen 
Bildern nicht erkennt.

Autor: Tobias P. (hubertus)
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ich würd die Ports als 'full plane ports' definieren. Oben hast du 'open 
(add space)'?

Autor: Moody (Gast)
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bei Zmin habe ich electric. Der Rest ist open ohne "add space". Meinst 
du mit 'full plane ports', plane wave ports ? Diese sind Waveguide 
ports.

Autor: Tobias P. (hubertus)
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mach mal mit 'add space' bitte. Ich simuliers nachher auch noch schnell 
;-)

Autor: Moody (Gast)
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Ich habe jetzt bei Z_max add space hinzugefügt. Zusätzlich habe ich 
jetzt zwei Meshzellen auf der Höhe der Widerstandsschicht, anstatt 
einer.

Autor: Name H. (hacky)
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>Das Seltsame ist, dass selbst bei einer kompletten Abdeckung der
Widerstandsschicht mit Kupfer ich kaum Transmission erhalte.

Also die Leiterbahn aus durchgehend solidem Kupfer laesst auch nichts 
durch ?  Schau dir mal die Gitterung an. Macht die sinn ?

Schau dir doch mal die Felder an, dann ist vielleicht ersichtlich wo die 
Leistung hingeht. Ich weurd sagen, sie wird abgestrahlt.

Autor: Moody (Gast)
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Gorch F. schrieb:
> Also die Leiterbahn aus durchgehend solidem Kupfer laesst auch nichts
> durch ?

Jawohl, selbst wenn die Widerstandsschicht als 0 eingestellt wurde. Das 
Feld der Portmoden ist jeweils in Ordnung.
Bei der Gitterung bin ich mit nicht sicher, wonach kann ich diese 
bewerten?

Autor: Name H. (hacky)
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Wieviele Gitter Zellen sind's denn ?

Eine Dicke von Null geht natuerlich nicht. Mach mal die Trace alles 
Kupfer, Ohne widerstand, und zB 50u dick. Und dann schau dir die 3D E- & 
H-Felder an. Ich arbeite jeweils im Timedomain Solver.

Und dann schauen wir den Widerstand an. Dh die Felder mit dem widerstand 
wieder drin.

: Bearbeitet durch User
Autor: Tobias P. (hubertus)
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So wie versprochen hab ich das kurz nachgebaut.

Habe mal RO4350B der Dicke 0.5mm genommen und einen Microstrip der 
Breite 1.1mm simuliert. Die Ports habe ich als 'full plane' verwendet, 
denke aber, das sollte keinen grossen Unterschied machen.

Habe sowohl den FD als auch den TD solver benutzt, wobei der FD 
wesentlich schneller läuft. Beide liefern die selben Resultate, wenn du 
kannst würde ich also den FD-Solver benutzen.

Zudem habe ich noch 'normalise Impedance to 50 Ohms' angehakt, dann 
passt es ziemlich gut.

Autor: Tobias P. (hubertus)
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Hier mal noch mit einem eingebauten Widerstand. Es schient zu 
funktionieren ;-)

Wichtig: ich habe unten keine Massefläche hin gemalt, sondern diese wird 
durch die Boundary Conditions gebildet.

Autor: Moody (Gast)
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Die S-Parameter ganz ohne Widerstandsschicht waren soweit angemessen.

Das mit den E/H Feldern spare ich mir für Montag auf, per Remote von 
zuhause ist mir das zu langsam. Ich versuche es jetzt nochmal mit full 
plane und ca. 95.000 Mesh-Zellen.

Ich habe nach dem Einsatz von deutlich mehr Mesh-Zellen gemerkt,dass das 
Ergebnis auf jeden Fall mehr mit der Realität zu tun hat als alles 
andere davor.


Tobias P. schrieb:
> Wichtig: ich habe unten keine Massefläche hin gemalt, sondern diese wird
> durch die Boundary Conditions gebildet.

Wieso kann man das so einfach machen ?

Autor: Tobias P. (hubertus)
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Moody schrieb:
> Wieso kann man das so einfach machen ?

wieso sollte das nicht gehen? Das geht natürlich nur, wenn unten auch 
wirklich nur 1 Massefläche ist. Du siehst in meinem Beispiel ja, dass es 
geht. Die Breite des 50 Ohm Microstrips habe ich mittels Txline (AWR) 
berechnet, der Port Mode Solver gibt 49.... Ohm für die Line Impedance 
an, also mehr als ausreichend genau :-)

95000 Mesh-Zellen? ich weiss nicht mehr, wie viele ich hatte. Mir 
erscheint das aber als viel. Bei mir ist die Simulation in <1min durch 
gelaufen. So ein einfaches Problem müsste eigentlich nicht viele Zellen 
benötigen. Über die Breite des Microstrips sind es ja ca. 10 Zellen, 
wenn man im Screenshot zählt. Passt.

Autor: Moody (Gast)
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Tobias P. schrieb:
> wieso sollte das nicht gehen? Das geht natürlich nur, wenn unten auch
> wirklich nur 1 Massefläche ist.

Würde es dann nicht ausreichen, wenn nur unten Et=0 eingesetzt wird? 
Verstehe nicht so ganz, wieso du an den Seitenwänden auch diese 
Randbedingung angegeben hast. Mich würde auch interessieren welche Maße 
dein Widerstand hat.

Wie hast du deine Mesh-einstellungen gesetzt,sodass du über die Breite 
der Microstripline eine höhere Mesh-dichte hast?

Autor: Tobias P. (hubertus)
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Moody schrieb:
> Würde es dann nicht ausreichen, wenn nur unten Et=0 eingesetzt wird?
> Verstehe nicht so ganz, wieso du an den Seitenwänden auch diese
> Randbedingung angegeben hast.

würde schon genügen, aber
a) macht es keinen grossen Unterschied, behaupte ich jetzt mal (habe es 
nicht verifiziert)
b) 'open' oder 'open add space' verlängert die simulationszeit sehr
c) die Baugruppe könnte ja in ein Gehäuse eingebaut werden, dann hast du 
ja auch wieder Metallwände

Die Mesheinstellung habe ich auf dem Standardwert belassen mit 10 Zellen 
pro Wellenlänge. Zudem war Adaptive Mesh Refinement aktiviert.

Autor: Markus (Gast)
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How to Simulate an SMD Resistor? --> siehe Anhang

Autor: Moody (Gast)
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Meine Ergebnisse sind jetzt hinsichtlich der Transmission definitiv 
besser geworden, bei hohen Frequenzen ist diese immer noch recht 
schlecht.
Für sehr niedrige Frequenzen komme ich aber schon näherungsweise auf die 
richtigen Widerstandswerte.

In den nächsten Tagen werde ich diesen Aufbau nachbauen und schauen, was 
meine Ergebnisse sind.

Autor: Eric H. (eric_1)
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das ist hoch interessant was ihr hier macht!!

Könntet ihr, wenn die Simulation stabil läuft, einmal die S-Parameter 
posten von ganz normalen SMD-Rs so wie man sie bei mouser, digikey oder 
bei den Chinesen kaufen kann./0201, 0402, 0603 /

Solche parasitics Daten findet man nämlich für obige Rs nicht, man 
findet sie  nur für die sehr teuren Vishay 40-50GHz Typen
Hier was man bei Vishay findet
https://www.vishay.com/docs/60107/freqresp.pdf

Besonders interessieren würde mich, wie sich die parasitics ändern, wenn 
man Widerstände mit Dünnfilm nach unten auf eine Leiterbahn lötet, im 
Vergleich zum normalen auflöten.
Erstellen möchte ich eine Tabelle wie Table 1 in der Publikation.

Das Modell aus den S-Paramatern (.s2p-Format)zu extrahieren könnte ich 
selbst

Wäre schön wenn das klappen könnte :-)

Eric
PS: ich habe leider kein CST oder Zugang zu selbigem

Autor: Tor Fstock (Gast)
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Die SMD Widerstande kann man nicht simulieren, da man die Struktur nicht 
kennt. Da wird ein Metallfilm auf einen Keramikkoerper aufgedampft, und 
mit dem Laser soviel weggebrannt, dass es passt. Dann mäandert der Film 
eben etwas vor sich hin und ist irgendwie induktiv. Da bleibt nur 
messen, und hoffen, dass Komponenten von derselben Rolle aehnliche Werte 
besitzen.

Autor: EMU (Gast)
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Tor Fstock schrieb:
> Die SMD Widerstande kann man nicht simulieren

das stimmt schon was Du schreibst, drum werden ja bei den 
40GHz-Widerständen auch nur die Ränder in Stufen belasert und es werden 
keine Schnitte (quer) oder "Haken" eingelasert

Dennoch wäre die obige Frage eines "idealen films" mit seinen parasitics 
in wrap oder flip Konfiguration interessant zu kennen
Wenn das mal einer simuliert wäre das nicht schlecht
EMU

Autor: ~Mercedes~ (Gast)
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40 Gigaher(t)z!!  ;--O

Kann man sowas als Bastler überhaupt noch beherrschen?
Was nimmt man denn da als aktives Element?
Gunndioden??

mfg

Autor: EMU (Gast)
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~Mercedes~ schrieb:
> 40 Gigaher(t)z!!  ;--O

naja, man lässt ja dabei die Kirche im Dorf, und nimmt die "guten" 
Widerstände bei 18GHz weil sie weniger parasitics haben

~Mercedes~ schrieb:
> Kann man sowas als Bastler überhaupt noch beherrschen?
> Was nimmt man denn da als aktives Element?

Man bekommt heute durch Travelling Wave Verstärker/distributed 
amplifier/ Kettenverstärker bis 30GHz und höher
Hier Marki bis 26.5GHz
https://www.markimicrowave.com/amplifiers/amplifiers-products.aspx#lo-driver-surface-mounts

EMU

Autor: Moody (Gast)
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Kleines Update:

Die Verluste in der Simulation über der Widerstandsschicht,die noch von 
Kupfer bedeckt unter der Mikrostreifenleitung liegt, waren immer noch zu 
groß. Erste Messungen mit dem Network Analyzator (DNA) ergaben Hinweise, 
dass diese Verluste in diesem Ausmaße real nicht existent sind.

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