Современная электроника №6/2026

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 5 WWW.CTA.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 6 / 2026 Рис. 2. Трёхмерная модель CPW-структуры в Ansys HFSS с заданными портами Wave Port Таблица 1. Параметры исследуемой CPW-структуры Параметр Значение Тип линии CPW (без экран- ной земли снизу) Подложка GaAs, Er = 12,9; tan δ = 0,0006 Толщина подложки (H) 100 мкм Металлизация Au, σ = 45 МСм/м Толщина металла (T) 2 мкм Ширина центрального проводника (W) 65 мкм Зазор до опорной плоскости (G) 45 мкм Длина проводника (L) 2 мм Целевое волновое сопротивление 50 Ом Частотный диапазон 1–50 ГГц сти снизу (без нижней металлиза- ции, так называемый CPW with No Bottom Ground Plane). Данная кон- фигурация является типовой для СВЧ МИС на подложках из полупроводни- ковых материалов. Параметры моде- ли приведены в табл. 1. Высокое значение относитель- ной диэлектрической проницаемо- сти GaAs (εr ≈ 12,9) обусловливает повышенную концентрацию элек- тромагнитного поля в подложке и усиливает частотную дисперсию эффективной диэлектрической про- ницаемости, что представляет допол- нительный интерес с точки зрения проверки точности квазистатиче- ских методов [1]. Методика моделирования Расчёт в SimPCB Lite В системе SimPCB Lite выбран тип линии Coplanar Waveguide; параме- тры материалов и геометрии зада- ны в соответствии с табл. 1. Частот- ный анализ проводился в диапазоне 1–50 ГГц. Для расчёта электрических характеристик CPW SimPCB Lite при- меняет метод граничных элементов (BEM) (рис. 1). В отличие от объёмно- го разбиения сетки, характерного для МКЭ, BEM оперирует исключительно на границах раздела сред: поверхно- стях проводников (сигнального про- водника и заземляющих полосков) и на граничной поверхности раз- дела металлизация – GaAs – воздух. Задача Лапласа для электрического потенциала сводится к поверхност- ному интегральному уравнению; дис- кретизация объёма диэлектрика при этом не производится [2]. Данный подход обеспечивает высо- кую скорость расчёта (менее несколь- ких секунд), что принципиально важно при параметрической опти- мизации. Вместе с тем квазистати- ческая природа метода накладывает ограничения на точность при высо- ких частотах, когда длина волны в диэлектрике становится сопостави- мой с поперечными размерами струк- туры. Расчёт в Ansys HFSS В Ansys HFSS построена трёхмерная модель отрезка линии, геометриче- ски идентичная структуре, заданной в SimPCB Lite. Возбуждение осущест- вляется через Wave Port на торце- вых гранях модели. Частотный ана- лиз выполнен в диапазоне 1–50 ГГц с адаптивным уточнением сетки МКЭ. Полное время расчёта, вклю- чая построение и сходимость сетки, составило 5–10 минут. Результаты, полученные в HFSS, приняты в каче- стве эталонных для данного сравни- тельного анализа (рис. 2). Результаты и сравнение Волновое сопротивление В табл. 2 и на рис. 3 представле- но сравнение значений волнового сопротивления Z 0 , рассчитанных в SimPCB Lite и Ansys HFSS в зависи- мости от частоты. SimPCB Lite демонстрирует высо- кую точность расчёта волнового сопротивления. Максимальное откло- нение не превышает 0,89% (0,45 Ом) на частоте 50 ГГц. Характерно, что систематическое смещение ~0,4 Ом