Implementation and Test of a 2D-integral-equation MoM-algorithm for the Analysis of Power-Bus Structures on Printed Circuit Boards

Abstract

Tato práce se zabývá analýzou power-bus struktur využitím metody založené na formulaci problému 2D hraniční integrální rovnicí ve frekvenční oblasti. Uvedená metoda byla implementována v Matlabu. Program umožňuje analyzovat obecné polygonální power-bus struktury s možností nastavení parametrů substrátu a libovolného počtu a umístění budících portů. Výstupem programu je frekvenční závislost rozložení elektrického pole mezi deskami struktury, vztahy mezi porty struktury vyjádřené např. impedanční maticí a vyzařovací diagram. Dále byla implementována možnost převodu výsledné impedanční matice do tzv. Touchstone formátu, pomocí něhož je možné modelovat analyzované struktury jako obecné N-porty (např. v ANSOFT Designeru), což umožňuje analýzu power-bus struktur s dalšími obvodovými prvky. Výsledky byly ověřeny pomocí existujících analytických vztahů pro jednoduché obdélníkové struktury, využitím komerčního simulačního programu a praktickým experimentem.

This work is focused on the analysis of power-bus structures on printed circuit boards using the solution algorithm based on 2D-integral-equation formulation in the frequency domain. The algorithm is implemented in Matlab and is capable to analyze the parallel-plate structure with arbitrary material parameters, polygonal shape and number of ports. As output the program provides the frequency dependent voltage distribution between the plates, voltage/current relations between the ports and the radiation diagram of the structure. In order to simulate populated power-bus structures, the resulting Z-matrix can be converted into the so-called Touchstone Format file, which allows us to embed the power-bus structure into a network analysis (e.g. in ANSOFT Designer). All results are validated using the existing analytical solution for the rectangular structure, using a full-wave solver and by practical experiment.