伝送線路 — CAE用語解説

いい質問だね。低周波なら配線はただの導体だけど、信号の波長が配線の長さと同程度になると、電磁波の伝搬現象として扱わないといけなくなる。その「電磁波を導く構造」を伝送線路と呼ぶんだ。PCB上のマイクロストリップやストリップライン、同軸ケーブルなどが代表例だよ。

伝送線路の断面形状と誘電体で決まる固有の抵抗値のことだ。DDR4メモリの信号線なら50Ω、差動配線なら100Ωに設計するのが一般的だね。特性インピーダンスが途中で変わると、そこで信号が反射して波形が乱れる。だからインピーダンスマッチングが基板設計の肝になるんだ。

方法は大きく2つある。1つはMaxwell方程式をベースにした3D電磁場シミュレータで、断面の電磁界分布から特性インピーダンスや伝搬定数を求める方法。もう1つは回路シミュレータでSパラメータを使ってネットワークレベルの信号品質を評価する方法だ。

5G通信基地局のアンテナ給電部で、ビアの遷移構造が特性インピーダンスの不整合を起こしてS11（反射）が-10dBを超えてしまった事例があるよ。3D電磁場解析でビア周辺のグランドパッドの形状を最適化して反射を-20dB以下に改善したんだ。実機を試作する前に問題を潰せるのがCAEの強みだね。

そうだね。まずはシンプルなマイクロストリップ線路の特性インピーダンスを計算式と電磁場シミュレーションの両方で求めて比較してみると、理解が深まるよ。