基于HFSS的滤波器设计流程

滤波器设计流程 滤波器设计流程 1 确定设计指标要求 2 查阅资料 确定形状 3 建模 仿真 4 优化结果 5 版图 加工 测试 本例设计一个带通滤波器 通过微带线结构实现 工作 频率覆盖 5 4GHz 6 2GHz 选用基板材料为 Rogers 4350 其 相对介电常数为 3 66 厚度为 h 0 508mm 金属覆铜厚度 h1 0 018mm 表 1 模型初始尺寸 设计步骤 以 HFSS13 0 为例 一一 开始开始 一 建立工程 1 在 HFSS 窗口中 选择菜单 File New 2 从 Project 菜单中 选择 Insert HFSS Design 二 设计求解模式 W1 0 8mmL1 7 2mmh 0 508mm h1 0 018mmS1 0 14mmS2 0 6mm L2 7 1mmW2 1 1mmW0 1 1mm L0 5mma 6mmb 17mm 1 选择菜单 HFSS Solution Type 2 在 Solution Type 窗口 选择 Driven Modal 点击 OK 二二 建立建立 3D3D 模型模型 一 定义单位并输入参数表 1 选择菜单 Modeler Units 2 设置模型单位 mm 点击 OK 3 选择菜单栏 HFSS Design Properties 再弹出的窗口中 点 ADD 添加参量 将上面模型的参数表中的变量全部添加进 去 如下图 二 创建金属板 R1 1 在菜单栏中点击 Draw Box 创建 Box1 2 双击模型窗口左侧的 Box1 改名为 R1 再点击 Material 后面按钮 选择 Edit 选择 Copper 点击确定 3 双击左侧 R1 的子目录 Createbox 修改金属板大小及厚度 Position 输入坐标 0mm 0mm 0mm 金属板长 L1 7 2mm 宽 W1 0 8mm 厚 h1 0 018mm 点击确定 三 创建金属板 R1 1 1 在菜单栏中点击 Draw Box 创建 Box2 2 双击模型窗口左侧的 Box2 改名为 R1 1 再点击 Material 后面按钮 选择 Edit 选择 Copper 点击确定 3 双击左侧 R1 1 的子目录 Createbox 修改金属板大小及厚 度 Position 输入坐标 W1 S1 0mm 0mm S1 0 14mm 金属板长 L1 7 2mm 宽 W1 0 8mm 厚 h1 0 018mm 点 击确定 四 创建金属板 R2 1 在菜单栏中点击 Draw Box 创建 Box3 2 双击模型窗口左侧的 Box3 改名为 R2 再点击 Material 后面按钮 选择 Edit 选择 Copper 点击确定 3 双击左侧 R2 的子目录 Createbox 修改金属板大小及厚度 Position 输入坐标 W1 S1 L1 0mm 金属板长 L2 7 1mm 宽 W2 1 1mm 厚 h1 0 018mm 点击确定 五 创建金属板 R3 1 在菜单栏中点击 Draw Box 创建 Box4 2 双击模型窗口左侧的 Box4 改名为 R3 再点击 Material 后面按钮 选择 Edit 选择 Copper 点击确定 3 双击左侧 R3 的子目录 Createbox 修改金属板大小及厚度 Position 输入坐标 W1 W2 S1 S2 L1 0mm S2 0 6mm 金属板长 2 L2 14 2mm 宽 W2 1 1mm 厚 h1 0 018mm 点击确定 六 创建金属板 R4 1 在菜单栏中点击 Draw Box 创建 Box5 2 双击模型窗口左侧的 Box5 改名为 R4 再点击 Material 后面按钮 选择 Edit 选择 Copper 点击确定 3 双击左侧 R4 的子目录 Createbox 修改金属板大小及厚度 Position 输入坐标 W1 2 W2 S1 2 S2 L1 L2 0mm 金 属板长 L2 7 1mm 宽 W2 1 1mm 厚 h1 0 018mm 点击 确定 七 创建金属板 R5 1 在菜单栏中点击 Draw Box 创建 Box6 2 双击模型窗口左侧的 Box6 改名为 R5 再点击 Material 后面按钮 选择 Edit 选择 Copper 点击确定 3 双击左侧 R5 的子目录 Createbox 修改金属板大小及厚度 Position 输入坐标 W1 3 W2 S1 2 S2 L1 2 L2 0mm 金属板长 L1 7 2mm 宽 W1 0 8mm 厚 h1 0 018mm 点 击确定 八 创建金属板 R5 2 1 在菜单栏中点击 Draw Box 创建 Box7 2 双击模型窗口左侧的 Box7 改名为 R5 2 再点击 Material 后面按钮 选择 Edit 选择 Copper 点击确定 3 双击左侧 R5 2 的子目录 Createbox 修改金属板大小及厚 度 Position 输入坐标 W1 3 W2 2 S1 2 S2 L1 2 L2 0mm 金属板长 L1 7 2mm 宽 W1 0 8mm 厚 h1 0 018mm 点击确定 九 创建微带馈线 Feed1 1 在菜单栏中点击 Draw Box 创建 Box8 2 双击模型窗口左侧的 Box8 改名为 Feed1 再点击 Material 后面按钮 选择 Edit 选择 Copper 点击确定 3 双击左侧 Feed1 的子目录 Createbox 修改微带馈线大小 及厚度 Position 输入坐标 W1 0mm 0mm 微带馈线长 L0 5 0mm 宽 W0 1 1mm 厚 h1 0 018mm 点击确定 十 创建微带馈线 Feed2 1 在菜单栏中点击 Draw Box 创建 Box9 2 双击模型窗口左侧的 Box9 改名为 Feed2 再点击 Material 后面按钮 选择 Edit 选择 Copper 点击确定 3 双击左侧 Feed2 的子目录 Createbox 修改微带馈线大小 Position 输入坐标 W1 3 W2 2 S1 2 S2 2 L1 2 L2 0mm 微带馈线长 L0 5 0mm 宽 W0 1 1mm 厚 h1 0 018mm 点击确定 十一 创建介质板 Sub 1 在菜单栏中点击 Draw Box 创建 Box10 2 双击模型窗口左侧的 Box10 改名为 Sub 再点击 Material 后面按钮 选择 Edit 选择 Rogers 4350 点击确定 3 双击左侧 Sub 的子目录 Createbox 修改基板大小 Position 输入坐标 a L0 h a 6mm 基板厚度 h 0 508mm 基板长为 2 L1 2 L2 2 L0 宽为 b 17mm 点 击确定 十二 设置金属地面 1 选中介质板 Sub 在菜单栏中点击 Edit Select Faces 然后点击选中介质板的下底面 2 在菜单栏中点击 HFSS Boundaries Assign Perfect E 点 击 OK 十三 创建空气盒 Air 1 在菜单栏中点击 Draw Box 在模型窗口任意创建 Box11 2 双击模型窗口左侧的 Box11 改名为 Air 点击确定 3 双击模型窗口左侧 Air 的子目录 Createbox 修改空气盒大 小 空气盒边界距离滤波器应该有四分之一波长 在此我 们以频率 5GHz 计算 5GHz 空气中的波长为 60mm 则空 气盒边界距离滤波器距离为 15mm 由于滤波器下面辐射较 少 下面距离空气盒边界的距离可以小一些 设置空气盒 位置及大小参数 如下图所示 Position 输入坐标 a 10mm L0 10mm h 3mmm 空气盒长为 2 L1 2 L2 2 L0 10mm 2 宽为 b 10mm 2 高为 h 3mm 15mm 4 选中 Air 空气盒 设置为辐射边界条件 十四 设置激励端口 Port1 1 在菜单栏中点击 Modeler Grid Plane XZ 再点击菜单栏 中 Draw Rectangle 在模型窗口任意创建 Rectangle1 2 双击模型窗口左侧的 Rectangle1 改名为 Port1 点击确定 3 双击模型窗口左侧 Port1 的子目录 Createrectangle 修改馈 电口大小 Position 输入坐标 W1 W0 L0 h 馈电口高 为 h 0 508mm 宽为 W0 1 1mm 点击确定 4 选中 Port1 在菜单栏点击 HFSS Excitation Assign Lumped Port 点击下一步 画积分线 积分线由地面金属 层直线微带线中心 垂直于金属层 再点击下一步 选择 Renormalize 选项 完成 十五 设置激励端口 Port2 1 在菜单栏中点击 Moderler Grid Plane XZ 再点击菜单 栏中 Draw Rectangle 在模型窗口任意创建 Rectangle2 2 双击模型窗口左侧的 Rectangle2 改名为 Port2 点击确定 3 双击模型窗口左侧 Port2 的子目录 Createrectangle 修改馈 电口大小 Position 输入坐标 W1 3 W2 2 S1 2 S2 2 L1 2 L2 L0 h 馈电口高为 h 宽为 W0 点击确定 4 选中 Port2 在菜单栏点击 HFSS Excitation Assign Lumped Port 和 port1 的设置相同 点击下一步 画积分 线 再点击下一步 选择 Renormalize 选项 完成 十七 保存 最终的模型如下图 三三 求解 仿真求解 仿真 一 设置求解频率 点击菜单中 HFSS Analysis setup Add solution setup 求解 频率设为 5 5GHz 点击确定 二 设置扫频 点击菜单 HFSS Analysis setup Add frequency sweep 选 择 sweep type 为 fast 扫频从 2GHz 到 10GHz 点击 OK 三 检验参数 菜单 HFSS validation check 四 求解 1 HFSS Analyze All 2 观察仿真是否收敛 HFSS Results Solution Data 当 曲线下降到水平暗红色线以下 表示结果已经收敛 仿真 结果达到业界公认的一个精确度 3 由于 HFSS 对内存要求很高 对于内存小于 8G 的电脑 很容易出现以下问题 此时可以 1 减小模型尺寸 比如 空气盒的尺寸 以减小问题求解规模 2 减少 HFSS 网格 划分迭代的次数 双击点击 setup1 将 maximum number of 设置为 10 或者更小值 6 以牺牲精确度的方法来进行仿 真 适用于前期对仿真结果精确度要求不高的情况下 五 看结果 1 选择 HFSS Results Create Modal Solution Rectangular plot 2 选择 Category 目录下的 S Parameter 按下 Ctrl 键同时选 择 Quantity 目录下的 S 1 1 和 S 2 1 再点击 New Repot 按 钮 仿真结果 S 参数中知道 目前滤波器带宽不够宽 且 频率偏高 五 扫参优化 1 在菜单栏中点击 HFSS Optimetrics Analysis Add parametric 点击 Add 选择变量 S2 从 0 5mm 扫参到 0 7mm 步进为 0 1mm 点击 Add OK 确定 2 HFSS Analyze all 3 HFSS Results Create Modal Solution Rectangular plot 选择 S 1 1 和 S 2 1 4 不断的反复的进行扫参 S1 S2 L0 L1 L2 等