HFSS仿真工程实例 (微波器件).ppt

1、第5章工程实例,5.1 微波无源元件 5.2 微波天线设计 5.3 信号完整性设计 5.4 电磁兼容问题研究,5.1微波无源元件,5.1.1滤波器的基本响应 滤波器响应的一般形式可以写为,（5-1-1）,其中，为波纹常数，Fn为一个滤波器网络的响应函数，为归一化频率。由上式可知，滤波器网络的插入损耗可写为,（5-1-2）,对于一个无源、无耗的二端口网络，有|S11|2+|S21|2=1，则滤波器网络的回波损耗为,（5-1-3）,滤波器的相位响应为,（5-1-4）,由此可得该网络的群延时响应为,（5-1-5）,1.Butterworth响应 1930年，Butterworth提出了一类响应函数：

2、,（5-1-6）,将该式代入(5-1-2)式，可得Butterworth函数的响应曲线如图5-1-1所示。由于在=0处的函数值、一阶导数、二阶导数直至2n-1阶导数均为零，因此Butterworth响应也称为最平坦响应。该响应在复平面上的复极点为,（5-1-7）,图5-1-1Butterworth响应曲线,图5-1-2Butterworth响应的极点分布,Butterworth响应中参数n的选择非常重要。n表示所要综合的集总元件的数目，可以由带外最小衰减LAs(=s)决定:,（5-1-8）,其中，INT表示取内的整数部分。,2.Chebyshev响应 Chebyshev逼近函数是微波工程中最常

3、用的一类函数。其响应函数为,（5-1-9）,其中，Tn()是n阶第一类Chebyshev多项式：,（5-1-10）,Chebyshev响应曲线如图5-1-3所示。可以证明，Chebyshev多项式具有最优特性，即对任何n阶多项式，Chebyshev多项式的斜率最陡。其物理意义是：Chebyshev增益函数带外下降最快。元件的最大数目n为,（5-1-11）,其中，=10LAr/10-1表示带内波纹系数。该响应在复平面上的复极点为,（5-1-12）,（5-1-13）,图5-1-3Chebyshev响应曲线,极点在复平面内的分布如图5-1-4所示。,图5-1-4Chebyshev响应的极点分布,3.

4、EllipticFunction响应 EllipticFunction(椭圆函数)响应在通带和阻带都具有等波纹特性，其响应函数为,（5-1-14）,其中，n为奇数时，,（5-1-15）,n为偶数时，,（5-1-16）,图5-1-5椭圆函数响应曲线,椭圆函数滤波器的设计步骤如下： (1)由给定的带内损耗波纹指标给出波纹系数：,（5-1-17）,(2)由通带带宽给出模数k的值：,（5-1-18）,(3)由k的余模数k1的值修正带外衰减LAs的值（一般要比原来给出的高），由带外衰减给出模式k1的值：,（5-1-19）,其中，LAs是阻带的衰减要求。,(4)计算滤波器的节数n：,（5-1-20）,其中

5、，K是以k为模数的第一类完全椭圆积分;K是以k的余模数为模数的第一类完全椭圆积分;K1是以k1为模数的第一类完全椭圆积分;K1是以k1的余模数为模数的第一类完全椭圆积分。滤波器的节数选用大于n的整数，为n+1。,(5)低通原型中归一化频率零点的值：,n为奇数,（5-1-21）,对应极点的值为,（5-1-22）,偶数阶椭圆函数由于其自身的特点，无法接对称负载，因此在接对称负载时，一般都把滤波器阶数加上1而变成奇数阶。n为偶数阶的Jacobi椭圆函数的应用不是很普遍。,5.1.2交叉耦合滤波器设计 具有带外有限传输零点的滤波器，常常采用谐振腔多耦合的形式实现。这种形式的特点是在谐振腔级联的基础上，

6、非相邻腔之间可以相互耦合即“交叉耦合”，甚至可以采用源与负载也向多腔耦合，以及源与负载之间的耦合。交叉耦合带通滤波器的等效电路如图5-1-6所示。在等效电路模型中，e1表示激励电压源，R1、R2分别为电源内阻和负载电阻，ik（k=1,2,3,N）表示各谐振腔的回路电流，Mij表示第i个谐振腔与第k个谐振腔之间的互耦合系数(i,j=1,2,N，且ij)。在这里取0=1，即各谐振回路的电感L和电容C均取单位值。Mkk（k=1,2,3,N）表示各谐振腔的自耦合系数。,图5-1-6N腔交叉耦合滤波器等效电路图,这个电路的回路方程可以写为,或者写成矩阵方程的形式：,（5-1-24）,其中，,（5-1-2

7、5）,一般来讲，频率都归一成1，即0=1,则,（5-1-26）,在式（5-1-24）中，E为电压矩阵，I为电流矩阵，Z为阻抗矩阵，,（5-1-27）,U0是NN阶单位矩阵。M是耦合矩阵，它是一个NN阶方阵，形式如下：,（5-1-28）,其中对角线上的元素代表每一个谐振腔回路的自耦合，表示每一个谐振腔的谐振频率fi与中心频率f0之间的偏差。（在同步调谐滤波器中，认为它们的值都取零）。R矩阵是NN阶方阵，除R(1,1)=R1，R (N,N)=R2为非零量以外，其它元素值都等于零。那么，这个电路的传输函数可以写为,（5-1-29）,其中，D(cofZ1N)表示Z矩阵第一行、第N列元素的代数余子式，D

8、(Z)表示Z矩阵的行列式。相应地,通带增益频响特性为,（5-1-30）,1.三阶椭圆函数修正得到的准椭圆函数 三阶标准椭圆函数滤波器的低通增益函数为,（5-1-31）,其中，,（5-1-32）,分子分母相差仅为二阶，所以做修正为,（5-1-33）,其中，,（5-1-34）,在上面所述的准椭圆函数的构造方法中，必须对等波纹系数进行适当的修正，以得到修正后的等波纹系数1。修正波纹系数的方法有下面两种。 (1)取Fn导数为零的点，得到(-1,1)内各点的最大值，则,（5-1-35）,(2)令标准椭圆函数与修正后的准椭圆函数在边带上的衰减相等，从而求得修正后的波纹系数：,其中，0是标准椭圆函数中的等波

9、纹系数，是修正后的准椭圆函数的等波纹系数。,（5-1-36）,2.四阶椭圆函数修正得到的准椭圆函数 偶数阶椭圆函数低通原型无法实现，在工程中并不常用，但可以将其修正为准椭圆函数。四阶标准椭圆函数滤波器的低通增益函数为,（5-1-37）,其中，,（5-1-38）,分子分母为同阶多项式，所以做修正为,（5-1-39）,其中，,（5-1-40）,此时，带内最大值、最小值仍分别为1和-1，等波纹系数无需修正。 将两种构造准椭圆函数的方法进行比较可以发现，增加因子的方法构造的准椭圆函数带外特性比较好，而减少有限零点的准椭圆函数带内特性较好。,3.工程实例 设计目标如下： 中心频率：910MHz 带宽：4

10、0MHz 带内反射：20dB 采用三腔微带环形谐振器，其耦合矩阵为,（5-1-41）,1）建立新的工程 为了方便创建模型，在ToolsOptionsHFSSOptions中将Duplicateboundarieswithgeometry复选框选中，这样可以使得在复制模型的同时，所设置的边界也一同复制。,2）设置求解类型 将求解类型设置为激励求解类型： （1）在菜单栏中点击HFSSSolutionType。 （2）如图5-1-7所示，在弹出的SolutionType窗口中： (a)选择DrivenModal。 (b)点击OK按钮。,图5-1-7设置求解类型,3）设置模型单位 （1）在菜单栏中点击

11、3DModelerUnits。 （2）在弹出的如图5-1-8所示的窗口中设置模型单位，在此可选择：mm。,图5-1-8设置单位,4）建立滤波器模型 （1）首先建立介质基片，建立后的模型如图5-1-9所示。,图5-1-9建立介质基片,（a）在菜单栏中点击DrawBox或者在工具栏中点击按钮，这时可以在3D窗口中创建长方体模型。 （b）在右下角的坐标输入栏中输入长方体的起始点位置坐标，即X：-20，Y：-35，Z：0.0 按回车键结束输入。输入各坐标时，可用Tab键来切换。（c）输入长方体X、Y、Z三个方向的尺寸，即 dX：40，dY：70，dZ：-1.27 按回车键结束坐标输入。,（d）在特性（

12、Property）窗口中选择Attribute标签，将该长方体的名字修改为Substrate。 （e）点击Material对应的按钮，在弹出的材料设置窗口中点击AddMaterial按钮，添加介电常数为10.8的介质，将其命名为sub。,（2）建立Ring-1。 （a）在菜单栏中点击DrawRectangle以创建矩形模型。 （b）在右下角的坐标输入栏中输入起始点位置坐标，即 X：0.0，Y：0.0，Z：0.0 按回车键结束输入。 （c）输入矩形边长，即 dX：10，dY：-25，dZ：0.0 按回车键结束输入。,（d）在特性（Property）窗口中选择Attribute标签，将该矩形的名字

13、修改为Ring-1。 （e）在菜单栏中点击DrawRectangle。 （f）在右下角的坐标输入栏中输入起始点位置坐标，即 X：0.0，Y：0.0，Z：0.0 按回车键结束输入。 （g）输入矩形边长，即 dX：2.1362，dY：0.0，dZ：0.0 按回车键结束输入。,（h）在特性（Property）窗口中选择Attribute标签，将该矩形的名字修改为Inner。 （i）同样地，建立矩形Cut-1，输入的坐标分别为： X：4.0，Y：-25，Z：0.0 dX：2.0，dY：1.4，dZ：0.0 按回车键结束输入。 （j）用Ring-1将Inner和Cut-1减去，使之成为一个开口的矩形环。

14、在菜单栏中点击EditSelectByName，在弹出的窗口中利用Ctrl键选择Ring1、Inner和Cut1。,（k）在菜单栏中点击3DModelerBooleanSubtract，在Subtract窗口中分别做如下设置： BlankParts:Ring-1 ToolParts:Inner，Cut-1 Clonetoolobjectsbeforesubtract复选框不选 点击OK按钮结束设置。相减之后的模型如图5-1-10所示。,图5-1-10建立Ring1,（3）移动Ring-1。 （a）将Ring-1沿Y轴作微小的移动。在菜单栏中点击EditSelectByName，在弹出的窗口中选

15、择Ring-1。 （b）在菜单栏中点击EditArrangeMove，在坐标输入栏中输入移动的向量，即 X：0.0，Y：0.0，Z：0.0 dX：0.0，dY：-0.9，dZ：0.0 按回车键结束输入。 （4）创建Ring2。,（a）Ring-2与Ring-1沿X轴对称，因此可以用对称复制操作创建Ring-2。在菜单栏中点击EditSelectByName，在弹出的窗口中选择Ring-1。 （b）在菜单栏中点击EditDuplicateMirror，输入向量，即 X：0.0，Y：0.0，Z：0.0 dX：0.0，dY：1.0，dZ：0.0 按回车键结束输入。 （c）在操作历史树中双击新建的矩形

16、，在特性窗口中重新将其命名为Ring-2。建立的Ring-2模型如图5-1-11所示。,图5-1-11建立Ring2,（5）创建Ring-3。 （a）在菜单栏中点击DrawRectangle。 （b）在右下角的坐标输入栏中输入起始点位置坐标，即 X：0.0，Y：-12.5，Z：0.0 按回车键结束输入。 （c）输入矩形边长，即 dX：-10，dY：-25，dZ：0.0 按回车键结束输入。 （d）在特性（Property）窗口中选择Attribute标签，将该矩形的名字修改为Ring-3。,（e）在菜单栏中点击DrawRectangle。 （f）在右下角的坐标输入栏中输入起始点位置坐标，即X：-

17、1.4，Y：-11.1，Z：0.0 按回车键结束输入。 （g）输入矩形边长，即 dX：-7.2，dY：22.2，dZ：0.0 按回车键结束输入。 （h）在特性（Property）窗口中选择Attribute标签，将该矩形的名字修改为Inner-2。,（j）在菜单栏中点击EditSelectByName，在弹出的窗口中利用Ctrl键选择Ring-3、JPInner-2和Cut-2。 （k）用Ring-3将Inner-2和Cut-2减去，使之成为一个开口的矩形环。在菜单栏中点击3DModelerBooleanSubtract，在Subtract窗口中做如下设置： BlankParts:Ring-3

18、 ToolParts:Inner-2，Cut-2 Clonetoolobjectsbeforesubtract复选框不选 点击OK按钮。,（6）移动Ring-3。 移动Ring-3，使之与Ring-1和Ring-2有0.5mm的缝隙。 （a）在菜单栏中点击EditSelectByName，在弹出的窗口中选择Ring-3。 （b）在菜单栏中点击EditArrangeMove，在坐标输入栏中输入移动的向量，即 X：0.0，Y：0.0，Z：0.0 dX：-0.5，dY：0.0，dZ：0.0 按回车键结束输入。建立的模型如图5-1-12所示。,图5-1-12建立Ring3,（7）创建Feedline-

19、1。 创建滤波器的馈线结构，该馈线由特性阻抗不同的两段微带传输线组成。 （a）在菜单栏中点击DrawRectangle。 （b）在右下角的坐标输入栏中输入如下点的坐标： X：10.4，Y：-25.9，Z：0.0 dX：0.4，dY：25，dZ：0.0 按回车键结束输入。 （c）创建矩形后，在弹出的特性（Property）窗口中选择Attribute标签，将该名字修改为F-1。,（d）在菜单栏中点击DrawRectangle。 （e）在右下角的坐标输入栏中输入如下点的坐标： X：10.4，Y：-25.9，Z：0.0 dX：1，dY：-9.1，dZ：0.0 按回车键结束输入。 （f）在弹出的特性（

20、Property）窗口中选择Attribute标签，将该名字修改为F-2。 （g）在菜单栏中点击EditSelectByName，在弹出的窗口中利用Ctrl键选择F-1和F-2。 （h）在菜单栏中点击3DModelerBooleanUnite，在如图5-1-13所示的历史操作树中，双击新组合的模型F-1，在特性窗口中将其重新命名为Feedline-1。,图5-1-13历史操作树,（8）创建Feedline-2。 同样地，Feedline-2与Feedline-1沿X轴对称，因此也可以通过对称复制操作来创建。 （a）在菜单栏中点击EditSelectByName，在弹出的窗口中选择Feedlin

21、e-1。 （b）在菜单栏中点击EditDuplicateMirror，输入向量，即 X：0.0，Y：0.0，Z：0.0 dX：0.0，dY：1.0，dZ：0.0 按回车键结束输入。 （c）在操作历史树中双击新建的馈线，在特性窗口中将其重新命名为Feedline-2。创建后的模型如图5-1-14所示。,图5-1-14建立Feeline,（9）组合Ring-1、Ring-2、Ring-3、Feedline-1和Feedline-2。 将上述各步骤中创建的Ring-1、Ring-2、Ring-3、Feedline-1和Feedline-2组合成一个模型。 （a）在菜单栏中点击EditSelectBy

22、Name，在弹出的窗口中选择Ring-1、Ring-2、Ring-3、Feedline-1和Feedline-2。 （b）在菜单栏中点击3DModelerBooleanUnite。 （c）在操作历史树中双击组合模型，在特性窗口中将其重新命名为Trace。,5）创建端口 微带滤波器采用集总端口激励，因此需要首先创建供设置端口用的矩形，该矩形连接了馈线与地板。 （1）创建port-1。 （a）在菜单栏中点击3DModelerGridPlaneXZ。 （b）在菜单栏中点击DrawRectangle，在坐标输入栏中输入如下坐标： X：10.4，Y：-35，Z：0.0 dX：1.0，dY：0.0，dZ：

23、-1.27 按回车键结束输入。,（c）将其命名为port-1。 （d）在菜单栏中点击EditSelectByName，在弹出的窗口中选择port-1。 （e）在菜单栏中点击HFSSExcitationsAssignLumpedPort，在LumpedPort窗口的General标签中，将该端口命名为p1，然后点击Next。 （f）在Modes标签的IntegrationLine中点击None，选择NewLine，在坐标栏中输入如下坐标： X：10.9，Y：-35，Z：-1.27 dX：0.0，dY：0.0，dZ：1.27 按回车键结束输入。接着点击Next按钮直到结束。,（2）创建port-2

24、。 （a）在菜单栏中点击EditSelectByName，在弹出的窗口中选择port-1。port-2与port-1也以X轴对称，因此可以利用对称复制操作创建。 （b）在菜单栏中点击EditDuplicateMirror，输入向量，即 X：0.0，Y：0.0，Z：0.0 dX：0.0，dY：1.0，dZ：0.0 按回车键结束输入。 （c）在操作历史树中双击新建的端口，在特性窗口中将其重新命名为port-2。由于在建立工程的第一步已经设置了复制边界选项，因此在复制创建port-2之后，端口上设置的激励也一同复制了。,6）创建Air （1）在菜单栏中点击DrawBox或者在工具栏中点击按钮。 （2

25、）在右下角的坐标输入栏中输入长方体的起始点位置坐标，即 X：-70，Y：-90，Z：-50 按回车键结束输入。输入各坐标时，可用Tab键来切换。 （3）输入长方体X、Y、Z三个方向的尺寸，即 dX：140，dY：180，dZ：100 按回车键结束输入。 （4）在特性（Property）窗口中选择Attribute标签，将该长方体的名字修改为Air。,7）设置边界条件 边界条件包括理想金属边界条件和辐射边界条件。滤波器的导带部分、介质基片下底面地板要设置为理想金属边界。设置辐射边界是为了截断求解区域。 （1）设置理想金属边界条件。 （a）在菜单栏中点击EditSelectByName，在弹出的窗

26、口中选择Trace。 （b）在菜单栏中点击HFSSBoundariesAssignPerfectE，在弹出的对话框中将其命名为Perf-Trace，点击OK按钮。,（c）在菜单栏中点击EditSelectFaces，这时已经将鼠标所选设置为选择模型的表面了。然后点击ByName，选择Substrate，选择其下底面，选择的时候在3D窗口中进行观察，确保选择到下底面。 （d）在菜单栏中点击HFSSBoundariesAssignPerfectE，在弹出的对话框中将其命名为PerfGround，点击OK按钮。,（2）设置辐射边界条件。 （a）在菜单栏中点击EditSelectObjects，然后点

27、击ByName，选择Air。 （b）在菜单栏中点击HFSSBoundariesAssignRadiation，在弹出的对话框中点击OK结束。,8）为该问题设置求解频率及扫频范围 （1）设置求解频率。 （a）在菜单栏中点击HFSSAnalysisSetupAddSolutionSetup。 （b）在求解设置窗口中做如下设置： SolutionFrequency:910MHz MaximumNumberofPasses:15 MaximumDeltaSperPass:0.02 （c）点击OK按钮。,（2）设置扫频。 （a）在菜单栏中点击HFSSAnalysisSetupAddSweep。 （b）选

28、择Setup1，点击OK。 （c）在扫频设置窗口中做如下设置： SweepType:Fast FrequencySetupType:LinearCount Start:700MHz Stop:1100MHz Count:501 （d）将SaveField复选框选中，点击OK按钮。,9）保存工程 在菜单栏中点击FileSaveAs，在弹出的窗口中将该工程命名为hfss-3couple，并选择路径保存。,10）后处理操作 在仿真计算结束后，查看滤波器的S参数。 （1）点击菜单栏HFSSResultCreateReport。 （2）在创建报告窗口中做如下设置： ReportType:ModalSPa

29、rameters DisplayType:Rectangle 点击OK按钮。,（3）在Trace窗口中做如下设置： Solution:Setup1:Sweep1 Domain:Sweep 点击Y标签，选择：Category:Sparameter；Quantity:S(p1，p1)、S(p2，p1)；Function:dB，然后点击AddTrace按钮。 最后点击Done按钮完成设置。反射系数和传输系数曲线如图5-1-15所示。,图5-1-15滤波器的S参数曲线,5.1.3源-负载耦合的交叉耦合滤波器的设计 1.耦合矩阵计算 交叉耦合滤波器在非相邻谐振腔之间引入了交叉耦合，以得到有限频率传输零点

30、，从而提高了滤波器的选择特性。一般来讲，一个N腔交叉耦合滤波器最多能实现N-2个传输零点。对于给定的一种含有N个谐振器的滤波器，如果在源与负载之间也引入耦合，则可实现N个传输零点。源-负载耦合的交叉耦合滤波器等效电路模型如图5-1-16所示。,图5-1-16源-负载耦合的交叉耦合滤波器等效电路模型,在图5-1-16中，Mij(i=1,N;j=1,L)表示各个谐振腔之间的耦合系数，MSi、MiL分别表示源、负载与第i个腔之间的耦合系数。MSL则表示源与负载之间的耦合系数。整个电路由N个谐振腔构成，各个谐振腔之间是电感耦合。对于窄带滤波器，不失一般性，做如下归一化：,（5-1-42）,这里0为中心

31、频率，为相对带宽。电路回路方程为,（5-1-43）,上式可写成矩阵方程的形式：,（5-1-44）,其中，U0是将(N+2)(N+2)阶单位矩阵中第一个元素和最后一个元素取为0，其它元素都保持不变所得的矩阵。M是耦合矩阵，它是一个(N+2)(N+2) 阶方阵，形式如下：,（5-1-45）,R矩阵是(N+2)(N+2)阶方阵，除R (1,1)=R1，R (N+2,N+2)=R2非零以外，其它元素值都等于零。从式（5-1-43）可得到这个网络的传输函数：,（5-1-47）,这里假设源和负载阻抗相等并设为1，则当N为偶数时，,（5-1-48）,（5-1-49）,当N为奇数时，,（5-1-50）,（5-

32、1-51）,其中，,（5-1-52）,（5-1-53）,其中：ei、fi分别是F(s)、E(s)的复系数，i=0,1,2,N；F(s)、E(s)分别是反射函数的分子、分母多项式。,而对于一个含源-负载交叉耦合的滤波器，其第k个谐振腔单元电路（如图5-1-17所示）的传输矩阵A（这里忽略了每一个谐振腔之间的耦合）为,（5-1-54）,图5-1-17第k个谐振腔与源、负载之间的耦合,图5-1-18N腔源-负载耦合交叉耦合滤波器拓扑结构,根据传输矩阵A与导纳矩阵Y之间的转换关系，求得与式（51-54）对应的Y矩阵：,（5-1-55）,整个网络的短路导纳矩阵为各子网络的导纳矩阵之和，,（5-1-56）

33、,观察（5-1-47）式与（5-1-56）式，得到MSL=K0，Ck=1，Bk=-k，M2Lk=r22k，MSkMLk=r21k。这样，就可以确定出耦合矩阵,再根据实际结构耦合的可实现性，对耦合矩阵进行相似变换，从而确定可以实现的耦合矩阵。,2.设计实例 设计目标如下： 中心频率：3.3GHz 相对带宽：0.02 带内回波损耗：20dB 阻带最小衰减：25dB 采用两腔耦合谐振器，并引入源与负载之间的耦合，其耦合矩阵为,（5-1-57）,1）建立新的工程 为了方便创建模型，在ToolsOptionsHFSSOptions中将Duplicateboundarieswithgeometry复选框选

34、中，这样可以使得在复制模型的同时，所设置的边界也一同复制。 2）设置求解类型 将求解类型设置为激励求解类型。 （1）在菜单栏中点击HFSSSolutionType。 （2）如图5-1-19所示，在弹出的SolutionType窗口中： （a）选择DrivenModal。 （b）点击OK按钮。,图5-1-19设置求解类型,3)设置模型单位 （1）在菜单栏中点击3DModelerUnits。 （2）在图5-1-20中设置模型单位：在此选择mm。,图5-1-20设置单位,4)建立滤波器模型 （1）建立介质基片。 （a）在菜单栏中点击DrawBox或者在工具栏中点击按钮，创建长方体模型。 （b）在右下

35、角的坐标输入栏中输入长方体的起始点位置坐标，即 X：-5.5，Y：-8，Z：0.0 按回车键结束输入。输入各坐标时，可用Tab键来切换。,（c）输入长方体X、Y、Z三个方向的尺寸，即 dX：11，dY：16，dZ：-0.5 按回车键结束输入。 （d）在特性（Property）窗口中选择Attribute标签，将该长方体的名字修改为Substrate。 （e）点击Material后面的按钮，将材料设置为Al2-03-ceramic。 （f）点击Color后面的Edit按钮，将颜色设置为绿色，点击OK按钮结束设置。创建的介质基片模型如图5-1-21所示。,图5-1-21建立的介质基片模型,（2）建

36、立Ring-1。 （a）在菜单栏中点击DrawRegularPolygon，建立多边形模型。 （b）在右下角的坐标输入栏中输入中心点位置坐标，即 X：0.0，Y：0.0，Z：0.0 按回车键结束输入。 （c）输入半径向量，即 dX：3.8683，dY：0.0，dZ：0.0 按回车键结束输入。 （d）在弹出的Segmentnumber窗口中将多边形边数改为6。,（f）在菜单栏中点击DrawRegularPolygon。 （g）在右下角的坐标输入栏中输入中心点位置坐标，即 X：0.0，Y：0.0，Z：0.0 按回车键结束输入。 （h）输入半径向量，即 dX：2.1362，dY：0.0，dZ：0.0

37、 按回车键结束输入。,（i）在弹出的Segmentnumber窗口中将多边形边数改为6。 （j）在特性（Property）窗口中选择Attribute标签，将该正六边形的名字修改为Inner。 （k）在菜单栏中点击EditSelectByName，在弹出的窗口中利用Ctrl键选择Ring-1和Inner。,（l）用模型Ring-1将Inner减去，使之成为一个正六边形环。在菜单栏中点击3DModelerBooleanSubtract，在Subtract窗口中做如下设置： BlankParts:Ring-1 ToolParts:Inner Clonetoolobjectsbeforesubtra

38、ct复选框不选。 点击OK按钮确认设置。 相减之后的模型如图5-1-22所示。,图5-1-22建立Ring1,（3）移动Ring-1。 将Ring-1沿Y轴负方向移动，如图5-1-23所示。,图5-1-23移动Ring-1,（a）在菜单栏中点击EditSelectByName，在弹出的窗口选择Ring-1。 （b）在菜单栏中点击EditArrangeMove，在坐标输入栏中输入移动的向量，即 X：0.0，Y：0.0，Z：0.0 dX：0.0，dY：-3.8683mm*sin(pi/3)-0.14555mm，dZ：0.0 按回车键结束输入。,（c）建立一个小的矩形，供Ring-1相减，使Ring

39、-1成为一个开口环。在菜单栏中点击DrawRectangle，在坐标输入栏中输入： X：-0.346，Y：-8，Z：0.0 dX：0.692，dY：4.0，dZ：0 按回车键结束输入。,（d）将其命名为Cut-1，同时选中Ring-1和Cut-1，在菜单栏中点击3DModelerBooleanSubtract，在Subtract窗口中做如下设置： BlankParts:Ring-1 ToolParts:Cut-1 Clonetoolobjectsbeforesubtract复选框不选 点击OK按钮确认设置。,（4）创建Ring-2。 （a）创建Ring-2模型，由于其与Ring-1以X轴对称，

40、因此可以通过镜像复制操作创建。在菜单栏中点击EditSelectByName，在弹出的窗口中选择Ring-1。 （b）在菜单栏中点击EditDuplicateMirror，输入向量，即 X：0.0，Y：0.0，Z：0.0 dX：0.0，dY：1.0，dZ：0.0 按回车键结束输入。,（c）在操作历史树中双击新建的多边形，在特性窗口中将其重新命名为Ring-2，如图5-1-24所示。,图5-1-24创建Ring-2,（5）创建Feedline-1。 （a）这里我们用折线来创建一个多边形。在创建折线时，一旦折线闭合，则其会自动封闭成为一个面模型。在菜单栏中点击DrawLine。,（b）在右下角的坐

41、标输入栏中输入如下点的坐标： X：1.5302，Y：-8.0，Z：0.0 X：1.5302，Y：-7.437，Z：0.0 X：2.2778，Y：-7.437，Z：0.0 X：4.5556，Y：-3.4917，Z：0.0 X：2.5665，Y：-0.04639，Z：0.0 X：1.9892，Y：-0.04639，Z：0.0 X：3.9783，Y：-3.4917，Z：0.0 X：1.9891，Y：-6.937，Z：0.0 X：0.5302，Y：-6.937，Z：0.0 X：0.5302，Y：-8.0，Z：0.0 X：1.5302，Y：-8.0，Z：0.0 按回车键结束输入。,（c）在Propert

42、y（特征）窗口中选择Attribute标签，将该名字修改为Feedline-1。 创建后的模型如图5-1-25所示。,图5-1-25建立Feedline1,（6）创建Feedline-2。 （a）同样地，我们将Feedline-1以X轴作镜像复制创建Feedline-2。在菜单栏中点击EditSelectByName，在弹出的窗口中选择Feedline-1。 （b）在菜单栏中点击EditDuplicateMirror，输入向量，即 X：0.0，Y：0.0，Z：0.0 dX：0.0，dY：1.0，dZ：0.0 按回车键结束输入。 （c）在操作历史树中双击新建的馈线，在特性窗口中将其重新命名为Fe

43、edline-2，如图5-1-26所示。,图5-1-26建立Feedline-2,（7）组合Ring-1、Ring-2、Feedline-1和Feedline-2。 （a）在菜单栏中点击EditSelectByName，在弹出的窗口中选择Ring-1、Ring-2、Feedline-1和Feedline-2。 （b）在菜单栏中点击3DModelerBooleanUnite。 （c）在操作历史树中双击组合模型，在特性窗口中将其重新命名为Trace。,5）创建端口 （1）为滤波器创建激励端口矩形，端口矩形位于馈线的起始端和地板之间。首先创建port-1。 （a）在菜单栏中点击3DModelerGr

44、idPlaneXZ。 （b）在菜单栏中点击DrawRectangle，在坐标输入栏中输入以下坐标： X：0.5302，Y：-8.0，Z：0.0 dX：1.0，dY：0.0，dZ：-0.5 按回车键结束输入。 （c）将其命名为port-1。,（d）在菜单栏中点击EditSelectByName，在弹出的窗口中选择port-1。 （e）在菜单栏中点击HFSSExcitationsAssignLumpedPort，在LumpedPort窗口的General标签中，将该端口命名为p1，点击Next。 （f）在Modes标签中的IntegrationLine中点击None，选择NewLine，在坐标栏中

45、输入以下点的坐标： X：1.0302，Y：-8.0，Z：-0.5 dX：0.0，dY：0.0，dZ：0.5 按回车键结束输入。接着点击Next按钮直到结束。,（2）创建port-2。 （a）在菜单栏中点击EditSelectByName，在弹出的窗口中选择port-1。 （b）在菜单栏中点击EditDuplicateMirror，输入向量，即 X：0.0，Y：0.0，Z：0.0 dX：0.0，dY：1.0，dZ：0.0 按回车键结束输入。 （c）在操作历史树中双击新建的馈线，在特性窗口中将其重新命名为port-2。,6）创建Air 创建辐射边界的长方体Air，用以截断计算区域。 （1）在菜单栏

46、中点击DrawBox或者在工具栏中点击按钮。 （2）在右下角的坐标输入栏中输入长方体的起始点位置坐标，即 X：-15，Y：-15，Z：-1 按回车键结束输入。输入各坐标时，可用Tab键来切换。 （3）输入长方体X、Y、Z三个方向的尺寸，即 dX：30，dY：30，dZ：12 按回车键结束输入。 （4）在特性（Property）窗口中选择Attribute标签，将该长方体的名字修改为Air。,7）设置边界条件 （1）设置理想金属边界条件。将滤波器的导带部分和介质基片的底部设置为理想金属边界条件。 （a）在菜单栏中点击EditSelectByName，在弹出的窗口中选择Trace。 （b）在菜单栏

47、中点击HFSSBoundariesAssignPerfectE，在弹出的对话框中将其命名为Perf-Trace，点击OK结束。 （c）在菜单栏中点击EditSelectFaces，设置为选择表面。然后点击ByName，选择Substrate，选择其下底面。 （d）在菜单栏中点击HFSSBoundariesAssignPerfectE，在弹出的对话框中将其命名为Perf-Ground，点击OK结束设置。,（2）设置辐射边界条件。 将Air的各个外表面设置为辐射边界。 （a）在菜单栏中点击EditSelectObjects，然后点击ByName，选择Air。 （b）在菜单栏中点击HFSSBound

48、ariesAssignRadiation，在弹出的对话框中点击OK结束。,8）为该问题设置求解频率及扫频范围 为该问题设置求解频率与扫频范围，求解的中心频率为3.3GHz，扫频范围为2.64.5GHz。 （1）设置求解频率。 （a）在菜单栏中点击HFSSAnalysisSetupAddSolutionSetup。 （b）在求解设置窗口中做如下设置： SolutionFrequency:3.3GHz MaximumNumberofPasses:15 MaximumDeltaSperPass:0.02 （c）点击OK按钮确认设置。,（2）设置扫频。 （a）在菜单栏中点击HFSSAnalysisSe

49、tupAddSweep。 （b）选择Setup1，点击OK按钮确认设置。 （c）在扫频设置窗口中做如下设置： SweepType:Fast FrequencySetupType:LinearCount Start:2.6GHz Stop:4.5GHz Count:501 （d）将SaveField复选框选中，点击OK按钮确认设置。,9）保存工程 在菜单栏中点击FileSaveAs，在弹出的窗口中将该工程命名为hfss-2couple，并选择路径保存。,10）后处理操作 （1）点击菜单栏HFSSResultCreateReport。 （2）在创建报告窗口中做如下设置： ReportType:Mo

50、dalSParameters DisplayType:Rectangle 点击OK按钮。,（3）在Trace窗口中做如下设置： Solution:Setup1:Sweep1 Domain:Sweep 点击Y标签，选择S参数中的S11和S21，即Category:Sparameter；Quantity:S(p1，p1)、S(p2，p1)；Function:dB，然后点击AddTrace按钮。 最后点击Done按钮完成创建。反射系数和传输系数曲线如图5-1-27所示。,图5-1-27滤波器的S参数曲线,5.1.4其他微波无源元件 1）建立新的工程 为了方便创建模型，在ToolsOptionsHFS

51、SOptions中将Duplicateboundarieswithgeometry复选框选中(同前)。 2）设置求解类型 将求解类型设置为激励求解，如图5-1-28所示。 （1）在菜单栏中点击HFSSSolutionType。 （2）在弹出的SolutionType窗口中： （a）选择DrivenModal。 （b）点击OK按钮。,图5-1-28设置求解类型,3）设置模型单位 将创建模型的单位设置为mm,如图5-1-29所示。 （1）在菜单栏中点击3DModelerUnits。 （2）设置模型单位： （a）在设置单位窗口中选择mm。 （b）点击OK按钮。,图5-1-29设置单位,4)设置模型的

52、默认材料 在工具栏中设置模型的默认材料为真空（vacuum）。,5）创建魔T （1）创建arm-1。 （a）在菜单栏中点击DrawBox或者在工具栏中点击按钮 。 （b）在右下角的坐标输入栏中输入长方体的起始点位置坐标，即 X：-25.0，Y：-10.0，Z：0.0 按回车键结束输入。输入各坐标时，可用Tab键进行切换。 （c）输入长方体X、Y、Z三个方向的尺寸，即 dX：50.0，dY：20.0，dZ：75.0 按回车键结束输入。,（d）在特性（Property）窗口中选择Attribute标签，将该长方体的名字修改为arm-1，如图5-1-30所示。 （e）在3D模型窗口中将3D模型以合适

53、的大小显示，可以用Ctrl+D进行操作。,图5-1-30建立arm1,（2）设置激励端口。为魔T设置波端口激励。 （a）在菜单栏中点击EditSelectFaces，选择arm的上表面。 （b）在菜单栏中点击HFSSExcitationAssignWavePort。 （c）在WavePort：General窗口，将端口命名为p1，然后点击Next直到完成设置，如图5-1-31所示。,图5-1-31设置端口,（3）创建arm-2。arm-2的创建可以借助arm-1的旋转操作来完成。 （a）在3D模型窗口中以鼠标左键选中arm-1(或者利用快捷键Ctrl+A)。 （b）在菜单栏中点击EditDup

54、licateAroundAxis，然后进行以下设置： Axis：X，Angle：90(deg)，Totalnumber:2 （c）点击OK按钮确认，如图5-1-32所示。,图5132 建立arm_2,（4）创建arm-3和arm-4。arm-3和arm-4的创建可以借助arm-2的旋转操作来完成。 （a）首先选择被复制的模型。在菜单栏中点击EditSelectByName，选择要选中的物体名称arm-2，点击OK按钮确认。 （b）在菜单栏中点击EditDuplicateAroundAxis，然后进行以下设置： Axis：Z，Angle：90(deg)，Totalnumber:3 （c）点击OK

55、按钮确认。,（d）利用快捷键CtrlD，将模型显示调整至合适大小。 （5）组合模型。将所有的arm组合成为一个模型。 （a）用组合键Ctrl+A将所有物体选中。 （b）在菜单栏中点击3DModelerBooleanUnite。 到此，创建魔T的操作全部结束。创建的模型如图5-1-33所示。,图5-1-33建立魔T的完整模型,6）求解设置 为该问题设置求解频率及扫频范围。 （1）设置求解频率。 （a）在菜单栏中点击HFSSAnalysisSetupAddSolutionSetup。 （b）在求解设置窗口中做如下设置： SolutionFrequency:4.0GHz MaximumNumbero

56、fPasses:5 MaximumDeltaSperPass:0.02 （c）点击OK按钮。,（2）设置扫频。 （a）在菜单栏中点击HFSSAnalysisSetupAddSweep。 （b）选择Setup1，点击OK按钮。 （c）在扫频设置窗口中做如下设置： SweepType:Fast FrequencySetupType:LinearCount Start:3.4GHz Stop:4.0GHz Count:1001 （d）将SaveField复选框选中，点击OK按钮。,7）保存工程 在菜单栏中点击FileSaveAs，在弹出的窗口中将该工程命名为hfssmagicT，并选择路径保存。 8

57、）求解该工程 在菜单栏中点击HFSSAnalyze。在求解过程中，进度栏如图5-1-34所示。,图5-1-34求解进度显示,9）后处理操作 （1）S参数。绘制魔T的S参数，包括S11、S12、S13和S14。 （a）点击菜单栏HFSSResultCreateReport。 （b）在创建报告窗口中做如下设置： ReportType:ModalSParameters DisplayType:Rectangle 点击OK按钮确认。,（c）在Trace窗口中做如下设置： Solution:Setup1:Sweep1 Domain:Sweep 点击Y标签，选择要绘制的S参数。 Category:Spar

58、ameter；Quantity:S(p1，p1)，S(p1，p2)，S(p1，p3)，S(p1，p4)；Function:dB， 然后点击AddTrace按钮。最后点击Done按钮完成创建。魔T的S参数曲线如图5-1-35所示。,图5-1-35魔T的S参数曲线,（2）场分布图。 （a）将魔T中的电场幅度以云图的形式绘制出来。选择需要描绘场分布的物体，在3D模型窗口中选中整个魔T结构。 （b）在菜单栏中点击HFSSFieldsPlotFieldsMag-E。 （c）在创建场图窗口中做如下设置： Solution:Setup1:LastAdaptive Quantity:Mag-E InVolum

59、e:All 点击OK按钮确认。,（d）修改场点的显示特性，在菜单栏中点击HFSSFieldsModifyPlotAttributes，选择EField，点击OK按钮。在EField窗口点击Plot标签，选择IsoValType:IsoValSurface，点击Apply按钮，然后点击Close按钮结束操作。 （3）场分布图的动态显示。 将场图以动画的形式动态显示出来，这样可以看到场的传播行进过程。 （a）在菜单栏中点击ViewAnimate。 （b）在SweptVariable标签中，接受默认设置，点击Close按钮。这样可以将场分布图动态显示出来，如图5-1-36所示。,图5-1-36魔T的场分布,2.环形电桥 1）建立新的工程 为了方便创建模型，在ToolsOptionsHFSSOptions中将Duplicateboundarieswithgeometry复选框选中。 2）设置求解类型 （1）在菜单栏中点击HFSSSolutionType。 （2）如图5-1-37所示，在弹出的SolutionType窗口中： （a）选择DrivenModal。 （b）点击OK按钮。,图5-1-37设置求解类型,图5-1-38设置单位,3）设置模型单位 （1）在菜单栏中点击3DModelerUnits。 （2）设置模型单位： （a）如图5-1-38所示，在设置单位窗口中选择m