基于HFSS的濾波器設(shè)計流程

濾波器設(shè)計流程：1.確定設(shè)計指標要求2.查閱資料，確定形狀3.建模，仿真4.優(yōu)化結(jié)果5.版圖，加工，測試本例設(shè)計一個帶通濾波器，通過微帶線結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，工作頻率覆蓋5.4GHz-6.2GHz。選用基板材料為Rogers 4350,其相對介電常數(shù)為3.66，厚度為h=0.508mm，金屬覆銅厚度h1=0.018mm，表1 模型初始尺寸W1=0.8mmL1=7.2mmh=0.508mmh1=0.018mmS1=0.14mmS2=0.6mmL2=7.1mmW2=1.1mmW0=1.1mmL0=5mma=6mmb=17mm設(shè)計步驟（以HFSS13.0為例）一 開始（一）建立工程1.在HFSS窗口中，選擇菜單File-New2.從Project菜單中，選擇Insert HFSS Design（二）設(shè)計求解模式1.選擇菜單HFSS-Solution Type2.在Solution Type窗口，選擇Driven Modal,點擊OK二 建立3D模型（一）定義單位并輸入?yún)?shù)表1.選擇菜單Modeler-Units2.設(shè)置模型單位：mm，點擊OK3.選擇菜單欄 HFSS-Design Properties再彈出的窗口中，點ADD添加參量，將上面模型的參數(shù)表中的變量全部添加進去，如下圖：（二）創(chuàng)建金屬板R11.在菜單欄中點擊Draw-Box,創(chuàng)建Box12.雙擊模型窗口左側(cè)的Box1，改名為R1，再點擊Material后面按鈕，選擇Edit，選擇Copper，點擊確定。3.雙擊左側(cè)R1的子目錄Createbox，修改金屬板大小及厚度。Position輸入坐標（0mm,0mm,0mm），金屬板長L1=7.2mm，寬W1=0.8mm，厚h1=0.018mm。點擊確定。（三）創(chuàng)建金屬板R1_11.在菜單欄中點擊Draw-Box,創(chuàng)建Box22.雙擊模型窗口左側(cè)的Box2，改名為R1_1，再點擊Material后面按鈕，選擇Edit，選擇Copper，點擊確定。3.雙擊左側(cè)R1_1的子目錄Createbox，修改金屬板大小及厚度。Position輸入坐標（W1+S1,0mm,0mm），S1=0.14mm，金屬板長L1=7.2mm，寬W1=0.8mm，厚h1=0.018mm。點擊確定。（四）創(chuàng)建金屬板R21.在菜單欄中點擊Draw-Box,創(chuàng)建Box32.雙擊模型窗口左側(cè)的Box3，改名為R2，再點擊Material后面按鈕，選擇Edit，選擇Copper，點擊確定。3.雙擊左側(cè)R2的子目錄Createbox，修改金屬板大小及厚度。Position輸入坐標（W1+S1,L1,0mm），金屬板長L2=7.1mm，寬W2=1.1mm，厚h1=0.018mm。點擊確定。（五）創(chuàng)建金屬板R31.在菜單欄中點擊Draw-Box,創(chuàng)建Box42.雙擊模型窗口左側(cè)的Box4，改名為R3，再點擊Material后面按鈕，選擇Edit，選擇Copper，點擊確定。3.雙擊左側(cè)R3的子目錄Createbox，修改金屬板大小及厚度。Position輸入坐標（W1+W2+S1+S2 ,L1 ,0mm），S2=0.6mm，金屬板長2*L2=14.2mm，寬W2=1.1mm，厚h1=0.018mm。點擊確定。（六）創(chuàng)建金屬板R41.在菜單欄中點擊Draw-Box,創(chuàng)建Box52.雙擊模型窗口左側(cè)的Box5，改名為R4，再點擊Material后面按鈕，選擇Edit，選擇Copper，點擊確定。3.雙擊左側(cè)R4的子目錄Createbox，修改金屬板大小及厚度。Position輸入坐標（W1+2*W2+S1+2*S2,L1+L2,0mm），金屬板長L2=7.1mm，寬W2=1.1mm，厚h1=0.018mm。點擊確定。（七）創(chuàng)建金屬板R51.在菜單欄中點擊Draw-Box,創(chuàng)建Box62.雙擊模型窗口左側(cè)的Box6，改名為R5，再點擊Material后面按鈕，選擇Edit，選擇Copper，點擊確定。3.雙擊左側(cè)R5的子目錄Createbox，修改金屬板大小及厚度。Position輸入坐標（W1+3*W2+S1+2*S2,L1+2*L2,0mm），金屬板長L1=7.2mm，寬W1=0.8mm，厚h1=0.018mm。點擊確定。（八）創(chuàng)建金屬板R5_21.在菜單欄中點擊Draw-Box,創(chuàng)建Box72.雙擊模型窗口左側(cè)的Box7，改名為R5_2，再點擊Material后面按鈕，選擇Edit，選擇Copper，點擊確定。3.雙擊左側(cè)R5_2的子目錄Createbox，修改金屬板大小及厚度。Position輸入坐標（W1+3*W2+2*S1+2*S2, L1+2*L2, 0mm），金屬板長L1=7.2mm，寬W1=0.8mm，厚h1=0.018mm。點擊確定。（九）創(chuàng)建微帶饋線Feed11.在菜單欄中點擊Draw-Box,創(chuàng)建Box82.雙擊模型窗口左側(cè)的Box8，改名為Feed1，再點擊Material后面按鈕，選擇Edit，選擇Copper，點擊確定。3.雙擊左側(cè)Feed1的子目錄Createbox，修改微帶饋線大小及厚度。Position輸入坐標（W1,0mm,0mm），微帶饋線長L0=5.0mm，寬W0=1.1mm，厚h1=0.018mm。點擊確定。（十）創(chuàng)建微帶饋線Feed21.在菜單欄中點擊Draw-Box,創(chuàng)建Box92.雙擊模型窗口左側(cè)的Box9，改名為Feed2，再點擊Material后面按鈕，選擇Edit，選擇Copper，點擊確定。3.雙擊左側(cè)Feed2的子目錄Createbox，修改微帶饋線大小。Position輸入坐標（W1+3*W2+2*S1+2*S2,2*L1+2*L2,0mm），微帶饋線長L0=5.0mm，寬W0=1.1mm，厚h1=0.018mm。點擊確定。（十一）創(chuàng)建介質(zhì)板Sub1.在菜單欄中點擊Draw-Box,創(chuàng)建Box102.雙擊模型窗口左側(cè)的Box10，改名為Sub，再點擊Material后面按鈕，選擇Edit，選擇Rogers 4350，點擊確定。3.雙擊左側(cè)Sub的子目錄Createbox，修改基板大小。Position輸入坐標（-a ,-L0 ,-h），a=6mm，基板厚度h=0.508mm,基板長為2*L1+2*L2+2*L0，寬為b=17mm。點擊確定。（十二）設(shè)置金屬地面1.選中介質(zhì)板Sub，在菜單欄中點擊Edit-Select-Faces，然后點擊選中介質(zhì)板的下底面。2.在菜單欄中點擊HFSS-Boundaries-Assign-Perfect E,點擊OK。（十三）創(chuàng)建空氣盒Air1.在菜單欄中點擊Draw-Box，在模型窗口任意創(chuàng)建Box11。2.雙擊模型窗口左側(cè)的Box11,改名為Air,點擊確定。3.雙擊模型窗口左側(cè)Air的子目錄Createbox,修改空氣盒大小。空氣盒邊界距離濾波器應(yīng)該有四分之一波長，在此我們以頻率5GHz計算，5GHz空氣中的波長為60mm，則空氣盒邊界距離濾波器距離為15mm，由于濾波器下面輻射較少，下面距離空氣盒邊界的距離可以小一些。設(shè)置空氣盒位置及大小參數(shù)，如下圖所示：Position輸入坐標（-a-10mm ,-L0-10mm ,-h-3mmm），空氣盒長為2*L1+2*L2+2*L0+10mm*2，寬為b+10mm*2，高為h+3mm+15mm。4.選中Air空氣盒，設(shè)置為輻射邊界條件。（十四）設(shè)置激勵端口Port11.在菜單欄中點擊Modeler-Grid Plane-XZ，再點擊菜單欄中Draw-Rectangle，在模型窗口任意創(chuàng)建Rectangle1。2.雙擊模型窗口左側(cè)的Rectangle1,改名為Port1，點擊確定。3.雙擊模型窗口左側(cè)Port1的子目錄Createrectangle，修改饋電口大小。Position輸入坐標（W1-W0 ,-L0 ,-h），饋電口高為h=0.508mm，寬為W0=1.1mm。點擊確定。4. 選中Port1,在菜單欄點擊HFSS-Excitation-Assign-Lumped Port，點擊下一步，畫積分線，積分線由地面金屬層直線微帶線中心，垂直于金屬層，再點擊下一步，選擇Renormalize選項，完成。 （十五）設(shè)置激勵端口Port21.在菜單欄中點擊Moderler-Grid Plane-XZ，再點擊菜單欄中Draw-Rectangle，在模型窗口任意創(chuàng)建Rectangle2。2.雙擊模型窗口左側(cè)的Rectangle2,改名為Port2，點擊確定。3.雙擊模型窗口左側(cè)Port2的子目錄Createrectangle，修改饋電口大小。Position輸入坐標（W1+3*W2+2*S1+2*S2 ,2*L1+2*L2+L0 ,-h），饋電口高為h，寬為W0。點擊確定。4. 選中Port2,在菜單欄點擊 HFSS-Excitation-Assign-Lumped Port，和port1的設(shè)置相同，點擊下一步，畫積分線，再點擊下一步，選擇Renormalize選項，完成 （十七）保存最終的模型如下圖：三 求解，仿真（一）設(shè)置求解頻率點擊菜單中HFSS-Analysis setup-Add solution setup，求解頻率設(shè)為5.5GHz，點擊確定。（二）設(shè)置掃頻點擊菜單HFSS-Analysis setup-Add frequency sweep，選擇sweep type為fast，掃頻從2GHz到10GHz，點擊OK。(三) 檢驗參數(shù)菜單HFSS-validation check(四) 求解1、HFSS-Analyze All2、觀察仿真是否收斂：HFSS-Results-Solution Data，當(dāng)曲線下降到水平暗紅色線以下，表示結(jié)果已經(jīng)收斂，仿真結(jié)果達到業(yè)界公認的一個精確度。3、由于HFSS對內(nèi)存要求很高，對于內(nèi)存小于8G的電腦很容易出現(xiàn)以下問題。此時可以（1）減小模型尺寸（比如空氣盒的尺寸），以減小問題求解規(guī)模（2）減少HFSS網(wǎng)格劃分迭代的次數(shù)。雙擊點擊setup1，將maximum number of 設(shè)置為10，或者更小值6，以犧牲精確度的方法來進行仿真，適用于前期對仿真結(jié)果精確度要求不高的情況下。(五) 看結(jié)果1.選擇 HFSS-Results-Create Modal Solution-Rectangular plot。2.選擇Category目錄下的S Parameter，按下Ctrl鍵同時選擇Quantity目錄下的S(1,1)和S(2,1)，再點擊New Repot按鈕。仿真結(jié)果S參數(shù)中知道，目前濾波器帶寬不夠?qū)挘翌l率偏高。(五) 掃參優(yōu)化1.在菜單欄中點擊HFSS-Optimetrics Analysis-Add parametric，點擊Add，選擇變量S2，從0.5mm掃參到0.7mm，步進為0.1mm，點擊Add，OK，確定。2.HFSS-Analyze all3. HFSS-Results-Create Modal Solution-Rectangular plot，選擇S(1,1)和S(2,1) 4.不斷的反