帶通濾波器的仿真

1、電子科技大學(xué)中山學(xué)院電子工程系學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱(chēng)HFSS電磁仿真實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)實(shí)驗(yàn)一- 帶通濾波器的仿真班級(jí)，分組14 無(wú)線(xiàn)技術(shù)實(shí)驗(yàn)時(shí)間2017 年 03 月 07 日姓名，學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師袁海軍報(bào)告內(nèi)容、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?）加深對(duì)濾波器理論方面的理解，提高用程序?qū)崿F(xiàn)相關(guān)信號(hào)處理的能力；2）掌握 HFSS 實(shí)現(xiàn)帶通濾波器混頻的方法和步驟；3）掌握用 HFSS 實(shí)現(xiàn)帶通濾波器的設(shè)計(jì)方法和過(guò)程，為以后的設(shè)計(jì)打下良好的基礎(chǔ)。、實(shí)驗(yàn)原理和電路說(shuō)明帶通濾波器是指能通過(guò)某一頻率范圍內(nèi)的頻率分量、但將其他范圍的頻率分量衰減到極低水平 的濾波器，與帶阻濾波器的概念相對(duì)。一個(gè)模擬帶通濾波器的例子是電阻 -電感-電容電路

2、（RLC circuit） 。這些濾波器也可以用低通濾波器同高通濾波器組合來(lái)產(chǎn)生 .三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和數(shù)據(jù)記錄為了方便創(chuàng)建模型， 在 ToolsOptionsHFSSOptions 中將 Duplicate boundaries with geometry 復(fù)選框 選中，這樣可以使得在復(fù)制模型的同時(shí)，所設(shè)置的邊界也一同復(fù)制。2）設(shè)置求解類(lèi)型將求解類(lèi)型設(shè)置為激勵(lì)求解類(lèi)型：（1）在菜單欄中點(diǎn)擊 HFSSSolutionType 。（ 2）如圖 5-1-7 所示，在彈出的 SolutionType 窗口中：（a）選擇 DrivenModal 。（b）點(diǎn)擊 OK 按鈕。圖 5-1-7 設(shè)置求解類(lèi)型3）設(shè)置

3、模型單位 （1）在菜單欄中點(diǎn)擊 3DModelerUnits 。（2）在彈出的如圖 5-1-8 所示的窗口中設(shè)置模型單位，在此可選擇：mm。圖 5-1-8 設(shè)置單位4）建立濾波器模型（1）首先建立介質(zhì)基片，建立后的模型如圖5-1-9 所示。（ a）在菜單欄中點(diǎn)擊 DrawBox 或者在工具欄中點(diǎn)擊按鈕 ，這時(shí)可以在 3D 窗口中創(chuàng)建長(zhǎng)方體模 型。（b）在右下角的坐標(biāo)輸入欄中輸入長(zhǎng)方體的起始點(diǎn)位置坐標(biāo)，即X ：-20，Y：-35，Z：0.0按回車(chē)鍵結(jié)束輸入。輸入各坐標(biāo)時(shí)，可用 Tab 鍵來(lái)切換。（c）輸入長(zhǎng)方體 X、Y、Z 三個(gè)方向的尺寸，即dX ： 40，dY ：70，dZ：-1.27 按回車(chē)

4、鍵結(jié)束坐標(biāo)輸入。（d）在特性（ Property ）窗口中選擇 Attribute 標(biāo)簽，將該長(zhǎng)方體的名字修改為 Substrate。（ e）點(diǎn)擊 Material 對(duì)應(yīng)的按鈕，在彈出的材料設(shè)置窗口中點(diǎn)擊 AddMaterial 按鈕，添加介電常數(shù) 為 10.8 的介質(zhì)，將其命名為 sub。（2）建立 Ring-1 。（ a）在菜單欄中點(diǎn)擊 DrawRectangle 以創(chuàng)建矩形模型。（ b）在右下角的坐標(biāo)輸入欄中輸入起始點(diǎn)位置坐標(biāo)，即 X：0.0，Y ：0.0，Z：0.0按回車(chē)鍵結(jié)束輸入。（c）輸入矩形邊長(zhǎng)，即 dX ： 10，dY ：-25， dZ ：0.0 按回車(chē)鍵結(jié)束輸入。（d）在特性

5、（ Property）窗口中選擇 Attribute 標(biāo)簽，將該矩形的名字修改為 Ring-1 。 （ e）在菜單欄中點(diǎn)擊 DrawRectangle 。（f）在右下角的坐標(biāo)輸入欄中輸入起始點(diǎn)位置坐標(biāo)，即X：1.4，Y ： -1.4，Z： 0.0 按回車(chē)鍵結(jié)束輸入。（g）輸入矩形邊長(zhǎng)，即 dX ： 7.2， dY：-22.2， dZ： 0.0 按回車(chē)鍵結(jié)束輸入。（h）在特性（ Property）窗口中選擇 Attribute 標(biāo)簽，將該矩形的名字修改為 Inner 。（i）同樣地，建立矩形 Cut-1 ，輸入的坐標(biāo)分別為：X ：4.0，Y： -25，Z：0.0 dX： 2.0， dY ： 1.

6、4， dZ ： 0.0 按回車(chē)鍵結(jié)束輸入。（ j ）用 Ring-1 將 Inner 和 Cut-1 減去， 使之成為一個(gè)開(kāi)口的矩形環(huán)。在菜單欄中點(diǎn)擊 EditSelectByName ，在彈出的窗口中利用 Ctrl 鍵選擇 Ring 1、 Inner 和 Cut 1。 （k ）在菜單欄中點(diǎn)擊 3DModelerBooleanSubtract ，在 Subtract 窗口中分別做如下設(shè)置：BlankParts:Ring-1 ToolParts:Inner ， Cut-1 Clonetoolobjectsbeforesubtract 復(fù)選框不選 點(diǎn)擊 OK 按鈕結(jié)束設(shè)置。相減之后的模型如圖 5-

7、1-10 所示。圖 5-1-10 建立 Ring-1（3）移動(dòng) Ring-1 。（ a）將 Ring-1 沿 Y 軸作微小的移動(dòng)。在菜單欄中點(diǎn)擊EditSelectByName ，在彈出的窗口中選擇 Ring-1 。（ b）在菜單欄中點(diǎn)擊 EditArrangeMove ，在坐標(biāo)輸入欄中輸入移動(dòng)的向量，即 X：0.0，Y：0.0，Z：0.0 dX：0.0，dY：-0.9，dZ：0.0按回車(chē)鍵結(jié)束輸入。（ 4）創(chuàng)建 Ring 2。（ a） Ring-2 與 Ring-1 沿 X 軸對(duì)稱(chēng)，因此可以用對(duì)稱(chēng)復(fù)制操作創(chuàng)建 Ring-2 。在菜單欄中點(diǎn)擊 EditSelectByName ，在彈出的窗口中

8、選擇 Ring-1 。（ b）在菜單欄中點(diǎn)擊 EditDuplicateMirror ，輸入向量，即 X：0.0，Y：0.0，Z：0.0dX：0.0，dY：1.0，dZ： 0.0 按回車(chē)鍵結(jié)束輸入。（c）在操作歷史樹(shù)中雙擊新建的矩形，在特性窗口中重新將其命名為Ring-2 。建立的 Ring-2 模型如圖 5-1-11 所示。圖 5-1-11 建立 Ring-2（5）創(chuàng)建 Ring-3 。（ a）在菜單欄中點(diǎn)擊 DrawRectangle 。（ b）在右下角的坐標(biāo)輸入欄中輸入起始點(diǎn)位置坐標(biāo)，即 X ：0.0，Y： -12.5，Z：0.0按回車(chē)鍵結(jié)束輸入。 （c）輸入矩形邊長(zhǎng)，即 dX ： -1

9、0， dY ：+25， dZ： 0.0按回車(chē)鍵結(jié)束輸入。 （ d）在特性（ Property）窗口中選擇 Attribute 標(biāo)簽，將該矩形的名字修改為 Ring-3 。（ e）在菜單欄中點(diǎn)擊 DrawRectangle 。 （f）在右下角的坐標(biāo)輸入欄中輸入起始點(diǎn)位置坐標(biāo)，即X ： -1.4， Y ：-11.1， Z：0.0按回車(chē)鍵結(jié)束輸入。（g）輸入矩形邊長(zhǎng)，即 dX ： -7.2， dY ：22.2， dZ： 0.0 按回車(chē)鍵結(jié)束輸入。（ h）在特性（ Property）窗口中選擇 Attribute 標(biāo)簽，將該矩形的名字修改為 Inner-2 。（i） 同樣地 .建立矩形 Cut-2,輸

10、入的坐標(biāo)分別為 X:-1.4,Y:-0.7,Z:0.0 dX:1.4,dY:1.4,dZ:0.0（j）在菜單欄中點(diǎn)擊 EditSelectByName ，在彈出的窗口中利用 Ctrl 鍵選擇 Ring-3 、Inner-2和 Cut-2。 （ k ）用 Ring-3 將 Inner-2 和 Cut-2 減去，使之成為一個(gè)開(kāi)口的矩形環(huán)。在菜單欄中點(diǎn)擊3DModelerBooleanSubtract ，在 Subtract 窗口中做如下設(shè)置： BlankParts:Ring-3ToolParts:Inner-2 ， Cut-2Clonetoolobjectsbeforesubtract 復(fù)選框不選

11、 點(diǎn)擊 OK 按鈕。（6）移動(dòng) Ring-3 。移動(dòng) Ring-3 ，使之與 Ring-1 和 Ring-2 有 0.5mm 的縫隙。（ a）在菜單欄中點(diǎn)擊 EditSelectByName ，在彈出的窗口中選擇 Ring-3 。（ b）在菜單欄中點(diǎn)擊 EditArrangeMove ，在坐標(biāo)輸入欄中輸入移動(dòng)的向量，即 X：0.0，Y：0.0，Z：0.0 dX：-0.5，dY ：25，dZ：0.0 按回車(chē)鍵結(jié)束輸入。建立的模型如圖 5-1-12 所示。圖 5-1-12 建立 Ring 3（7）創(chuàng)建 Feedline-1。 創(chuàng)建濾波器的饋線(xiàn)結(jié)構(gòu)，該饋線(xiàn)由特性阻抗不同的兩段微帶傳輸線(xiàn)組成。 （ a

12、）在菜單欄中點(diǎn)擊 DrawRectangle 。 （ b）在右下角的坐標(biāo)輸入欄中輸入如下點(diǎn)的坐標(biāo)：X：10.4，Y：-25.9，Z：0.0dX：0.4，dY：25，dZ：0.0按回車(chē)鍵結(jié)束輸入。（ c）創(chuàng)建矩形后，在彈出的特性（ Property）窗口中選擇 Attribute 標(biāo)簽，將該名字修改為 F-1。 （ d）在菜單欄中點(diǎn)擊 DrawRectangle 。（ e）在右下角的坐標(biāo)輸入欄中輸入如下點(diǎn)的坐標(biāo)：X：10.4，Y：-25.9，Z：0.0dX：1，dY： -9.1，dZ：0.0 按回車(chē)鍵結(jié)束輸入。（ f）在彈出的特性（ Property）窗口中選擇 Attribute 標(biāo)簽，將該名

13、字修改為 F-2。（ g）在菜單欄中點(diǎn)擊 EditSelectByName ，在彈出的窗口中利用 Ctrl 鍵選擇 F-1 和 F-2。（ h）在菜單欄中點(diǎn)擊 3DModelerBooleanUnite ，在如圖 5-1-13 所示的歷史操作樹(shù)中，雙擊新組 合的模型 F-1，在特性窗口中將其重新命名為 Feedline-1。圖 5-1-13 歷史操作樹(shù)（8）創(chuàng)建 Feedline-2。同樣地， Feedline-2 與 Feedline-1 沿 X 軸對(duì)稱(chēng)，因此也可以通過(guò)對(duì)稱(chēng)復(fù)制操作來(lái)創(chuàng)建。 （ a）在菜單欄中點(diǎn)擊 EditSelectByName ，在彈出的窗口中選擇 Feedline-1。

14、（ b）在菜單欄中點(diǎn)擊 EditDuplicateMirror ，輸入向量，即 X：0.0，Y：0.0，Z：0.0 dX：0.0，dY：1.0，dZ： 0.0 按回車(chē)鍵結(jié)束輸入。（ c）在操作歷史樹(shù)中雙擊新建的饋線(xiàn)，在特性窗口中將其重新命名為Feedline-2。創(chuàng)建后的模型如圖 5-1-14 所示。圖 5-1-14 建立 Feeline（9）組合 Ring-1 、 Ring-2 、Ring-3 、 Feedline-1 和 Feedline-2。 將上述各步驟中創(chuàng)建的 Ring-1 、Ring-2 、 Ring-3 、 Feedline-1 和 Feedline-2 組合成一個(gè)模型。（ a）

15、在菜單欄中點(diǎn)擊 EditSelectByName ，在彈出的窗口中選擇 Ring-1 、Ring-2 、Ring-3 、Feedline-1 和 Feedline-2 。（ b）在菜單欄中點(diǎn)擊 3DModelerBooleanUnite 。（ c）在操作歷史樹(shù)中雙擊組合模型，在特性窗口中將其重新命名為T(mén)race。5）創(chuàng)建端口微帶濾波器采用集總端口激勵(lì)，因此需要首先創(chuàng)建供設(shè)置端口用的矩形，該矩形連接了饋線(xiàn)與地 板。（ 1）創(chuàng)建 port-1。（ a）在菜單欄中點(diǎn)擊 3DModelerGridPlaneXZ 。（ b）在菜單欄中點(diǎn)擊 DrawRectangle ，在坐標(biāo)輸入欄中輸入如下坐標(biāo)：X ：

16、10.4， Y ： -35，Z： 0.0 dX： 1.0， dY ： 0.0， dZ ： -1.27 按回車(chē)鍵結(jié)束輸入。（c）將其命名為 port-1。（ d）在菜單欄中點(diǎn)擊 EditSelectByName ，在彈出的窗口中選擇 port-1 。（ e）在菜單欄中點(diǎn)擊 HFSSExcitationsAssignLumpedPort ，在 LumpedPort 窗口的 General 標(biāo)簽 中，將該端口命名為 p1 ，然后點(diǎn)擊 Next。（ f）在 Modes 標(biāo)簽的 IntegrationLine 中點(diǎn)擊 None，選擇 NewLine ，在坐標(biāo)欄中輸入如下坐標(biāo)： X：10.9，Y：-35，

17、 Z：-1.27 dX：0.0，dY：0.0，dZ： 1.27 按回車(chē)鍵結(jié)束輸入。接著點(diǎn)擊 Next 按鈕直到結(jié)束。（ 2）創(chuàng)建 port-2 。（ a）在菜單欄中點(diǎn)擊 EditSelectByName ，在彈出的窗口中選擇 port-1 。 port-2 與 port-1 也以 X 軸對(duì)稱(chēng)，因此可以利用對(duì)稱(chēng)復(fù)制操作創(chuàng)建。（ b）在菜單欄中點(diǎn)擊 EditDuplicateMirror ，輸入向量，即 X：0.0，Y：0.0，Z：0.0dX：0.0，dY：1.0，dZ： 0.0 按回車(chē)鍵結(jié)束輸入。（ c）在操作歷史樹(shù)中雙擊新建的端口，在特性窗口中將其重新命名為port-2。由于在建立工程的第一步

18、已經(jīng)設(shè)置了復(fù)制邊界選項(xiàng)，因此在復(fù)制創(chuàng)建 port-2 之后，端口上設(shè)置的激勵(lì)也一同復(fù)制了。6）創(chuàng)建 Air（ 1）在菜單欄中點(diǎn)擊 DrawBox 或者在工具欄中點(diǎn)擊按鈕。（ 2）在右下角的坐標(biāo)輸入欄中輸入長(zhǎng)方體的起始點(diǎn)位置坐標(biāo)，即X ：-70， Y ： -90， Z： -50 按回車(chē)鍵結(jié)束輸入。輸入各坐標(biāo)時(shí)，可用 Tab 鍵來(lái)切換。（3）輸入長(zhǎng)方體 X、Y、Z 三個(gè)方向的尺寸，即dX ： 140， dY ： 180，dZ ： 100 按回車(chē)鍵結(jié)束輸入。（ 4）在特性（ Property）窗口中選擇 Attribute 標(biāo)簽，將該長(zhǎng)方體的名字修改為 Air 。7）設(shè)置邊界條件邊界條件包括理想金屬

19、邊界條件和輻射邊界條件。濾波器的導(dǎo)帶部分、介質(zhì)基片下底面地板要設(shè) 置為理想金屬邊界。設(shè)置輻射邊界是為了截?cái)嗲蠼鈪^(qū)域。（1）設(shè)置理想金屬邊界條件。（ a）在菜單欄中點(diǎn)擊 EditSelectByName ，在彈出的窗口中選擇 Trace。（ b）在菜單欄中點(diǎn)擊 HFSSBoundariesAssignPerfectE ，在彈出的對(duì)話(huà)框中將其命名為Perf-Trace，點(diǎn)擊 OK 按鈕。（ c）在菜單欄中點(diǎn)擊 EditSelectFaces，這時(shí)已經(jīng)將鼠標(biāo)所選設(shè)置為選擇模型的表面了。然后點(diǎn)擊 ByName ，選擇 Substrate，選擇其下底面，選擇的時(shí)候在3D 窗口中進(jìn)行觀(guān)察，確保選擇到下底面

20、。（ d ）在菜單欄中點(diǎn)擊 HFSSBoundariesAssignPerfectE ，在彈出的對(duì)話(huà)框中將其命名為Perf Ground ，點(diǎn)擊 OK 按鈕。（2）設(shè)置輻射邊界條件。（ a）在菜單欄中點(diǎn)擊 EditSelectObjects ，然后點(diǎn)擊 ByName ，選擇 Air 。（ b）在菜單欄中點(diǎn)擊 HFSSBoundariesAssignRadiation ，在彈出的對(duì)話(huà)框中點(diǎn)擊 OK 結(jié)束。8）為該問(wèn)題設(shè)置求解頻率及掃頻范圍（1）設(shè)置求解頻率。（ a）在菜單欄中點(diǎn)擊 HFSSAnalysis SetupAddSolution Setup 。（ b）在求解設(shè)置窗口中做如下設(shè)置： Solution Frequency:910MHz Maximum Number of Passes:15 Maximum Delta S per Pass:0.02 （c）點(diǎn)擊 OK 按鈕。（2）設(shè)置掃頻。（ a）在菜單欄中點(diǎn)擊 HFSSAnalysis SetupAdd Sweep 。（ b）選擇 Setup1，點(diǎn)擊 OK 。 （c）在掃頻設(shè)置窗口中做如下設(shè)置：Sweep Type:FastFreq