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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

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