基于HFSS的滤波器设计流程.docx
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基于HFSS的滤波器设计流程
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Rogers4350,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,
模型初始尺寸1表.
h=0.508mmL1=7.2mmW1=0.8mm
S2=0.6mmh1=0.018mmS1=0.14mm
W0=1.1mmW2=1.1mmL2=7.1mm
b=17mmL0=5mma=6mm
为例)HFSS13.0设计步骤(以
开始一
(一)建立工程File->New窗口中,选择菜单HFSS1.在InsertHFSSDesign
Project菜单中,选择从2.
(二)设计求解模式
1.选择菜单HFSS->SolutionType
2.在SolutionType窗口,选择DrivenModal,点击OK
二建立3D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->DesignProperties再弹出的窗口中,点添加参量,将上面模型的参数表中的变量全部添加进ADD.
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。
R5
(七)创建金属板
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。
Feed2
(十)创建微带馈线
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Rogers4350,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。
点击确定。
b=17mm,宽为2*L1+2*L2+2*L0长为
(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->PerfectE,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->GridPlane->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->LumpedPort,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Port21.在菜单栏中点击Moderler->GridPlane->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->LumpedPort,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:
求解,仿真三
(一)设置求解频率,求解HFSS->Analysissetup->Addsolutionsetup点击菜单中,点击确定。
频率设为5.5GHz
(二)设置扫频
点击菜单HFSS->Analysissetup->Addfrequencysweep,选择sweeptype为fast,扫频从2GHz到10GHz,点击OK。
(三)检验参数
菜单HFSS->validationcheck
(四)求解
1、HFSS->AnalyzeAll
2、观察仿真是否收敛:
HFSS->Results->SolutionData,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)减小模型尺寸(比如空1容易出现以下问题。
此时可以(.
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maximumnumberof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->CreateModalSolution->Rectangular
。
plot
2.选择Category目录下的SParameter,按下Ctrl键同时选择Quantity目录下的S(1,1)和S(2,1),再点击NewRepot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->OptimetricsAnalysis->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->Analyzeall
3.HFSS->Results->CreateModalSolution->Rectangularplot,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等参数,找出最优的结果。
下图是一个比较好的结果【本例仅为示例,不再进一步优化】。
优化后的最终定型尺寸如下图所示:
说明:
本例仅做示例,优化的最终结果并不一定是最优结果。
CAD制图
(a)在菜单栏中点击Modeler>Export,保存为dxf文件,注意导出路径不能有中文。
(b)用AutoCAD打开dxf文件,完成制图。
(HFSS导出时,只能导出XOY面视图,多层结构需多次导出)。
确定。
>Enter>添加:
拾取对象,点击贴片边框>图案填充>绘图)c(.